21 Программируемые контроллеры

Сегодня для построения СУА наиболее перспективными являются программируемые контроллеры, которые представляют собой управляющую ЭВМ, состоящую из специализированных блоков и ориентированную на решение задач электроавтоматики. Использование ПК в СУА ставит перед разработчиком задачу синтеза структуры СУА и ее ПО, реализующих алгоритмы управления и диагностики.

В большинстве ПК разбиение задач управления по функционально-модульному принципу привело к созданию следующих блоков: процессора для обработки логической информации с адресацией интерфейсных устройств от 256 до 1024; процессора для обработки арифметической информации входных и выходных сигналов; блоков связи с периферийным оборудованием, программируемых или предназначенных только для периферии одного типа; блоков интерфейсов связи, адаптеров, контроллеров связи и передачи данных; памяти хранения программ, промежуточных операндов, программируемых блоков таймеров и счетчиков. Большинство СУА использует стандартный для данного типа ПК набор функциональных модулей, располагающий только широкими численными характеристиками модулей входа-выхода и памяти, а большинство ПК удовлетворяют требованиям СУА. В СССР выпускаются ПК серий УЛП, Б9601, КМ2411, КМ3411, ПЛК256, ПК1024.

Эксплуатацией и разработкой СУА, построенных на базе ПK, занимаются электрики, специалисты по электронной технике и программисты. Наибольшие разногласия среди них возникают при выборе методов организации систем управления, языков программирования, средств ввода и отображения информации, методов представления исходных алгоритмов. Электрики привыкли к традиционным методам проектирования СУА на базе релейно-контакторных схем. Поэтому для них и для обслуживающего персонала, имеющего опыт обслуживания релейно-контакторных систем, желательно приближение всех средств ПК к традиционно применявшимся средствам Специалисты по электронной технике основное внимание уделяют простоте обслуживания и высокому уровню диагностирования работоспособности ПК, унифицированности модулей и элементной базы, использованию команд языка программирования для обнаружения аппаратных отказов. Такой подход к ПК основывается на обучении обслуживающего персонала принципам микропрограммирования и булевой алгебры. Специалисты по программированию универсальных ЭВМ выдвигают требования наличия в языковом уровне ПК средств, характерных для универсальных ЭВМ и позволяющих упростить программирование и отладку программ, а также автоматизировать разработку УП для любой СУА. Доводы специалистов электронной техники и программистов, вероятно, будут все более полно учитываться разработчиками СУА ввиду следующих обстоятельств: контроллеры должны обслуживаться персоналом, знакомым с основами электроники и вычислительной техники; обслуживание СУА должно быть основано на диагностических программах с представлением текстовых сообщений о месте отказа, что позволяет отказаться от рассмотрения релейно-контакторных схем; использование САП УП для СУА сокращает время проектирования систем управления; развитие вычислительной техники позволяет создать проблемно-ориентированные языки для СУА; надежное ПО СУА может быть создано только на основе теорий, используемых при создании ПО для универсальных ЭВМ.

Для составления УП и СУА и записи их в память ПК используются выносные средства в виде программаторов, которые могут являться дорогостоящими и сложными аппаратно-программными комплексами. Поэтому их использование оправдано для обслуживания многих ПК определенного типа.

Развитые системы программирования ПК имеют мощное системное и прикладное ПО, обеспечивающее реализацию функций СУА и ее диагностику. При их создании широко используется концепция уровней и модульности построения ПО, структурного программирования.

В большинстве типов систем программирования современных ПК определились три основные группы языков составления УП: язык релейно-контактных символов, язык логических выражений и язык символического (мнемонического) кодирования.

Для программирования по релейно-контактной схеме используется специальная программная панель с клавиатурой, каждая из клавиш которой соответствует символу релейной схемы.

Для программирования должна быть разработана принципиальная релейная схема СУА, которую составляют по правилам, определяемым документацией контроллера Все контакты и катушки релейно-контактной схемы нумеруются: им присваивается либо номер соответствующих входов и выходов контроллера, к которым они подключены, либо номер цепей внутренних аппаратов контроллера (счетчиков, таймеров и т. п. )

Для каждого контакта или катушки оператор набирает на программной панели номер входа, выхода или внутренний номер цепи контроллера и нажимает клавишу на программной панели с нужным символом. Программная панель имеет также клавиши выбора типа функции цепи (логическая, временная, счетная или запоминания) и клавиши для набора контактов (типа и места контакта в цепи) или выходов. После набора программы она заносится в память ПК и ПК будет выполнять функции, предусмотренные принципиальной схемой.

Для ПК некоторых фирм предусмотрена автоматизация подготовки и преобразования УП па универсальных ЭВМ. Например, для ПК фирмы «Ален Бредли» (США) имеется транслятор, воспринимающий информацию в виде принципиальной релейной схемы, логических выражений или программы, записанной в символьном виде на языке РМС. Транслятор переводит программу из любого указанного вида в два других.

