Автоматизированная система задания давления

Авторы: Ванякина Марина Владимировна, Куликов Александр Алексеевич

.

Рубрика: Технические науки

Страницы: 35-39

Объём: 0,26

Опубликовано в: «Наука без границ» № 4(32), апрель 2019

Скачать электронную версию журнала

Библиографическое описание: Ванякина М. В., Куликов А. А. Автоматизированная система задания давления // Наука без границ. 2019. № 4(32). С. 35-39.

Аннотация: Современное программное средство позволяет реализовать контроль качества в виде виртуального интерфейса. При использовании этого подхода отпадает необходимость в традиционных процедурах.

Обоснование применение технологий виртуальных приборов и среды программирования LabVIEW при создании автоматизированной системы задания давления (АСЗД)

Современное программное средство LabVIEW обладает расширенными графическими возможностями, позволяющими реализовать правдоподобный пользовательский интерфейс виртуальных приборов. Передняя панель, изображаемая на экране компьютера, основана на графическом представлении традиционных элементов управления (кнопок, переключателей, потенциометров) и индикаторов. Так как компьютерная программа (система) используется как измерительный прибор, её называют «виртуальным прибором» (ВП).

Большая гибкость, типичная для программных структур, позволяет объединять передние панели различных приборов с органами управления в целях создания всеобъёмлющего инструментария виртуальных устройств, укомплектованного всем необходимым для контроля и управления внешними устройствами. Это упрощает деятельность оператора, поскольку вся необходимая информация сосредотачивается на одной единственной панели, а информация и части приборов, не представляющие непосредственного интереса для данной задачи, просто не выводятся на экран. При использовании же традиционных приборов вся представленная ими информация постоянно присутствует на лицевой панели, и выделение необходимой информации может оказаться более сложным и продолжительным [1, с. 56].

Использование возможностей современной компьютерной технологии в сочетании с применением методов графического программирования, заимствованных из вычислительной техники, радикально уступило реализации измерительных алгоритмов с помощью методов объектно-ориентированного программирования. При использовании этого подхода отпадает необходимость в традиционном процедурном языке программирования, поскольку все данные и операции над ними представлены в графическом виде с помощью значков (циклограмм). Измерительный алгоритм реализуется путём рисования процедурной диаграммы, определяющей, какие зависимости и операции над данными должны быть реализованы.

Каждому функциональному блоку ставится в соответствие циклограмма, представляющая операцию высокого уровня, которая может реализовать типичную операцию цифровой обработки сигнала, визуального представления данных или управления устройствами ввода-вывода.

Функциональный блок имеет входы и выходы, позволяющие получать операнды и выдать результаты. Входы и выходы блоков можно соединять ориентированными связями, отображающими зависимость между данными в процессе обработки.

Процесс проектирования достаточно прост благодаря наличию обширных библиотек функциональных блоков, которые реализуют практически все основные функции цифровой обработки сигналов, обеспечивает интерфейс с входами и выходами устройств [3, с. 97].

Принцип действия ВП состоит в том, что блок-схема автоматически транслируется в исполняемый программный код, реализующий требуемую процедуру, без необходимости программирования со стороны оператора. Это означает, что разработчик ВП должен лишь начертить блок-схему измерительной процедуры при помощи компьютерной программы (графического редактора), поэтому его базовые знания могут ограничится теорией в технике измерений (для разработки блок-схемы измерительной процедуры), а также навыками работы с графическим редактором. В силу того, что блок-схема автоматически транслируется в исполняемый код, от разработчика и оператора не требуются специальные знания по программированию.

Благодаря своим возможностям, ВП представляют универсальный способ реализации измерительных и управляющих систем почти во всех областях техники и научных исследований. Различные специализированные измерительные и управляющие функции могут разрабатываться на той же аппаратной платформе, а спектр применений ограничен лишь метрологическими характеристиками входного блока системы. При синтезе измерительных приборов на основе цифровой обработки сигнала основными ограничениями являются разрешение и частота дискретизации аналого-цифрового преобразователя.

Технология ВП осуществляется по блочно-модульному принципу с использованием отечественных и международных стандартов в части применения конструктивных решений, технических и программных средств интерфейса.

Создание современных автоматических систем задания давления для контроля качества датчиков давления невозможно без разработки соответствующего программного обеспечения. Особенностью современного этапа развития технических средств контроля является автоматизация процессов сбора, обработки и регистрации информации.

