При выборе элементной базы для построения МПСУ и МС необходимо принять во внимание то что структура системы и алгоритм её работы имеют завершенный вид. Т.е., в ходе эксплуатации системы нет необходимости изменять структуру системы либо её программное обеспечение. Корректировка некоторых параметров настройки системы (максимальной скорости и ускорения перемещения, скорости приёма/передачи по последовательному каналу, и других параметров) должна быть предусмотрена в ходе разработки программного обеспечения.

Структурная организация, специфика обрабатываемой информации и аппаратных средств ввода/вывода проектируемой системы приводят к решению задачи управления и регулирования объектом. Поэтому применение машин классического «фон-неймановского» типа, позволяющих модифицировать или полностью заменять прикладные программы, в значительной степени усложнит систему, увеличит её функциональный состав, а также состав программного обеспечения.

Одним из вариантов решения данной проблемы является применение специализированных микроконтроллеров.

Из выпускаемых отечественных микроконтроллеров наиболее распространёнными являются 4-х битные микроконтроллеры серии 1814, 1820, 1829 и 1013, 8-ми битные серии 1816, а также аналоговые микроконтроллеры серии 1813.

Учитывая то что все информационные каналы, входящие в структуру системы управления, имеют 8-ми битные шины данных, а также отсутствие в системе аналоговых каналов ввода/вывода, из перечисленных микроконтроллеров наиболее приемлемыми являются БИС серии 1816. Из всего состава серии 1816 более сложным и развитым является микроконтроллер КМ1816ВЕ51. Он включает в себя процессор, в состав которого входят 8-ми битное АЛУ и схемы аппаратурной реализации команд умножения и деления, стираемое ПЗУ программ ёмкостью 4 Кбайта, ОЗУ данных ёмкостью 128 байт; два 16-ти битных таймера-счётчика; программируемые схемы ввода/вывода (32 линии); блок двухуровневого векторного прерывания от пяти источников; асинхронный канал дуплексного последовательного ввода/вывода информации со скоростью до 375 Кбит/с; генератор, схему синхронизации и управления.

Применение данного микроконтроллера позволит объединить в себе сразу три элемента структуры системы: процессор, память команд и последовательный интерфейс. Однако малый объём оперативной памяти требует применения внешних схем памяти большого объёма. Имеющиеся в составе микроконтроллера аппаратные и программные средства поддержки внешней памяти данных позволят легко решить эту проблему.

Для оценки быстродействия микроконтроллера необходимо провести сравнительный анализ быстродействия информационных каналов.

Из всех каналов системы наибольшее быстродействие имеют каналы управления ШД. Здесь максимальная частота управляющих сигналов достигает 16 кГц. Минимальное время обновления коэффициентов деления таймеров/счётчиков составляет:

.

Т.е. каждые 62,5 мс может происходить загрузка регистров таймеров. Загрузка одного таймера выполняется двумя командами микроконтроллера: 1-я команда загружает младший байт, 2-я - старший байт коэффициента деления. Количество загружаемых регистров для двух каналов равно 4-м. Таким образом за время микроконтроллер должен выполнить восемь команд пересылки типа «память-память».

Максимальная тактовая частота микроконтроллера составляет 12 МГц. При данной частоте время машинного цикла 1 мкс. Команды пересылки типа «память-память» выполняются за два машинных цикла, значит время выполнения одной команды - 2 мкс, а восьми команд - 16 мкс. Таким образом 3,2% времени будет выполняться загрузка регистров таймеров, а 96,8% - времени микроконтроллер будет высвобожден, т.е. быстродействие микроконтроллера позволяет управлять каналами системы.

Для реализации внешней памяти графических данных необходимо определить её требуемый объём.

Наиболее удобный формат представления вектора перемещения состоит из 5-ти байтных страниц. Первый байт - код команды, содержащий два бита кода пера и два бита направления перемещения по осям координат. Свободные четыре бита могут быть использованы для реализации других команд (команд вычерчивания окружности, текста, т.д.). Следующие два байта содержат модуль величины перемещения в дискретах по оси Ох. Последние два байта аналогичны предыдущим, но для оси Оу. Таким образом 5-ти байтная команда несёт в себе всю информацию, необходимую для вычерчивания вектора любой длинны любым пером.

При средней длине векторов 5-10 мм (в сборочных чертежах средней сложности) время на отработку одного вектора при максимальной скорости перемещения 800 мм/с составит около 0,02 с.

При общей длине всех векторов 300 м число отрезков составит около 60000, а время вывода всего чертежа - 1200 с или 20 мин. для описания 60-ти тысяч векторов необходимо 300000 байт памяти. Для более сложных чертежей, имеющих большое количество текста или утолщённых линий (выполняются за несколько проходов) число отрезков возрастёт до 100-150-ти тысяч, а требуемый объём памяти - до 500000-750000 байт. Поэтому необходимо применение микросхем ОЗУ с объёмом памяти не менее 1 Мбайта.

