Часть1 (Рябов В.Т. - Комплексная разработка механических, электронных и программных компонентов ТО), страница 7

Позволяет заимствовать аппаратные и программные реАК ДК АУ ДУшения сторонних производителей.ПреобразователиОсновной структурной единицей аппаМКэнергетическихратногопостроения САУ является микроконпотоковтроллер (МК) (рис. 1.15). Его назначение – обработка поступающей информации и выдачаДатчикиуправляющих воздействий для реализации всейМКПериферийныесовокупности возложенных на САУ функций. Вкомпонентысостав развитого микроконтроллера входит вычислительное ядро (ВЯ), непосредственно обРис. 1.1523рабатывающее поступающую информацию и организующее обмен с элементами объектауправления.

Сервис вычислительному ядру при вводе и выводе информации от оператораоказывают человеко-машинный интерфейс и система ввода-вывода. Это обычно монитор,клавиатура, мышь и средства связи с ними, которые часто непосредственно входят в составвычислительного ядра.Деление микроконтроллера на отдельные элементы мы проводим по функциональным(выполняемые функции) и конструктивным признакам. Конструктивные признаки определяют, входят ли те или иные элементы в конструктив микроконтроллера («чип», плату илииную сборочную единицу – модуль) или нет. С этой точки зрения многие элементы человекомашинного интерфейса (контроллер дисплея, контроллер клавиатуры, параллельный каналLPT) обычно расположены на вычислительном ядре, поэтому выделение их в отдельный модуль весьма условно.

Компоновка элементов в отдельные модули с конструктивной точкизрения во многом определяется серийностью выпуска. Чем более интегрирована конструкция, тем экономически дешевле она обходится при серийном выпуске, но, чем более она интегрирована, тем уже множество ее возможных применений.Устройство связи с объектом представляет вычислительному ядру услуги при обменеэлементарными сигналами аналогового АК и дискретного ДК контроля с датчиками, характеризующими состояние объекта управления и сигналами дискретного ДУ и аналогового АУуправления на преобразователи энергетических потоков. В качестве периферийных компонентов САУ, непосредственно связанных с объектом управления здесь используются, например, электромагнитные реле, включающие и выключающие различные устройства (электромагнитные клапана, двигатели и т.п.), твердотельные реле и транзисторные ключи.Адаптер сети необходим для подключения микроконтроллера в сеть.

Каждый микроконтроллер выполняет возложенные на него функции управления. Если он поддерживаеттемпературу в печи, по сети от микроконтроллера высшего уровня он получает уставку, определяющую, какую температуру поддерживать. Отвечает на запросы этого микроконтроллера, ответственного за проведения всего технологического процесса, о состоянии печи (значение температуры печи, ее градиент и т.п.). В той же сети находятся микроконтроллеры, ответственные за проведение других процессов, например контроллер вакуумной системы, который должен напустить технологический газ, когда температура достигнет заданной. Этотприказ он может получить от МК высшего уровня или от рассматриваемого нами регуляторапечи.

Часто адаптер сети бывает конструктивно встроен в вычислительное ядро. Причем навычислительном ядре бывает несколько последовательных каналов и сетевых адаптеров.По последовательному каналу МК может получать информацию от «интеллектуальных» датчиков, оснащенных собственным микроконтроллером. Здесь информация будет поступать не в виде, например, токового сигнала с размахом от 4 до 20 мА, с началом шкалы в20°С и верхним пределом в 100°С, а, как цифровой последовательный код.

По командам «интеллектуальный» датчик может проводить самотестирование, переключать шкалу измеренияи т.п. К одному каналу может быть подключено несколько таких датчиков и устройствуправления мощностью. Можно организовать этот сегмент сети так, что подчиненные устройства смогут обмениваться информацией друг с другом, минуя рассматриваемый намиконтроллер.Периферийные компоненты САУ служат для управления энергетическими потоками, поступающими на исполнительные механизмы и иные компоненты машины, нуждающиеся в энергопитании.

Обмен с ними идет, как правило, элементарными сигналами дискретного и аналогового управления (ДУ и АУ). Управляют энергетическими потоками ключи– устройства, способные управляющий информационный сигнал преобразовать в энергетический поток с требуемыми параметрами.24Датчики, входящие в состав периферийных компонентов, выдают на линии связи сигналы, характеризующие состояние объекта управления. Это, как правило, элементарные сигналы аналогового (АК) и дискретного контроля (ДК).Для построения систем автоматического управления (САУ ) широкого класса оборудования достаточно иметь три типа микроконтроллеров (МК) в соответствии с тремя уровнями иерархии:1. МК верхнего уровня - центральные МК.

Это контроллеры для управления отдельными машинами, производственными участками, цехами, имеющие развитые сервисныевозможности (вычислительные, графические, накопления информации, встраивания в локальные вычислительные сети и др.). Конструктивно такой контроллер строится как многоплатная конструкция и содержит вычислительное ядро и блок связи с объектом, ведущий информационный обмен с отдельными элементами машины. Этот контроллер координирует работу всей системы, выдает задания на исполнение локальным и узловым, он стоит во главесети САУ.2.

