системы, программируемые логические контроллеры

Процессор (МП) — это программно-управляемое устрой-

ство, осуществляющее процесс обработки цифровой инфы и

управление им. Основное отличие МП от всех ранее рассмотренных

цифровых устройств заключается в методе обработки инфы.

В обыденных цифровых устройствах — как комбинационных, так и

последовательностных — обработка входных сигналов осуществля-

ется аппаратно, за счет схемы соединения разных простых

частей — И, Либо, НЕ и системы, программируемые логические контроллеры т.д. В МП процесс обработки информа-

ции осуществляется программно, т. е. методом поочередного вы-

полнения простых действий — команд программки, и итог

обработки определяется этой программкой. Решаемая задачка, таким

образом, задается программкой, а сами аппаратные средства (МП и

набор дополнительных узлов) остаются постоянными. Благодаря

этому микропроцессорные устройства являются универсальными.

Микропроцессорная система системы, программируемые логические контроллеры (МПС) состоит из микроЭВМ и

набора устройств ввода/вывода инфы, либо наружных устройств

(ВУ). ВУ представляют собой поочередные и параллельные

порты, к которым подключаются устройства, обеспечивающие вы-

числительный процесс и связь с оператором (монитор, клавиатура,

наружные запоминающие устройства и т.д.). Структура хоть какой МПС

является магистрально-модульной, т. е. она состоит из набора моду-

лей системы, программируемые логические контроллеры, присоединенных к общим магистралям, именуемым шинами.

Шина — это набор линий связи, по которым передается информация

определенного типа, происходит обмен информацией меж различ-

ными модулями системы.

В состав микроЭВМ не считая процессора (центрального про-

цессорного элемента) входят неизменное запоминающее устройство

ПЗУ, оперативное запоминающее устройство ОЗУ и блок интерфей-

са. ПЗУ предвидено для системы, программируемые логические контроллеры хранения управляющих программ, ис-

ходных данных, нужных для обработки инфы, и полу-

ченных результатов, а ОЗУ — для хранения инфы, которая

может изменяться в процессе работы системы (данные, промежуточ-

ные результаты вычислений и программки, исполняемые в текущий

момент времени). Весь обмен информацией МП с ВУ осуществляет-

ся через блок системы, программируемые логические контроллеры интерфейса. ВУ передают данные из наружной среды в

МП либо ОЗУ либо получают их из микроЭВМ. Для подключения

хоть какого ВУ к МПС его сигналы, скорость передачи инфы,

формат кодовых слов нужно привести к стандартному виду, с

которым работает МП. Все эти преобразования данных выполняют-

ся в интерфейсном блоке. Взаимодействие узлов микроЭВМ меж

собой осуществляется системы, программируемые логические контроллеры при помощи 3-х шин: шины адреса (ША),

шины данных (ШД) и шины управления (ШУ). Чтоб МП мог одно-

значно избрать подходящую ячейку памяти либо регистр ВУ, они имеют

адреса. Адресок ячейки (регистра) передается от МП в память либо ин-

терфейсный блок по ША (она однонаправленная, потому что направле-

ние передачи системы, программируемые логические контроллеры инфы по ней только одно — из МП). ШД явля-

ется двунаправленной, потому что передача данных по ней осуществля-

ется как из МП в память и интерфейс, так и в оборотном направлении.

ША и ШД состоят из параллельных линий, передача инфы по

которым осуществляется сразу для всех линий. Число

линий системы, программируемые логические контроллеры ШД определяется разрядностью МП, а ША — объемом па-

мяти, т.е. разрядностью двоичного кода, нужного для адреса-

ции всех ячеек. ШУ состоит из отдельных линий, по которым пере-

даются те либо другие управляющие сигналы. В главном они пере-

даются из МП в другие узлы (сигналы чтения и записи,

указывающие, какую конкретно системы, программируемые логические контроллеры следует делать операцию с ячей-

кой, адресок которой выставлен на ША). Некие сигналы имеют

оборотную направленность — в МП (осведомительные сигналы за-

проса обслуживания, поступающие от ВУ, также сигнал сброса МП

в изначальное (нулевое) состояние).

ВУ зависимо от метода передачи инфы делятся

на две огромные группы: устройства, обменивающиеся параллельны-

ми словами данных и присоединенные системы, программируемые логические контроллеры соответственно к параллельной

шине, и устройства, обменивающиеся информацией в последователь-

ном коде, т.е. поочередно, бит за битом, и присоединенные к

однопроводной шине.

