15.1 Классификация и области применения
Микропроцессорные устройства представляют собой самое последнее поколение из средств электроники, применяемое для автоматизации. Она включает в себя микропроцессоры, микропроцессорные комплекты, микропроцессорные системы, микро ЭВМ и микроконтроллеры.
Микропроцессор (МП) - логически программируемое устройство, предназначенное для обработки цифровой информации, выполненное по технологии большой интегральной схемы. Сам по себе микропроцессор не может осуществлять обработку информации. Для этого его нужно, как минимум, снабдить устройством ввода-вывода информации, запоминающим устройством и устройством управления.
Микропроцессорный комплект (МПК) - совокупность интегральных схем (в том числе микропроцессоров), предназначенных для по- строения средств вычислительной техники (контроллеров, микроЭВМ и т. п.)
Микропроцессорная система (МПС) - это совокупность устройств, состоящая из микропроцессоров, запоминающих устройств, устройств ввода и вывода и предназначенная для выполнения определенных функций.
МикроЭВМ (микропроцессорная ЭВМ) - это микропроцессорная система, имеющая панель управления, источник питания и связанная с внешними устройствами.
Микроконтроллер - специализированное микропроцессорное устройство, предназначенное в основном для логического анализа и управления в автоматическом режиме.
Микропроцессорные устройства обладают малыми габаритами, весом, стоимостью, потреблением энергии, высокой надежностью, вибро-ударостойкостью, а также высокой унифицированностью составляющих их элементов.
Технически микропроцессорные устройства применяют для це- лей контроля, измерения и управления технологическими процессами в мобильных и стационарных сельскохозяйственных машинах.
15.2 Обобщенная структурная схема микропроцессора и микроЭВМ
Развитие электроники и вычислительной техники привело к по- явлению в 1971 году логически программируемого устройства, предна- значенного для обработки цифровой информации и выполненного по технологии интегральной схемы.
На рис. 15.1 представлена обобщенная структурная схема микропроцессора: АЛУ - арифметико-логическое устройство реализует арифметические и логические операции над двумя числами и выдает результат; Р - регистры служат для хранения и выдачи команд (регистр команд), адресов (регистр адресов) и данных (аккумулятор); УУ – устройство управления преобразует команды, поступающие из регистров и внешнего запоминающего устройства ЗУ, в сигналы, которые определяют выполнение команд и непосредственно воздействуют на все элементы МП; ЗУ - внешнее запоминающее устройство; блоки МП связаны между собой и с внешними устройствами посредством трех шин: ШД - шина данных; ША - адресная шина; ШУ - шина управления. Шина представляет собой конструкцию из параллельных проводников, которые соединяют блоки МП и внешние устройства.
Сам по себе микропроцессор имеет очень малые возможности. Чтобы увеличить его возможности, к нему нужно добавить, как минимум, устройство ввода-вывода информации (УВВ), внешнее запоминающее устройство (ЗУ) и генератор тактовых импульсов (ТГ), который синхронизирует работу всех блоков.
Реализованную таким образом систему называют микропроцессорной системой (комплектом) или микро ЭВМ (рис. 15.2).
Микропроцессорные системы работают с информацией, представленной в двоичном коде в виде электрических импульсов (наличие импульса -1, отсутствие импульса -0). Память обычно разделяется на оперативную (хранение данных) - ОЗУ и постоянную (программы, по которым работает МП) - ПЗУ.
Микро ЭВМ по конструктивному признаку делятся на одноплатные и многоплатные. Первые встраиваются в технологическое оборудование и не имеют передней панели и блока питания, вторые представляют собой размещенный на нескольких печатных платах микропроцессорный комплект с дополнительными микросхемами, необходимыми для сопряжения с внешними устройствами.
15.3 Программируемые микропроцессорные контролеры
В автоматизации сельскохозяйственных машин и технологиче- ских процессов очень часто необходимо решать конкретную задачу или набор однородных задач, имеющих одинаковое программное обеспечение. Для этих целей применяют программируемый микропроцессорный контролер (ПМК), являющийся специализированной управляющей мик- роЭВМ, предназначенной для работы с фиксированным набором программ, размещенных в ПЗУ. Программирование ПМК производится в процессе изготовления, кроме того, он имеет меньший в сравнении с микро- ЭВМ объем памяти и повышенную защиту от промышленных помех. Настройка и изменение структуры ПМК производится с пульта управления клавишами или перемычками.
По назначению ПМК подразделяют на логические, регулирующие и координирующие. ПМК логического типа выполняют функции логических и релейных схем, а также командных аппаратов. ПМК регулирующего типа заменяют аналоговые, импульсные и цифровые регуляторы. ПМК координирующего типа выполняют функции задатчиков или координирующей микроЭВМ. Для целей автоматизации технологических процессов наибольшее значение имеют ПМК логического и регулирующего типов.
Универсальные ЭВМ предназначены в большинстве случаев для выполнения арифметических операций, а логические операции они выполняют хуже. Это обстоятельство привело к созданию программируемых логических контроллеров (ПЛК) – ломиконтов, которые рассчитаны на решение логических задач (рис.15.3). Они ориентированы на управление технологическим оборудованием, распознание аварийных ситуаций, защиту оборудования и т. д.
Логический блок (ЛБ) выполняет логические операции с сигналами, поступающими по магистрали М2 от КВС, ОП или БЗ, хранит результаты этих операций и при необходимости может выдавать их на М2.
Система команд ПЛК содержит следующие операции:
Программирование по такой системе команд не вызывает трудностей. Последовательность команд зачастую соответствует логическим операциям.
Кроме программируемого логического контролера существует еще и регулирующий микропроцессорный контролер (ремиконт) , рис. 15.4.
Ремиконт можно представить как устройство, включающее в себя алгоблоки, библиотеку алгоритмов, средства ввода-вывода информации, средства настройки и контроля.
Алгоблок похож на аналоговый прибор, имеющий несколько секций: входы-выходы; алгоритм управления; конфигураций структуры; коэффициентов настройки; оперативного управления.
Секция входов-выходов обеспечивает согласно алгоритму ввод и вывод информации. При этом часть входов могут быть аналоговыми, а часть - дискретными.
В секции конфигурации структуры находится информация, которая определяет соединение входов с выходами через внутренние элементы структуры ремиконта. Для статической и динамической настройки алгоблока служит секция коэффициентов.
В секции оперативного управления находятся:: задатчик значения регулируемой величины, переключатель режима работы, узел ручного управления. Режимов управления существует четыре: ручной, автоматический, каскадный, супервизорный. Путем замены алгоритма работы можно изменять функции, реализуемые алгоблоком. Алгоблок может быть регулятором, интегратором, сумматором и т. п.
Очевидно, что структура системы автоматического регулирования на базе ремиконта похожа на структуру аналоговой САР, центральная часть которой представляет собой один или несколько контроллеров, заменяющих всю совокупность аналоговых приборов обычной САР.
Ремиконтом управляют с помощью клавиш на панели, которая устанавливается вблизи от контроллера (до 3 м ).
Надежность работы ремиконта обеспечивается средствами самодиагностики, которая осуществляется аппаратно, программно и алгоритмически.
Первая часть - контроль источников питания, резервной батареи и цикличности работы ремиконта. Вторая часть - проверка сохранности настроек, отсутствия ошибок в программном обеспечении. Третья часть - контроль соответствия уровней сигналов округленных точками контроллера величинам, установленным оператором.
Ремиконты используют для автоматизации технологических про- цессов различного профиля, в том числе для измерения и регулирования температуры, программного управления, аварийной сигнализации с дистанционной передачей данных и т. п.
<Назад> |