Раздел 1 Элементы систем автоматического управления

Методические рекомендации и указания

по выполнению контрольной работы для учащихся заочной формы обучения по дисциплине «Основы автоматики и МПТ»

Авторы: Л.П.Борисова

И.И.Буткевич

Рецензент В.И.Боровская

Рекомендации рассмотрены и рекомендованы к утвер­ждению:

- на заседании цикловой комиссии общепрофессиональ­ного цикла

Протокол №_____от________2008

Председатель комиссии Н.К.Фоменко

-заседании экспертного методического совета

Протокол № ____ от ___________2008

Содержание

Cтр.

Введение 3

1Содержание дисциплины и методические рекомендации 5

по ее изучению

Введение 5

Раздел 1 Элементы систем автоматического управления 6

1.1 Датчики 6

1.2 Усилительные устройства 7

1.3 Элементы и узлы систем автоматического

управления ЭВМ 8

Раздел 2 Основы теории систем автоматического

управления 10

2.1 Замкнутые системы автоматического управления

непрерывного действия 10

2.2 Дискретные системы автоматического управления 13

Раздел 3 Микропроцессорная техника 14

3.1 Арифметические и логические основы ЭВМ 14

3.2 Устройства, входящие в состав ЭВМ, микроЭВМ 15

3.3 Архитектура микропроцессоров 17

3.4 Организация ввода-вывода в микропроцессорной системе 18

3.5 Вычислительные и микропроцессорные устройства 19

3.6 Основы программирования 20

3.7 Современные компьютеры, тенденции развития

микропроцессорных систем 25

2 Задания для контрольной работы 26

3 Методические рекомендации по выполнению

контрольной работы 35

Литература 45

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время во всех отраслях народного хозяйства – в промышлен­ности, энергетике, транспорте, сельском хозяйстве и в научных исследованиях широко используются средства автоматики и вычислительной техники.

Автоматика – отрасль науки и техники об управлении различными процес­сами и контроле их протекания, осуществляемых без непосредственного участия человека. Развитие автоматики способствует техническому прогрессу и опреде­ляет его главные черты.

Дисциплина «Основы автоматики и микропроцессорной техники» изуча­ется учащимися заочной формы обучения самостоятельно по рекомендуемой литературе. Теоретическое изучение дисциплины расширяется и углубляется выполнением лабораторных работ и домашней контрольной работы.

Изучение дисциплины базируется на знаниях, полученных учащимися по дисциплинам «Теоретические основы электротехники», «Основы промышлен­ной электроники», «Основы электропривода», «Электрические измерения», «Прикладная информатика».

В свою очередь дисциплина является базовой для изучения дисциплин «Системы автоматизированного управления электроприводами», «Электрообо­рудование предприятий и гражданских зданий», «Монтаж и накладка электро­оборудования».

Изучаемый материал необходимо конспектировать. После изучения темы следует ответить на вопросы для самоконтроля к данной теме.

В результате изучения дисциплины « Основы автоматики и микропроцес­сорной техники» учащийся

должен знать на уровне представления:

- классификацию микропроцессорных устройств систем автоматики;

- основные элементы систем автоматического управления непрерывного и дискретного действия;

- современные достижения науки и практики в области микропроцессор­ных устройств и систем;

- классификацию систем автоматики;

должен знать на уровне понимания:

- принципы работы силовых преобразователей в составе электропривода;

- принцип работы датчиков, применяемых в замкнутых системах управле­ния;

- основные устройства, входящие в состав персонального компьютера, программируемых контроллеров;

- принципы построения, структурные схемы и основные характеристики систем автоматического управления, микропроцессорной техники, персональ­ных микроЭВМ, программируемых контроллеров;

должен уметь:

- читать элементарные схемы систем автоматического управления дис­кретного и непрерывного действия;

- определять работоспособность цифровых микросхем элементов ЭВМ;

- определять конфигурацию микропроцессорной системы;

- диагностировать и контролировать правильность функционирования устройств автоматики и микропроцессорной техники;

- пользоваться нормативной и справочной литературой.

Для успешного усвоения знаний рекомендовано использовать наглядные пособия, макеты элементов автоматики, раздаточный материал, плакаты по изу­чаемым темам, лабораторные стенды. Теоретические и лабораторные занятия проводить с использованием активных методов обучения, с решением конкрет­ных производственных задач, деловых игр.

Изучение дисциплины завершается сдачей экзамена, который позволяет учащимся обобщить и закрепить полученные ранее знания, а преподавателю – оценить глубину этих знаний.

1СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ И МЕТОДИЧЕСКИЕ

РЕКОМЕН­ДАЦИИ ПО ЕЕ ИЗУЧЕНИЮ

Введение

Содержание программы

Задачи и содержание дисциплины.

Цели и задачи автоматики и микропроцессорной техники как основы со­временного технического прогресса. Перспективы их развития. Классификация систем автоматики и систем автоматического управления. Характеристика лите­ратуры по дисциплине.

