Часть1 (Рябов В.Т. - Комплексная разработка механических, электронных и программных компонентов ТО), страница 9

Микроконтроллер МК3 формирует такие команды, исходя из заданного графика нагружения. По сути, работа РППТ не отличается от работы локального регулятора ТР. Получив от МК3 требуемое усилие сжатия в виде уставки, контроллер КП по ПИД-закону регулирования формирует команды, должным образом модулирующие энергетические потоки, поступающие на двигатель. В качестве датчика обратной связи вэтом локальном контуре регулирования используется датчик усилия, фиксирующий сжатиесвариваемых образцов.Это далеко не единственный вариант структурной реализации аппаратного обеспечения САУ, который во многом определяет и структурную организацию программного обеспечения. Структура САУ во многом определяется опытом и наработками ведущего разработчика.

Здесь применен достаточно сложный оригинальный модуль СМК, включающий три однокристальных микроконтроллера серии PIC и микроконтроллер семейства MCS-51, объединенных локальной сетью I2C. Разработка такого контроллера и, особенно, оригинальногопрограммного обеспечения к нему – достаточно трудоемкая задача, взяться за решение которой может коллектив, имеющий опыт аналогичных разработок и средства программноаппаратной эмуляции для отладки программного обеспечения.Надежность САУ такой структуры целиком определяется надежностью работы СМК.Электронику часто в шутку называют наукой о плохих контактах и в этой шутке есть огромная доля правды.

Объединение практически всего ядра САУ в одной плате, при ее грамотномисполнении, существенно повышает надежность системы. Для защиты от помех по питаниюи программных сбоев МК здесь использованы супервизорные схемы и системы Watchdog, окоторых речь пойдет далее в гл.

3.3.Центральный контроллер на базе промышленного компьютера выполняет лишь сервисные функции и функции коррекции цели. Основную целевую функцию (выполнение заданногоили директивного технологического процесса) ведут локальные микроконтроллеры. С помощью центрального контроллера в диалоговом режиме программируется процесс сварки и егопараметры передаются локальным микроконтроллерам – это функции коррекции цели.К сервисным функциям, обеспечивающим наилучшие условия для выполнения основных целевых относятся отображение состояния установки на мониторе, периодическийконтроль за работой модуля СМК, прием сообщений о состоянии локальных процессов ификсация трендов процессов нагрева и нагружения на жестком диске.Программные сбои и зависания центрального контроллера, при условии ихсвоевременного обнаружения и перезагрузи задачи управления с учетом текущего состояния,не критичны.

Ведь каждый из локальных микроконтроллеров знает свои задачи.Другой вариант структуры САУ для реализации тех же функций приведен на рис. 1.21.Здесь за основу взят встраиваемый компьютер в формате MicroPC (см. рис. 1.18). На системной магистрали ISA включено вычислительное ядро CPU, представляющее из себя законченный компьютер с твердотельными дисками, видеоконтроллером, сетевым контроллеромEthernet, контроллером накопителя на жестких магнитных дисках и широкими возможностями расширения.

Таким образом, мы поддерживаем человеко-машинный интерфейс, сервисные функции и функции коррекции цели.30По шине ISA к вычислительному ядру подключена плата DIO, обеспечивающая выдачунеобходимых сигналов дискретного контроля и управления. К порту канала RS-485 на CPUподключаем уже известные нам блоки ВАК, ТР и РППТ. Здесь программная поддержка процесса откачки полностью ложится наMicroPC, выполняющего помимо этогоРППТфункции центрального контроллера.ДУ АКMПроцесс нагрева и нагружения обеспеШИМчивают, как и ранее, локальный термоЭПАКрегулятор и блок РППТ.МониторВозможностей CPU с большимВАКTРКПзапасом хватит, чтобы взять на себяфункции терморегулятора и блокаРППТ.

Как видите, мы все более функции аппаратной поддержки перекладыКлавиатура, мышьRS-485ваем на программное обеспечение центрального контроллера, усложняя его иДУMicroPCупрощая аппаратную часть. И здесь естьнекоторая «золотая середина». Программно эмулировать локальный термоДКDIOCPUрегулятор не сложно, но это не дорогойISAблок и я бы все оставил, как на рис.К сети Ethernet1.21.

