4.8. Характеристика. Программируемых устройств логического управления

Устройства логического управления делят на две основные категории: жесткой и программируемой логики. Устройство жесткой логики отличается тем, что для его реали- зации необходимо создать материальные связи в соответствии с разработанной принципиальной схемой. В электрических схе- мах эти связи реализуются проводником, в пневмогидравлических системах — это трубопроводы, связывающие различные элементы. Однако устройства жесткой логики за счет наличия физической цепи для каждого уравнения управления позволяют производить параллельное решение уравнений, описывающих алгоритм управ- ления объектом. Программируемые устройства логического управления отли- чаются последовательным подходом к решению той же задачи с использованием процессора, которому с помощью соответствую- щих команд можно сообщить, какие операции он должен выпол- нять в данный момент и на каких сигналах (рис. 4.19). В программируемом устройстве логического управления в каж- дый момент времени процессор выполняет только одну команду. Данные должны находиться в памяти, чтобы ими можно было вос- пользоваться согласно алгоритму управления. Указания о том, как нужно работать с данными, т. е. весь набор команд, управляю- щих работой процессора, также хранятся в памяти и последова- тельно выдаются процессору. После отработки команды резуль- тат, содержащийся в ячейке памяти процессора, называемой ак- 179

КО Память ~

Конанды

Процессор

/

• \

•л

О) « Рис. 4.19. Принципилльные схемы устройства логического управления: а — с жестким алгоритмом работы; б — программируемого

кумулятором, передается в память, если это промежуточный ре- зультат, или выдается из машины. Генератор тактовых импульсов позволяет синхронизировать этапы отработки команд и их по- следовательное чередование. Команда — это распоряжение, выполняемое программируемым устройством логического управления. Процессор выполняет не любые команды, а только те, которые входят в набор команд, заложенных в его память. Любая булева функция может быть вы- числена с помощью команд И, ИЛИ, НЕ, поэтому можно было бы полагать, что набор команд ПК может быть ограничен этими тремя командами. Однако характер осуществления команд и организа- ции вычислений требует наличия в составе команд ПК и других команд. Память — это функциональная часть ПК, предназначенная для хранения информации (команд и значений переменных). Для хранения информации можно использовать триггер, феррито- вое кольцо или обыкновенное реле. Программа— последователь- ность команд, обеспечивающая необходимую обработку инфор- мации. Команда должна четко пред- писывать процессору «что» и «с чем» делать. Одна часть коман- ды, называемая кодом опера- ции (КО), указывает, что «нуж- но» делать, а другая часть, адрес оператора (АО), уточня- ет, «с чем» это нужно делать. Код операции находится в на- боре машинных команд (И, ИЛИ и др.). Данные, к кото- рым относится определенная Память Команда Код Adi 0 . 1 ее i операции операнда КО А0 = г ; ;. /ч/ п-1 п Операнд Рис. 4.20. Структура одноадресной команды

кодом операции команда, указываются адресом памяти, т. е. участком памяти, в виде последовательности ячеек с номерами от нуля до п >, где они хранятся (рис. 4.20). Этим обеспечивается косвенный доступ к информации, что позволяет в соответствии с одним и тем же алгоритмом обрабатывать различные данные. Команды типа КО, АО называют одноадресными. Именно их в основном и применяют в программируемых устройствах логиче- ского управления. Одноадресная структура является достаточной для представления таких односложных функций, как ДОПОЛНЕ- НИЕ, СДВИГ, СТЕПЕНЬ при двоичном основании. При реализа- ции более сложных функций, т. е. при выполнении операций с двумя операндами, возникает необходимость косвенной адреса- ции памяти, содержащей второй операнд. В качестве такого ад- реса второго операнда используют аккумулятор процессора, где производится операция и хранится ее результат после выполне- ния команды. Таким образом, в наборе команд имеются коды, поз- воляющие загрузить аккумулятор содержимым памяти или же, наоборот, переслать содержимое аккумулятора в память. Пример. Реализовать функцию у= Яц-f- #аЯ8. Обозначим через MI, fft и Я8 ячейки памяти, где хранятся значения соот- ветствующих переменных, т. е. HI — адрес переменной И[, получаемой машиной. При принятых обозначениях программа, реализующая вычисления функции у, будет иметь вид: Адрес команды О 1 Команда КО ЗАГРУЗИТЬ И