МК среднего уровня - узловые МК. Такие МК управляют достаточно развитойподсистемой машины, командуют фрагментом управляющей сети или отдельными сложными механизмами, когда разместить на одной плате устройство, совмещающее функцииуправления и энергообеспечения не удается. Конструктивно узловой контроллер выполняется как многоплатный и содержит плату обработки информации (ВЯ) и платы связи с объектом, согласующие информационные потоки между контроллером и объектом управления вудобный для обмена и управления вид.

От центрального такой контроллер отличается меньшими вычислительными и сервисными возможностями (как правило, отсутствие дисплея иклавиатуры, меньший объем памяти и быстродействие и, как следствие, меньшая стоимость).3. МК низшего уровня - локальные МК. Это контроллеры, располагаемые на периферии сети САУ и встраиваемые в управляемое устройство; как правило - это одноплатнаяконструкция, совмещающая функции преобразования энергии и информации.Деление МПСУ на 3 группы несколько условно, в реальном оборудовании наличиеМК всех трех уровней не обязательно и одни могут успешно заменять другие.

Узловые ицентральные МК, благодаря модульной гибкой конфигурации, достаточно универсальны имогут управлять достаточно широким классом технологического оборудования, поэтому выпускаются серийно, локальные контроллеры, как правило, узко специализированы и разрабатываются под конкретный механизм.Это деление с позиций места и функций, выполняемых в системе. Сейчас рынок заполнен различными микропроцессорными средствами управления. Их, в соответствии с особенностями построения, использования и программирования делят на ряд групп.Локальные регуляторы (ЛР) (рис. 1.16,а) управляют каким либо исполнительныммеханизмом широкого применения, например, нагревателем, электродвигателем (асинхронным, двигателем постоянного тока, шаговым). Частолокальный регулятор совмещает функции электропитанияи управления.

Программирование сводится к заданию констант и закона регулирования.БольшинствосовременныхРис. 1.16.локальных регуляторов имеютвозможность автоматического25определения констант закона регулирования, имеют память и последовательный канал связи,по которому могут получать и хранить параметры на ряд этапов технологии.

Например,подъем температуры в печи с заданной скоростью до определенного предела, затем выдержкатемпературы в течении заданного времени, охлаждение с заданным градиентом до заданнойтемпературы и т.п. Локальный регулятор может, помимо формирования управляющего воздействия на энергетический поток, обмениваться с объектом управления и другими командами дискретного контроля и управления, сообщать о состоянии объекта управления, имеетсредства местного и дистанционного программирования. Такой регулятор может полностьювзять на себя функции локального контроллера и по своим возможностям адаптации и универсальности приближается к программируемым логическим контроллерам.Программируемые логические контроллеры (ПЛК) конструктивно состоят из отдельных модулей в собственных корпусах, объединенных между собой системной шиной (рис.1.16, б).

Модули исполняют функции вычислительного ядра, устройств связи с объектом икоммуникационных устройств. ПЛК могут гибко комплектоваться под объект управления,естественно с некоторыми ограничениями по их количеству. Для программирования ПЛКразработаны специальные языки программирования, закрепленные в международном стандарте МЭК 61131-3, о которых речь пойдет в следующем разделе. Эти языки представляютпрограммисту достаточно широкие возможности для разработки управляющих программ.ПЛК по уровню сложности делят на три группы или уровня.

Особенно выражено программу выпуска всех трех уровней поддерживает фирма Siemens. Простейшие ПЛК (SiemensLOGO) призваны заменить системы на жесткой логике и выполняют функции локальныхМК, хотя могут и полностью управлять простыми технологическими объектами.ПЛК среднего уровня (Siemens SIMATIC) обслуживают уже до сотни и более линийаналогового и дискретного контроля и управления, могут поддерживать более сложное программное обеспечение и выполнять функции центральных и узловых МК.ПЛК высокого уровня сложности (Siemens PC) имеют развитый человеко-машинныйинтерфейс и выполняют функции центральных контроллеров.Промышленные компьютеры (ПК) еще более гибко комплектуются под объектуправления.

Их главным отличием от ПЛК высокого уровня сложности заключается в том,что они могут работать под управлением универсальных операционных систем и выполнять широкий круг задач общего применения.Работать в распределенных сетях с базамиданных, использовать ACAD, Word, Excel ит.п. Главным отличием ПК от обычного офисного компьютера является отсутствие материнской платы. Она выполнена в том же конструктиве, что и платы УСО и подключается вкакую либо системную шину наряду с другими платами. Однако программно и аппаратноПК совместим с офисными компьютерами семейства РС и можно плату УСО вставить вофисный компьютер и работать с ней.На рис.