6. MIKROKONTROLERIAI

VALDIKLIAI

Mikrokontroleriai – tai vienkristaliai prietaisai, turintys savyje visus įrenginius, būtinus minimalios konfigūracijos valdymo schemai sukurti: procesorių duomenų atmintį, komandų atmintį, taktinių impulsų generatorių, programuojamas įvedimo ir išvedimo schemas ir t.t.

 Sisteminės plokštės mikroschemų rinkinys (Chipset).

Šios mikroschemos palaiko duomenų mainus tarp CPU ir išorinių įtaisų. Svarbesnės iš jų kartais vadinamos kontroleriais. Mikroschemų rinkinius gamina firmos OPTI, SIS, FOREX, UMC ir kt.

Svarbesnės mikroschemos, įeinančios į rinkinį, yra šios:

 Sisteminis kontroleris, kuris palaiko CPU ir kompresoriaus sąveiką, taip pat valdo spartinančiąją atmintį;

Duomenų buferio kontroleris (Data Buffer Controller), kuris valdo buferinę atmintį, skirtą informacijai laikinai saugoti:

Integruotasis išorinis įtaisų kontroleris (Integrated Peripheral Controller), kuris įsimena programos nustatytus AK konfigūracijos parametrus; į jį integruoti du procesų nutraukimo kontroleriai, du tiesioginiai atminties kontroleriai DMA, sisteminis laikrodis ir kt.

Pertraukties kontrolė (IRQ - Interrupts Requests).

 Terminas pertraukti paprasčiausiu atveju reiškia paskutinio vykdyto proceso (programos) nutraukimą. CPU per specialią liniją INT pranešama, kad vienas iš sistemos elementų turi įvykdyti kažkokį labai svarbų darbą. Gali būti, kad kalbama tik apie nuspaustą klaviatūros klavišą arba apie vartotojo judinamą pelę. Tačiau reakcija į šiuos veiksmus turi būti greita, todėl CPU nutraukia programos vykdymą, ir jo laikas skiriamas tam įtaisui, kuris pareikalavo nutraukti procesą. Procesų pertrauktis kontroliuoja du atitinkami kontroleriai (Interrupt Controller), kurie yra anksčiau minėtame integruotame išorinio įtaiso kontroleryje. Pagal standartą numatyta 16 (nuo 0 iki 15) IRQ; dalis jo jau rezervuota sistemos reikmėms, kita dalis laisva ir gali būti skiriama papildomiems įtaisams. IRQ paskirstymas priklauso nuo turimo įtaiso skaičiaus, ir čia yra svarbu, kad tarp jų nekiltų konfliktai, jeigu skirtingi įtaisai naudos tuos pačius IRQ.

Bazinę įvesties ir išvesties sistema - BIOS (Basic Input Output System).

Ji turi dvejopą prasmę: viena, ji yra kompiuterio techninės įrangos sudėtinė dalis, antra, ji yra operacinės sistemos modulis.

Techniniu požiūriu BIOS yra 64 KB talpos atminties elementas sisteminėje plokštėje ir vykdo tris pagrindines funkcijas:

Suteikia operacinei sistemai įtaisų programas - tvarkykles (draiverius) ir palaiko sistemos plokštės kitų AK įtaisų sąveiką; BIOS turi būti suderinta su konkrečia sistemine plokšte;

BIOS patikrinimo sistema POST (Power On Self Test), įjungus AK, tikrina svarbiausius jo elementus;

Speciali BIOS programa CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) Setup nustato BIOS ir AK įtaisų konfigūracijos parametrus. Jie rašomi į specialią sritį CMOS RAM, ir čia jos nuskaitomi ROM BIOS.

Šis 100-129 baitų talpos CMOS RAM atminties elementas yra į sisteminės plokštės mikroschemų rinkinį integruotame išorinių įtaisų kontroleryje. Kad AK konfigūracijos parametrų reikšmės išliktų atmintyje ir tada, kai jis neįjungtas, minėtas kontroleris turi atskirti maitinimo elementą.

Magistralės (Bus).

Tai signalinių linijų visuma, skirta informacijai perduoti tarp atskirų sisteminės plokštės elementų bei kitų AK įtaisų. Svarbiausia magistralės charakteristika yra jos plotis, t.y. kiek duomenų (bitais) galima per ją perduoti vienu laiko momentu (8, 16, 32 ir 64 bitai). Iš tikrųjų šiuo požiūriu labai taiklus yra angliškas terminas bus -  autobusas: kuo daugiau jame vietų, tuo daugiau žmonių jis gali pervežti, tuo tarpu netilpę į autobusą lieka laukti stotelėje. Pagal paskirtį yra trys magistralių kategorijos: duomenų, adresų ir valdymo signalų. Duomenų magistrale vyksta duomenų mainai tarp CPU, atminties bei išplėtimo plokštės. Ypatingą vaidmenį čia vaidina DMA (Direct Memory Controller) kontroleris. Jis integruotas į išorinių įtaisų kontrolerį ir valdo duomenų mainus. Adresų magistrale perduodami duomenys turi patekti į tam tikrą RAM ląstelę. Kiekviena ląstelė turi savo adresą. Taigi atminties dydis, į kurį gali kreiptis CPU, priklauso nuo adresų linijos pločio. Kaip jau minėta, CRU 8086 ir 8088 vartojami 20 bitų ilgio adresai leidžia tiesiogiai valdyti 1 MB RAM. Kompiuteriuose su CPU 80286 adresų linijos plotis buvo padidintas iki 24 bitų, o 8038 ir tobulesni CPU turi jau 32 bitų adresų magistralę ir gali jo valdyti 4 GB talpos atmintį.

 AK pasaulyje daugelį metų standartine buvo laikoma pramoninė ISA (Industry Standart Architecture) 8 bitų magistralę.

Aišku, kad tokią magistralę šiuolaikiniuose AK galima palyginti su butelio kakleliu, nes duomenys neperduodami magistrale taip greitai, kaip juos apdoroja CPU. Tai ir buvo kitų tipų magistralių atsiradimo priežastis. Buvo sukurtos 16 bitų ISA, 32 bitų EISA (Extended) magistralės.

Vėliau VESA (Video Electronics Standart Assotiation) sukūrė vieną VLB (VESA Local Bus) magistralę. Tai nėra naujas įtaisas, o greičiau ISA magistralės išplėtimas vaizdo duomenims perduoti.

Intel kompanija savo Pentium procesoriams sukūrė PCI (Peripheral Component Interconnect). Ji dirba sinchroniškai su CPU, tačiau ne didesniu kaip 33 MHz dažniu. Kuriama nauja PCI versija, kurios taktinis dažnis bus 66 MHz.

Dirbant su trimate grafika, gali būti naudojama ir jungtis AGP (Accelerated Graphics Port), tačiau ji pritaikyta tik Pentium II procesoriams.

Valdiklio konfigūracijos elementai

Kad geriau suprastume automatizavimo sistemos konfigūravimo ir programavimo uždavinį, pirmiausia nagrinėsime valdiklio konfigūravimo elementus.

 Kiekviename valdiklyje be maitinimo šaltinio, yra centrinis procesorius ir atmintis. Priklausomai nuo taikomojo uždavinio, valdiklio atmintį gali sudaryti nebuferiuota operatyvioji atmintis bei pastovioji atmintis. Šalia centrinio procesoriaus dar gali būti naudojami specialios paskirties procesoriai, pvz., pozicionavimui, reguliavimui arba vizualizavimui.

Centriniame procesoriuje esanti realaus laiko operacinė sistema valdo taikomųjų programų vykdymą. Norint vykdyti duomenų mainus tarp valdiklių, operacinė sistema dažnai papildoma specialiais programiniais funkciniais blokais. Konkretesnę valdiklių konfigūraciją sunku pateikti, nes skirtingų firmų valdiklių vidinė struktūra labai įvairi.

Taikomųjų uždavinių programavimui gamintojai pateikia standartines funkcijų ir funkcinių blokų bibliotekas. Be standartinių, dažnai pateikiamos bibliotekos, skirtos tam tikros grupės (pvz., reguliavimo, pozicionavimo) arba tam tikros pramonės šakos (pvz., cemento pramonės) uždaviniams programuoti. Kartu su valdikliais gamintojai pateikia jų programavimo sistemas, dažniausiai instaliuojamas standartiniuose PC kompiuteriuose. Pagrindinės programavimo sistemos dalys: redaktoriai, kompiliatoriai, debugeriai, modeliavimo ir imitavimo priemonės, komunikacijų programinė įranga, tarnybinės programos, pvz., vartotojo sukurtų funkcinių blokų jungimui į sistemą.

Tipinė valdiklio aparatūros schema

IEC1131 standartas nustato tipinę valdiklio struktūrą, kurioje valdiklis vaizduojamas konkrečias užduotis vykdančiais funkciniais blokais.

 

 Kiekvieno valdiklio branduolį sudaro signalų perdirbimo funkcijos. Operacinės sistemos valdoma taikomoji programa, naudodama įvedamų signalų ir tarpinių skaičiavimų reikšmes, valdiklio atmintyje suformuoja išvedamų į vykdiklius signalų reikšmes. Signalų įvedimo\išvedimo funkcijos pakeičia daviklių signalus į formą, tinkamą tolesniems apskaičiavimams, ir apskaičiuotas valdymo signalų reikšmes pakeičia į formą, tinkamą išvedimui į vykdiklius. Komunikacijų funkcijos - tai valdiklio duomenų mainai su išoriniais prietaisais (PC, robotais, aptarnavimo pultais ir t.t.) bei kitais valdikliais. Žmogaus - mašinos interfeisas leidžia operatoriui stebėti ir, keičiant parametrus, atlikti valdomojo proceso korektūras. Norėdamas atlikti pakeitimus taikomojoje programoje, operatorius turi pasinaudoti programavimo, derinimo ir testavimo priemonėmis.

Valdiklio programinės įrangos struktūra

Laiko požiūriu centriniame procesoriuje sprendžiami tokie uždaviniai:

Uždaviniai, vykdomi valdiklio ciklo metu;

Laiko intervalais valdomi uždaviniai;

Įvykiais valdomi uždaviniai.

Norėdami nustatyti uždavinių vykdymo tvarką, daugelis gamintojų juos priskiria atitinkamiems programų organizaciniams funkciniams blokams. Tokiu būdu sukuriami organizaciniai blokai nuolatiniam cikliniam vykdymui nustatytais laiko intervalais (pvz., kas 500 ms), arba vykdymui, atėjus pertraukimo signalui.

Funkciniu požiuriu ir vykdymo laiku susieti uždaviniai informatikoje vadinami užduotimis (tasks). Tik nedaugelis gamintojų visiškai realizuoja užduočių valdymo mechanizmą, nors užduočių pakeitimas organizaciniais blokais turi keletą esminių trūkumų:

Vienu metu galima operuoti tik vienu programų organizaciniu bloku;

Organizacinis blokas dirba tik su vieno procesoriaus funkciniais blokais; jei operuojama su kintamaisiais, naudojamais keleto procesorių, kreipinys į juos valdymas paliekamas programuotojo atsakomybei;

Nėra įrankio aiškiai aprašyti uždavinių vykdymo laikus, nes tai programuojama tik per blokų numerius arba vardus.

 Valdiklio programavimo sistemos pagrindinės dedamosios vaizduojamos žemiau.

IEC 1131 standartas nepateikia jokių nurodymų apie programavimo sistemą. Jis tik nustato, kokia turi būti taikomosios programos sintaksė. Kad standartas nenustato įrankių architektūros - tai jo privalumas. Antraip tai stabdytų valdiklių technikos pažangą. Tačiau standarto trūkumas tas, kad jis nenustato programų saugojimo formato, kuriuo skirtingų tipų valdikliai galėtų keistis programomis. Siekdama pašalinti šį programų mobilumo stabdį, PLCopen organizacija kuria bendrą failų mainų formatą.

 Įvedimas į dalykinę sritį.

 Paprasčiausias serijos 1816 mikrokontroleris MK48 turi krištole (Didelės Integralinės Schemos korpuse) sekančius aparatūros dalis: procesorių 1 baito skilties; ištrinamąjį programuojamąjį Nuolatinį įsiminantį programų įrenginį 1 Kbaito talpumu; Operatyvinį įsiminantį duomenų įrenginį 64 baitų talpumu; programuojamąjį 8 bitų taimerį/skaitiklį; programuojamas įvedimo/išvedimo (24 linijos) schemas; vektorinio nutraukimo nuo dviejų šaltinių bloką; generatorių; sinchronizacijos ir valdymo schemą.

Daug sudėtingesnis ir išsivystęs MK51 turi savo sudėtyje tokias dalis: procesorių, į kuriuo sudėtį įeina 1-baito Aritmetinis-Loginis įrenginys ir aparatūrinio dauginimo ir dalybos komandų realizacijos schemos; ištrinamąjį Nuolatinį įsiminantį programų įrenginį 4 Kbaitų talpumu, Operatyvinį įsiminantį duomenų įrenginį 128 baitų talpumu; du 16-bitų taimerius/skaitiklius; programuojamas įvedimo/išvedimo (32 linijos) schemas; dviejų lygių vektorinio nutraukimo nuo penkių šaltinių bloką; dupleksinio nuoseklaus informacijos įvedimo/išvedimo 375 Kbitų per sekundę greičiu asinchroninį kanalą; generatorių, sinchronizacijos ir valdimo schemą.

 Mikrokontroleriai serijos 1816 reikalauja vieno elektros maitinimo šaltinio su +5V + - 10 proc. įtampa, sklaido apie 1,5 W galingumą ir dirba temperatūrų diapazone nuo 0 iki 70 laipsnių C.

Mikrokontroleris MK48 gali dirbti sinchronizacijos dažnių diapazone nuo 1 iki 6 MHz, o minimalus komandos vykdymo laikas sudaro 2,5 ms. Mikrokontroleris MK51 gali dirbti dažnių diapazone nuo 1,2 iki 12 MHz, tuo tarpu minimalus komandos vykdymo ciklas yra lygus 1 ms, o veikimo greitis lygus vienam milijonui trumpų operacijų per sekundę.

Iš tokios trumpos charakteristikos MK serijos 1816 matom, kad šie prietaisai turi dideles funkcines-logines galimybes ir yra efektyvi įvairių objektų ir procesų kompiuterizacijos priemonę.

Pagrindinis MK serijos 1816 požymių analizė rodo, jog MK48 ir MK51 tikslinga naudoti bandymo-konstravimo paruošimų ir sistemų derinimo etape, o taip pat mažaserijiniuose gaminiuose (dirbiniuose). Mikrokontroleriai, kurie neturi rezidentinės programų atminties, naudoja, kaip taisyklė, ne baigtinėse (galutiniuose) dirbiniuose (gaminiuose), o autonominiuose derinimo įrenginiuose ir daugiafunkciniuose programuojamuose kontroleriuose, kur kaip programų ir duomenų atmintis yra naudojamos išorinės Didelės Integralinės schemos ir yra programų pakrovimo prietaisai.

MK-sistemos valdymo struktūra.

Tipinė MK-sistemos valdymo struktūra susideda iš valdymo objekto, mikrokontrolerio ir jų tarpusavio ryšio aparatūros.

Vž - valdantieji žodžiai, žž - žinybiniai žodžiai, VS - valdymo signalai, BS - būvio signalai, SAK - skaitmeniniai-analoginiai keitikliai, SF - signalų formuotuvai, ASK - analogo-skaitmeniniai keitikliai.

Mikrokontroleris žinybinis žodis periodinės apklausos keliu generuoja atitinkamai su valdymo algoritmu valdančių žodžių seką. Žinybiniai žodžiai tai objekto būvio signalai, suformuoti objekto valdymo davikliais, ir paženklinimai (žymelės). Išeinamieji daviklių signalai, savo skirtingos fizinės prigimties pasiekoje gali pareikalauti tarpinio pertvarkymo (pakeitimo) analogo - skaitmeniniuose keitikliuose arba signalų formuotuvų schemose, kurie dažniausiai atlieka galvaninės atomazgos (atrišimo) ir dvejetainių signalų TTL standarto formavimosi funkcijas.

Reikalingo periodiškumo mikrokontroleris atnaujina valdančius žodžius savo išeinamuosiuose uostuose. Kaikuri valdančiojo žodžio dalis yra integruojama kaip tiesinių dvejetainių valdymo signalų visuma, kurie iš signalų formuotuvų schemų (galingumo stiprintuvai, relė ir t. t.) ateina į vykdymo mechanizmus ir indikacijos įrenginys. Kita valdančiojo žodžio dalis yra įpakuoti dvejetainiai kodai, kurie per skaitmeninius - analoginius keitiklius veikia analoginio tipo vykdimo mechanizmus. Jeigu valdymo objektas naudoja skaitmeninius daviklius ir skaitmeninius vykdimo mechanizmus, tai skaitmeninių - analoginių keitiklių ir analogo - skaitmeninių keitiklių būvimas sistemoje nėra būtinas.

Į aparatūrinio ryšio, kuris kaip taisyklė statomas TTL serijos integraliniuose schemose, sudėtį įeina paženklinimų (žymelis) registras, kuriame yra fiksuojami kaikurie kaip valdymo objekto, taip ir kontrolerio darbo proceso specifikuoti požymiai. Šis žymelis registras yra naudojamas kaip aparatūrinio mechanizmo abipusės palyginamai lėtų ir tikimybinių valdymo procesų objekte ir greitų procesų kontrolieriuje sinchronizacijos realizavimo priemonės žymelis registras yra prieinamas kaip kontroleriui, taip ir davikliams. Šio pasekoje, jis yra patogi signalų PASIRUOŠĘS/LAUKIMAS perdavimo su kvitavimu arba signalų ATVYKIMO IŠKVIETIMAS/PATVIRTINIMAS sąveikaujant kontroleriui ir objektui atvykimo režime fiksavimo vieta. Jeigu MK - sistema turi daugialygį pertraukimo sistemą, tai žymelis registras turi prioritetų sutvarkymo schemą.

Aparatūriniam laikinų užtrūkimų realizavimui, reikiamo dažnio ir santikinio retumo signalų formavimuisi į aparatūrinio ryšio sudėtį įjungiami programuojamieji intervalų taimeriai tuo atveju, jeigu jų nėra MK sudėtyje arba jų skaičius nepakankamas.

MK valdymo sistemos funkcionavimo nuostatos visapusiškai nustatomos taikomąja programa, kuri yra rezidentinėje MK programų atmintyje. Kitais žodžiais,tipinės struktūros kontrolerio specializacija konkretaus objekto valdymo uždavinių sprendimui vykdoma MK taikomųjų programų ir MK aparatūrinio ryšio su davikliais ir objekto vykdimo mechanizmais perdirbimo keliu.

Gaminio paskirtis.

Mikrokontroleris yra skirtas cikliniam dvipoziciniam manipuliatorių ir technologinių įrenginių valdimui.

Mikrokontroleris yra skirtas eksploatavimui uždarytoje patalpoje esant temperatūros diapazonui nuo +5 iki +40 laipsnių C, oro drėgnumui nuo 40 iki 80 procentų esant 25 laipsnių C temperatūrai ir atmosferos slėgiui nuo 83,5 iki 106 kPa (nuo 630 iki 800 mm givsidabrio stulpelio).

Struktūrinė MK schema.

MK tai mikroprocesorinių įrenginys, kuris atsižvelgia į programinio - loginio ir ciklinio technologinių įrengimų valdymo uždavinių problemas. MK darbo algoritmas nustatomas programos, kuri yra įvedama į jo atmintį.

MK sudėtyje galima išskirti:

Procesoriaus modulį;

Atminties sistemą, kuri įjungia į save atminties modulį ir energonepriklausomo įsiminančio įrenginio modulius;

Įvedimo/išvedimo sistemą, kuri aprūpina tam tikrų modulių pagalba procesoriaus ryšį su valdymo pultu ir kuri valdo aukščiausio rango EVM ir išorinį technologinį įrengimą;

Elektros maitinimo sistemą.

 Procesoriaus modulis, padarytas didelės integralinės mikroschemos bazėje, vykdo informacijos rinkimą, skaitmeninį apdirbimą ir išvedimą atitinkamai su vykdimo programa, įrašyta į perprogramuojamąjį pastovų atminties modulio įsiminantį įrenginį.

Vykdomoji programa yra neatskiriamoji mikrokontrolerio dalis, kuri yra nematoma ir nepasiekiama vartotojui. Jos paskirtis - instrukcijų pertvarkimas, kurios yra išskirtos operatoriumi valdymo pulto pagalba arba kurios ateina iš valdymo programos, į mašininių MK kalbos kodų seką, kuri realizuoja šias instrukcijas.

Valdančioji programa - tai programa parašyta vartotojo MK įvedimo kalbos komandų kodais ir aprūpinanti užduoto išorinio įrengimo valdymo algoritmo vykdymą. Ji randasi energonepriklausomo įsiminančio įrenginio moduliuose ir išsaugoma išjungiant MK pirminį maitinimą elementų baterijos naudojimo deka, kurie randasi energonepriklausomajame maitinimo module.

Valdymo pultas kartu su valdymo moduliu sudaro technines bendravimo priemones tarp operatoriaus ir MK. Valdymo pultas savo sudėtyje turi klaviatūros komandų įvedimui ir MK darbo režimo valdymui, vieneilinį displejų, skirtą operatoriaus kontroliuojančiai informacijai į darbo režimų indikatorius atvaizduoti. Valdymo modulis aprūpina klaviatūros ir valdymo pulto indikacijos sujungimą su vidine MK informacijos pasikeitimo magistrale.

Diskretinių signalų įvedimo ir išvedimo moduliai yra skirti MK ryšiui su išoriniu technologiniu įrengimu - elektropneumokeitikliais, rele,signalizacijos elementais, įrengimo būklės davikliais, (kontaktiniais ir nekontaktiniais), vykdymo įrenginiais ir t. t. Jie aprūpina lygių pakeitimą į galvaninę signalų atomazgą, o taip pat kiekvieno MK įvedimo ir išvedimo indikaciją.

Nuoseklaus interfeiso modulis yra skirtas informacijos pasikeitimui tarp MK ir aukščiausio rango valdančiojo skaičiavimo komplekso, pastatytų pagal hierarchnį principą. Nuoseklaus interfeiso modulis keičia lygiagretų duomenų formatą į nuoseklų duomenų išvedimo iš MK metu ir atvirkštinis pakeitimas - įvedimo metu. Nuoseklaus formato naudojimas leidžia iš esmės sumažinti ryšio linijos išnaudas ir padidinti jos atsparumą trukdžiams.

MK elektros maitinimo sistema keičia pirminę maitinančio tinklo įtampą į antrines stabilizuotas įtampas + - 5 V; + 12 V didumo, kurios reikalingos jo modulių maitinimui. Reikia atkreipti dėmesį į tai, kad MK neturi valdymo įrenginių ir išorinio technologinio įrengimo būvio daviklis maitinimo šaltinis. Šito maitinimo aprūpinimą, pagal stabilumą ir galingumą, vykdo technologinio komplekso apdirbintojas.

MK darbo režimas. 

Kiekvieną laiko momentą MK gali dirbti viename iš penkių darbo režimų - automatiniu, rankiniu, pažingsniniu, programos įvedimo ir programos peržiūrėjimo, atvaizduojamus valdymo pulto šviesos diodų indikatoriais.

PROGRAMOS ĮVEDIMO režimas yra naudojamas valdančios programos komandų kodų užrašymui energonepriklausančiame įsiminančiame įrenginyje. Reikalingą komandą operatorius renka valdymo pulto klaviatūroje. Vykdomos programos valdomas procesorius nuskaito paspaustų klaviatūros kodus, formuoja iš jų komandos kodą ir persiunčia į energoneproklausantį įsiminantį įrenginį nustatytų komandų skaitiklių, kuris randasi atminties modulio operatyviniame įsiminančiame įrenginyje, adresu. Kiekvienos komandos persiuntymo pabaigoje komandų skaitiklio sudėtis padidėja vienetu. Įvedamoji informacija kartu su komandų skaitiklio reikšme atvaizduojami valdymo pulto displeje.

MK techninių priemonių struktūra PRORGAMOS PERŽIŪRĖJIMAS režime yra analogiška PROGRAMOS ĮVEDIMAS režimui, tačiau, informacijos praėjimo kryptis yra atvirkštinė. Atitinkamai energonepriklausančio įsiminančio įrenginio celės adreso, užrašyto komandų skaitiklyje, procesorius nuskaito turimą šioje celėje informaciją ir išveda ją į indikaciją kartu su komandų skaitiklio reikšme. Komandų skaitiklio sudėtis yra modifikuojama, ir procesorius pereina į klaviatūros paspaudimo laukimo režimą. Režimas yra naudojamas valdančiosios programos operatoriaus kontrolei, kuri saugojama MK atmintyje.

Rankinio valdymo režime procesorius sąveikauja su valdymo pultu taip pat, kaip režimas PROGRAMOS ĮVEDIMAS, tačiau, suformuotas komandos kodas nėra užrašomas į energonepriklausomą įsiminantį įrenginį, o vykdomas. Komandų skaitiklio turinys (jeigu tai nėra numatyta įvykdytos komandos) nesikeičia.

Automatinis darbo režimas yra pagrindinis ir skiriamas technologinio įrengimo valdymui kartu su algoritmu, realizuotu kaip valdančioji programa, saugoma energonepriklausančiame įsiminančiame įrenginyje. Tokiu būdu, energonepriklausomas įsiminantis įrenginys yra komandų šaltinis procesoriui, kurių atranką jis vykdo komandų skaitikliu nustatytu adresu. Valdymo pulto ir procesoriaus ryšis šiuo režimu yra aprybotas tiktai MK darbo režimo pakeitimo galimybe; klaviatūra komandų įvedimui yra užblokuota.

Efektyvi valdančiųjų programų derinimo priemonė yra pažingsninis MK darbo režimas, kuriame procesorius vykdo atranką iš operatyviojo įsiminančio įrenginio ir sekančią komandą, po ko modifikuoja komandų skaitiklio turinį ir pereina į įvedimo iš klaviatūros laukimo režimą. Kiekvienas klaviatūros paspaudimas, jeigu jis nesusijęs su darbo režimo pakeitimu, inicikuoja procesoriu sekančio programos žingsnio vykdymui. Šiame režime operatorius turi galimybę įvykdyti valdančiosios programos vykdymą jam reikiamu tempu. Pertraukose tarp komandų vykdymo procesorius išveda į indikaciją adresą (komandų skaitiklio turinis) ir energonepriklausomo įsimenančio įrenginio celes, saugančios komandą, kuri bus vykdoma sekančiame žingsnyje, turinį.

Vertinant egzistuojančias valdiklių programavimo sistemas, galima išskirti tris pagrindinius jų tipus:

Programavimo sistemas su lygiagrečia kontrole. Šio tipo sistemose integruotas duomenų bankas, kuriame saugomi duomenų tipai ir jų atributai. Pvz., čia saugoma kintamojo duomenų tipas - ar jis skirtas duomenų įvedimui, ar išvedimui. Be to, šiose sistemose yra duomenų bankas, kuriame saugomi funkcijų ir funkcinių blokų prototipai, į kuriuos darbo metu galima nuolat kreiptis. Tokios sistemos taikomosios programos rašymo metu nuolat tikrina sintaksės ir logikos teisingumą. Išvedami perspėjimai, pasirinkus nedeklaruotus kintamuosius arba nenaudojant deklaruotų kintamųjų, išvedami klaidų pranešimai, naudojant ne tuos kintamųjų duomenų tipus arba funkcinių blokų sujungimus.

Programavimo sistemas su nuoseklia kontrole. Šio tipo programavimo sistemos programos ruošimo metu netrikdo programuotojo perspėjimų arba klaidų pranešimais. Pvz., jos leidžia naudoti dar nedeklaruotus kintamuosius arba funkcinius blokus. Tačiau apie programoje esančią klaidą sistema praneša daug vėliau, todėl ją ištaisyti kur kas sunkiau sugaištama daugiau laiko. Tekstinių ir grafinių programų kontrolės būdas praktiškai nesiskiria.

Specifines programavimo sistemos. Yra nemažai programavimo sistemų grupė, kurios nesiderina prie tarptautinių standartų ir dažniausiai naudojamos tik vieno gamintojo arba tik vieno tipo valdiklį programavimui. Šio tipo sistemos dažniausiai orientuojamos į vieną pramonės šaką arba gaminių grupę.

VALDIKLIŲ PROGRAMAVIMO IR JŲ ATVIRŲ KOMUNIKACŲ IEC1131 STANDARTAS

Pramonei automatizuoti vis plačiau naudojami programuojamieji valdikliai, nes programinis algoritmų realizavimas, palyginti su aparatūriniu, pigesnis ir lankstesnis. Kartu su programavimo įranga šiandienos valdikliai realizuoja labai sudėtingas valdymo funkcijas, kurias anksčiau atlikdavo aukštesnio sistemų hierarchijos lygmens kompiuteriai.

Duomenų mainams tarp valdiklių, valdiklio duomenų mainams su kompiuteriu arba prietaisu, turinčiu daugelį parametrų, naudojamos įrenginių valdymo magistralės. Tačiau duomenų mainų tarp atskirų prietaisų programavimui programavimo sistemoje turi būti sukurtos atitinkamos komunikacijų funkcijos. Siekiant harmonizuoti ir komunikacijų sritį, sukurta IEC1131-5 standarto dalis (dar nepatvirtinta), kuri kilo iš tarptautinio projekto "MMS - companion standard for programmable controllers" (ISO/IEC 9506-5).

PASKIRSTYTOS AUTOMATIZAVIMO SISTEMOS

Projektuojant automatizavimo sistemas, galimi du valdymo funkcijų instaliavimo būdai:

Valdymo funkcijas atlieka vienas centrinis prietaisas (kompiuteris arba programuojamasis valdiklis);

Valdymo funkcijas atlieka paskirstyti prietaisai, tarpusavyje sujungti komunikacijos funkcijomis.

Realaus laiko operacinės sistemos bazėje kompiuteris arba valdiklis atlieka dvi pagrindines automatizavimo funkcijas:

Įveda ir išveda proceso duomenis;

Perdirba proceso duomenis

Be automatizavimo funkcijų, prietaiso komunikacijų kontroleryje atliekamos tokios komunikacijų funkcijos:

Proceso duomenys perduodami (data transmission);

Programos perduodamos ir aptarnaujamos (program invocation);

Perduodamos atminties sritys (domain transmission).

Pasirinktas valdymo funkcijų instaliavimo būdas reikalauja atitinkamo naudojamos operacinės sistemos palaikymo. Globalus automatizavimo uždavinys prietaisuose struktūrizuojamas į dalinius valdymo procesus. Centraliose automatizavimo sistemose tokie daliniai valdymo procesai su operacine sistema sujungiami per parametrus

Centralios automatizavimo sistemos struktūra

Paskirstytoje automatizavimo sistemoje tokie daliniai valdymo procesai sujungiami per komunikacijų funkcijas (žr. 1 pav.) . Kad būtų galima skirstyti valdymo funkcijas į atskirus prietaisus, operacinė sistema turi būti išplėsta komunikacijos funkcijomis ir papildyta procesų sinchronizavimo mechanizmais, t.y. ji turi būti paskirstyta.

Funkcijų paskirstymas automatizavimo sistemose

Pagrindinis automatizavimo sistemos tikslas - realizuoti kompleksinius valdymo uždavinius. Jei valdymo uždavinio apimtis viršija atskiro prietaiso galimybes arba dėl struktūrinių ar technologinių priežasčių tikslinga valdymo funkcijas decentralizuoti, valdymo uždavinys paskirstomas į keletą modulių. Skirstant valdymo uždavinius galimos dviejų tipų struktūros:

 Plokštumos struktūra (žr. 2. a pav.);

 Hierarchinė struktūra (žr. 2.b pav.).

2 pav. Automatizavimo sistemos struktūrizavimo būdai

Programuojamieji loginiai valdikliai OMRON

Programuojamieji loginiai valdikliai (PLC) OMRON kompanijos (Japonija) yra padalinti į keturias dalis: micro (mikro), small (maþi), medium (vidutiniai) ir large (dideli).

Plačiai taikomos automatiniame valdyme, nepertraukiamuose technologiniuose procesuose PLC large ir medium klasės. Naujas šitos klasės dirbinys yra programuojamieji kontroleriai iš serijos SYSMAC CS1 (3 paveikslas), ), turintys esminius techninius bruožus panašūs į ankstesnius PLC modelius firmos OMRON, o taip pat garsių pasaulinių firmų modelius, priklausančius Medium klasei

PID reguliatoriai programuojamuose loginiuose valdikliuose SIMATIC S5

Išsivysčius mikroprocesorinei technikai procesų valdyme taip pat įvyko kokybiškas šuolis. Sudėtingus, nepatikimus ir brangius aparatūrinius technologinių procesų reguliatorius baigia išstumti programuojamieji reguliatoriai , tenkinantys aukščiausius vartotojų reikalavimus.

SIMATIC 5 šeimos mini PLV yra aprūpinti programiniu PID algoritmu , leidžiančiu kurti įvairias valdymo sistemas: vienkontūres, kaskadines, santykio ir kt. Be to , panaudojus programavimo kalbos STEP5 instrukcijas [1], gali būti sukurtos mišrios valdymo sistemos su diskretine ir analogine dalimis.

            Programuojami PID reguliatoriai, lyginant su realizuotais aparatūriškai, turi šiuos privalumus:

labai paprasta reguliatoriaus struktūros modifikacija, nedarant aparatūrinių pasikeitimų;

reguliatoriaus parametrai lengvai priderinami prie proceso reikalavimų;

galimybė vykdyti daugiakontūrį valdymą vienu procesoriumi;

didelis lankstumas, nes galima praplėsti jau realizuotas valdiklyje SIMATIC valdymo sistemas be papildomos aparatūros.

Naudota Literatūra

В. В. Сташин, А. В. Усов, О. Ф. Мологонцева. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах.

Микроконтроллер программируемый. МКП паспорт 4СМЗ. 611. 014. ПС.

Napalys Ezerskis. Programuojamieji valdikliai. Kaunas *Technologija* 1998.