Предъявляемым требованиям отвечает технология виртуальных приборов, создаваемых в среде LabVIEW. Использование ВП при контроле качества датчиков давления позволяет повысить степень автоматизации измерений параметров датчиков и расширяет возможность цифровой обработки информации. Появление современного программного обеспечения по созданию ВП позволяет создать «интеллектуальные» системы контроля с адаптацией к конкретному датчику, сделать их многоканальными и автоматизированными, упростит сопряжение с внешними устройствами. Введение ВП в структуру систем контроля качества позволяет уменьшить погрешность и повысить производительность измерения, а также расширить функциональные возможности автоматизированной системы задания давления.

Использование ВП практически полностью меняет схемотехнику средств контроля и методические аспекты их проектирования. Исследования показали, что новые измерительные методологии и структуры обуславливают характерные метрологические проблемы: реализация сложных алгоритмов измерений, когда непосредственно измеряемые величины являются выборками каждого из входных сигналов; отсутствие синхронизации между различными узлами ВП. Это следует учитывать при создании АСЗД, чтобы избежать грубых ошибок и правильно оценить погрешность измерений.

Программное обеспечение экспериментального образца автоматизированной системы задания давления

Экспериментальный образец автоматизированной системы задания давления содержит персональный компьютер 1 (рис. 1), порты вывода данных которого соединены с блоком элекро-механических преобразователей 2. Источник высокого давления p1 соединен с выходом пневморегулятора постоянного перепада давления 3; источник низкого давления p2 соединен с выходом пневморегулятора постоянного перепада низкого давления 4. Выход пневморегулятора постоянного перепада высокого давления 5; выход пневморегулятора постоянного перепада низкого давления 4  соединен с управляемым пневмодросселем низкого давления 6. Сигнал управления на управляемые пневмодросселя высокого 5 и низкого 6 давлений поступает с блока электромеханических преобразователей 2. Полость ресивера 7 соединена с управляемыми пневмодросселями высокого 5 и низкого 6 давлений, датчиком абсолютного давления газа 8 и контролируемым датчиком давления 9. Сигнал с датчика абсолютного давления газа 8 поступает на порт ввода данных персонального компьютера 1 [2, с. 167].

Задача регулирования (задание и стабилизация) давления px в замкнутом объеме Vx решается с помощью управляемых пневмодросселей 5 и 6, которые накачивают или стравливают газ ресивера 7 в зависимости от сигнала, поступающего от блока электро-механических преобразователей 2, управляемых персональным компьютером 1.

Структура экспериментального образца АСЗД

Рис. 1. Структура экспериментального образца АСЗД

В соответствии со структурой экспериментального образца АСЗД разработано программное обеспечение в среде графического программирования LabVIEW. Рабочий экран головной программы управления внешними устройствами АСЗД приведен на рис. 2, где расположены окна настройки ПИД-регулятора и СОМ-порта, значения задаваемого давления, индикаторы состояния регулируемых каналов и текущего задания давления, а также кнопка запуска автоматического регулирования.

Рабочий экран головной программы

Рис. 2. Рабочий экран головной программы

На рис. 3 приведен фрагмент блок-диаграммы головной программы.

Изменение частоты (периода) сигнала частотного датчика давления производится в подпрограмме, рабочий экран которого приведен на рис. 3, где расположены окна настройки СОМ-порта и выбора режима измерения. На рис. 4 приведен фрагмент блок-диаграммы программы измерения частоты (периода) сигнала частотного датчика давления.

Фрагмент блок схемы головной программы

Рис. 3. Фрагмент блок схемы головной программы

 Рабочий экран подпрограммы измерения частоты (периода)

Рис. 4. Рабочий экран подпрограммы измерения частоты (периода)

Список литературы

1. Варжепетян А. Г., Глущенко В. В. Системы управления: исследование и компьютерное проектирование: Учебное пособие. – М.: Вузовская книга, 2011 – 382 с.
2. Варжепетян А. Г, Коршунов Г. И. Обеспечение качества технических средств автоматизации. – Л.: Машиностроение, 2014 – 286 с.
3. Бесекерский В. А., Изранцев В. В. Системы автоматизированного управления с микроЭВМ. – М.: Наука, 2017 – 320 с.

Материал поступил в редакцию 23.04.2019
© Ванякина М. В., Куликов А. А., 2019