1.2.3 Застосування мікроконтролерів для керування технологічними процесами (об'єктами).

1 Застосування мікропроцесорних систем у наш час.

2 Структура мікроконтролера типу РІС16F87Х.

3 Приклад застосування і програмування мікроконтроллера РІС16F87Х.

4 Промислові логічні контролери

5 Особливості використання промислових логічних контролерів.

Література [] с. 611, 643-648, 662-672.

1 В теперішній час випускається велика кількість типів мікро-ЕОМ з різноманітними функціональними можливостями і вартістю для найрізноманітніших застосувань, починаючи від окремих спеціалізованих приладів до систем автоматизованого керування технологічними об'єктами. Охопити усі їх неможливо. В багатьох випадках для керування простими технологічними об'єктами, побутовими приладами достатньо порівняно простої мікро-ЕОМ з невеликим обсягом пам'яті і спрощеними пристроями обміну інформації з користувачем. В останній час вони частіше виробляються на одному кристалі у вигляді однієї мікросхеми. Такі спеціалізовані мікро-ЕОМ називаються мікро-контролерами, що програмуються, або просто мікроконтролерами (МК).

2. У теперешній час МП з RІSС-архитектурою є елементом однокристальних МПС – мікроконтролери (МК), що містять в одному корпусі (кристалі) весь мінімальний набур вузлів. Необхідних для функціонування МПС і достатньо розвинену периферію. В якості прикладу розглянемо структуру одного з розповсюджених МК типу РІС16F87Х (де Х – модифікація 3,4,7, …)фірми Місrосhір Тесhnоlоgу Іпс. Контролери даного типу є надто ефективні як вбудовані недорогі прилади і знаходять застосування практично в усіх сферах. Їхні основні параметри:

- робоча частота 0…20 МГц (мінімальний цикл команди 200нс);

- команди 14 біт(розрядів), дані 8 біт;

- обсяг пам'яті програм , що пере програмується – до 8Кх14;

- обсяг пам'яті даних (ОЗП) до 368х8;

- обсяг пам'яті даних. Що пере програмується – до 256х8;

- діапазони напруги живлення і температури: 2,0…6,0 В, 40…125^оС;

- корпус має 28/40 виводів.

Структурна схема МК приведена на рисунку 1.18.

3. В якості об'єкта автоматизації розглянемо установку для термічної обробки (ТО) деталей (рис. 1.19). Вона містить в собі ряд виконавчих пристроїв (ВП): транспортувальні ВП1 і ВП4, завантажувальний ВП2, електропіч ВП3. Вмикання відповідного ВП здійснюється подачею на нього напруги (U) за допомогою контактів електромагнітних реле К1-К4 (контакторів) згідно з сигналами з МК.

При цьому цикл роботи передбачає:

• транспортування деталі до печі (t₁ – час переміщення) –ВП1;

• завантаження деталі в піч (t₂ – час операції розвантаження) – ВП2;

• нагрів до ладанної температури (t₃ – час нагрівання) – ВП3;

• вивантаженя деталі з печі (t₄ – час операції вивантаження) – ВП2;

• транспортування на склад готової продукції (t₅ – час транспортування) – ВП4.

Далі цикл повторюється. Запуск здійснюється на натисканням на кнопку SВ1 «Пуск», зупинка SВ2 – «Стоп». Температура нагрівання контролюється вимірювальним передавачем, що містить у собі термопару з підсилювачем, вихід якого 0…10 В.

Залежно від деталі температура відрізняється і задається контролером.

У принциповій схемі МПС системи керування на рис. 1.19 поряд з МК (DD1) використано релейно-транзисторні підсилювачі на тиристорах VТ1 – VТ4. що підсилюють сигнал керування з виходу МК до потрібної для ВП рівня. Котушки відповідних реле К1 – К4 підключено у коло колекторів транзисторів. Для захисту транзисторів від перенапруг при перемиканні паралельно котушкам підключено діоди (VD1 – VD4). В якості тактового генератора для МК використано кварцовий або керамічний резонатор. Що підключений до виводів ОSС2. Живлення системи керування здійснюється від джерела постійного струму 24 В та 5 В.

Блок схема алгоритму керування об'єктом наведена на рис. 1.20.

Ініціалізація вузлів системи передбачає настройку порта ввода-виводу. Схема здійснює керування чотирма ВП, для цього необхідно передбачити чотири лінії портів (РОRТВ RВ0-RВ3), що налаштовані на вивід.

Вмиканню ВП відповідає подача сигналу «1». Вимкненню – «0».

