5.1.3. Командоапарати із зворотним зв'язком

Командоапарати без зворотного зв'язку працюють фактично «наосліп», оскільки вони формують сигнали, що управляють, не отримуючи інформації про те, чи виконує хто-небудь їх команд іи як насправді протікає керований ними процес. Цього недоліку позбавлені пристрої із зворотним зв'язком, в яких черговий сигнал, що управляє, формується тільки після отримання підтвердження про виконання попередньої команди.

Для організації зворотного зв'язку кероване устаткування має бути оснащене датчиками, як правило, дискретними. Вони видають сигнали у момент досягнення заданого значення якоїсь величини : координати, температури, швидкості, тиску і так далі. Ці функції виконують кінцеві вимикачі, реле тиску, біметалічні реле температури і інші дискретні датчики.

Використання сигналів зворотного зв'язку в електромеханічному командоапараті неможливе, а електронний варіант це дозволяє. Досить подачу імпульсів на вхід лічильника узгодити зі вступом сигналів зворотного зв'язку, і перехід лічильника в новий стан відбуватиметься тільки потім завершення дії, ініційованої його попереднім станом.

5.2. Мікропроцесорні керуючі пристрої

З появою мікропроцесорів (МП) почалася нова епоха в автоматизації виробничих процесів. Завдяки можливості пристроїв на базі МП практично миттєво реагувати на будь-які події в технологічному процесі, сприймати за короткий час інформацію, що поступає з великої кількості різних датчиків, і формувати велику кількість керуючих сигналів мікропроцесори отримали широке розповсюдження на усіх рівнях — від збору і обробки даних до повного ведення технологічного процесу. Змінилася і форма представлення інформації операторові і її реєстрації.

Мікропроцесор — інформаційний пристрій; він працює з інформацією, представленою у вигляді двійкових чисел. Велика ефективність МП як ключового елементу засобів керування базується на двох принципах:

• будь-яке значення будь-якої фізичної величини можна записати у вигляді двійкового числа;

• будь-яку дію будь-якого старанного механізму можна закодувати у вигляді двійкового числа.

Отже, організувати причинно-наслідковий зв'язок між значенням технологічного параметра (причиною) і потрібною дією на старанний механізм (слідством) можна шляхом переходу від одного двійкового числа до іншого, виконаного за певними правилами.

Такий перехід і здійснює мікропроцесор, перетворюючи за допомогою арифметичних і логічних операцій одні двійкові числа в інші. Які саме операції треба зробити, вказує програма управління роботою МП, складена на основі аналізу залежності між значенням цього параметра і результатом дії даного ЇМ на технологічний процес.

Мікропроцесор — цей програмно-керований пристрій, що робить перетворення двійкових чисел і виконане у вигляді однієї або декількох інтегральних схем.

Усі інші функції мікропроцесора, такі як обробка інформації і формування дій, що управляють, відносяться не до МП, а до програми, що управляє.

Загальна схема мікропроцесора приведена на мал. 93, а.

Мікропроцесор складається з арифметико-логічного пристрою (АЛП), пристрою керування (ПК) і внутрішньої пам'яті — регістрів загального призначення (РОН). Пристрої пов'язані трьома шинами. Кожна шина — це група провідників, по яких передаються двійкові коди у вигляді сигналів 0 або 1.

Арифметико-логічний пристрій виконує арифметичні (складання, множення) і логічні (І, АБО) операції над 8 — або 16-розрядними двійковими числами. Числа поступають з шини даних через регістри, що забезпечують їх тимчасове збереження. Пристрій управління координує роботу АЛП і регістрів відповідно до команд програми. Пристрій управління отримує команди з шини даних через дешифратор команд. Команда є двійковим числом: одна його частина — код операції, яку належить виконати АЛУ, а інша частина вказує адресу розташування числа, над яким буде здійснена операція (наприклад, один з регістрів РОН). Друге число поступає в АЛУ по шині даних. Результат виконання операції записується в один з регістрів і далі поступає на шину даних.

Сучасні мікропроцесори складаються з мільйонів транзисторів і виконують сотні мільйонів операцій в секунду. Якщо забезпечити МП потужнішою пам'яттю, пристроями ввода-вивода інформації, а при необхідності і пультом управління, що Дозволяє вводити і відлагоджувати нові програми, то він пре-вратится в МІКРОЕОМ.

Структурна схема МІКРОЕОМ на базі МП приведена на мал. 93, б.

Рисунок 93 – Мікропроцесор: а – загальна схема; б – структура мікроЕОМ

МікроЕОМ має два вигляду пам'яті : постійне (ПЗП) і оперативне (ОЗУ) пристрої, що запам'ятовують. Утримуваний ПЗП записується виготівником мікро ЕОМ і не може бути стерто. У ПЗП зберігають програми початкового завантаження мікро ЕОМ, константи, табличні дані і так далі. У ОЗУ інформацію можна записувати і стирати багаторазово, тому воно використовується для оперативного зберігання даних, що підлягають обробці, проміжних результатів, полагодження програм і так далі. При виключенні мікроЕОМ інформація в ОЗУ пропадає.

