2. Программируемые компьютерные контроллеры
“B&R SYSTEM 2000”
Рис.2.1
2. 1. Организация пкк
Модульные системы ПКК широко используются в технологии управления. В системах ПКК вместо кассеты с фиксированным количеством мест используется модульная шинная система. Базовые панели модулей B&R SYSTEM 2003 сделаны из проводящего алюминия. Электрические соединения между модулями выполняются с помощью 9-выводных разъемных соединителей. Это устраняет риск повреждения кабелей и возможность неправильной установки модуля. Отдельные модули систем B&R 2005 и B&R 2010, заключенные в пластмассовые корпуса, устанавливаются на базовой плате с помощью простого в использовании вставного механизма. Шинная система полностью согласуется со стандартом шины DIN. Модули могут помещаться на сегмент шины в одной линии или могут разделяться на несколько более коротких сегментов. Механическая и электронная конструкция позволяет устанавливать и извлекать отдельные модули в ходе работы, не влияя на смежные модули и систему в целом. Размеры модулей SYSTEM 2003: высота 115мм, ширина 76,5, глубина 70мм; SYSTEM 2005: 165х40х110 мм; SYSTEM 2010: 285х40х185 мм.
Модульная конструкция дает пользователю возможность конфигурировать его систему управления под конкретные задачи, тем самым уменьшая затраты, и в дальнейшем, при необходимости, расширять систему в любое время. Модульный подход обеспечивает гибкость и гарантирует, что система управления удовлетворяет конкретным требованиям промышленной установки или линии.
Модули базовой платы, предназначенные для размещения системных (функциональных) модулей, присоединяются к стандартному монтажному основанию. Рекомендуется выбирать самую малую из возможных базовых плат, чтобы оставлять по возможности минимальное число пустых мест. Если размеры максимальной базовой платы не удовлетворяют требованиям разработчиков системы управления, то можно использовать сегмент расширения базовой платы. Основной сегмент содержит ЦПУ и источник питания, а сегмент расширения имеет лишь источник питания. В модуле основной базовой платы могут функционировать как системные модули (сетевые модули, ведомый модуль удаленного ввода/вывода, интерфейсные модули), так и модули ввода/вывода (цифровые и аналоговые входные/выходные модули, модули счетчиков). В модулях базовой платы расширения могут функционировать только модули ввода/вывода.
Для большинства модулей соединения с кабелем сделаны с помощью 10-ти (для SYSTEM 2003 ), 20-ти (для SYSTEM 2005), 20/40 (для SYSTEM 2010) штырьковых компактных выводных блоков, которые очень просто могут быть удалены или вставлены вручную с небольшим усилием с помощью рычага. Каждый модуль имеет блокировочный контакт, который сообщает ЦПУ о соответствующем соединении выводного блока. Это также указывается на модуле с помощью светодиодного индикатора.
Модули ЦПУ расположены на основной базовой плате рядом с модулем питания. Модуль ЦПУ, как правило, имеет соединения для интерфейсов, один из которых используется для программирования ПКК, светодиодные индикаторы состояния, переключатель с ключом, подзаряжаемую батарею, которая сохраняет содержимое памяти в случае сбоя питания, энергонезависимые часы реального времени, кнопку сброса и слот для модуля памяти приложения (SYSTEM 2005 и 2010). В модулях ЦПУ используется 16-ти разрядный процессор Motorola 68000.
Различные модули питания обеспечивают ПКК необходимыми напряжениями, имея входными напряжениями 24 В постоянного тока, 120 В или 230В переменного тока. Модули питания различаются также по выходной мощности. Некоторые модули питания имеют также дополнительные специальные функции: функцию ведомого удаленного ввода/вывода или ведомого расширения. Модули питания оборудуются внутренними схемами ограничения выходного тока (защита от короткого замыкания), а также имеют разъем для подключения внешних нагрузок. Плавкие предохранители используются для защиты модуля от перегрузки и от случайного изменения полярности входного напряжения. Так называемое реле готовности, служащее для текущего контроля функций ПКК, замыкается, если модуль питания функционирует нормально; при возникновении ошибки реле размыкается.
