Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Автоматизация технологических процессов

ПРОГРАММИРУЕМЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ КОНТРОЛЛЕРЫ В СИСТЕМАХ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПТЛ

Архитектура и принцип работы программируемых логических контроллеров (ПЛК) в САУ ПТЛ

С разработкой микропроцессоров (МП), являющихся основным элементом микроЭВМ, появилась новая техническая база для автоматизации производства. Развитие микропроцессорной техники обеспечило более высокую надежность, дало возможность выполнения разнообразных и сравнительно сложных логических и вычислительных операций, позволило уменьшить габариты систем управления.

Рассмотрим структуру микропроцессорной системы управления оборудованием технологической линии (рис. 4.1).

Устройство управления в данной системе включает вычислительную систему. Алгоритмы управления реализованы в виде программ, хранящихся в памяти микроЭВМ контроллера. Интерфейсные блоки и УСО предназначены для связи с объектом управления (главными и вспомогательными приводами и электроавтоматикой объекта) и периферийным оборудованием (пульт оператора, дисплей, другая микроЭВМ), пульт оператора — для выдачи команд в микроЭВМ на специальном языке.

На экране дисплея в удобном виде отображается необходимая оператору информация о состоянии объекта и интерфейсного обо-

Структурная схема устройства управления ПТЛ на базе программируемого логического контроллера (ПЛК)

Рис. 4.1. Структурная схема устройства управления ПТЛ на базе программируемого логического контроллера (ПЛК):

УСО — устройство связи с объектом; С — командный сигнал;

U — управляющее воздействие

рудования. В простых системах управления интерфейсные связи с периферией могут отсутствовать.

В качестве вычислительной системы устройства управления САУ ПТЛ могут быть использованы как микроЭВМ, так и микроконтроллеры.

Однокристальные (однокорпусные) микроконтроллеры представляют собой приборы, конструктивно выполненные в виде большой интегральной схемы (БИС) и включающие все составные части «голой» микроЭВМ: микропроцессор, память программ и память данных, а также программируемые интерфейсные схемы для связи с внешней средой. Использование микроконтроллеров в системах управления обеспечивает достижение исключительно высоких показателей эффективности при очень низкой стоимости (во многих случаях система может состоять только из одной БИС микроконтроллера), в связи с чем разумной элементной базы для построения управляющих и/или регулирующих систем, альтернативной микроконтроллерам, нет. К настоящему времени более двух третей мирового рынка микропроцессорных средств составляют именно однокристальные микроконтроллеры.

Принципы обработки сигналов в микроЭВМ и однокристальных микроконтроллерах аналогичны. Для осознанного использования и эксплуатации микроЭВМ в системах управления технологическими процессами ознакомимся с ее общими принципами построения и работы на основе ранее распространенного микро-

54

процессорного набора. Микропроцессорными наборами обычно называют совокупности БИС, имеющие единые принципы организации и позволяющие строить па их основе функционально закопченные микропроцессорные системы (МПС).

На рис. 4.2 представлен один из возможных способов организации МПС, который получил название шинной организации. Для этой структуры характерно наличие специально выделенных для обмена информации шип, которые физически представляют собой печатные проводники па платах или кабели, соединяющие между собой отдельные блоки МПС. Шипы бывают однонаправленные, т.е. передающие информацию только в одну сторону, и двунаправленные, т.е. такие, по которым информация может передаваться в любом направлении. Преимущество шинной организации состоит в том, что при такой структуре МПС управления очень легко проводить ее дальнейшее развитие. Если необходимо увеличить объем памяти или ввести новые порты ввода-вывода, то для этого достаточно просто подключить новые блоки к шипам, не изменяя ранее созданного оборудования.

Уровни сигналов, передаваемые по шипам МПС, соответствуют стандартам уровня ТТЛ-схем.

Единственным активным элементом МПС является микропроцессор, который выполняет следующие функции: управляет

Блок-схема микроЭВМ

Рис. 4.2. Блок-схема микроЭВМ:

ТГ — тактовый генератор; МП — микропроцессор; ЦПУ — центральное процессорное устройство; ПЗУ — постоянное запоминающее устройство; ОЗУ — оперативное запоминающее устройство; ABB-адаптер ввода-вывода; ПУ —

периферийные устройства

55

выполнением команд программы; управляет обменом информацией между компонентами системы; реагирует на разнообразные внешние сигналы.

Отметим, что в настоящее время выпускаются 8-, 16-, 32- и 64-раз- рядные МП. В измерительных устройствах в основном используются МП с разрядностью 8 и 16. Рассмотрим архитектуру 8-раз- рядной МПС.

Шина данных (ШД) в МПС — двунаправленная. Информация по ней может передаваться как в ЦПУ, так и из ЦПУ. Направление передачи по ШД устанавливает центральное процессорное устройство (ЦПУ).

Разрядностью шины адреса (ША) определяется предельно возможный объем памяти, которой может быть укомплектована МПС. Чем больше объем памяти, тем более сложные программы может реализовывать система и тем мощнее ее вычислительные и управляющие возможности. МП типа 8080 имеет 16-разрядную адресную шину. Это означает, что ЦПУ может адресоваться к 216 = 65 536 ячейкам памяти. Учитывая, что по каждому адресу может храниться 8-разрядное слово (1 байт, 1 Б), получаем в данном случае предельный объем памяти 64 кБ (1 кБ = 1024 Б). Шина адреса однонаправленная, код адреса из ЦПУ поступает на ПЗУ, ОЗУ и АВВ.

