1. Проблема управления и логико-вычислительные средства в системах управления (1245059), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Уступая чисто аналоговой обработке только в быстродействии, они отличаются большой функциональной гибкостью и точностью благодаря наличию обширной аналоговой и цифровой периферии.1.7. Системное и прикладное программное обеспечение (ПО). Рабочий цикл ПРКПО ПРК состоит из двух частей:1) системное ПО; проводя аналогию с ПО компьютера, можно сказать, что оно выполняет функции операционной системы (ОС), т.е. управляет работой узлов ПРК, занимается организацией их взаимосвязи, внутренней диагностикой.Системное ПО расположено в постоянной памяти ПРК в адресном пространстве центрального процессора(ЦП) и всегда готово к работе. По включению питания ПРК готов взять на себя управление системой уже черезнесколько миллисекунд.Системное ПО для ПРК включает драйвер, автоматически считывающий физические значения входов вОЗУ, благодаря чему программисту нет необходимости разбираться с внутренним устройством ПРК.2) прикладные программы управления конкретным процессом (объектом управления).
Эти программысоздаются разработчиком системы управления.ПРК работают циклически по методу периодического и в строгой последовательности опроса входных данных.Рабочий цикл (см. круговую диаграмму) включает следующие фазы (задачи):1. чтение входов (опрос/считывание входов),2. обработка программы (выполнение (пользовательской) прикладной программы),3. обработка коммуникационных запросов,4. запись на выходы (установка значений выходов),5.выполнение самодиагностики в ЦП (некоторые вспомогательные операции - диагностика, подготовкаданных для отладчика, визуализации и т.д.).Записьна выходыЧтениевходовЦикл ПРКВыполнениесамодиагностикиОбработкапрограммыОбработка коммуникационных запросовСуммарное время выполнения приведенных на диаграмме операций, называют временем цикла контроллера.11Выполнение фазы 1 обеспечивается системным ПО.
После чего управление передается прикладной программе, а после ее завершения управление опять передается системному уровню. За счет этого обеспечиваетсямаксимальная простота построения прикладной программы – ее создатель не должен знать, как производитсянепосредственное управление аппаратными ресурсами. Прикладная программа имеет дело с одномоментной копией значений входов в памяти. Внутри одного цикла выполнения программы значения входов можно считатьконстантами. Такая модель упрощает анализ и программирование сложных алгоритмов.Очевидно, что время реакции на событие будет зависеть от времени выполнения одного цикла прикладной программы.
Определение времени реакции, т.е. времени от момента события до момента выдачи соответствующего управляющего сигнала.События, требующие быстрой (по сравнению с типовым значением времени рабочего цикла) реакции,выделяются в отдельные задачи – задачи обработки прерываний, приоритетность и период выполнения которыхможно изменять.1.8. Классификация ПРКНа Российском рынке имеются как ПРК иностранных фирм (Siemens, Mitsubishi, ABB, Schneider Electric идр.), так и отечественные: Фаствел (Москва), Текон (Москва), Овен (Москва), Эмикон (Москва), МЗТА(Москва), НИЛ АП (Таганрог) и др.Основными отличительными признаками ПРК (по отношению к компьютерам) являются их назначение иналичие технологического языка программирования.
Используются также и другие признаки.По количеству входов/выходов (как аналоговых, так и дискретных): а) нано (до 15); б) микро (16 - 128);в)малые (100-300); г) средние (300 - 2000); д) большие (более 2000).По расположению модулей ввода/вывода (ВВ): а) Моноблочные (рис.
8) - в них модуль ВВ не можетбыть удален из ПРК или заменен на другой; конструктивно ПРК представляет собой единое целое с модулямиВВ; их корпуса рассчитаны на разные условия окружающей среды;Рис. 8. Моноблочный контроллерсо встроенным коммуникационнымсубмодулем (Россия, МЗТА)б) Модульные (рис. 9, 10, 11). В их основе объединительная панель/шасси, в которой располагаются модуль ЦП и сменные модули ВВ; способ объединения - магистрально-модульный. Состав модулей зависит от задачи и требуемой конфигурации.
Так достигается минимальная аппаратная избыточность.абПКCOMпортModbusCPSCPUDDIDDOAVIAVOРис. 9. Модульный контроллер Modicon TSX Quantum: ПК – персональный компьютер; CPS – блокпитания; CPU – модуль центрального процессора; DDI, DDO, AVI, AVO - модули ввода-вывода12а)б)Рис. 10. Модульный контроллер КРОСС:а) центральный (процессорный) блок;б) в сборе с модулями ввода-выводаРис. 11.
