12. Какую функцию выполняют программоносители? Как они развивались?

Переход от жесткой к программируемой логике управления объектом принципиально изменил устройства автоматики. Вместо устройства управления, изготавливаемого под определенный объект автоматизации, стали применять универсальное устройство управления с программоносителем. Приспособление устройства к управлению объектом осуществляют путем записи соответствующего алгоритма управления в программоноситель. Первыми программоносителями были кулачковые командоаппараты, представляющие собой набор дисков с кулачками, укрепленных на общей оси . При повороте оси кулачки входили в зону чувствительности датчиков положения, которые переключали исполнительные устройства объекта. Для изменения программы менялся угол поворота диска относительно оси. Затем появились перфокарты , которые перемещались между источниками и приемниками света.

При попадании на фотоприемники света через пробитые согласно программе управления отверстия в перфокарте формировались команды переключения исполнительных устройств. Одновременно развивались перфоленты, имеющие меньшие габариты и более высокую ёмкость . Следующим шагом стали диодные матрицы. Их программирование сводится к установке диодов на пересечениях горизонтальной и вертикальной шин там, где нужно записать логическую "1" . Горизонтальные шины соответствуют адресу слова, а вертикальные - кодовой комбинации слова по данному адресу. Число горизонтальных шин равно числу разрядов адреса, а число вертикальных шин - числу разрядов слова. Программоноситель на ферритовых кольцах использует свойство феррита переходить из одного состояния насыщения в другое и сохранять его после отключения питания . Через кольца пропускают провода вертикальной и горизонтальной шин. Информация записывается путем подачи напряжения на провода по вертикали и по горизонтали. Кольцо переходит в состояние насыщения, которое распознается при управлении объектом. Аналогичный принцип использовался в магнитных лентах. Появление микросхем привело к созданию мультиплексора - программируемого коммутатора каналов с несколькими входами и одним выходом . Сигналы датчиков подавали на входы А и В. Алгоритм управления задавали настроечным соединением входов мультиплексора, соответствующих тем номерам строк автоматной таблицы, для которых выход Y принимал значения "1" и "0". Последним типом программоносителя, размеры которого зависели от объема программы управления, стала программируемая логическая матрица ПЛМ . Она состоит из матриц И и ИЛИ. В матрицу И вводят диодные перемычки, формирующие набор состояний входных переменных А, В. В матрице ИЛИ перемычки ставят там, где выходная переменная Y принимает единичное значение.

С появлением перепрограммируемых запоминающих устройств с электрической записью и электрическим или ультрафиолетовым стиранием информации (ПИЗУ) начался нынешний этап развития программоносителей. Сначала набор состояний датчиков определял код адреса в ПИЗУ, по которому записывали код команд на исполнительные устройства . Затем такие программоносители стали применять в программируемых контроллерах с микропроцессорной организацией взаимодействия состояний датчиков и выходных команд.

В последнее время развиваются программоносители в виде быстросменных флэш-дисков. Флэш-диск используют для долговременного хранения сотен мегабайт информации. Он представляет собой электрически стираемое перепрограммируемое устройство на микросхеме памяти по технологии Flash. В отличие от обычных микросхем памяти число циклов стирания и записи превышает 1 миллион. Флэш-диск отличается от винчестера отсутствием подвижных частей, невосприимчивостью к ударам и вибрациям, устойчивой работой при изменении температуры от -40 до +85°С, средним временем наработки на отказ более 100 лет. Флэш-диск весит несколько граммов, бесшумен и в режимах чтения/записи потребляет мощность до 200 мВт. Скорость записи и считывания составляет 1-5 Мбайт/с. Флэш-диски емкостью 2-200 Мбайт, которые выполнены в виде печатных плат и могут устанавливаться в слоты материнской платы компьютера, называют фиксированными. На них часто реализуют системные диски компьютеров повышенной надежности с высокой скоростью загрузки. Некоторые флэш-диски размещают в корпусах для микросхем ПЗУ и ставят в гнезда материнской платы. Флэш-диски, которые применяют для хранения и переноса информации в мобильных устройствах, называют сменными. Они выполнены в виде карточки толщиной от 1,5 до 10 мм, которые могут устанавливаться в разъем без отключения напряжения.