Шина управления в рассматриваемой системе состоит из набора отдельных проводников, каждый из которых предназначен для передачи определенного сигнала в определенном направлении. Шина управления состоит из однонаправленных линий, как и шина адреса, но, в отличие от нее, информация по шине управления идет не только от МП, но и к нему. Управление микроЭВМ осуществляется с помощью двоичных сигналов. Частота сигналов устанавливается тактовым генератором и составляет мегагерцы.

Запоминание информации в микроЭВМ может быть выполнено в устройствах сверхоперативной (регистровой), оперативной, постоянной, полупостоянной (перепрограммируемой) и внешней памяти.

Оперативное ЗУ предназначено для использования в условиях, когда необходимо выбирать и обновлять хранимую информацию в высоком темпе работы процессора цифрового устройства. Вследствие этого в ОЗУ предусматривается три режима работы: 1) хранение при отсутствии обращения к ЗУ; 2) чтение хранимых

56

слов; 3) запись новых слов. При этом в режимах чтения и записи ОЗУ должно функционировать с высоким быстродействием (обычно время чтения или записи слова в ОЗУ составляет доли микросекунды). В микропроцессорных устройствах ОЗУ используются для хранения данных (исходных данных, промежуточных и конечных результатов обработки данных).

Постоянное ЗУ предназначено для храпения некоторой однажды записанной информации, не нарушаемой и при отключении источников питания. В ПЗУ предусматриваются два режима работы: хранение и чтение с высоким быстродействием. Режим записи отсутствует. Используются ПЗУ для хранения управляющих программ, различных таблиц и т.д. Существует несколько их разновидностей, которые различаются принципом занесения информации, а также технологией изготовления.

Упрощенная блок-схема УСО изображена на рис. 4.3._

Дешифраторы D1 и D3 формируют сигналы ВМ1 и ВМ2, служащие для активизации соответствующих портов. При этом дешифраторы включены таким образом, что сигналы появляются только тогда, когда на младших восьми разрядах возникают коды 01 и 02 соответственно. В таком случае порт D2 будет портом ввода, а порт D4 — портом вывода информации. На порту ввода сигналы «0» и «1» формируются контактами реле KV1-KV8. При отсутствии сигнала на катушке реле его контакты соединяют соответствующий вход регистра с общим выводом, на который подастся -5 В, па входе формируется «0». Когда контакты датчика подают па обмотку реле сигнал срабатывания реле, его контакт размыкается и на вход поступает напряжение +5 В, т.е. па этом входе формируется сигнал «1».

Вывод 8-битпого сигнала из порта ввода в МП происходит при подаче управляющего сигнала ЧТ па соответствующий вход ИС D2.

Вывод информации па ШД из МП в порт вывода (ИС D4) осуществляется при подаче сигнала ЗП на соответствующий вход этой И С.

Интегральные схемы не допускают большой выходной ток в нагрузке, поэтому для сопряжения выхода ИС с исполнительными механизмами используют специальные электронные усилители. Нагрузкой ИС служит оптрон с рабочим током 2...3 мА.

Упрощенная блок-схема сопряжения ПЛК с периферийными устройствами

Рис. 4.3. Упрощенная блок-схема сопряжения ПЛК с периферийными устройствами

Выходом электронного усилителя являются контакты реле или бесконтактный электронный вентиль. При появлении на выходе ИС сигнала «1» контакты на выходе усилителя срабатывают, при сигнале «О» — становятся в исходное положение.

Таким образом, двоичное состояние датчика преобразуется в напряжение постоянного тока высокого и низкого уровней, которое поступает на регистр входа микроЭВМ.

Регистр состоит из ячеек, или элементов, памяти. Каждый из таких электрических элементов может находиться в одном из двух устойчивых состояний: конденсатор заряжен или разряжен, тран-

58

зистор находится в проводящем или непроводящем состоянии, специальный полупроводниковый материал имеет высокое или низкое удельное сопротивление и т.п. Регистр характеризуется единственным числом — количеством битов, которые могут в нем храниться.

На рис. 4.4 представлен 8-разрядный регистр, в который записана двоичная информация, соответствующая состоянию исполнительных элементов датчиков.

Помещенная в регистр информация остается там до тех пор, пока не будет заменена другой. Процесс чтения информации из регистра не влияет па содержимое последнего. Другими словами, операция чтения информации, хранимой в регистре, сводится к созданию копии его содержимого, оригинал же сохраняется в регистре без изменений.

Основным назначением подсистемы цифрового вывода является выработка цифровых управляющих сигналов и действий, которые будут использоваться оборудованием технологического процесса. Как и при цифровом вводе, эти события, как правило, двоичны по своей природе. Выходами подсистемы могут служить сигналы тока или напряжения, срабатывание полупроводникового ключа или замыкание контакта электромеханического реле. Управление выходным сигналом или воздействием может осуществляться либо программой, либо после запуска логическими схемами подсистемы. Например, подсистемы могут удерживать контакт в замкнутом состоянии в течение заданного интервала времени либо замыкать контакт заданное число раз или вырабатывать па выходе заданное число импульсов напряжения. В ряде случаев в составе управляющего вычислительного комплекса предусматривается несколько типов ключей, например полупроводниковые ключи для высокоскоростной коммутации нагрузки малой и средней мощ-

Восьмиразрядный регистр

Рис. 4.4. Восьмиразрядный регистр

59

ности и релейные ключи для управления мощной нагрузкой при меньшей скорости коммутации. Отдельные разряды выводимых цифровых данных могут иметь самостоятельное значение или группироваться в машинные слова.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы