Промышленные контроллеры. Встраиваемые микроконтроллеры. Контроллеры на базе микропроцессоров с внешней памятью

Промышленные контроллеры

При использовании прогрессивных методов автоматизации технологических процессов необходимо собирать, анализировать и обрабатывать поток информации. С помощью управляющих ЭВМ можно решать такие задачи, как сбор данных о состоянии процесса, наблюдение за его ходом, регистрация, регулирование, управление, вывод данных.

Традиционные ЭВМ позволяют почти одновременно воспринимать информацию от многих комплексных процессов и координировать их с высокой точностью. В настоящее время создаются вычислительные системы, которые по размерам и стоимости гораздо меньше традиционных ЭВМ. Такие системы, предназначенные для специального использования в автоматизации различных процессов, получили название контроллеров.

С помощью контроллеров можно решать такие задачи автоматизации, в которых невозможно применение традиционных ЭВМ из-за их низкой эффективности при решении многих задач автоматизации. Контроллеры в большинстве случаев создаются для решения специальных задач.

Применение контроллеров охватывает большие области: управляющие устройства для измерительной аппаратуры, автоматы для испытаний электронных элементов, устройства диагностики, бортовые ЭВМ в транспортных средствах, установки контроля и наблюдения на электростанциях, управляющие ЭВМ для дорожного движения, средства сигнализации, управляющие устройства и регуляторы для проведения производственных и технологических процессов и т.п.

В соответствии с объемом задач, решаемых при автоматизации. очень разнообразны функции, возложенные на контроллеры, а значит, разнообразны их конструктивные исполнения. В задачах по автоматизации очень часто требуется меньше "вычислять", а больше логически связывать. Но при этом принципы структурного внутреннего построения контроллеров почти одинаковы.

• Контроллеры коммутируют и обрабатывают следующие потоки информации, поступающие от источников:
• протекающего процесса (данные состояния и управление объектами)
• оперативного персонала
• данные связи в иерархической схеме соединений ЭВМ или в многопроцессорной системе

Представленные информационные связи обуславливают следующие расширенные возможности контроллеров по сравнению с традиционными ПК: 1. Связь с измерительными и исполнительными звеньями процесса требует специальных аппаратных устройств, которые должны обеспечивать между вычислительным ядром и процессом согласование, как на физическом уровне, так и на функциональном.

Эти устройства носят название периферийных устройств или устройств сопряжения с объектом (УСО). Такими устройствами являются, например, АЦП, ЦАП, и т.д.

2. По скорости обработки данных вычислительное устройство должно быть подчинено характерному времени изменения параметров процесса, с тем, чтобы в моменты времени, соответствующие фазам процесса, произвести необходимые измерения, проанализировать их и сформировать переключающие и управляющие команды. Подобная обработка данных процесса в реальном масштабе времени требует специальной организации программирования.

• Итак, контроллер является цифровым вычислительным устройством со следующими характерными свойствами:
• связь с периферийными устройствами для приема данных процесса и выдачи команд управления
• обработка данных процесса в реальном масштабе времени
• Взаимодействие со смежными процессами и оперативным персоналом (в случае автоматизированных систем)

• Внутренняя архитектура контроллеров
• В состав большинства контроллеров могут входить следующие функциональные узлы:
• центральный процессор;
• схема начального запуска;
• генератор тактовых импульсов;
• память программ и программный интерфейс;
• память данных;
• средства ввода-вывода;
• таймеры.

• Значительно увеличивают гибкость применения контроллеров наличие следующих дополнительных возможностей:
• обработка прерываний от различных источников;
• последовательный цифровой ввод-вывод.

• Рассмотрим классификацию контроллеров по следующим признакам:
• Мощность
• Область применения
• Открытость архитектуры
• РС – совместимость
• Конструктивное исполнение
• Способ реализации

1. Мощность Под обобщённым термином «мощность» понимается разрядность и быстродействие центрального процессора, объём разных видов памяти, число портов и сетевых интерфейсов. Очень часто основным показателем, косвенно характеризующим мощность контроллера и, одновременно, являющимся важнейшей его характеристикой, является число входов и выходов (как аналоговых, так и дискретных), которые могут быть подсоединены к контроллеру.

• По этому показателю контроллеры подразделяются на следующие классы:
• наноконтроллеры (часто с встроенными функциями), имеющие до 15 входов/выходов;
• малые контроллеры, рассчитанные на 15-100 входов/выходов;
• средние контроллеры, рассчитанные примерно на 100-300 входов/выходов;
• большие контроллеры, рассчитанные примерно на 300-2000 входов/выходов;
• сверхбольшие контроллеры, имеющие примерно от 2000 и более входов/выходов