Из производимых отечественной электронной промышленностью ИС такой объём имеют ОЗУ динамического типа, такие как К565РУ9В.

Данная ИС ОЗУ имеет организацию 1 Мбит слов Х 1 разряд, поэтому необходимо применение восьми микросхем.

При использовании ИС ОЗУ данного типа время автономной работы МПСУ (без «подкачки» данных) составит около 1,2 часа.

3.4 Проектирование принципиальной схемы системы управления

4.1 Построение алгоритма работы системы управления

Разработка алгоритма работы системы управления является заключающим этапом разработки и основывается на предыдущих этапах.

Работа МПСУ начинается с подачи питания.

При этом все каналы системы переходят в исходное состояние (готовность к работе). Для инициализации каналов необходимо произвести их начальную установку (загрузку управляющих слов).

Последовательность инициализации каналов имеет следующий вид:

запретить прерывание;

загрузить в регистр управления каналов ШД и перьев управляющее слово, запрещающее перемещение по координатам и устанавливающее все перья в состояние «поднято»;

загрузить в регистр управления/статуса УАПП SCON байт настройки, переводящий УАПП в режим 3;

загрузить в регистр управления таймерами TMOD управляющего слова, переводящего оба таймера в режим 0;

загрузить в таймер Т/С0 коэффициент деления 4000 для получения цикла регенерации динамического ОЗУ 4 мс;

загрузить в таймер Т/С1 коэффициент деления для получения требуемой скорости приёма/передачи УАПП;

загрузить в регистры программируемого контроллера прерываний управляющее слово, а также векторы прерывания;

загрузить в регистры управления интервальных таймеров каналов управления ШД управляющие слова, устанавливающие каналы таймера в режим 1;

загрузить в регистры управления контроллера клавиатуры/дисплея управляющее слово, настраивающее канал сканирования клавиатуры в режим сканирования матрицы датчиков, а канал дисплея в режим ввода справа со сдвигом влево.

После выполнения перечисленных операций требуется произвести тестирование внешней памяти данных. Тестирование выполняется последовательной записью во все ячейки ОЗУ единиц и проверки правильности записи. Далее производится повторный цикл, отличающийся от предыдущего тем, что в ОЗУ записываются нули.

В случае обнаружения запорченных ячеек в регистре ERROR (специально выделенная ячейка резидентного ОЗУ) устанавливается бит ошибки внешнего ОЗУ.

После завершения начальной установки системы выполняется команда разрешения прерывания.

Далее выполняется позиционирование первого пера в начало координат. Для этого в регистры каналов 0 и 1 интервальных таймеров загружаются коэффициенты деления частоты для скорости позиционирования (не более 10 мм/с), а в регистры каналов 2 - величину максимального перемещения в дискретах. В регистре управления каналов ШД и перьев устанавливаются биты направления и разрешения перемещения. После этого ожидается поступление запроса прерывания от контроллера клавиатуры/дисплея, который производит сканирование концевых датчиков. При поступлении запроса прерывания производится снятие бита разрешения перемещения по координате, соответствующей сработанному датчику.

По окончании цикла позиционирования МК51 переводится в режим ожидания прерывания от УАПП, т.е. прихода запроса от МС о состоянии МПСУ. В ответ на запрос готовности МК51 посылает в линию связи байт ERROR, сигнализирующий о наличии или отсутствии ошибок начальной установки.

Далее ожидается поступление графических данных или команд перенастройки системы. Распознавание поступающей информации производится по 9-му биту принятого слова. Если 9-й бит равен нулю, то принятый байт относятся к графическим данным и записывается во внешнее ОЗУ данных; если 9-й бит равен единице, то принятый байт относится к командам перенастройки системы и записывается в резидентное ОЗУ.

Приём данных осуществляется до тех пор, пока не поступит признак конца блока (если длина блока менее 1 Мбайта) или не исчерпается внешняя ОЗУ данных (если длина блока - 1 Мбайт).

После окончания приёма данных МК51 переходит к выполнению команд перенастройки системы (если они поступили) или вычерчиванию чертежа.

Вычерчивание начинается с чтения команды графических данных из внешнего ОЗУ и её распознавания. После этого читаются байты величин перемещения, определяются скорости перемещения и рассчитываются коэффициенты деления таймеров и загружаются в регистры. Содержащийся в коде команды номер пера Р1Р0 записывается в регистр управления каналами, устанавливается направление перемещения +X/-X и +Y/-Y, и разрешается работа таймеров сигналами GATE X и GATE Y.

По приходу сигнала запроса прерывания STEP X или STEP Y производится запись в регистры каналов 1 интервальных таймеров новых значений коэффициентов деления для следующего шага кривой разгона/торможения. Данная процедура выполняется до тех пор, пока значение коэффициента деления канала 1 не станет равным коэффициенту деления канала 0. При этом длительность сигналов на выходах каналов 0 и 1 становится одинаковой и равной полупериоду требуемой частоты управления ШД.