Методические указания

Весь путь развития техники может быть охарактеризован постепенным ос­вобождением человека от непосредственного участия в технологическом про­цессе.

Автоматика – процесс, при котором функции управления и контроля осу­ществляются методами и средствами автоматики.

Системы автоматики в зависимости от выполняемых функций,
делятся на:

-автоматические системы контроля;

- автоматические системы регулиро­вания;

- автоматические системы управления;

Автоматические системы управления подразделяются на:

-разомкнутые;

- замкнутые (автоматические системы регулирования).

Таким образом, автоматическое регулирование является частным случаем более общего понятия_автоматического управления.

В системах автоматики расстояние между объектом управления или кон­троля и пунктом управления или контроля невелико. Если же это расстояние та­кое большое, что для его преодоления необходимо применять специальные тех­нические средства (линии связи, приемники, передатчики), то системы автома­тики преобразуются в системы телемеханики.

Первые автоматические устройства получили применение еще в XVI веке, в период промышленной революции. Интенсивное развитие автоматики вызвало необходимость выделения ее в самостоятельную область науки и техники, что и было осуществлено в 1930 году на второй международной энергетической кон­ференции.

Новое качественное развитие автоматика получила после создания элек­тронных вычислительных машин, позволяющих быстро автоматизировать новые области деятельности человека – процесс вычисления, научные исследования, проектирование, планирование. С совершенствованием ЭВМ стало возможным автоматизировать целиком предприятия, а в настоящее время создаются автома­тизированные системы управления целыми отраслями хозяйства.

В зависимости от сложности задач управления в системах автоматики ис­пользуют микропроцессоры, программируемые контроллеры и микроЭВМ.

Микропроцессор (МП) – это программируемое устройство обработки ин­формации и управления, выполненное на одной или нескольких больших инте­гральных микросхемах, состоящее из операционной и управляющей частей и осуществляющее ввод и вывод информации, принятие решений, арифметические и логические операции.

Информация может быть дискретной (прерывистой) и аналоговой (непре­рывной). Отсюда системы автоматизированного управления могут быть цифро­выми и аналоговыми.

Контрольные вопросы

1 Дайте определения следующим понятиям: автоматика;
автоматизация; частная, комплексная и полная автоматизация; управление; теле­механика.

2 Какие ученые внесли свою лепту в развитие автоматизации и вычисли­тельной техники?

3 Когда автоматику выделили в самостоятельную область науки и техники? Чем это было вызвано?

4 Когда появилась первая вычислительная машина? Дайте
определение микропроцессора.

5 Как классифицируются системы автоматики в зависимости от выпол­няемых функций? Изобразите структурные схемы систем автоматики.

Раздел 1 Элементы систем автоматического управления

Тема 1.1 Датчики

Содержание программы

Классификация датчиков. Параметрические датчики (датчики активного сопротивления, индуктивные, емкостные). Генераторные (фотоэлектрические, термоэлектрические, пьезоэлектрические). Назначение, принцип действия, тех­нические характеристики, схемы включения, область применения.

Лабораторная работа №1

Исследование датчиков различного типа

Методические указания

Датчиком называют устройство, воспринимающее изменение параметра контролируемой величины и преобразующее это изменение в выходной сигнал, удобный для дальнейшей обработки и дистанционной передачи.

Для подготовки к выполнению лабораторной работы необходимо обра­тить особое внимание на основные характеристики датчиков:

- статическая характеристика y=f(x) – зависимость выходной
величины (у) от входной величины (х) в установившемся режиме;

- чувствительность S=AY/AX отношение приращенной выходной ДУ к входной ДХ величине;

- порог чувствительности - минимальное изменение входной величины, вызывающее изменение выходной;

- статический коэффициент передачи Кст = у/х- отношение выходной к входной.

Следует отметить, что датчики, используемые в современных автоматиче­ских системах, разнообразны и могут быть классифицированы по различным признакам:

- по виду входной величины (датчики скорости, перемещений, темпера­туры, давления и т.д.);

- по характеру изменения во времени выходного сигнала (непрерывного и дискретного действия);

- по роду выходного сигнала (электрические и неэлектрические).

Широкое распространение получили электрические датчики, кото­рые в за­висимости от принципа производимого им преобразования делятся на два типа: параметрические (модуляторы);генераторные.

При изучении конкретных датчиков параметрического и генераторного типа (в соответствии с программой) следует особое внимание уделить физике происходящих процессов, техническим характеристикам и области применения; следует рассмотреть наиболее широко используемые измерительные схемы (мостовые, дифференциальные и компенсационные).

Контрольные вопросы

1 Дайте определение датчика.

2 По каким принципам классифицируются датчики?

3 Как классифицируются электрические датчики? Приведите примеры дат­чиков разного типа с объяснением их принципа действия.

4 Перечислите основные характеристики датчиков и дайте необходимые пояснения.

5 Перечислите наиболее широко используемые измерительные схемы (изобразите эти схемы).