Модуль ПРК NLcon-CE (слева) и модуль серии NL в пыле- и влагозащищенном корпусе со степенью защиты IP65 (проникновение пыли полностью исключается; защита от струи воды, выбрасываемой с произвольного направления)На рис. 11 изображен внешний вид контроллера NLcon-CE (НИЛАП, Таганрог), на котором установленаОС жесткого реального времени Windows CE. Это ПРК совместно с модулями ВВ серий NL и модулями сторонних производителей предназначен для создания распределенных систем управления.(Следует отметить, что он имеет порты для подключения дисплея, клавиатуры и мыши, что позволяет принеобходимости использовать его как полноценный промышленный компьютер и выполнять программированиеили диалог с оператором).в) Распределенные (с удаленными модулями ВВ) - в них модули ВВ выполнены в отдельных корпусах,соединяются с модулем ПРК по последовательной шине или промышленной сети (например, на основе интерфейса RS-485) и могут быть удалены на достаточно большие расстояния от процессорного модуля.Передача в цифровом виде малочувствительна к помехам и гарантирует доставку информации благодарявстроенным в протоколы цифровых сетей механизмам контрольных сумм (коды, обнаруживающие и корректирующие ошибки), квитирования и повтора искаженных пакетов данных.ЦП/CPU работает под управлением ОС Windows CE.
В ОС запускается система исполнения CoDeSysRTS, которая выполняет программу пользователя, написанную с помощью пакета CoDeSys.г) Одноплатные или встраиваемые (рис. 12) - это стандартизованные, готовые к применению модули, поставляемые в различных форматах и используемые в различных конструкциях. Они обеспечивают значительноесокращение времени на разработку новой системы, т.к. на них уже установлены все необходимые интерфейсы.Например, фирма Fastwel предлагает широкую номенклатуру одноплатных компьютеров для бортовых систем,выносные платы УСО и т.д. Большинство изделий, производимых фирмой, предназначено для работы в диапазоне температур от -40 до +85°C.13Рис. 12. Одноплатный компьютер(Diamond Systems Poseidon)Компания Diamond Systems разработала мощный одноплатный компьютер (рис.
12), размеры платы –115х165 мм, предусмотрен выпуск конфигурации с ПРЦ, работающим на частоте 2 ГГц. Имеет развитые средствасбора данных, АЦП с автоматической калибровкой.Часто перечисленные конструктивные типы ПРК комбинируются, например: а) моноблочный ПРК можетиметь несколько съемных плат; б) моноблочный и модульный ПРК могут быть дополнены удаленными модулями ВВ, чтобы увеличить общее количество каналов.Многие ПРК имеют набор сменных процессорных плат разной производительности.
Это позволяет расширить круг потенциальных пользователей системы без изменения ее конструктива.По конструктивному исполнению и способу крепления:а) панельные (монтаж на панель или дверцу шкафа);б) монтаж на DIN-рейку внутри шкафа;в) для крепления на стене;г) стоечные (монтаж в стойке);е) бескорпусные (обычно одноплатные) для применения в специализированных конструктивах производителей оборудования (OEM – Original Equipmen Manufacturer).По области применения: а) универсальные общепромышленные; б) для управления роботами; в) для управленияпозиционированием и перемещением; г) коммуникационные; д) ПИД-контроллеры; е) специализированные.По способу программирования: а) с лицевой панели ПРК; б) переносным программатором; в) с помощью дисплея, мыши и клавиатуры; г) с помощью персонального компьютера.По типу языка программирования: а) классические алгоритмические языки (C, С#, Visual Basic); б) языки МЭК61131-3.ПРК могут содержать в своем составе модули ВВ или не содержать их, например:а) коммуникационные ПРК не содержат модули ВВ, т.к.
они выполняют функцию межсетевого шлюза,б) ПРК, получающие данные от ПРК нижнего уровня иерархии системы, также не содержат модули ВВ.ПРК требуются не только для больших систем, но и для малогабаритных устройств, к которым предъявляются жёсткие требования по стоимости, габаритам и температурному диапазону работы, и именно поэтому вних применяют микроконтроллеры. В этом случае они выпускаются без специального корпуса, т.к. монтируютсяв общий корпус устройства или системы. В то время как 8-разрядные ПРЦ общего назначения полностью вытеснены более производительными моделями, 8-разрядные МК продолжают широко использоваться.
Это объясняется тем, что существует большое количество применений, в которых не требуется высокая производительность, новажна низкая стоимость.Мезонинная технология – это еще одним вариант построения ПРК. Все силовые цепи, устройства защитыПРК выполняются на несущей плате. Процессорное ядро ПРК, включающее систему исполнения, выполнено наотдельной сменной/мезонинной плате.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