По окончании блока данных МК51 посылает в линию связи с МС код завершения работы. При работе в ручном режиме необходимо организовать распознавание нажатых клавиш, а также «эхо режим» отображения. Вводимые параметры должны проверяться на наличие ошибок и корректироваться. В памяти программ должен содержаться блок данных тестового рисунка, вывод которого инициируется вводом с клавиатуры определённого кода.

Блок-схема алгоритма работы МПСУ представлена на листе. Здесь изображены основной алгоритм работы системы, процедуры обработки прерывания, а также вспомогательные процедуры обслуживания информационных каналов, памяти, и обработки данных.

4.2 Построение алгоритма работы модуля сопряжения

5.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КАПИТАЛЬНЫХ ВЛОЖЕНИЙ В СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ

В экономических расчетах определение капитальных вложений в средства автоматизации включают: расчет капитальных вложений по базовому варианту (аналога конструкции) и по проектируемому варианту. Методика расчета в обоих вариантах аналогична.

Капитальные вложения состоят из балансовой стоимости средств автоматизации и капитальных вложений в производственные площади . Так как проектируемые средства автоматизации будут установлены на месте базовой конструкции средств автоматизации. и замена состоит лишь в отдельных модернизированных узлах. то общие капитальные вложения будут состоять только из кап. вложений в балансовую стоимость, т.е.

.

В свою очередь, первоначальная (балансовая) стоимость автоматических систем управления включает:

где - оптовая цена системы автоматизации на период расчетов, гр.

- расходы на доставку, монтаж, наладку оборудования, гр.

При укрупненных расчетах принимается в размере 10 - 15% от оптовой цены средства автоматизации.

Ориентировочная стоимость базовой системы около 500 гр, модернизированной - 150 гр.

Тогда кап. вложения в балансовую стоимость базовой системы составят гр., а для модернизированной системы

гр.

5.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОДОВЫХ ЗАТРАТ НА ЭКСПЛУАТАЦИЮ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ

Изменяющаяся часть технологической себестоимости может быть представлена в следующем виде:

где - стоимость расходуемых материалов, гр.

- стоимость расходуемой технологической энергии, гр.

- величина основной и дополнительной зарплаты основных рабочих, гр.

- зарплата персонала, обслуживающего эксплуатируемую систему управления. гр.

- суммарные отчисления в бюджет по зарплате, гр.

- амортизационные отчисления на реновацию системы управления, гр.

- расходы на содержание и эксплуатацию оборудования. гр.

Так как графический комплекс является оборудованием проектных или конструкторских бюро, то его обслуживает только персонал бюро. Т.е. статья «основная и дополнительная зарплата основных рабочих» исключается. Для обслуживания как базового так и модернизированного комплекса необходимо и достаточно одного служащего. Таким образом статьи «зарплата персонала, обслуживающего эксплуатируемую систему» и «суммарные отчисления в бюджет по зарплате» также могут быть исключены, т.к. не изменяются при переходе к эксплуатации модернизированной системы. Тогда изменяющаяся часть технологической себестоимости примет вид:

.

Работа с ПК зачастую происходит в помещениях с искуственным освещением, которое должно обеспечивать правильную работу глаз и приближать к оптимальным условиям зрительное восприятие, какое бывает при естественном солнечном освещении.

Самые общие правила организации освещения заключаются в следующем:

Следует избегать большого контраста между яркостью экрана и окружающего пространства. Оптимальным считается их выравнивание.

Запрещается работа с ПК в тёмном или полутёмном помещении.

Освещение в помещениях с ПК должно быть смешанным: естественным -- за счёт солнечного света -- и искусственным.

Если окна помещения имеют южную ориентацию, необходимо принять меры, благодаря которым интенсивный солнечный свет не мешал бы работе. Так например, оконные проёмы можно оборудовать жалюзи, занавесями, внешними козырьками.

В качестве источников общего искусственного освещения лучше всего использовать осветительные приборы, которые создают равномерную освещённость путём рассеянного или отражённого светораспределения (свет от ламп падает непосредственно на потолок) и исключают блики на экране монитора и клавиатуре. В соответствии с санитарными нормами, это должны быть преимущественно люминесцентные лампы типа ЛБ с рассеивателями или экранирующими решётками. Следует отметить, что существуют специальные люминесцентные лампы, например, фирмы «VitaLight R», которые излучают свет различного «качества», имитируя таким образом полный спектр естественного солнечного света.

Источники света необходимо равномерно распределять по комнате, компонуя в сплошные или прерывистые линии. Линии должны располагаться сбоку от рабочих мест по периметру помещения.

Если деятельность пользователя является комбинированной, т.е. предполагает работу как с компьютером так и с документами, на рабочие места необходимо устанавливать источники местного освещения -- настольные лампы с регулируемым наклоном плафона и регулируемой яркостью. В этом случае надо следить, чтобы свет от лампы не действовал раздрожающе и не создавал бликов на экране монитора.

6.3 Требования к параметрам микроклимата