1. Проблема управления и логико-вычислительные средства в системах управления (1245059), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Реализуются на основе SCADA-пакетов (Supervisor Control And Data Acquisition - супервизорное управление и сбор данных).6Взаимодействие между компонентами различных уровней управления осуществляется:- на нижнем уровне посредством локальных промышленных сетей, обеспечивающих физическую и логическую связь между ПРК, ДЧ и ИМ, распределенными в пространстве,- на верхних уровнях посредством локальных вычислительных сетей и Интернета.Сетевые технологии определяют возможность оперативного доступа к достоверной и точной информациииз любой точки управления объектами, что существенно влияет на эффективность работы системы.Можно говорить о структуре интегрированных распределенных автоматических и автоматизированныхуправляющих систем, для разработки которых используются средства, называемые программно-техническимикомплексами, позволяющими получить комплексные решения следующих основных задач:1) реализация аппаратной конфигурации системы на основе соответствующих семейств ПРК (нижнийуровень системы);2) разработка ПО для нижнего уровня, в том числе технологическое программирование ПРК, используя соответствующие инструментальные программные системы, например, такие как ISaGRAF, Ultralogik,КОНГРАФ, CoDeSys и др., а также используя соответствующие языки программирования ПРК стандарта МЭК61131;3) разработка ПО верхнего уровня, включающего интерфейс «человек-машина» (на основе SCADAпакетов), осуществление настройки и запуска системы в реальном масштабе времени.1.4.
Общая характеристика ПТК (рис. 4)Для ПТК характерны: а) модульный принцип построения; б) распределенное управление и обработкаинформации; в) свободное программирование (непрофессиональными программистами) алгоритмов; г) использование современных электронных компонентов и информационных технологий; д) сетевые архитектуры на основе локальных вычислительных и промышленных сетей; е) интернет-технологии и др.Систему, которая разрабатывается с использованием ПТК, называют целевой системой.
Рассмотрим состав и назначение компонентов ПТК, используемых при разработке целевой системы.Средства разработки и реализации ПО нижнего уровня целевой системыАппаратную часть целевой системы составляют ПРК и/или промышленные компьютеры, объединяемые,как правило, в промышленные сети.
В них загружается соответствующее системное ПО, которое осуществляетвыполнение прикладных программ, обеспечивающих необходимую обработку ИНФ и непосредственное автоматическое управление, диагностику и другие функции.ПТК содержит инструментальную программную систему (ИПС), представляющую собой интегрированную среду разработки прикладных программ для ПРК, средства загрузки их в ПРК, а также содержит программы,эмулирующие функции системы исполнения.Аппаратной основой для этих программных средств служат компьютеры, называемые инструментальными, в которые загружается ИПС.Средства разработки и реализации ПО верхнего уровня целевой системыа) ИПС, представляющая собой интегрированную среду, которая обеспечивает разработку и отладкуприкладного ПО верхнего уровня системы. При этом, как правило, используются SCADA-пакеты;б) аппаратную основу составляют инструментальные компьютеры, в которые загружаются ИПС, а такжерабочие станции и автоматизированные рабочие места (АРМ), в которые загружаются разработанное прикладноеПО - исполняемые системы.Для организации связи ПРК с программными средствами верхнего уровня в настоящее время используется подход на основе ОРС-технологии.