Модули памяти приложения (пользовательской программы) (на примере SYSTEM 2005) содержат ОЗУ приложения, СППЗУ приложения и ПЗУ операционной системы. ОЗУ приложения поддерживается литиевой батареей. Содержание памяти сохраняется 6-12 месяцев в зависимости от температуры хранения обесточенного модуля. Стирание СППЗУ осуществляется различными способами в разных модулях памяти: либо с помощью УФ лампы, либо электрически. СППЗУ защищено от случайной записи или стирания с помощью переключателя защиты от записи. ПЗУ операционной системы не может быть стерто или перезаписано пользователем.
Цифровые входные модули преобразуют уровни двоичных сигналов регулируемого процесса во внутренние уровни сигналов, требуемые для ПКК. Состояния цифровых входов указываются светодиодными индикаторами состояния. Цифровые входные модули различаются по числу входов, входному напряжению, входному запаздыванию (фильтрации), специальным функциям (например, наличием счетных входов). Все входные модули могут работать в режиме стока или источника (при 24 В).
Цифровые выходные модули используются для управления внешними нагрузками (реле, двигателями, магнитными клапанами). Состояние каждого цифрового устройства указывается светодиодным индикатором состояния на передней панели модуля. Цифровые выходные модули различаются по числу выводов, типу (релейный, транзисторный, тиристорный), переключаемому напряжению, переключаемому току. Транзисторные выходные модули оборудуются защитой от перегрузки и внутренней защитной схемой против выбросов напряжения в нагрузке или случайного изменения полярности. Быстрая коммутация индуктивной нагрузки осуществляется подачей обратного напряжения без необходимости устанавливать внешние защитные диоды в обратном включении.
Цифровые входные/выходные (комбинированные) модули являются комбинацией цифровых входных и цифровых выходных модулей. Состояние цифровых входов и выходов отражается светодиодными индикаторами.
Аналоговые входные модули используются для преобразования значений результатов измерений (напряжение, ток, температура) в цифровые коды, которые могут обрабатываться в ПКК. В основном, модули различаются по типу измерения: измерение тока/напряжения или измерение температуры. Независимо от разрешающей способности модуля аналоговые данные в ПКК представляются в формате INT16 (16 бит, двоичное дополнение). Следовательно, разрешающая способность модуля может не учитываться при разработке программы. Все аналоговые входные модули оборудуются светодиодным индикатором “RUN”, который светится, если работает АЦП.
Аналоговые выходные модули преобразуют внутренние цифровые значения ПКК в напряжение или ток. Цифровые значения, которые нужно преобразовать, должны быть в формате INT16. Преобразование выполняется независимо от разрешающей способности используемого выходного модуля. “RUN” светится, если работает ЦАП.
Аналоговые входные/выходные (комбинированные) модули, имеют один или большее количество аналоговых входов, а также аналоговых выходов. Такие модули используются в приложениях, требующих обработки небольшого количества аналоговых сигналов. Используя эти модули, можно сэкономить место на базовой плате.
Универсальные смешанные модули являются комбинацией цифровых входных/выходных и аналоговых входных/выходных модулей.
Интерфейсные модули могут быть оборудованы самыми разнообразными интерфейсами: RS232, RS422/RS485, RS232/TTY и т.д.
Сетевые модули (например, сетевой модуль PROFIBUS) используются для построения распределенных (децентрализованных) систем.
Модули счетчиков приспособлены к задачам позиционирования.
Интеллектуальные модули позиционирования, позволяют выбирать различные типы позиционирования или функции ЧПУ.
Модули расширения CAN (для B&R 2003) предназначены для построения распределенных систем.
Модули расширения удаленного ввода-вывода (RIO) обеспечивают связь между главным удаленным узлом B&R 2005/B&R 2010 и системой ввода-вывода B&R 2003/B&R 2005/B&R 2010.
Интеллектуальные процессоры (ИП) ввода-вывода – это программируемые модули ввода-вывода. Основные области применения: электронные барабанные командоаппараты, счетные приложения или измерения импульсов и времени стробирования.
Модули сопроцессоров используются для построения мультипроцессорных систем (МПС), в которых они служат для того, чтобы снять часть нагрузки с ЦПУ и увеличить эффективность ПКК. Среди прочих, мультипроцессорные системы решают следующие задачи: подготовку данных; обработку данных; функции контроля; связь через последовательные интерфейсы.
Необходимо отметить, что каждый модуль имеет идентификатор. ЦПУ может проверить, присутствует ли модуль в ПКК, а также управлять координацией модулей ввода/вывода в прикладной программе.