Часть3 (1028412), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Микроконтроллер – основная структурная единица аппаратного обеспечения САУ:классификация с точки зрения ведущего разработчика технологической машины.2. Вариантность микропроцессорных средств САУ. Локальные регуляторы, программируемые логические контроллеры ПЛК и промышленные компьютеры.3. Организация обмена микроконтроллера с объектом управления. Линии связи с объектом управления.4.
Выбор архитектуры и элементной базы системы управления.5. История развития архитектуры микроконтроллеров. Контроллеры семействаУТК-5.6. Программная и аппаратная реализация дискретного управления и дискретногоконтроля в контроллерах УТК-5.7. Аппаратная и программная организация аналогового контроля контроллеров семейства УТК-5.8. Аппаратная и программная организация аналогового управления контроллеров семейства УТК-5.9. Архитектура построения контроллеров семейства «Орион», ее коренное отличиеот архитектуры УТК-5.10. Аппаратная и программная реализация дискретного контроля в контроллерах«Орион» через модули МОО и МПД.
Организация линий связи.11. Аппаратная и программная реализация дискретного управления в контроллерах«Орион».12. Платформа IBM PC, как основа промышленных контроллеров: история и тенденции развития, архитектура, набор шин.13. Выдача дискретного управления и дискретный контроль через модуль МОО контроллера «Орион».14. Аппаратная и программная аналогового контроля и аналогового управления в контроллерах семейства «Орион».15. Шина ISA: основы устройства и работы, предоставляемые ресурсы. Организацияпамяти компьютеров клона РС.16. Шина ISA: основы устройства и работы, предоставляемые ресурсы.
Организацияпрерываний компьютеров клона РС.Рябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им. Н. Э. Баумана, V_Ryabov@mail.ru206.2. Контроллеры клона РС: конструктивы, форм-факторы исистемные шины.Еще раз определимся, что из всего множества универсальных средств создания САУ(локальных регуляторов, многоблочных программируемых логических контроллеров ПЛК,многоплатных контроллеров архитектуры РС (промышленных компьютеров), либо их одноплатных разновидностей (СОМ-контроллеры, Computer On Module)) мы в этом разделебудем рассматривать универсальные многоплатные контроллеры семейства РС.
Главнымиотличительными особенностями рассматриваемого нами множества являются:− гибкая архитектура за счет выделения функционально законченных модулей,размещенных на отдельных платах и объединения всех плат в рамках конструктива единой шиной;− программная совместимость с большинством компьютеров клона РС.По конструктивному исполнению (конструктиву), исходя из способа размещенияна объекте управления, или по механическому интерфейсу, многоплатные контроллерысемейства РС делят на:− настольные промышленные компьютеры и компьютеры для настенного монтажа;− компьютеры для монтажа в 19’’ стойку;− встраиваемые компьютеры.Увязывает контроллер в единое целое системная шина. Их также несколько вариантов внутри каждого конструктива.
Модули или отдельные платы контроллера, даже приналичие одинаковой по протоколу шины, могут имеет различные габариты, различное исполнение шины (ножевой разъем на печатной плате, разъем со штырьками и т.п.). Эторазличие будем определять форм-фактором.А. Конструктивы промышленных компьютеров.Настольные контроллеры или промышленные компьютеры более всего похожина их офисных собратьев как по внешнему виду, так и по внутренней архитектуре.
Внутриних материнская плата стандартных габаритов, на которой расположены разъемы платрасширения. Только повышенные требования к температурному режиму работы, повышенная виброзащищенность и защищенность от пыли выделяют компьютерыэтого семейства. Такие компьютеры конструктивно выполнены близко к обычным офисным PC, с такими жехарактерными свойствами, как удобство конфигурирования, легкость настройки и обслуживания.Применяют такие ПК обычно в системах, где отних не требуется работы в жестком реальном времени икомпьютер непосредственно технологической машинойне управляет, а выполняет лишь супервизорные функции. На рис.
6.17 показан внешний вид такого компьютера.Среди главных особенностей таких компьютеровследует особо отметить сохранение шины ISA в качествесредств расширения. Современные офисные компьютеры уже давно распрощались с этой шиной, посколькуРис. 6.17.фирма Intel перестала поддерживать эту шину в своемчипсете материнской платы. Это набор из несколькихбольших интегральных схем, формирующих основные шины компьютера, выполняющихфункции обслуживания этих шин и супервизорные функции над микропроцессором.Следует отметить две тенденции производства ПК (как настольных, так и другихисполнений).
