Микропроцессорные контроллеры

Микропроцессор – устройство осуществляющее обработку цифровой информации и управляющее этим процессом, выполненное в виде одной или нескольких интегральных микросхем.

На микропроцессор возлагается задача выполнения всех программных действий в соответствии с алгоритмом работы. Команды программы функционирования процессора, а также значения констант, переменных величии хранятся в запоминающем устройстве (ЗУ).

Устройство ввода вывода (УВВ) – связывающее звено, служащее для преобразования сигналов от микропроцессора в сигналы, доступные периферийным (внешним) устройствам, и наоборот.

Микропроцессорный контроллер (микроконтроллер) – вычислительно-управляющее устройство, предназначенное для выполнения функций логического контроля и управления различными техническими объектами и сочетающее в себе микропроцессорное ядро и набор встроенных устройств ввода-вывода.

Микроконтроллер может иметь различное конструктивное исполнение и быть размещен на одной или нескольких платах. Многоплатные микроконтроллеры более универсальны. Одноплатные – меньше по габаритам, проще в изготовлении, надежнее, дешевле.

Силовые элементы и устройство питания в любом случае выполняются в виде отдельных блоков, связь с которыми осуществляется посредством кабелей.

В последнее время получили большое распространение однокристальные микроконтроллеры, в которых на одной интегральной микросхеме сосредоточены более 90 % аппаратных средств.

В кристалле одного микроконтроллера могут содержаться:

· процессорное ядро;

· память (ПЗУ, ОЗУ);

· система ввода-вывода (порты, блоки таймеров, модули захвата и сравнения, модуль ШИМ, модуль последовательного ввода-вывода, модуль АЦП.

Программируемые логические контроллеры

На основе микроконтроллеров изготавливаются программируемые логические контроллеры (ПЛК), которые представляют собой микропроцессорные устройства, предназначенные для выполнения алгоритмов управления технологическими процессами. Принцип работы ПЛК заключается в сборе и обработке данных по прикладной программе пользователя с выдачей управляющих сигналов на исполнительные устройства.

Системы управления могут быть построены на большом количестве дискретных компонентов (реле), либо с помощью одного ПЛК. Один ПЛК способен заменить большое количество дискретных элементов, потому что все алгоритмы управления в нем реализованы программно.

ПЛК имеет набор входов и выходов, они могут обрабатывать дискретные и аналоговые сигналы, поступающие на вход с датчиков, управлять различными исполнительными механизмами, например, контакторами, обеспечивать обмен данными с другими системами.

ПЛК программируются с помощью компьютера, для этого используются различные языки программирования. Языки программирования ПЛК подразделяются следующим образом:

IL (Instruction List – список инструкций) – текстовый язык низкого уровня.

ST (Structured Text – структурированный текст) – текстовый язык высокого уровня.

LD (Ladder Diagram – релейные диаграммы) – графический язык. Предусматривает использование элементов: контакт, обмотка, блоки, выполняющие логические функции.

FBD (Functional Block Diagram – функциональные блоковые диаграммы) – графический язык. Напоминает язык LD.

SFC (Sequential Function Chart – последовательные функциональные схемы) – графический язык. Внешне программа похожа на блок-схему алгоритма.

Логические элементы

Автоматическое управление электроприемниками осуществляется элементами, которые взаимодействуют друг с другом и с управляемым объектом в определенной последовательности.

Логическая часть предназначена для преобразования сигнала командных органов и датчиков в выходные сигналы в соответствии с заданной программой. Выходные сигналы логической части подаются в усилительные, а затем в исполнительные органы.

В большинстве случаев используются дискретные сигналы, т.е. либо на выход аппарата подается сигнал, значение которого достаточно для его срабатывания, либо сигнал на вход не подается или он слишком мал и недостаточен для срабатывания. При математическом отображении этого процесса в первом случае говорят, что в аппарат подана логическая единица, во втором – логический нуль.

Логическая часть системы управления состоит из логических элементов дискретного действия, которые или выдают на выходе сигнал (появляется 1), или снимают сигнал с выхода (появляется 0) в зависимости от того, какие сигналы подаются на вход.

Например, элемент должен выдать сигнал при условии, что на вход будут одновременно подан три входных сигнала. Эту функцию выполняет элемент И.

Для срабатывания электромагнитного реле необходимо подать сигналы на обмотки трех реле a ₁ – a ₃, которые замкнут свои контакты, при этом поступит напряжение на обмотку реле x.

Логические функции, выполняемые элементами, могу быть обозначены алгебраически.

Если отсутствует хотя бы один входной сигнал, то выходной сигнал также равен 0.

Наименование функции	Содержание функции	Релейный эквивалент	Функциональная формула
И	Сигнал на выходе появляется при наличии сигналов на всех входах
ИЛИ	Сигнал на выходе появляется при наличии сигналов хотя бы на одном из входов
НЕ	При наличии сигнала на входе сигнал на выходе отсутствует, сигнал на выходе появляется при исчезновении сигнала на входе
Запрет	При отсутствии сигнала на входе «запрет b» сигнал на выходе появляется одновременно с сигналом на входе a, при наличии сигнала на входе «запрет b» сигнал на выходе отсутствует
Задержка	Сигнал на выходе появляется через заданное время после подачи сигнала на вход и исчезает одновременно с входным сигналом		-
И-НЕ	Сигнал а выходе отсутствует при наличии сигналов на всех входах
Импликация	Сигнал выхода отсутствует, когда имеется сигнала на входе a и отсутствует на входе b
Эквивалентность	Сигнал на выходе имеется тогда, когда на всех входах одновременно имеются или одновременно отсутствуют входные сигналы (состояние входов одинаково)
Неравнозначность	Сигнал на выходе имеется тогда, когда состояния входов a и b разные
Память	После подачи сигнала на вход a записанная информация сохраняется вплоть до подачи сигнала на вход b независимо от последующего состояния входа a