Основными узлами МП являются устройство управления (УУ),

регистр команд (РК), дешифратор команд (ДШК), арифметико-

логическое устройство (АЛУ), регистр флагов (РФ), набор внутренних

регистров, состоящий из адресных регистров (РА) и системы, программируемые логические контроллеры регистров данных

(РД), программный счетчик (ПС) и устройство управления шинами

(УУШ). Координация работы всех узлов в согласовании с выполняемой

командой осуществляется 3-мя узлами: УУ, РК и ДШК. РК обеспечи-

вает хранение команды в течение всего цикла ее выполнения, а ДШК

делает расшифровку кода этой команды. УУ производит серию

импульсов, обеспечивающих последовательное срабатывание узлов системы, программируемые логические контроллеры МП

в согласовании с выполняемой командой, также обеспечивает прием

и выдачу наружных управляющих сигналов. АЛУ обеспечивает выпол-

нение всех операций, при помощи которых осуществляется обработка

данных в МП. Оно делает легкие арифметические, логические

и сдвиговые операции: сложение, вычитание, логические И, Либо, НЕ,

сложение по модулю 2, сдвиг на лево и на право, сложение и системы, программируемые логические контроллеры вычитание

единицы. Зависимо от результата операции АЛУ сформировывает при-

знаки результата, именуемые флагами и применяемые в последую-

щих командах. Они хранятся в РФ.

Каждый регистр МП употребляется для временного хранения одно-

го слова данных. Регистры могут иметь особое либо многоцелевое

предназначение. РА и РД являются внутренней памятью МП. РА исполь системы, программируемые логические контроллеры-

зуются для временного хранения двоичных чисел, при помощи кото-

рых МП вычисляет адреса ячеек памяти, к которым он обращается

в процессе работы. РД употребляются для конкретного хране-

ния двоичных чисел и вычисления адресов ячеек ОЗУ, хранящих

двоичные числа. Через РД также происходит обмен информацией

меж МП и ВУ. Программный счетчик служит для хранения системы, программируемые логические контроллеры адре-

са ячейки памяти, в какой хранится еще одна исполняемая ко-

манда программки.

В процессе работы МП повсевременно обращается к ША и ШД. Пере-

дача инфы снутри МП происходит по внутренним шинам,

которые конкретно не связаны с наружными шинами: эта связь

осуществляется через буферное устройство управления шинами

(УУШ). Все операции системы, программируемые логические контроллеры в МП инициируются импульсами синхрони-

зации от генератора тактовых импульсов, частота которых характе-

ризует быстродействие МП. Для современных МП значение тактовой

частоты составляет 10... 200 МГц и выше.

Программируемые логические контроллеры (ПЛК) — микро-

процессорные устройства, созданные для управления техно-

логическим процессом. Они представляют собой устройства, пред-

назначенные для сбора, преобразования, обработки, хранения системы, программируемые логические контроллеры ин-

формации и выработки команд управления в реальном времени в

согласовании с набором записанных в их программ. Работа контрол-

лера заключается в выполнении последующих операций: 1) сбор сигна-

лов с датчиков; 2) обработка сигналов согласно методу управления;

3) выдача управляющих воздействий на исполнительные устройства.

В обычном режиме работы контроллер безпрерывно делает

этот цикл с частотой системы, программируемые логические контроллеры от 50 раз за секунду. Время, затрачиваемое кон-

троллером на выполнение полного цикла, именуется временем (либо

периодом) сканирования', в большинстве современных ПЛК скани-

рование может настраиваться юзером в спектре от 20 до

30 000 миллисекунд. Для стремительных технологических процессов, где

критична быстроту реакции системы и требуется оперативное регу-

лирование, время сканирования может составлять 20 мс системы, программируемые логические контроллеры, но для

большинства непрерывных процессов период 100 мс считается впол-

не применимым.

По многофункциональным признакам в ПЛК (рис. 12.6) можно выделить

последующие элементы: 1) центральный микропроцессор (ЦП), предназна-

ченный для выполнения команд (инструкций) управляющей про-

гр и обработки данных, размещенных в памяти; 2) память

контроллера с жестким рассредотачиванием областей для размещения

разных типов данных; 3) модуль самодиагностики (МСД), который

производит системы, программируемые логические контроллеры контроль и диагностику частей контроллера в про-

цессе его работы и говорит при обнаружении дефектов;

4) модуль связи с оператором (МСО), при помощи которого выполня-

ется программирование контроллера и оперативное управление в

процессе эксплуатации; 5) модули ввода, обеспечивающие прием и

первичное преобразование инфы от датчиков объекта управ-

ления; 6) модули вывода, созданные для выдачи системы, программируемые логические контроллеры управляющих

сигналов на исполнительные устройства (механизмы) объекта управ-

ления. Модули ввода/ вывода также именуют устройствами связи с

объектом (УСО). Основными их элементами являются АЦП и

ЦАП.