ИЛИ

ПОМЕСТИТЬ

АО я,

Комментарий

Переслать содержимое ячейки па- мяти с адресом Я, в аккумулятор А Выполнить операцию И с содержи- мым ячейки Я s и аккумулятора А\ результат поместить в А Выполнить операцию ИЛИ с содер- жимым ячейки И-i и аккумулято- ра А; результат поместить в А Переслать содержимое А в ячейку с адресом Y, где должно в итоге оказаться значение у

Программное обеспечение ПК

В работе автоматизированной системы управления объектом используют два типа обмена информацией: постоянный обмен между объектом и комплексом средств управления (входы и выходы данных); обмен по мере необходимости между оператором и системой управления. Для осуществления этих обменов информацией необходимы языки, которые были бы понятны для передатчика и приемника сообщений. В первом случае необходимо обеспечить в основном физическую совместимость передаваемых данных, во втором — обмен информацией осуществляется на настоящем языке, который определяется применяемыми при этом техническими средствами. При использовании традиционных аналоговых и цифровых 181

средств — это неявный язык, при работе же информативных си- стем — явный язык, называемый языком программирования. Он дает программисту возможность обращения к машине для назна- чения необходимых операций по обработке данных и обеспечивает рациональное использование ее ресурсов. Язык программировав ния непосредственно зависит oi совершенства машины. При сов- ременном уровне развития электронной технологии речь может идти об использовании в диалоге с машиной не слишком богатого языка, сравнимого с человеческим. Для более полного удовлетво- рения потребностей наряду с языками, относительно общего ха- рактера применяют проблемно-ориентированные языки, т. е. языки специализированные и поэтому вполне доступные специалистам в области автоматики. Язык ПК также проблемно-ориентирован- ный. ПК европейских и американских производителей различаются типом используемых языков. До появления ПК в США задачи логического управления решались с применением релейно-кон- тактной аппаратуры, а позднее, когда это стало экономически оправданным, — с помощью мини-ЭВМ. В Европе же до приме- нения программируемой логики получила развитие промежуточная технология — бесконтактная логика. Этим и объясняется тот факт, что в первом случае в настоящее время применяют релейный язык, а во втором — утвердилась практика составления булевых уравнений. Релейный язык. Опыт работы с релейными схемами привел к созданию языка программирования ПК, основное достоинство которого состоит в том, что он понятен программисту, который только начинает знакомиться с программируемой логикой. Релейные схемы состоят из пяти компонентов (табл. 4.14): переменная и ее дополнение, начало и конец ветвления параллель- ной цепи и символ присвоения результата. Логическая функция (И; ИЛИ} создается последовательным соединением компонентов и соответствует понятию «команда». Однако чтобы релейный язык был более совершенным, ПК создают таким образом, чтобы была возможность программировать не- посредственно более полное логическое уравнение. Элементом программирования на релейных языках является цепь. Цепь — это совокупность элементов релейных схем, в том числе хотя бы одного символа присвоения, представляющая собой по- следовательность команд, выполняемых ПК. Конструкция цепи должна отвечать жестким требованиям, поскольку она должна быть переведена с помощью устройства про- граммирования (транслятора) в последовательность выполняемых команд. Формат цепи может быть фиксированным или переменным. В первом случае цепь должна состоять из определенного числа компонентов. Символ присваивания позволяет идентифицировать строку программы и назначить промежуточную переменную или соответствующий выход. Логические компоненты уравнения уп-