4.2.4. Развитие микропроцессорных средств управления

Основными направлениями развития микропроцессорных средств ЭМС являются:

• адаптация элементной базы к конкретной области применения и создание микропроцессоров, специально предназначенных для управления двигателями;

• рост производительности микроконтроллеров благодаря совершенствованию структуры центрального процессора и увеличению его тактовой частоты;

• увеличение объема памяти программ и данных;

• интеграция на кристалле микроконтроллера большего числа периферийных устройств, обеспечивающих удобный интерфейс с силовой частью объекта управления и датчиками.

Компьютерные системы управления электроприводами, технологическими агрегатами и электротехническими комплексами выполняются по единой идеологии с гибким варьированием аппаратных и программных средств.

Контроллеры могут иметь разное исполнение, но всегда предусматривается возможность варьирования их конфигурацией за счёт устройств расширения и периферийных модулей.

Модули интеллектуальной периферии обеспечивают решение специальных задач пользователя по измерению, оценке, регулированию, стабилизации или позиционированию координат ЭМС.

Системы визуализации и обслуживания включают в себя средства от простых дисплеев до сложных информационных систем. В последнее время получили распространение следующие системы:

• панели оператора, содержащие дисплеи и клавиатуры, конструктивно размещённые в одном корпусе, обеспечивающие отображение параметров и характеристик управляемого процесса, ввода и вывода данных и для наладки ЭМС;

• программируемые терминалы с активным экраном, на котором можно гибко менять клавиатуру;

• локальные системы визуализации и обслуживания с различного рода функциональными возможностями от кратковременного или долговременного архивирования измеряемых величин до полнографических систем с объектноориентированными оболочками проектирования и обслуживания;

• центральные системы визуализации и обслуживания с высокими функциональными возможностями, расширяемыми от АРМ до скоординированных многопользовательских и многотерминальных систем.

Средства коммуникаций обеспечивают создание сетей для обмена данными между различными компьютерными средствами автоматизации. К ним относятся модули коммуникационных процессоров для соединения применяемых контроллеров и для адаптеров магистральных интерфейсов связи, коаксиальные и оптоволоконные кабели, повторители, интерфейсные мультиплексоры. При создании микропроцессорных систем обычно отдают предпочтение магистральным структурам, которые по сравнению с другими структурами имеют меньшие затраты при прокладке кабелей, легко расширяются и позволяют осуществлять непосредственную коммуникационную связь от абонента к абоненту через единственную линию передачи данных. Как правило, сети делаются открытыми для интегрирования компьютерных средств автоматизации различных производителей. С этой целью выпускаются мосты и межсетевые преобразователи для связи различных локальных сетей и интерфейсов.

Программаторы персональных компьютеров используются в системах визуализации и обслуживания, а также для подготовки, отладки и записи программ в микропроцессорные контроллеры. В соответствии с задачами программно-логического и непрерывного управления, диагностики, контроля состояния функциональных узлов оборудования, отображения информации об управляемом процессе имеется стандартное программное обеспечение в виде функциональных блоков, обеспечивающих решение частных задач, органично встраиваемых в программы пользователя.

Кроме этого, используются программы-драйверы, решающие задачу сопряжения контроллеров со стандартной периферией, с другими контроллерами и компьютерными средствами автоматизации в коммуникационной сети.

В функциональные блоки современных микропроцессорных контроллеров ЭМС входят программные пакеты, реализующие типовые функции:

• арифметические, тригонометрические, логарифмические, показательные, обработки логических сигналов, преобразования массивов данных и другие;

• регулирования электромагнитных, механических и технологических переменных;

• реализации стабилизирующего, следящего, каскадного, модального и адаптивного управления;

• осуществления коррекции и компенсации нелинейностей, сглаживания сигналов;

• реализации непрерывных, шаговых и импульсных регуляторов;

• наблюдения, отображения и обслуживания локальных и центральных систем, выдачи наиболее важных сообщений об ошибках;

• предварительной обработки сигналов в виде подготовки данных, обработки сообщений и прерываний, измерения скорости, пути, температуры и других технологических параметров;

• служебные программы для обмена данными между центральным процессором контроллера и модулями коммутационного процессора, предварительной обработки сигналов и памяти;

• имитации объекта управления и обработки алгоритмов управления.

Для написания программного обеспечения контроллеров имеются экономичные технологии с использованием персональных компьютеров или программаторов.

В настоящее время можно выделить следующие перспективные тенденции развития микропроцессорных средств управления электроприводами в реальном времени. Из большого многообразия микропроцессорных средств управления микроконтроллеры имеют наибольший индекс развития. Выпускаются и разрабатываются 16-, 32- и 64-разрядные микропроцессоры с тактовой частотой от единиц до десятков мегагерц. Прослеживается тенденция использования в микроконтроллерах микропроцессоров, ранее применявшихся в персональных компьютерах. В связи с этим ожидается использование процессоров Pentium и Power PC.

Анализ принципов построения современных программируемых контроллеров показывает, что совместно с развитой интеллектуальной периферией они являются мультипроцессорными средствами управления и обеспечивают возможность одновременного решения нескольких частных задач управления с высоким быстродействием. Вместе с этим, для повышения производительности управления в реальном времени в последнее время получают развитие нейротехнологии и параллельные компьютерные технологи.

Нейроконтроллеры эффективно используются в качестве облучаемых систем в условиях изменения технологической среды. Алгоритм управления устанавливается путём адаптивного выбора из набора базовых алгоритмов, соответствующих разным ситуациям изменения внешней среды и реализованных в виде отдельных модулей контроллера и специальных блоков.

Параллельные компьютерные (транспьютерные) средства обеспечивают повышение производительности управления в десятки и сотни раз за счёт скоординированного распараллеливания вычислительного процесса. Поэтому производительность микропроцессорных средств управления удовлетворяет решению практически любых задач управления электромеханическими системами и комплексами.

Наличие в программируемых контроллерах модулей интеллектуальной периферии позволяет разрабатывать программные блоки управления сложным электротехническим оборудованием.