Первые флэш-диски применяли для замены микросхем ПЗУ. По мере роста скорости обмена информацией их начинают применять как встроенные контроллеры бытовых устройств и заменители жестких дисков в персональных компьютерах.

Высокая надежность и низкая стоимость флэш-дисков позволяют использовать их в качестве программоносителей емкостью до десятков мегабайт внутри кассовых аппаратов, мобильных компьютеров, станков с ЧПУ, цифровых фотоаппаратов, радиотелефонов. Например, на флэш-диске емкостью 2 Мб для сотового телефона может быть записан телефонный справочник большого города или 30 мин разговора.

13-14 Как устроен программируемый контроллер

Программируемый контроллер представляет собой микропроцессорное управляющее устройство, входы которого связаны с датчиками, а выходы - с исполнительными устройствами объекта управления. Контроллер изготавливают универсальным и приспосабливают к управлению конкретным объектом управления путём записи и хранения алгоритма управления в запоминающем устройстве. Сначала программируемые контроллеры создавали для замены громоздких и ненадежных релейно-контактных систем управления. Первый программируемый контроллер установили в 1969 г. на автоматизированном конвейере автозавода в США. Его назвали "Модикон" (Modular Digital Controller - модульный цифровой контроллер)

Как и персональный компьютер, программируемый контроллер содержит микропроцессор, оперативное и постоянное запоминающее устройства, предназначенные для обработки информации по заданной программе. Он встраивается в объект управления и не имеет монитора, клавиатуры, устройств для чтения информации с дисков. Имеются и другие отличия контроллера от персонального компьютера

Отличия программируемого контроллера от персонального компьютера

Эти отличия вытекают из того, что программируемый контроллер предназначен для управления промышленным объектом в реальном времени. Поэтому он должен иметь развитые устройства преобразования входных и выходных сигналов, доступное технологу программирование, удобство диагностики и контроля, повышенную надёжность. Программируемый контроллер может быть трёх типов:

1) логический контроллер для замены релейно-контактной логики при управлении дискретными процессами; 2) регулирующий контроллер для управления непрерывными процессами; 3) универсальный контроллер для дискретных и непрерывных процессов.

Первые два типа со временем объединились в третий, имеющий как логические, так и аналоговые входы и выходы для управления дискретными и непрерывными процессами. Программируемый контроллер содержит модули входных (Вход) и выходных (Выход) сигналов, центральный процессор (ЦП), оперативное (ОЗУ) и перепрограммируемое постоянное (ПИЗУ) запоминающие устройства

Работа внутренних устройств синхронизируется тактовым генератором (ТГ). Программу управления записывают в ППЗУ с помощью программатора, в качестве которого можно применять либо персональный компьютер со специальным программным обеспечением, либо специализированное устройство с дисплеем. Программа сообщает процессору, какие операции, когда и с какими сигналами он должен выполнять. Команда управления процессором содержит код операции и адрес операнда. Код операции указывает, что надо делать. Адрес операнда показывает, с чем надо выполнить операцию.

В отличие от релейно-контактных систем с параллельной обработкой входной информации контроллер опрашивает входы последовательно, а затем формирует на выходе команды управления объектом. Однако цикл последовательного опроса осуществляется во много раз быстрее изменений в объекте управления. Около половины стоимости контроллера приходится на устройства входа и выхода. Один и тот же контроллер может применяться для тысяч разновидностей датчиков и исполнительных устройств. Для их подключения к контроллеру присоединяют разнообразные модули преобразования разных сигналов во внутренние сигналы контроллера.