Пристрої введення і виводу забезпечують прийом і видачу двоїчних кодів обміну інформацією із зовнішніми пристроями.

Шини адрес, даних і управління використовуються для обміну інформацією між усіма підключеними до них пристроями в режимі розподілу часу. Мікропроцесор керує підключенням до шин в кожен момент часу тих або інших пристроїв; для інших пристроїв шини в цей час недоступні.

Зазвичай мікро ЕОМ є набором уніфікованих мікросхем : мікропроцесор, ПЗП, ОЗУ та ін. Усі вони узгоджені між собою по рівнях сигналів, вхідному і вихідному опору, допустимим навантаженням і іншим параметрам.

Вдосконалення технології виробництва інтегральних мікросхем дозволило створити мікро ЕОМ, які разом з жорстким магнітним диском (довготривала пам'ять) розміщуються в уніфікованому герметичному корпусі, що легко вбудовується в каркас апаратури систем управління.

Варіанти використання мікропроцесорів і мікро ЕОМ в системах управління різноманітні. До появи мікро ЕОМ системи управління були централізованими і одна потужна і швидкодіюча ЕОМ обслуговувала по черзі десятки і сотні датчиків і старанних механізмів. У сучасних децентралізованих системах управління центральна ЕОМ може отсут-ствовать взагалі або використовуватися тільки для обліку і координації робіт, а безліч автономних мікро ЕОМ виконують функції управління різними одиницями устаткування і ділянками технологічного процесу, аж до управління окремими параметрами процесу.

На рис. 94 представлена укрупнена схема одноконтурної системи управління, що забезпечує підтримку заданого значення регульованого параметра об'єкту управління. Вона ілюструє можливості пристрою з ЕОМ у виборі оптимального варіанту управління. Мікро ЕОМ не просто порівнює значення регульованого параметра із заданим, а враховує результати проведеного нею аналізу поведінки параметра в попередній період і вибирає найкращий в цій ситуації закон регулювання.

Рисунок94-Схема одно контурної системи управління на базі мікро ЕОМ.

Пристрої на базі МІКРОЕОМ, спеціально орієнтовані на виконання завдань контролю і управління в локальних (мест-ных) системах, дістали назву «ремиконты» (Регулюючі Мікроконтроллери). Окрім мікро ЕОМ вони включають пристрої перетворення аналогової і дискретної інформації, які називаються пристроями введення-виведення інформації, і пульт оператора (рис. 95). Загальна шина контроллера дозволяє зв'язувати його з іншими аналогічними пристроями і головній ЕОМ. При необхідності перебудови системи управління досить змінити програму в мікро ЕОМ, не замінюючи блоків і не перепаюючи окремих елементів.

Разом з мікро ЕОМ в промисловості застосовуються програмуючі контроллери (ПК). Їх використовують у випадках, коли управління робиться за результатами логічної обробки вхідних сигналів без проведення обчислювальних робіт. Такий контроллер зазвичай не має засобів для роботи із стандартними мовами програмування, вживаними в мікро ЕОМ.

Рисунок95-Схема реміконта

Рисунок96-Програмний контролер

Програма, що вводиться в ПК, містить набір команд управління, представлених на мові релейно-контактних схем або на аналоговій мові. Фактично програмовані контроллери заміняють широко використалися раніше релейно-контактні системи управління, істотно перевершуючи їх по надійності, зручності перепрограмування і можливостям зв'язку з системою управління виробництвом підприємства.

Програмовані контроллери містять окрім мікропроцесора і джерела живлення більшу або меншу (залежно від об'єкту управління) кількість пристроїв перетворення інформації, призначених для зв'язку з технологічним обладнанням. Це пристрої введення даних, що сполучаються з датчиками і перетворюють їх аналогові і дискретні сигнали в двійкові коди, що приймаються мікропроцесором, і пристрої виведення сигналів, що управляють, що сполучаються з виконавчими механізмами. При необхідності кількість цих пристроїв може змінюватися.

Мікропроцесор, джерело живлення і пристрою перетворення інформації виконують однаковими по конструкції і розміщують в загальному каркасі, сполучаючи їх загальними шинами і кабелями в єдиний контроллерний блок (рис. 96). Програма заг-ружается в ПК з пульта програмування, що підключається до нього.

Програмовані контроллери можуть працювати спільно з ЕОМ, що виконує функції обробки даних і координації роботи ПК. Подальший розвиток і здешевлення мікроелектронних пристроїв веде до того, що відбувається зближення різних видів локальних підсистем управління по їх функціях і можливостях. У спеціальних промислових комп'ютерах на базі мікро ЕОМ, як і в ПК, передбачено до 20 місць для установки пристроїв перетворення інформації. Аналогічно побудовані і ремиконти. Загальна тенденція розвитку сучасних систем управління — розподіл усього комплексу завдань по управлінню технологічним процесом по безлічі підсистем, кожна з яких має інтелектуальне ядро у вигляді потужної мікро ЕОМ зі своїм набором пристроїв введення і виведення информації, обслуговуючих свою ділянку технологічного процесу і сполучених в єдину мережу з головною ЕОМ.