10615

Комбинационное и последовательностное управление. Управление на основе переключательных схем

Научная статья

Информатика, кибернетика и программирование

Комбинационное и последовательностное управление. Управление на основе переключательных схем. Аппаратные и программные средства. Программируемые логические контроллеры. Эта глава посвящена бинарному комбинационному и последовательностному т. е. управление порядк...

Русский

2013-03-29

73.32 KB

5 чел.

Комбинационное и последовательностное управление. Управление на основе переключательных схем. Аппаратные и программные средства. Программируемые логические контроллеры.

Эта глава посвящена бинарному комбинационному и последовательностному (т. е. управление порядком) управлению. В промышленности существует большое количество приложений, использующих переключательные схемы для комбинационного и последовательностного управления. Этот тип управления уже упоминался в других разделах книги. Например, простые последовательностные сети были рассмотрены в главе 2 и в разделе 3.7, где обсуждались некоторые принципы моделирования с помощью последовательностного управления. Теория переключательных схем, составляющая основу бинарного управления, используется не только в технологии автоматизации, но и во многих других областях. Именно эта теория лежит в основе работы цифровых ЭВМ. В общем случае бинарное комбинационное и последовательностное управление проще, чем традиционное аналоговое или цифровое управление с обратной связью, потому что использует как для измеряемых величин, так и для управляющих сигналов бинарные значения. Однако бинарное управление имеет свои особенности, которые будут рассмотрены более подробно.

Логические схемы традиционно реализовывались на основе разных технологий — до середины 1970-х годов большинство схем строилось на базе электромеханических реле или пневматических элементов, в 1970-е годы получили широкое распространение программируемые логические контроллеры, и сегодня последовательностное управление реализуется почти исключительно программными средствами. Несмотря на изменения в технологии, символическое изображение операций переключения с помощью принципиальных схем, которое восходит к ранней релейной технике, до сих пор используется для описания и документирования операций последовательностного управления, в том числе и реализуемого программно. Другой важный тип языка, который можно использовать не только для описания, но и как инструмент документирования, — это функциональные карты.

Программируемые логические контроллеры. Назначение и функции

Программируемые логические контроллеры (ПЛК) — это специальные микрокомпьютеры, предназначенные для выполнения операций переключения в промышленных условиях. Это название в действительности неверно, так как ПЛК сегодня могут гораздо больше, чем просто выполнять логические операции. Однако эта аббревиатура сохранена, чтобы избежать путаницы с более общими терминами "программируемые контроллеры" и "персональные компьютеры". ПЛК генерирует выходные сигналы "включить/выключить" для управления исполнительными механизмами — электродвигателями, клапанами, лампочками и т. п., которые являются неотъемлемой частью систем автоматизации во всех отраслях промышленности.

Основные операции ПЛК соответствуют комбинационному управлению логическими схемами. Кроме того, современные ПЛК могут выполнять другие операции, например функции счетчика и интервального таймера, обрабатывать задержку сигналов и т. д. Основное преимущество ПЛК заключается в том, что одиночная компактная схема может заменить сотни реле. Другое преимущество — функции ПЛК реализуются программно, а не аппаратно, поэтому его поведение можно изменить с минимальными усилиями. С другой стороны, ПЛК могут быть медленнее, чем релейная аппаратная логика. Оптимальное решение для каждого конкретного приложения можно получить, применяя обе технологии в одной системе так, чтобы использовать преимущества каждой из них.

Первый ПЛК был разработан в 1968 году группой инженеров компании General Motors. В соответствии с первоначальной спецификацией устройство должно быть несложным в программировании, модификация программы не должна требовать изменения аппаратной части, размеры должны быть меньше, чем у релейных и полупроводниковых аналогов, и, наконец, обслуживание и ремонт должны быть максимально просты. Дополнительно новое устройство должно было быть конкурентоспособным по издержкам эксплуатации. Эти требования следует рассматривать в свете того, что в конце 1960-х - начале 1970-х годов еще не было малогабаритных программируемых устройств (микропроцессор был изобретен в 1971 году.). Исходные требования вызвали значительный интерес у инженеров с точки зрения применения ПЛК в промышленном управлении. ПЛК на основе микропроцессора был впервые создан в США в 1977 году компанией Allan-Bradley Corporation. Он содержал микропроцессор Intel 8080 и дополнительные схемы, позволяющие с высокой скоростью производить логические битовые операции.

Первые ПЛК были сконструированы только для простых последовательностных операций с двоичными сигналами. Сегодня на рынке существуют сотни различных моделей ПЛК, которые различаются не только размером памяти и числом каналов ввода/ вывода (от нескольких десятков до нескольких сотен), но и выполняемыми функциями. Небольшие ПЛК предназначены в основном для замены реле и имеют некоторые

дополнительные функции счетчиков и таймеров. Более сложные ПЛК обрабатывают аналоговые сигналы, производят математические операции и даже содержат контуры управления обратной связи, как ПИД-регуляторы, описанные в главе 6.