Мнемокодовый язык (например, ПК NS-915 фирмы «Тесла») максимально приближен к релейно-контактным схемам и имеет команды с релейным эквивалентом, арифметические, реализующие таймер, счетчики и переходы. Для программирования на языке мнемокода нужно, аналогично рассмотренному выше, составить релейно-контактную схему СУА, по которой с помощью специальной панели ввести программу в память ПК.

Система ПК модели FPC фирмы «Фэсто» имеет развитое ПО программатора, позволяющее составлять УП ПК на языке высокого уровня, использующем логические конструкции типа: ЕСЛИ, ТОГДА, ИНАЧЕ, что приближает его к обиходному языку. Язык программирования системы FPC дает возможность разделить общую задачу СУА на 64 подзадачи, каждая из которых может быть отдельно записана и отлажена, может включаться в УП или исключаться из нее. Программаторы системы FPG имеют хороший сервис по размножению, редактированию, перезаписи УП на различные носители и в ЗУ. Они позволяют проводить «моделирование» СУА без работы объекта управления.

Программируемые контроллеры — это универсальное средство замены традиционных устройств ЭЛА, они созданы на базе вычислительной техники и бесконтактной автоматики. В отличие от управляющих мини- и микро-ЭВМ ПК имеют следующие особенности:

• как правило, производят логические и некоторые арифметические операции; приспособлены к работе в цеховых условиях (большая помехозащищенность); снабжены дополнительными аппаратными узлами типа счетчиков, преобразователей, устройствами сопряжения с объектом управления с усилением управляющих сигналов; производят побитовую обработку входных данных в режиме непрерывного сканирования и ходов-выходов;

• состоят (рис. 21.1) из процессора, энергонезависимой памяти, модулей ввода-вывода, интерфейсов связи с ЭВМ и другими ПК и пультом программирования или программирующих систем, которые, как правило, являются выносными.

Процессор осуществляет последовательный опрос входных сигналов, поступающих от оборудования к модулям ввода-вывода, обрабатывает их по заложенной в памяти программе, храпит промежуточные результаты обработки, создает функции счета и времени и непрерывно контролирует систему на отсутствие возможных ошибок. Кроме того, процессор должен обеспечить ввод и обработку программы при записи ее системой программирования ПК, а также обеспечить связь с другими ПК и ЭВМ.

Рис. 21.1 Структурная схема ПК

Программное ЗУ предназначено для хранения управляющих программ во всем периоде эксплуатации ПК в данной СУА и допускает возможность перепрограммирования простыми средствами. В качестве программного ЗУ на стадии эксплуатации СУА обычно используется перепрограммируемое ЗУ, а на стадии отладки — оперативное ЗУ. Это связано с достаточно большим временем изменения информации в перепрограммируемом ЗУ (несколько часов). После отладки программы последняя из ОЗУ непосредственно вводится в ПЗУ или выводится на программоноситель и вводится в ПЗУ, которое устанавливается в ПК. Некоторые ПК допускают расширение памяти в результате использования вставных модулей. В ПК используются ЗУ разных типов.

Модули ввода-вывода предназначены для сопряжения ПК с внешним оборудованием, они непосредственно воспринимают сигналы от электрооборудования СУА (кнопок, контактных переключателей, датчиков) и осуществляют непосредственное управление ее исполнительными органами (магнитными пускателями, клапанами, распределителями, сигнальными лампами). В связи с этим в ПК обычно имеется два блока питания: основной, питающий внутреннюю электронику ПК, и блок питания входов-выходов. Обычно число входов-выходов модуля кратно восьми, а входы и выходы снабжены световой индикацией, указывающей их состояние во время работы. Модули ввода-вывода преобразуют и нормализуют дискретные и аналоговые сигналы в ходов-выходов до уровня и вида тока определяемых организацией ПК. Все модули ввода-вывода имеют гальваническую развязку с внутренней информационной шиной ПК, а также имеют средства фильтрации помех. Уровни входных и выходных дискретных сигналов блоков ввода-вывода унифицированы (ГОСТ 26642—85) и часто соответствуют следующим значениям:

• входы переменного тока 110 В, 50 Гц; 220 В, 50 Гц;

• входы постоянного тока 24 В, 5 В;

• выходы переменного тока ПО В, 2 А;

• выходы постоянного тока 24 В, 0, 2 А; 24 В, 2 А; 24 В, 5 А; 5 В.

В отличие от дискретных модулей аналоговые модули дополнительно осуществляют функцию аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования. Большинство аналоговых модулей обрабатывает сигналы напряжением от нуля до ±10 В.

Работа ПК по управлению объектами заключается в принятии решения о новом состоянии объектов управления системы. Время принятия решения определяется длиной программы. На переключение входов-выходов тратится значительно меньшее время. Остальное время в цикле тратится на диагностику ПК и системы управления.