Автоматизація металургійного виробництва. Автоматизована система оперативного контролю технічного стану цифрового вимірювального датчика (ЦВД) та інкрементного енкодера у складі систем автоматичного контролю і управління
Loading...
Date
2026
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Державний університет економіки і технологій
Abstract
В аналітичній частині встановлено, що в прецизійних промислових системах домінують оптичні енкодери з роздільною здатністю до 50 000 PPR та MTBF 100 000...500 000 год. Висока роздільна здатність визначила вибір апаратного таймера з тактовою частотою ≥ 50 МГц – це головний аргумент на користь STM32F407 із таймерами 168 МГц.
Розроблено методику визначення «вікна допуску» параметрів сигналу, що враховує нормальний джиттер датчика σ_norm та коефіцієнт безпеки k_safety = 3 (довірчий інтервал 99,7%). Для стандартних промислових датчиків класу B: δ_max = 10...20%. Введено операційні визначення 10 кодів несправностей (0x01...0xFF) у термінах, придатних для однозначної реалізації в коді мікроконтролера. Розроблено структурну схему з 7 функціональних блоків та обґрунтовано вибір STM32F407 на основі порівняння з Arduino Uno і Raspberry Pi 4 за критеріями апаратного декодера, роздільної здатності і детермінізму РМЧ. Обґрунтовано вибір Modbus RTU: час передачі 15 мс прийнятний для діагностики, оскільки аварійна реакція забезпечується апаратним реле. Вирішено проблему f_set: уставка частоти отримується з Modbus-регістра 40006-07 від системи ЧПК у реальному часі; T_nom перераховується динамічно на кожному циклі. При втраті зв'язку – перехід у безпечний режим SAFE_STOP. Виправлено розбіжність між теоретичним (84 МГц) та практичним (333...500 кГц) обмеженням максимальної частоти: 84 МГц – теорема Найквіста для таймера 168 МГц; 333 кГц – обмеження часом ISR ≈ 1,5 мкс; 500 кГц – досягається при DMA-буферизації. Розроблено чотирирівневу структуру ПЗ (RTOS FreeRTOS) та карту Modbus RTU-регістрів (40001...40022, табл. 2.4). Алгоритм виявлення збоїв одночасно аналізує T_H, φ та σ – три незалежних параметри (наукова новизна). Розроблено детальну методику верифікації для 8 класів несправностей. Теоретично розраховані очікувані показники системи: час виявлення відмови ≤ 0,40 мс (при f = 5 кГц); час виявлення збою ≤ 10 мс; хибних спрацювань за 60 хв – не очікується. Прогнозована похибка між теорією і реальними вимірюваннями – менше 5%.
Description
Keywords
алгоритм контролю, відмова, енкодер, збій, інтерфейс, мікроконтролер, оперативний контроль, реальний масштаб часу
Citation
Потапов С.В. Автоматизація металургійного виробництва. Автоматизована система оперативного контролю технічного стану цифрового вимірювального датчика (ЦВД) та інкрементного енкодера у складі систем автоматичного контролю і управління: робота на здобуття кваліфікаційного ступеня бакалавра: спец. 174 – Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології / наук. кер. М.С. Жуков. Кривий Ріг: Державний університет економіки і технологій, 2026. 50с.