Конструктивно ПЛК обычно приспособлены для работы в типовых промышленных условиях, с учетом уровней сигналов, термо- и влагостойкости, ненадежности источников питания, механических ударов и вибраций. ПЛК также содержат специальные интерфейсы для согласования и предварительной обработки различных типов и уровней сигналов. Функции ПЛК все чаще применяются в устройствах ввода/ вывода, входящих в состав больших интегрированных систем управления (раздел 9.6). ПЛК можно программировать различными способами — с помощью ассемблероподобных команд, проблемно-ориентированных языков высокого уровня или прямым описанием операций последовательностного управления с помощью функциональных карт (раздел 7.4). В Европе наиболее популярно использование функциональных блоков с графическими символами логических элементов, а в США до сих пор достаточно широко распространены принципиальные схемы. Однако два последних метода постепенно заменяются BASIC-подобными языками программирования.

На рис. 7.21 показана основная структура программируемого логического контроллера. Сначала входные сигналы считываются в регистр буферной памяти. Эта функция всегда включается в системное программное обеспечение ПЛК и не требует явного программирования пользователем. Входной регистр может состоять и из  одного бита, и из целого байта. В последнем случае один оператор считывания будет выдавать одновременно значения восьми входных бит.

Программа может выбрать входное значение из этого регистра и затем обработать отдельно или вместе с другими данными. Выработанный результат можно либо сохранить для дальнейшей обработки, либо направить на выход.

Основные команды

В системах промышленной автоматики ПЛК должны работать в режиме реального времени, т. е. быстро реагировать на внешние события. Ввод и обработка внешних сигналов осуществляется в ПЛК двумя способами — по опросу или по прерыванию (раздел 10.6.4). Основной недостаток опроса — можно потерять некоторые внешние события, если ПЛК не обладает достаточным быстродействием, хотя такой подход проще для программирования. Управление по прерываниям сложнее для программирования, но риск пропустить какое-либо внешнее событие намного меньше. Управления по опросу обычно вполне достаточно для простых систем, а управление по прерыванию используется в сложных случаях.

Программирование ПЛК в основном представляет собой описание управляющих последовательностей. Функции ввода/вывода уже реализованы в базовом программном обеспечении ПЛК. Программные инструкции, задаваемые одним из описанных выше способов (раздел 7.3.1), транслируются в машинный код ПЛК. Выполнение программы происходит в бесконечном цикле. Каждый полный цикл сканирования для малых ПЛК составляет примерно 15-30 мс, и это время приблизительно пропорционально размеру программы.

Скорость реакции ПЛК, очевидно, зависит от продолжительности цикла, поскольку во время исполнения программы процессор ПЛК не может считывать или выдавать какие-либо новые сигналы. Обычно это не очень серьезная проблема, так как большинство сигналов в промышленной автоматике изменяются сравнительно медленно либо имеют относительно большую продолжительность.

Небольшого набора базовых машинных команд, как правило, достаточно для большинства задач последовательностного управления. Программа, состоящая из этих команд, называется списком команд. Некоторые основные команды перечислены ниже; обычно они могут оперировать как битами, так и байтами.

Id, Idi      загрузка значения из входного порта в сумматор, непосредственно (Id)

либо с инверсией (Idi); and, ani операция AND или NAND между значениями в сумматоре и на входном

порту; результат сохраняется в сумматоре; or, ori     операция OR или NOR между значениями в сумматоре и на входном

порту; результат сохраняется в сумматоре;

out содержимое сумматора копируется в конкретный выходной порт и управляет выходными сигналами; значение в сумматоре не изменяется, поэтому его можно подвергнуть дальнейшей обработке или переслать на другой выходной порт.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

71835. Автоматическая мышь ищет выход из лабиринта 262.5 KB
  Переменные, которые могут принимать только два значения 0 и 1 называются логическими переменными (или просто переменными). Заметим, что логическая переменная х может подразумевать под числом 0 некоторое высказывание, которое ложно, и под числом 1 высказывание, которое истинно.
71836. Разработка схемы включения-выключения светильника 219 KB
  Разработать схему включения-выключения светильника, предусматривающую 3 независимых пункта управления. На каждом пункте установлен переключатель на два положения: перевод любого переключателя из одного положения в другое вызывает изменение состояния светильника.
71837. Денежно-кредитная система государства 143.5 KB
  Денежные и кредитные отношение приобрели особую роль в экономических процессах в начале двадцать первого века, когда стало вполне очевидным, что достижение оптимального уровня таких основных макроэкономических показателей, как прирост реального ВВП, уровень безработицы, уровень инфляции...
71838. Разработка алгоритма управления подвижной четырехколесной платформой 138 KB
  Простое логическое выражение состоит из одного высказывания и не содержит логические операции. Результатом операции НЕ является следующее: если исходное выражение истинно то результат его отрицания будет ложным; если исходное выражение ложно то результат его отрицания будет истинным.
71839. Алгоритм управления электродвигателем объекта 143 KB
  Разработать схему управления электрическим двигателем объекта, совершающего поступательное движение на рабочем участке. На границах рабочего участка движения установлены конечные выключатели, размыкающие при срабатывании цепь питания электродвигателя.
71842. Технико-экономическое обоснование информационной системы «Видеопрокат» 169.94 KB
  В данной курсовой работе будет проведена технико-экономическое обоснование информационной системы «Видеопрокат». Для этого будут рассчитаны следующие показатели: Планирование работы отдела; Рациональное использование производственной площади для работы...
71843. Проект производства работ 310.5 KB
  Проект производства работ на строительство 9-этажного панельного жилого дома, состоящего из двух секций разработан в соответствии с требованием СНиП 12-01-2004 «Организация строительства». Объемно-планировочные и конструктивные решения взяты из каталога.