Это реализуется системами исполнения и ОРС-серверами, которымиоснащаются рабочие станции и АРМ.Таким образом, аппаратную часть ПТК составляют:1) ПРК и промышленные компьютеры, в которые загружается соответствующее системное и прикладноеПО: ОС; программы, осуществляющие связь с инструментальным компьютером (загрузка программ и просмотррезультатов); программы, реализующие пользовательские функции; и др.2) компьютеры, выполняющие функции:а) инструментальной системы для разработки и отладки прикладного ПО, загружаемого в ПРК;б) инструментальной системы для разработки ПО верхнего уровня.7Средства разработки и реализацииПО нижнего уровня системыИнтегрированнаясредаразработкиСредства разработки и реализацииПО верхнего уровня системыЦелевая системаВерхний уровеньНижний уровеньАппаратные средстваПрограммные средстваОперационная системаРазработкапрограммыдля ПРК,эмуляциясистемыисполнения(КОНГРАФ)Загрузкапрограммы,просмотррезультатаОтладкасовместнос аппаратурой(КОНСОЛЬ)Системные функции:- преобразованиев цифровую формувходных сигналов;- выполнение программ;- управление выходнымисигналами;- связь между ПРК приобъединении их в сеть;- связь с верхним уровнемуправления;- самодиагностика;- и др.Интерфейс:RS-232, RS-485, EthernetИнструментальныйкомпьютерСбори отображениеданных,оперативноеуправление(OPC-интерфейс)СистемаисполненияОРС-серверИнтегрированнаясредаразработкиИнтегрированнаясредаразработкиПО верхнегоуровня(SCADA-пакетыTRACE MODE,КОНТАРSCADAи др,)Интерфейс:Локальная сетьКонтроллеры,промышленные компьютерыРабочие станции,АРМИнструментальныйкомпьютерРис.
4. Общая схема, отражающая архитектуру ПТК; ПО – программное обеспечение; АРМ – автоматизированное рабочее место81.5.Программируемые промышленные контроллерыПрограммируемые контроллеры (ПРК) - управляющие устройства (от англ. Control - управление).
Этооснова современных управляющих систем, т.к. именно их структуры, в том числе и сетевые, оснащенные соответствующим системным и прикладным ПО, выполняют все функции по обработке сигналов и управлению. Посвоей сути ПРК - это микропроцессорные устройства, которые могут быть запрограммированы на решение заданного круга задач; часто используется название «программируемые логические контроллеры» (ПЛК/PLC).ПРК ориентированы на длительную работу в условиях промышленной среды. Это обусловливает определенную специфику схемотехнических решений и конструктивного исполнения.Хороший ПРК обладает мощной и интуитивно понятной системой программирования, удобен в монтажеи обслуживании, обладает высокой ремонтопригодностью, имеет развитые средства самодиагностики и контроляправильности выполнения прикладных задач, средства интеграции в единую систему, надежен и неприхотлив.Мощное вычислительное ядро современных ПРК делает их очень похожими на компьютеры.ПРК – это целостная современная технология, включающая:- специфическую аппаратную архитектуру,- принцип циклической работы,- специализированные языки программирования,- подходы объединения в различные сети и т.д.ПРК являются наиболее широко распространенными средствами автоматизации (рис.
5, 6) в составе локальных и распределенных систем контроля, регулирования и программно-логического управления.Управляющая система – программируемый контроллерG(t)ЗаконАЦПX(t)(t)АЦПЗаконЗаконЗаконы регулирования;Алгоритмырегулированиярегулированиярегулированияпрограммно-логическогоуправленияЦАПU(t)ИМОбъектДЧуправленияX(t)Рис. 5. Многоконтурная САРИнструментальная программная система:- специальные языки программирования;- библиотека алгоритмов (функциональных блоков)Библиотека алгоритмов(функциональных блоков)С1Ввод,выводсигналовАлгоблокиИнтерфейсныйканалС2С1Оперативное управление и настройкаВвод,выводсигналовПамятьИнтерфейсныйканалС2Оперативное управление и настройкабаС3С3Рис. 6.
Виртуальные схемы ПРК: а – структурно программируемые; б – свободно программируемые1.6. Специфика логико-вычислительного ядра ПРКВычислительным ядром ПРК является микропроцессор (МП), ориентированный на решение задач управления, включающих как обработку данных, так и сигналов. Поэтому его называют микроконтроллером (МК).Это интегральная микросхема, реализованная по определенной технологии. Однако чтобы ее соединить с внешними устройствами: ДЧ, ИМ и др.