А вот регулируемый привод РППТсравнительно дорог, но если нет достаточного опыта разработки таких систем,Рис. 1.21.то пожалуй, разработка технической документации, программного обеспечения, изготовление, отладка и доводка управляющей приводом программы обойдутся гораздо дороже, не говоря о потраченном времени.1.2.3.4.5.Вопросы к экзамену.Микроконтроллер – основная структурная единица аппаратного обеспечения САУ.Состав и функции, выполняемые микроконтроллером.Центральные, узловые и локальные микроконтроллеры. Выполняемые функции и особенности построения.Локальные регуляторы, программируемые логические контроллеры, промышленныекомпьютеры и средства распределенного сбора данных и управления. Особенностипостроения и программирования.Типовые топологии управляющих сетей.Вариантность построения управляющих сетей.

Примеры.1.4. Последовательный процесс – основная структурная единицапрограммного обеспечения САУПрограммное обеспечение системы автоматического управления разделяют на системное и пользовательское. При разработке конкретной программы всегда пользуются некоторым набором утилит общего применения.

Это программы тестирования аппаратной частимикроконтроллера, утилиты для работы с плавающей точкой, диспетчеры задач для поддержания их исполнения в реальном времени и т.п. При программировании пользуются этимисистемными утилитами и подпрограммами и на их основе и с их поддержкой создают управляющую программу – программу пользователя, описывающую правила выполнения предписанных системе функций. Функция определяет цель некоторых действий.31Для достижения поставленных целей реализуют ряд процессов, т.е. решают ряд задач.Так, в рассмотренном ранее примере полуфабрикаты параллельно откачиваются, нагреваютсяи нагружаются. Прежде всего, введем и обсудим основные понятия и определения.Событие – это момент фиксации чего-либо важного для нас. Не слишком четкое определение, но говорящее о том, что это понятие субъективное.

Главное здесь, что событие моментально. ВвеСобытиедем важное допущение: два события не могут происходить одновременно. Если приняли, что событие моментально и представляет собой точку на оси времени,ПрограммноеВнешнеето вполне оправдано, что эти точки всегда различны исобытия следуют одно за другим. События выступаюткак следствия каких-либо действий, либо, как причинаЛокальноеСистемноедействий. Действия уже протяженны во времени и, поэтому могут протекать параллельно.Рис.

1. 22.События могут непосредственно определятьсяпрограммой (программные события) и быть внешними событиями по отношению к управляющей программе. Примером программного событияявляется появление новой информации после завершения выполнения очередной командыпрограммного кода.Для фиксации внешних событий в микроконтроллерах предусмотрен механизм прерываний, с которым Вы очевидно знакомы. Позже мы еще раз рассмотрим этот механизмввиду его важности для систем управления.

Существуют и другие способы фиксации внешних событий диспетчером процессов, но для нас пока это особого значения не имеет.Все события можно разделить на локальные, имеющие значение только для данногопотока, и системные (рис.1. 22). Системные события каких либо процессов (потоков) участвуют в инициализации действий в других процессах или потоках. Иначе говоря, событиеданного потока, или какое либо внешнее по отношение к управляющей программе событие(непосредственно не вычисляемое в ней), является системным, если оно обрабатываетсяядром операционной системы (диспетчером процессов) и может участвовать в перераспределении вычислительных ресурсов между потоками. На рис.1.22 показано, что внешнее событие не может быть локальным.

Прерывание, предусмотренное для фиксации внешнего события, всегда запускает подпрограмму обслуживания этого прерывания, в результате чего перераспределяются вычислительные ресурсы микроконтроллера. Если, конечно прерывание незапрещено, но тогда и внешнего события для системы управления не будет.Процесс в нашем понимании, это совокупность событий и действий, объединенныхобщей природой и причинно-следственными связями и направленных на достижения поставленной цели.

С принятой в стандарте POSIX (Portable Operation System Interface Exchange)точки зрения, процесс – это исполняемый программный код, расположенный в физическизащищенном объеме памяти.Последовательный процесс или поток (нить - thread) – это последовательность связанных событий и действий. Каждое событие является следствием предыдущих действий иинициатором последующих. Рассмотренный в примере с роботом автоматный граф являетсятиповым последовательным процессом или потоком.