книги / Микропроцессорное управление технологическими процессами в радиоэлектронике

128 до 896 входов-выходов. Объем памяти пользова­ теля от 1 до 5 К слов (энергонезависимая память). Контроллеры представляют собой модульные конст­ рукции и их можно объединять в сеть до 64 контрол­ леров или микро-ЭВМ.

Контроллеры PLC-3 выпускаются той же фирмой, что и PLC-2. Это мощный ПК. Он содержит до 4096 входов-выходов, которые можно подключить к технологическому оборудованию на расстоянии до 3000 м. Объем памяти контроллера 128 К слов. Конт­ роллер PLC-3 можно подключать к сети с помощью интерфейса RS-232. Он содержит большое число до­ полнительных интерфейсных аналоговых и цифровых модулей. Программировать можно на языке релейноконтактных схем с помощью графических терминалов.

В СССР выпускаются микро-ЭВМ, которые можно использовать при построении систем управления тех­ нологическим оборудованием. Например «Электрони­ ка-60», «Электроника-100», «Электроника НЦ», ДВК «Электроника НЦ 80-20», «Электроника С5», семейст­ во микро-ЭВМ СМ 1800. Кроме того, имеется ряд раз­ работок собственно контроллеров в различных отрас­ лях промышленности, разработанных для специаль­ ных применений.

Программируемый контроллер МК-01. В его со­ став входят модули управления, ввода-вывода, за­ поминания, ПЗУ. Контроллер выполнен на базе про­ цессора К580ИК80, имеет ОЗУ объемом 2 Кбайт. ПЗУ объемом б Кбайт, канал ИРПС, 8 входов и 8 выходов.

4 Кбайт, ППЗУ объемом 18 Кбайт, 48 каналов вводавывода, 8 каналов ввода-вывода с гальванической развязкой и один последовательный канал. По­ требляемая мощность 35 Вт.

201

Программируемый микроконтроллер МКП-1 пред­ назначен для управления робототехническими комп­ лексами и автоматическими линиями. Выполнен на базе процессора К580ЙК80 и имеет объем памяти пользователя до 1 Кбайт, входов 48, выходов 48, энер­ гонезависимое ЗУ и индикацию состояния входов и выходов на световодах. Потребляемая мощность до 100 Вт.

Программируемые контроллеры (макси) ряда МикроДАТ являются модификацией устройств КТС ЛИУС-2. Выполнены на базе процессора К580ИК80 и имеют в своем составе модули процессора, ввода цифровых сигналов, вывода цифровых сигналов, АЦП на 4 канала, ЦАП на 2 канала, ввода импульсных сиг­ налов, вывода дискретных сигналов на переменном токе, последовательного обмена, вспомогательные устройства (прибор программирования и отладки, при­ бор ввода программ). Контроллеры построены по мо­ дульному принципу и имеют от 8 до 248 каналов вводавывода. Объем памяти для программ пользователя до 4 Кбайт. Потребляемая мощность до 100 Вт.

Устройство-контроллер распределенной вычисли­ тельной мощности УКРВМ выпускается на базе про­ цессора К580ИК80. Контроллер построен по модуль­ ному принципу и имеет большой набор модулей различного назначения: цифрового и аналогового вво­ да-вывода, модули ИРПР, ИРПС и др. Объем памяти ОЗУ до 32 Кбайт, ПЗУ до 16 Кбайт. Потребляемая мощность 200 Вт.

Универсальный программируемый контроллер МС 2702 выполнен на базе серии 155, 556, 565, 573, 580, 589. Имеет 48 каналов ввода-вывода без гальваниче­ ской развязки и 8 каналов ввода-вывода с гальвани­ ческой развязкой. Содержит интерфейсы ИРПР, С2, RS-232. Объем ПЗУ 1 Кбайт. Потребляемая мощность 35 Вт.