устройствами, необходимо использовать печатную плату с соответствующимикомпонентами, которую необходимо заключить в соответствующий корпус.Задачей прикладного программирования ПРК является реализация алгоритма. МК - имеет свой центральный процессор (арифметико-логическое устройство, регистры общего назначения и специальные, блок9управления и т.д.), память, а также периферию (порты ВВ, таймеры, контроллеры прерываний, генераторы импульсов, аналоговые преобразователи и др.).Современные МК имеют на борту аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который позволяет замерить напряжение от 0 до опорного (обычно оно равно напряжению питания) и представить его в виде числа от 0до 2n, где n – разрядность АЦП), имеется также и устройство, осуществляющее обратное преобразование - цифроаналоговый преобразователь (ЦАП).Рассмотрим в качестве примера однокристальный МК (рис.
7) серии C8051Fххх (фирма CYGNAL Integrated Products. Inc. - аналогичные МК используются в ПРК семейства КОНТАР).Рис. 7. Однокристальный МК серии C8051Fххх (фирма CYGNAL Integrated Products. Inc.):CPU – центральный процессор; ADC - АЦП; DAC - ЦАП; AMUX – аналоговый мультиплексор;SRAM – статическое ОЗУ; FLASH электрически репрограммируемое ПЗУ; INTERRUPT– прерывание;PGA – усилитель с программируемым коэффициентом усиления; SPI – последовательный интерфейс;External Memory Interface – интерфейс к внешней памяти; VREF – опорное напряжение;UART – универсальный асинхронный приемопередатчик; TEMPSENSOR – встроенный датчик температуры;SMBus – системная управляющая шина; VOLTAGE COMPARATORS – компараторы напряжения.Скоростное ядро: CPU 8-разрядное; конвейерная архитектура; выполнение 70% команд за 1 или 2 такта;производительность до 100 MIPS на тактовой частоте 100 МГц.Для внутрисхемной отладки и программирования встроена автономная отладочная система (JTAG), полный внутрисхемный эмулятор (in-circuit).Аналоговая периферия:- 10/12–разрядный АЦП/ADC последовательного приближения; до 100 тыс.
преобразований в секунду;- аналоговый мультиплексор (AMUX) на 8 каналов (быстродействие АЦП зависит от числа используемыхвходов);- операционный усилитель с программируемым коэффициентом усилением (PGA): 16, 8, 4, 2,1, 0.5 (аппаратныйсдвиг на соответствующее число разрядов влево/вправо);- 8-битовый АЦП последовательного приближения; до 500 тыс. преобразований в сек.;- программируемый усилитель (PGA) с коэффициентами 4, 2, 1, 0.5 (аппаратный сдвиг);- два 12-разрядных ЦАП/DAC с временем установки до 10 мкс;- встроенный датчик температуры (TEMPSENSOR), точность +/-3 оС;- 2 компаратора напряжения (Voltage Comparators).Цифровая периферия:- пять 16-разрядных счетчиков-таймеров общего назначения;10- сторожевой таймер; последовательные интерфейсы (аппаратные UART, SMBus и SPI последовательные порты);- расширенная обработка прерываний (INTERRUPT) – до 22 источников прерывания.- 64/32 портов ввода/вывода;- 16-битный программируемый счётчик (PCA);- сторожевой таймер (Watchdog);- интерфейс для внешней памяти (External Memory Interface);- коммутационная матрица (Crossbar) для перераспределения функции портов.- МК имеет 64/100 линий ввода-вывода.Память: - 4352/8448 байт внутренней памяти (статическое ОЗУ/SRAM);- 64/128 кбайт Flash-памяти, программируемой «в системе» секторами по 512 байт.Источники тактового сигнала: источник опорного напряжения Uоп=2,43 В (2430 мВ) для поддержания работы АЦП и ЦАП; при использовании внешнего источника Uоп этот блок может быть программно отключен;минимальное напряжение сохранения информации в ОЗУ – 1,5 В; режим реального времени с использованиемтаймера или PCA.Диапазон питающих напряжений составляет 2,7-3,6 В, температурный диапазон -40...+85 °С.Имеется отладочный комплект разработчика, содержащий необходимые аппаратные и программныесредства для данного семейства - C8051F040DK-Е.Подобные МК с интегрированными АЦП и ЦАП позволяют эффективно обрабатывать данные от многихдатчиков.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