Три лінії зв'язку передбачають ввід інформації:

• аналоговий вхід для датчика температури, в якості якого використовуємо вивід АN0 (РОRТА). Як аналоговий він налаштовується окремо разом з модулем АЦП;

• цифровий вхід (RВ4 налаштовано на ввід) – підключення копки «ПУСК». Вмиканню відповідає подача «1»;

• оскільки вимкнення повинно досягатися на будь - якій стадії роботи технологічного об'єкту, то в якості кнопки «СТОП» можна використати вхід скидання МСLЕАR. При цьому програма переходить до початку, після настроювання порту РОRТВ обнуляється, що призводить до вимкнення всіх ВМ.

Розряди портів мікроконтролера (РОRТА, РОRТВ, РОRТС) можуть бути індивідуально запрограмовані як входи або виходи за допомогою відповідних регістрів ТRІS. Завдання 1 у розряді регістра керування ТRІS програмує відповідний розряд потру як вхід (відповідно 0 – як вихід). Таким чином, для налаштування виводів РОRТВ у регістр ТRІSВ слід занести байт 00010000, аналогічно для налаштування виводу АN0 (РОRТА), у регістр ТRІSА записується байт 00000001. Відзначимо, що регістри РОRТ і ТRІS знаходяться у різних банках пам'яті, доступ до них задається відповідними бітами регістра стану SТАТUS.

4 Останній час у системах промислової автоматики знайшли широке використання так звані програмовані логічні контролери (ПЛК). ПЛК є достатньо універсальний функціонально завершений компактний блок, який виконаний на базі мікроконтролера з розвиненою периферією. Як правило, мають спрощену вбудовану клавіатуру, рідиннокристалічний дисплей. Релейно-транзисторні підсилювачі на виходах. Мають різноманітні конфігурацію аналогових і цифрових входів і виходів, при цьому число сигналів вводу-виводу досягає 16000. Їхні можливості застосування від найпростіших задач автоматизаціїї об'єктів до автоматизованих систем керування цехів і підприємств.

5. Особливості використання і характеристики ПЛК розглянемо на прикладі контролер серії Аlрhа фірми МІТSUВІSНІ Еlесtrіс, як типового для рішення задач автоматизації окремих об'єктів при числі сигналів вводу-виводу до 28.

Виконаний контролер у пластмасовому корпусі, зверху і з низу передбачені розбірні з'єднання (клемники) для приєднання жил живлення, вхідних і вихідних затискачів. На ліцевій панелі є рідиннокристалічний дисплей, 8 функціональних клавіш для програмування. Редактування і відображення інформації. Використовуючи дисплей можна: відображати параметри функціональних блоків, змінювати значення, виводити текстові повідомлення.

Всі контролери серії АЛЬФА мають вбудовані функції годинник/дата і енергозбереження. У випадку відключення живлення контролер забезпечує зберігання даних протягом 20 днів.

Типова схема зовнішніх з'єднань, що містить також кола живлення. наведена на рисунку 1.21. Для підключення входів і виходів використана схема зі спеціальним затискачем «+». При цьому вхідні сигнали можуть бути цифрові (кнопки SВ, вимикачі, контакти реле К2) або аналогові (потенціометр Rр) від 0 до 10 В. Для вхідних кіл використована схема з'єднань транзисторів зі спеціальним емітером при підключені різноманітних типів навантаження (лампа ЕL, світодіодів VD2, котушка реле К1).

ПЛК постачаються з власним спеціальним програмним забезпеченням різноманітного рівня складності. Програмування можливе з використанням:

• принципу релейно-контакторних схем;

• діаграм функціональних блоків (FВD);

• спеціальної мови SТL за типом Асемблера.

Використання при опису зв'язків між входами і виходами контролера за принципом релейно-контакторних схем достатньо наочно, просто і зручно особливо при прямій заміні існуючих схем. Це було досить актуальним на стадії створення перших ПЛК.

Використання мови SТL характерно для складних застосувань. Коли переслідується задача мінімізації часу виконання й обсягу, що займає програма у пам'яті ПЛК (функціональний блок має розмір 10-20 байт).

У сучасних ПЛК звичайно використовують FВD-систему команд. Вона включає у себе набір функціональних блоків, відповідних певним операціям. Програмування з використанням функціональних блоків, за суттю, зводиться до визначення і завдання зв'язків між входами (вхідними змінними) і виходами (вихідними змінними) при цьому використовується графічна форма подання у вигляді функціональної схеми – діаграми.

Такий метод достатньо простий і не потребує глибокої професійної підготовки користувача. При цьому більш важливою стає задача правильної формалізації алгоритму функціонування об'єкту.

Література.

- Мілих В.І., Шавьолкін О.О. Електротехніка, електроніка та мікропроцесорна техніка: Підручник. За ред. В.І.Мілих. –К:Каравела. 2007. – 668с.