202

Кроме перечисленных ПК, выпускают блоки уп­ равления «Орион-3», предназначенные для управле­ ния технологическим оборудованием. Основой бло­ ка управления является микро-ЭВМ «Электроника60М», В различных вариантах исполнения эти блоки содержат разное количество модулей аналогового и цифрового ввода-вывода и оптронной развязки. В максимальном варианте может быть до 192 каналов ввода и до 160 каналов вывода цифровой информации. Максимальное число аналоговых входов-выходов 32. Обеспечивается обмен данными с дисплеем типа 15ИЭ-00-013 по последовательному каналу и под­ ключение фотосчитывателя FS-1501.

Дальнейшее развитие и совершенствование ПК на­ правлено на наиболее эффективное решение задач уп­ равления каждого конкретного пользователя, повы­ шение производительности, точности, надежности и «интеллекта», а также на дальнейшее снижение их стоимости.

5.5. ПРОГРАММИРУЕМЫЙ КОНТРОЛЛЕР ДЛЯ ОБОРУДОВАНИЯ ТИПОВОГО АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОННЫХ МОДУЛЕЙ

Универсальный программируемый контроллер для управления оборудованием производства электрон­ ных модулей выполнен в виде набора функционально законченных модулей (рис. 25). Каждый модуль раз­ мещен на отдельной плате, а весь контроллер монти­ руется в одном корпусе. Каждый модуль имеет по два разъема: один для подключения модуля к внутренней шине контроллера обеспечивает передачу информации между модулями, а второй — для связи с внешними устройствами и технологическим обору­ дованием.

203

Центральный модуль — модуль процессора вы­ полнен на основе микропроцессорного комплекса серии К580 и содержит центральный процессор (ЦП), тактовый генератор, системный контроллер, таймер, контроллер прерываний (КП), контроллер последо­ вательного обмена (КПО), узел ввода информации (ФДМ) с НМЛК, ОЗУ, ПЗУ, схемы контроля, форми­ рователи шин (ФШ). Модуль процессора допускает

Рис. 25. Структура локальной системы управления

подключение до 16 модулей ввода-вывода при ради­ альной структуре передачи информации. Количество

иноменклатура модулей в каждом конкретном слу­ чае различны и определяются требованиями по управ­ лению технологическим оборудованием и оптималь­ ными условиями работы обслуживающего персонала.

Кмодулям ввода-вывода относится модуль связи, который обеспечивает ввод информации с клавиатуры

ивывод буквенно-цифровой информации на устройст­ во отображения.

204

Контроллер может обмениваться информацией с верхним уровнем АСУ, микро-ЭВМ и другим конт­ роллером по стандартному каналу ИРПС.

К внешним устройствам относятся клавиатур?, дисплей и кассетный накопитель на магнитной ленте. В состав контроллера входят модули процессора, свя­ зи, ИРПС, ввода-вывода дискретной и аналоговой информации и блок питания.

Модуль процессора предназначен для хранения ОС и управляющей технологической программы, выпол­ нения арифметических и логических операций, обме­ на информацией с верхним уровнем АСУТП, обмена информацией с устройствами ввода-вывода, ввода технологической программы с накопителя на магнит­ ной ленте, формирования временных меток, управле­ ния модулями ввода-вывода. Модуль процессора обес­ печивает выполнение всей системы команд, предусмот­ ренной для микросхемы К580ИК80А, число уровней прерываний 8.

'{Объем ПЗУ для хранения операционной системы и технологических программ 8 Кбайт, объем ОЗУ 8 Кбайт. Можно обеспечить сохранение содержимого ОЗУ при выключении питания в течение 24 ч.

В модуле процессора находятся три программи­ руемых таймера: первый используется для работы контроллера последовательного обмена, второй вы­ рабатывает временные метки, а третий входит в схему контроля. Контроллер последовательного обмена (КПО) работает в двух режимах: дешифрации инфор­ мации, поступающей от НМЛК, и обмен по каналу ИРПС со скоростью 9600 бод. Второй таймер воспри­ нимает сигналы состояния НМЛК и вырабатывает

2 0 5

управляющие воздействия на него. Схема контроля проверяс-т работу тактового генератора и выполнение программы процессором.

