МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ
УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ
Д.т.н., профессор Ланин В.Л. |
Кафедра Электронной |
|
техники и технологии |
Определение и классификация
•Микропроцессор — программно-управляемое устройство, осуществляющее прием, обработку и выдачу цифровой информации. В состав МПК входят: базовый процессор, БИС памяти (ПЗУ), БИС устройства ввода-вывода, системный контроллер, генератор тактов.
•Минимальное количество МПК образует простейший модуль — микроконтроллер, состоящий из дешифратора состояний (ДшС), формирователя команд сигналов (ФКС), устройства управления (УУ), формирователя управляемых сигналов (ФУС).
•Благодаря высокой автономности, малым габаритам и небольшой потребляемой мощности микроконтроллеры встраиваются прямо в технологическое оборудование. МПК классифицируют:
|
по числу БИС — на однокристальные, многокристальные, секционные; |
|
по назначению — на специализированные (один тип оборудования) и |
|
универсальные (в виде отдельного блока); |
|
по разрядности формата чисел на 2, 4, 8, 12, 16, 32 и 64-разрядные; |
|
по набору команд: 50—120; |
|
по времени цикла выполнения команды — 2—10 мс (МОП-технология) и |
|
50—200 нс (биполярная технология). |
Схема простейшего микроконтроллера
•Простейший модуль микроконтроллера состоит из дешифратора состояний (ДшС), формирователя команд сигналов (ФКС), устройства управления (УУ), формирователя управляемых сигналов (ФУС).
Развитие микропроцессорных БИС
В СНГ – К1810 и К580 – 8 разрядов (микро ЭВМ СМ 1800). Фирма Intel : 80286 – 16 разрядов, 80386 - 32 разряда, 80486 –КЭШ память,
Pentium – 64 разряда, Intel Core 2 Duo – 64 разряда, КЭШ память 2х2 Мбайт, 2 ядра
Intel 8051 — это однокристальный микроконтроллер гарвардской архитектуры, который был впервые произведен Intel в 1980 году, для использования во встраиваемых системах. В течение 1980-ых и начале 1990-ых годов был чрезвычайно популярен. Однако, в настоящее время устарел и вытеснен более современными устройствами, с 8051-совместимыми ядрами, Существует также советский клон данной микросхемы, КР1816ВЕ51. Официальное название 8051-семейства микроконтроллеров Intel — MCS 51.
Состоит из процессорного ядра (CPU), ОЗУ, ПЗУ, последовательного порта, параллельного порта, логики управления прерываниями, таймер и т. д.
Шина данных — 8-ми битная . Возможность обработки 8 бит данных за одну операцию. Шина адреса — 16 битная .
Встроенное ОЗУ — 128 байт
Программируемые микроконтроллеры
|
|
|
|
|
П П З У |
|
|
|
|
|
|
П р о г р а м м а т о р |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К Э В М |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М и к р о - |
|
М П |
|
|
|
С п е ц . |
|
М П |
|
|
|
С п е ц . |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
Э В М |
|
б ы с т р ы й |
|
|
|
п р о ц е с с о р |
|
м е д л е н н ы й |
|
|
|
п р о ц е с с о р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
с в я з и |
|
|
|
|
|
I |
|
|
|
|
|
I I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
:
Мо д у л ь
св я з и
Мо д у л ь
св я з и
И н т е р ф е й с
2 5 6 к а н а л о в
Универсальный контроллеры имеет несколько микропроцессоров, значительный объем памяти и до 256 каналов ввода; программа вводится с отдельной микроЭВМ с помощью машинных носителей ГМД;
управления производственными процессами
Контроллер базового уровня серии CJ1M компании Omron используется для систем управления, где требуются высокие скорости обработки данных,
гибкость системы управления и невысокая стоимость. Время выполнения двоичной команды – 100 нс.
Гибкость- более 60 типов модулей расширения, возможности взаимодействия с любыми локальными сетями.
Емкость памяти – 20 тыс. операций. 10 входов и 6 выходов.
Конфигурации схем управления
Для управления небольшим количеством оборудования используют микровычислительные системы СМ 50/10, в которые входят: терминал на базе микровычислительного комплекса, два периферийных устройства (дисплей, печатающее устройство). Терминал с объемом памяти до 64 кБ осуществляет обработку сигналов, которые поступают от первичных преобразователей, установленных на оборудовании.
Для управления технологическим оборудованием в пределах участка на базе терминалов и персональной ЭВМ создается локальная сеть управления. Концентратор СМ 50/10 выполняет функции устройства согласования для кольцевой схемы управления
а |
|
б |
|
|
Дисплей |
|
Печатающее |
ПЭВМ |
|
|
Терминал |
устройство |
|
|
|
|
|
|
|
Печа- |
СМ 50/10 |
|
Концентратор |
|
|
|
СМ 50/10 |
|
|
тающее |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
устройство |
|
|
|
|
|
Технологическое |
Терминал |
|
Терминал |
|
оборудование |
СМ 50/10 |
|
СМ 50/10 |
Технологический процесс
Кольцевая схема построения микропроцессорных АСУ
Кольцевая схема использует устройство связи, которое управляет работой отдельных блоков сбора данных и формирует информацию для центрального микропроцессорного модуля. Ее достоинства — минимальная длина связи между БСД и центральным МПМ, а недостатки — малое быстродействие, сложность обмена информацией между отдельным блоком сбора данных и центральным МПМ.
Звездная схема построения микропроцессорных
АСУТП
"Звездная" схема устраняет недостатки кольцевой схемы, при этом каждый БСД замыкается непосредственно на центральный МПМ. На практике часто используют комбинированные схемы, когда для оборудования, требующего быстрой реакции, используют "звездную" схему, а для медленно работающего оборудования — кольцевую.
Локальная сеть управления ГАП
Вусловиях ГАП к микропроцессорным системам предъявляются следующие требования:
увеличение оперативного объема информации;
быстрая смена управляющих программ;
надежность и долговечность блоков управления, а также низкая их себестоимость.