Одна предусматривает некую "жесткую архитектуру" устройства с конкретРябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им. Н. Э. Баумана, V_Ryabov@mail.ru21ным набором функций и параметров. Сборка таких изделий производится в заводскихусловиях по специальным технологиям, что позволяет обеспечить выполнение повышенных требований к отказоустойчивости в условиях промышленной эксплуатации, но не позволяет модернизировать систему без снижения защитных свойств.Другая предусматривает широкие возможности по оснащению и модернизации взависимости от изменения производственных задач, но при этом степень защищенностиустройства от воздействия неблагоприятныхфакторов, естественно,несколько снижается.Нас с вами, какразработчиков системуправления технологическим оборудованием,более всего будет интересовать вторая тенденция - возможность комплектации компьютеровпод конкретный объектуправления.
Такие компьютеры,даженастольного исполнения,резко отличаются поконструктиву от показанного на рис. 6.17.Гибкость архитектурного решения достигаетсяв них за счет выделенияфункционально законченных модулей, размещенных на отдельРис. 6.18. Корпус для комплектации настольного комных платах и объединепьютера для настольного или настенного монтажа.ния всех плат в рамкахконструктива единой шиной.В качестве примера на рис 6.18 показан производимый фирмой Advantech корпусдля комплектации промышленного компьютера.
Видно, что материнской платы уже нет,ее заменила восьмислотовая пассивная объединительная панель или плата, содержащаявнутреннюю системную шину, в разъемы которой вставляется высокоинтегрированнаяпроцессорная плата, выполняющая обычно все функции вычислительного ядра испециализированные платы связи с объектом управления.Форм-факторы используемых плат и внутренние системные шины могут быть различными.
Общим является архитектурное решение: пассивная объединительная плата,формирующая внутреннюю системную шину и набор плат, выполняющих законченныефункции, выполненных в едином стандарте. В состав корпуса включены вентиляторы сфильтрами для защиты от пыли и возможностью их замены без нарушения работы компьютера, источники электропитания с возможностью резервирования.
Система обнаружения отказов и оповещения о них следит за исправной работой отдельных элементов контроллера (блока питания и вентиляторов). Процессорная плата обычно оборудована сторожевым таймером, предупреждающим и устраняющим последствия программных сбоев,супервизором питания, предупреждающим отказы из-за падения питания ниже установленного уровня, системой контроля температуры. Все это в комплексе, наряду с надежным программным обеспечением и позволяет добиться так называемой высокой готовноРябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им. Н. Э.
Баумана, V_Ryabov@mail.ru22сти. Сейчас очень много различных рекламных заявлений, в том числе и о высокой готовности на уровне «пять девяток». Относитесь к ним с некоторой долей скептицизма, заоднопосчитайте сами, сколько это минут простоя в годе непрерывной трехсменной работы.Компьютеры для монтажа в 19” стойку монтируют обычно в стойку электроавтоматики, выполняющей функции системы электропитания технологической машины.Здесь же целесообразно разместить и систему управления, поскольку объем информациимежду этими системами велик и появляется возможность разместить все объединяющиеих кабели внутри. Это поток сигналов дискретного управления на источники питания,управляющий потоками энергии для электропитания различных целевых механизмов и ихэлементов, сигналы обратной связи в аналоговом или дискретном виде АК и ДК и т.п.Это, пожалуй, наиболее рациональный конструктив при разработке систем автоматического управления оборудования для электронных технологий, являющихся предметом нашего анализа.
Здесь также проявляются две тенденции: взять готовую систему,возможно с некоторыми излишествами, либо скомплектовать ее от начала и до конца подконкретный объект управления. Но столь завершенных систем, как в настольном конструктиве, уже нет. Исходной альтернативой является выбор, взять ли законченную рабочую станцию и довести ее комплектацию под объект управления или скомпоновать систему управления самостоятельно.Рабочая станция (рис. 6.
19) включает обычно корпус, определяющий формфакторы применяемых плат, в котором размещены элементы человеко-машинного интерфейса (дисплей, клавиатуру и т.п.).Рис. 6.19В корпусе размещены накопители на жестких и гибких магнитных дисках, либопредусмотрены элементы их крепления. Включает рабочая станция и источник питания,систему вентиляции с фильтрами и ряд других вспомогательных элементов общего применения.
Разработчику следует лишь выбрать набор плат заданного форм-фактора. Этиплаты должны сформировать вычислительное ядро контроллера и устройство связи с объектом, исходя из условий эксплуатации, реализуемых функций, номенклатуры каналовсвязи и других требований. Типовая рабочая станция фирмы Advantech с кратким перечислением ее параметров приведена на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