Модуль связи может обслуживать до 64 клавиш

и обеспечивает вывод буквенно-цифровой информации

вкоде КОИ-97. Количество отображаемых символов

встроке 20, количество строк 14, количество страниц буферной памяти 8. Для управления устройством ото­ бражения модуль вырабатывает синхронизирующий сигнал кадровой развертки, синхронизирующий сиг­ нал строчной развертки и видеосигнал. При вводе информации с клавиатуры включается в работу противодребезговая схема и формируется 8-разрядный код

нажатой клавиши.

Модуль ИРПС обеспечивает двухстороннюю связь с внешними устройствами по последовательным кана­ лам. Количество каналов ввода-вывода 8. Каждый канал образуется шестипроводной линией с оптронными развязками. Кроме четырех проводов, принятых в стандартных последовательных каналах, необходи­ мы еще запрос внешнего устройства на связь и разре­ шение процессора на связь по данному каналу. При построении распределенных систем модуль ИРПС можно использовать как центральный узел в радиаль­ ной структуре.

Скорость обмена по любому из 8 каналов составля­ ет 9600 бод при условии, что процессор не занят от­ работкой задачи более высокого приоритета.

Модуль ввода дискретной информации обеспечива­ ет ввод в контроллер дискретной информации по 16 каналам с оптронными развязками. Входные цепи обеспечивают фильтрацию сигналов, индикацию на­ личия логической «1» и ограничивают входные токи.

Модуль вывода дискретной информации предназна­ чен для выдачи дискретных управляющих сигналов на исполнительные устройства технологического обо-

2 0 6

рудования по 16 гальванически развязанным кана­ лам. Напряжение сигналов на выходе модуля 24 В, ток не менее 150 мА. Питание выходных цепей осу­ ществляется со стороны потребителя. На выходе каж­ дого канала можно установить элемент индикации.

Модуль ввода аналоговой информации обеспечива­ ет ввод в контроллер аналоговых сигналов с напряже­ нием 10 В по 8 каналам. Преобразуются аналоговые сигналы следящим АЦП с дискретностью 10 двоичных разрядов (включая знак). Восемь аналоговых входов модуля подключаются к АЦП с помощью коммутато­ ра последовательно с частотой 10 кГц, в конце каждо­ го цикла преобразования полученный в АЦП код записывается в регистровую память, а модуль пере­ ключается на обслуживание следующего канала, и цикл преобразования повторяется. Далее двоичный код, соответствующий сигналу любого канала, может быть прочитан процессором. Схема контроля модуля приводится в действие по сигналу «Тест» из модуля процессора. При этом коммутатор подключает к АЦП источник эталонного напряжения и схема сравнения сравнивает полученный в АЦП код с эталонным, результат сравнения записывается в регистр со­ стояния.

Модуль вывода аналоговой информации обеспечи­ вает вывод из контроллера аналоговых сигналов на технологическое оборудование по 8 каналам. Напря­ жение выходных сигналов модуля ±10 В, ток по каждому каналу не более 10 мА Дискретность преоб­ разования —10 двоичных разрядов (включая знак).

Модуль процессора записывает в регистровую па­ мять модуля вывода коды, соответствующие каналам вывода аналоговых сигналов. С частотой 10 кГц ре­ гистровая память подключается к цифроаналоговому преобразователю С его выхода аналоговые сигналы через коммутатор поступают на выходные схемы,

207

которые представляют собой усилители мощности с за­ поминанием. Таким образом, напряжение на выходах модуля обновляется с максимальной частотой 10 кГц. Схема контроля постоянно оценивает состояние вы­ ходных усилителей и результаты проверки заносит в регистр состояния.

Блок питания обеспечивает питание всех модулей контроллера и НМЛК стабилизированными напряже­ ниями. В блоке имеются три мощных импульсных стабилизатора на напряжения + 5 , +15 и —15 В, а также параметрические стабилизаторы на напряже­ ния +12 и —5 В. В блоке питания предусмотрена защита от перегрузки по току и от короткого замыка­ ния в каждом канале импульсных стабилизаторов, а та/сже защита от превышения напряжений на выходах блока. Управляет блоком питания схема управления, которая включает и выключает напряжения в опреде­ ленной последовательности, вырабатывает сигнал пре­ рывания процессора при исчезновении напряжения в сети, автоматически запускает блок питания после кратковременных перебоев в питании. Управлять бло­ ком питания можно кнопками на самом блоке или дистанционно от АСУТП.

