Глава 6. Аппаратные средства микропроцессорной техники

Микропроцессорная техника (МТ) — поколение средств управления, которое включает в себя микропроцессорные инте­гральные схемы, микропроцессоры (МП), микропроцессорные системы (МПС), микроЭВМ, контроллеры, программируемые микропроцессорные контроллеры (ПМК), а также ПТК, ЭВМ и ПЭВМ.

Микропроцессорная техника состоит из аппаратных устройств и программных продуктов (средств).

Технические аппаратные средства предназначены для первич­ной обработки технологической информации, собранной посред­ством датчиков, отображения информации для обслуживающего персонала, обработки, формирования и выдачи управляющих воздействий на исполнительные устройства.

Первичная обработка информации выполняет операции усред­нения, масштабирования, сравнения с заданными значениями, а также, при необходимости, реализацию некоторых математических операций: сложения, вычитания, деления, умножения, извлечения корня, интегрирования и дифференцирования и др.

Формирование управляющих воздействий выполняется с по­мощью автоматических регуляторов, программируемых контрол­леров, реализующих стандартные законы регулирования: позици­онный, пропорциональный (П), пропорционально-интегральный (ПИ), пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) и другие. При этом, наряду с одноконтурными, можно сформи­ровать каскадные, программные, программно-логические и мно­госвязанные системы регулирования с выходом на систему ис­полнительных устройств.

Наряду с автоматическими регуляторами в последнее время используются устройства логического и программного управления на основе аппаратных средств с жесткой логикой функциониро­вания и микропроцессорных контроллеров

.Отображение информации для операторов (технологов) может быть реализовано в виде аналоговой и цифровой индикации, реги­страции, индикации по вызову на шкалах индикаторных табло, или на дисплеях и экранах мониторов, а также включением сигнализа­ции отклонения параметров процессов от заданных значений.

Согласно назначению, в состав технических аппаратных средств входят: устройства статического преобразования инфор­мации (измерительные блоки, блоки вычислительных операций и др.); устройства динамического преобразования информации (ав­томатические регуляторы, контроллеры, блоки динамического преобразования, дифференцирования и др.); устройства опера­тивного управления (задатчики, блоки управления и др.); логиче­ские устройства обработки дискретной информации с «жесткой логикой функционирования»; программно-технические комплек­сы (ПТК) и контроллеры. Это, в основном, реализуется агрегат­ным комплексом АСВТ.

К группе устройств ГСП (комплекс АСВТ) относятся также средства представления информации: показывающие и самопи­шущие (сигнализирующие) средства, мониторы, табло, мнемони­ческие схемы и др.

Нашли применение одноканальные и многоканальные устрой­ства контроля, сигнализации, регулирования и обработки инфор­мации. Средства автоматизации этой группы выпускают в виде агрегатированных комплексов ГСП, построенных по блочно-мо- дульному принципу с широким применением унифицированных модулей, блоков и устройств. В зависимости от вида используе­мой энергии применяются электрические, гидравлические, пнев­матические и комбинированные комплексы ГСП.

Микропроцессорные интегральные схемы — совокупность микро­процессорных и других интегральных микросхем, различающихся по конструктивно-технологическому исполнению и предназна­ченных для применения при изготовлении микропроцессоров, МПС, микроЭВМ, контроллеров и программируемых контролле­ров и других средств микропроцессорной техники.

Микропроцессор (МП) — программно-управляемое устройство, предназначенное для обработки цифровой информации и управ­ления этой обработкой, выполненное в виде одной (или не­скольких) интегральных электронных элементов — БИС и СБИС.

Программируемость — возможность изменять алгоритм обра­ботки данных посредством программирования, т. е. за счет ис­пользования микропроцессорных БИС. Программируемость по­зволяет применять микропроцессорные БИС (МПБИС) одного типа для решения различных задач управления.

Микропроцессор по своим логическим функциям и структуре подобен процессору обычных компьютеров и оперирует коротки­ми словами 2..., 16..., 32..., 64..., 128... разрядов. Основная функ­ция МП — преобразовывать информацию. Однако сам по себе МП еще не способен осуществить переработку информации, т. е. решить конкретную задачу, его необходимо соединить с запоми­нающим устройством (ЗУ) и устройством ввода-вывода (УВВ), запрограммировать и обеспечить обмен информацией МП с эти­ми устройствами.

Микропроцессорная система (МПС) — это совокупность взаи­мосвязанных устройств, состоящая из одного или нескольких МП, ЗУ, УВВ и ряда других устройств, обеспечивающих выпол­нение определенных функций.

Микропроцессорная ЭВМ (микроЭВМ) — это МПС, имеющая связь с внешними устройствами, панель питания, источник пита­ния, объединенные единой конструкцией.

Микроконтроллер (МК) — микропроцессорное устройство, ко­торое выполняет функции логического анализа и управления по заданным алгоритмам без взаимодействия с оператором.

Программируемый логический контроллер (ПЛК) — микропро­цессорное устройство, которое выполняет функции логического анализа и управления по соответствующим алгоритмам согласно требованиям технологического процесса и взаимодействует с опе­ратором.

Программно-технический комплекс (ПТК). Структура ПТК включает следующие квмпоненты: контроллеры — УСО; средства для формирования ЛВС и межсетевых взаимодействий; АРМ-станция оператора; АРМ службы АСУТП — станция инжи­ниринга; сервер БД, предназначенный для ведения БД РВ и БД проекта; сервер приложений, выполняющий сложные расчетные задачи; архивный сервер — станция архивирования; коммуника­ционный сервер, обеспечивающий связь с контроллерами, УСО, датчиками различных фирм-производителей, с другими система­ми с помощью модемов; системы бесперебойного питания; сер­висные средства для эксплуатации, поверки, контроля работы, наладки и обслуживания и др.

В ПТК предусмотрено использование ЛВС, выделенных фи­зических и телефонных линий, коммутируемой телефонной ли­нии и радиоканала.

В качестве базового протокола сетевого и межсетевого взаимо­действия используется протокол TCP/IP и UDP/IP. Предусмотрена возможность 100% «горячего» резервирования контроллеров и сетей.

225

Персональная ЭВМ (ПЭВМ) — это универсальная микропро­цессорная система, предназначенная для решения емких техни-

15 - 4869

ческих, экономических, научных, социальных задач делопроиз­водства, реализации конструкторских и технологических разрабо­ток и других задач.

Развитие МТ позволило разрабатывать цифровые системы контроля и управления с использованием программируемой ло­гики, реализация которой основана как на аппаратных, так и на программных средствах.

Средства МТ обладают малыми размерами, низкой стоимо­стью, высокой надежностью и универсальностью в функциональ­ном отношении, что позволяет встраивать их в технологическое оборудование и переходить к распределенным децентрализован­ным системам контроля и управления. Они обеспечивают пре­имущества централизованного управления и имеют высокую на­дежность, характерную для классических децентрализованных систем регулирования и управления.

Применение МТ позволяет осуществить непосредственное цифровое управление (НЦУ); практически реализовать любые ал­горитмы (программы) регулирования; осуществить функциональ­ное преобразование сигналов, их первичную статистическую обра­ботку; осуществить тестовые методы диагностики; сопрягать сред­ства производства с мониторами и другой периферией с помощью стандартного интерфейса и другие функциональные возможности.