Интерфейс (совокупа технических и программных средств,

обеспечивающих взаимодействие разных устройств) задает пара-

метры, процедуры и свойства взаимодействия контроллера с

верхним уровнем АСУ ТП либо с другим контроллером системы, программируемые логические контроллеры в случае рас-

пределенной структуры АСУ ТП.

Средством внутриблочной шины разные блоки ПЛК связы-

ваются меж собой через общую магистраль.

В составе с другими вспомогательными устройствами контролле-

ры делают разные функции: обработка инфы, управ-

ление, регулирование, мониторинг, измерение, сигнализация, кон-

троль.

12.4. Методы передачи цифровой инфы

Передача цифровой инфы делается по разным

сетям системы, программируемые логические контроллеры. Любая из сетей имеет свои особенности, предназначение и реа-

лизуется на определенном типе кабелей. Для подключения к сети все

устройства обязаны иметь платы с подходящим цифровым стан-

дартом (интерфейс). Для каждого типа интерфейса и вида кабеля

есть ограничения по числу подключаемых устройств, длине

кабеля и скорости передачи. Для роста числа системы, программируемые логические контроллеры подключаемых

устройств и длины полосы употребляются повторители. Что все-таки касает-

ся скорости передачи, то неувязка состоит в том, что полевые

устройства (датчики, исполнительные механизмы) работают в реаль-

ном масштабе времени и для использования на полевом уровне

скоростных шин нужны особые согласующие эле-

менты.

HART-протокол (Highway Addressable Remote Transducer) как

метод передачи цифровой инфы системы, программируемые логические контроллеры разработан компанией

Rosemount и занимает среднее положение меж токовым и

чисто цифровым сигналами. Он основан на способе передачи данных

при помощи частотной модуляции. На выходной токовый сигнал

4... 20 мА измерительных преобразователей накладываются импуль-

сы переменного тока, при этом сигнал с частотой 1 200 Гц соответству-

ет логической единице, а 2 200 Г логическому нулю (рис. 12.7).

Среднее значение системы, программируемые логические контроллеры наложенных синусоид равно нулю (частотно-

модулированный сигнал является двухполярным) и не оказывает влияние на

токовый сигнал. Скорость передачи данных низкая и составляет

1,2 кбит/с, время обновления данных 2 — 3 раза за секунду в режиме

запрос/ответ и 3—4 раза за секунду в пакетном режиме, к одной цепи

может подключаться до 15 устройств. Невзирая на относительно

огромную продолжительность цикла, почти всегда системы, программируемые логические контроллеры он является

достаточным для управления непрерывными процессами. Основное

достоинство HART-протокола — возможность одновременного ис-

использования аналогового токового и цифрового сигналов в одной

паре проводов, что позволяет подключать к одной полосы полевые

устройства с разным выходом.

Интерфейс RS-232является более обычным посреди /^-интерфейсов

(Л5 значит «рекомендуемый стандарт»). Это эталон последователь-

ной синхронной и асинхронной передачи системы, программируемые логические контроллеры двоичных данных меж

терминалом и конечным устройством. В нем источник и приемник

сигналов имеют заземленную точку. Информация передается в ин-

версном коде двухполярными возможными сигналами, логической

единице соответствует-12 В, а логическому нулю + 12 В. В отсутствие

передачи данных линия находится в состоянии логической единицы

(-12 В). Поток данных передается по одному проводу бит за системы, программируемые логические контроллеры битом,

т.е. передающая сторона по очереди выдает в линию 0 и 1, а прини-

мающая выслеживает их и запоминает. Данные передаются пакетами

по одному б (8 бит). Каждый б обрамляется стартовым и сто-

повыми битами. Стартовый бит всегда передается уровнем логиче-

ского нуля, а стоповый — единицей. Может также находиться бит

паритета. Его состояние определяется опциями системы, программируемые логические контроллеры: он может до-

полнять число единичных битов данных до нечетности, четности. Эта

передаваемая последовательность именуется фреймом. Данные мо-

гут передаваться как в одну, так и в другую сторону (дуплексный

режим). Скорость передачи данных эталоном не нормируется и

может составлять от 110 до 19 200 бит за секунду. Пример 1-го фрей-

ма (8 битов данных системы, программируемые логические контроллеры, контроль по нечетности, 1 стоповый бит) по-

казан на рис. 12.8, а. Получив стартовый бит, приемник выбирает из

полосы биты данных через определенные интервалы времени, начиная

с младшего бита (bit 0). Бит паритета (parity) в этом случае равен 1.