5.6. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОНТРОЛЛЕРА

Контроллер предназначен для использования в со­ ставе микропроцессорных систем управления техноло­ гическими процессами. Такие системы работают в режиме реального времени, при котором события, требующие ответной реакции системы, могут возни­ кать в непредсказуемые моменты времени и в непред­ сказуемой последовательности. В системах реального времени (СРВ) время реакции исчисляется секунда­ ми, милли- й микросекундами, поэтому очень важное значение имеет качество программного обеспече­

208

ния (ПО) К ПО микропроцессорных СРВ предъявля­ ются следующие требования: надежность, структур­ ность, модульность, модифицируемость, читабель­ ность, наличие качественной документации, переноси­ мость, эффективность, удобство (дружественность). Первостепенное значение имеет надежность ПО, так как низкая надежность означает прежде всего то, что программы не выполняют поставленные задачи, т. е. вся система не соответствует функциональному назна­ чению. Структурность программ облегчает решение сложных задач, способствует их лучшему пониманию. Это свойство ПО тесно связано с модульностью, так как модуль — это элемент структуры программы, составленный по определенным правилам (выполне­ ние одной или нескольких близких по характеру за­ дач, обобщенная форма записи, одна точка выхода, стандартный алгоритм завершения по ошибке). Хоро­ шо структурированная программа наиболее полно соответствует требованию модифицируемости, так как назначение модулей в такой программе четко опреде­ лено, а значит, изменение любого модуля или не­ скольких одновременно не вызовет больших осложне­ ний и не нарушит общую структуру. Влияют на модифицируемость также все требования сопровожде* ния, к которым относятся читабельность, документированность и переносимость. Особо важное значе­ ние имеет переносимость для микропроцессорных систем, так как развитие технологии производства микропроцессоров приводит к быстрому старениюдей­ ствующей аппаратуры. Это требование имеет важное экономическое значение. Под эффективностью про­ грамм понимается как экономичность использования ресурсов микро-ЭВМ (оперативной памяти, времени процессора), так и уменьшение всех затрат на ПО (раз­ работку, сопровождение). Требование удобства отно­ сится в основном к обеспечению средств связи вычисли­

209

тельной техники с человеком. Общение с ЭВМ должно быть простым, удобным, соответствующим физическим и интеллектуальным способностям человека. Удо­ влетворение этого требования усложняет ПО системы.

Все перечисленные требования к ПО легко можно удовлетворить при использовании языков высокого уровня. Намного сложнее обеспечить требуемые ка­ чества ПО на уровне ассемблера, а требования сопро­ вождения практически невозможно обеспечить на языках низкого уровня. Однако программы, написан­ ные на языках низкого уровня, получаются более экономичными в отношении использования ресурсов ЭВМ. Этот фактор имеет особенно важное значение для встроенных микропроцессорных систем, которые имеют ограничения по объему памяти и по скорости выполнения программ.

Контроллер — это система средней сложности, ко­ торую можно использовать для управления техноло­ гическим оборудованием во многих отраслях промыш­ ленности как в составе более сложных систем или сетей, так и в качестве самостоятельного управляюще­ го устройства. Адаптация контроллера к конкретному виду оборудования обеспечивается программным обес­ печением. Основные требования к ПО — это надеж­ ность и переносимость, дополняемые требованием эф­ фективности. Наиболее удачно в контроллерах соче­ таются языки высокого и низкого уровней. Основная часть ПО разрабатывается на языке высокого уровня и наилучшим образом соответствует требованию пере­ носимости, ответственные модули ПО разрабатывают­ ся на ассемблере, что повышает эффективность про­ грамм. В качестве инструментальной ЭВМ использу­ ется СМ 1800. В качестве инструментальной опера­ ционной системы — ISIS-2.

Использование контроллера для управления раз­ личным оборудованием требует индивидуального

210