Недочетом этого эталона является низкая помехозащищенность,

что ограничивает длину полосы связи до 15 м. Линия связи соединяет

источник сигнала с системы, программируемые логические контроллеры одним приемником. Последней модификацией

данного эталона является модификация Е, принятая в 1991 г. как

стандрат EIA/TIA-232E.

Интерфейс RS-485, получивший обширное распространение, обе-

спечивает передачу инфы на расстояние от 120 до 1200 м, при

скорости передачи от 100 до 104 бит за секунду (малое рас-

стояние соответствует наибольшей скорости передачи). В качестве

линий связи применяется витая экранированная системы, программируемые логические контроллеры пара с подключе-

нием до 32 устройств со стандартным входным сопротивлением.

Может быть внедрение оптического кабеля. В базе интерфейса

Л5-485 лежит принцип дифференциальной (балансной) передачи

данных (рис. 12.8, б). Сущность его заключается в передаче 1-го сигна-

ла (импульсы напряжения ± 1,5 В) по двум проводам, при этом по

одному проводу (условно А) идет уникальный сигнал системы, программируемые логические контроллеры, а по другому

(условно В) — его инверсная копия. Другими словами, если на одном

проводе «1», то на другом «0» и напротив. Таким макаром, меж

2-мя проводами витой пары всегда есть разность потенциалов: при

«1» она положительна, при «0» — отрицательна. Конкретно этой раз-

ностью потенциалов и передается сигнал. Таковой метод передачи

обеспечивает высшую устойчивость к синфазной помехе. Синфазной

именуют системы, программируемые логические контроллеры помеху, действующую на оба провода полосы идиентично.

К примеру, электрическая волна, проходя через участок полосы

связи, наводит в обоих проводах потенциал. Если сигнал передается

потенциалом в одном проводе относительно общего, как в RS-232,

то наводка на этот провод может исказить сигнал относительно хо-

рошо всасывающего наводки общего провода («земли»), А при диф-

ференциальной системы, программируемые логические контроллеры передаче преломления не происходит, потому что если два

провода пролегают близко друг к другу и перевиты, то наводка на оба

провода схожа. Потенциал в обоих идиентично нагруженных про-

водах меняется идиентично, при всем этом информативная разность по-

тенциалов остается без конфигураций.

Формат информационных посылок и протокол обмена эталон

не нормирует системы, программируемые логические контроллеры. Более нередко для передачи байтов данных исполь-

зуются те же фреймы, что и в интерфейсе RS-232: стартовый бит,

биты данных, бит паритета (по мере надобности), стоповый бит. Про-

токолы обмена в большинстве систем работают по принципу «веду-

щий— ведомый». Одно устройство на магистрали является ведущим

и инициирует обмен посылкой запросов подчиненным системы, программируемые логические контроллеры устройствам,

которые различаются логическими адресами.

В системах с территориально-распространенными средствами из-

мерения для передачи инфы употребляются радиоканалы. Ра-

диомодемы, работающие на частотах 1000...2500 МГц, позволяют

передавать информацию на расстояние до 5 км.

Контрольные вопросы

1. Какие значения может принимать логическая переменная?

2. Назовите главные логические операции.

3. Какие логические элементы образуют основную функционально пол-

ную систему системы, программируемые логические контроллеры?

4. Каково предназначение АЦП?

5. Какие функции делает дешифратор?

6. Что такое процессор?

7. Из каких частей состоит программируемый логический контроллер?

8. Как передается информация средством HART-протокола?

Гл а в а 13

ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ АВТОМАТИЧЕСКОГО

УПРАВЛЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ

13.1. Общие сведения о системах автоматического


sistemi-v2-s-pozharnimi-kranami.html
sistemi-virtualnoj-realnosti.html
sistemi-vozbuzhdeniya-generatorov-postoyannogo-toka-harakteristiki-generatora-nezavisimogo-vozbuzhdeniya.html