МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ МСУ КУРС ЛЕКЦИЙ Автор доцент

МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ (МСУ) КУРС ЛЕКЦИЙ Автор: доцент, к. т. н. Владыкин И. Р.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ При создании МСУ различного назначения в качестве их основы широко используются два класса средств цифровой техники: 1. устройства с жесткой структурой, выполненные на базе цифровых логических схем; 2. электронные вычислительные машины (ЭВМ).

устройства с жесткой структурой Недостатки устройств с жесткой структурой - большое время проектирования и изготовления и трудности внесения изменений.

электронные вычислительные машины (ЭВМ)

отличие микроконтроллера от микропроцессора Микропроцессор – это необходимая и основная часть микроконтроллера Предназначены для выполнения следующих операций — извлекают команды из памяти и выполняют эти инструкции (представляющие собой арифметические или логические операции) и результат используется для обслуживания выходных устройств (ИМ, аналогично ЭД в ЭП).

Что такое микропроцессор? Микропроцессор содержит функционал компьютерного центрального процессора (ЦП), или ЦП на одном полупроводниковом кристалле. Микропроцессор — это микрокомпьютер, который используется для выполнения арифметических и логических операций, управления системами, хранения данных и прочих.

Основные типы процессоров 1. Микропроцессоры с полным набором команд (Complex Instruction Set Computer, CISC-архитектура). 2. Микропроцессоры с сокращенным набором команд (Reduced Instruction Set Computer, RISCархитектура). 3. Микропроцессоры с минимальным набором команд (Minimal Instruction Set Computer, MISCархитектура). 4. Микропроцессоры специального назначения (ASIC — Application Specific Integrated Circuit).

Система, основанная на микропроцессоре

Что такое микроконтроллер? Внутреннее устройство микроконтроллера

АНАЛИЗ МИКРОПРОЦЕССОРОВ И МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ МИКРОПРОЦЕССОР Использование Устройство МИКРОКОНТРОЛЛЕР Компьютерные системы Встраиваемые системы Содержит центральный Cодержит схему процессор, регистры микропроцессора и имеет общего назначения, встроенные ПЗУ, ОЗУ, указатели стека, счетчики устройства ввода/вывода, программы, таймер и таймеры и счетчики. цепи прерываний Память данных Имеет много инструкций для перемещения данных между памятью и процессором. Имеет одну-две инструкции для перемещения данных между памятью и процессором. Электрические цепи Высокая сложность Достаточно простые

АНАЛИЗ МИКРОПРОЦЕССОРОВ И МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ МИКРОПРОЦЕССОР Затраты МИКРОКОНТРОЛЛЕР Стоимость всей системы Низкая увеличивается системы стоимость Число регистров Имеет меньшее Имеет большее число количество регистров, поэтому проще операции в основном писать программы производятся в памяти. Запоминающее устройство Основано на архитектуре фон Неймана. Программа и данные хранятся в том же модуле памяти. Время доступа к памяти и Меньшее время доступа устройствам для встроенной памяти и ввода/вывода больше. устройств ввода/вывода. Железо Требует большее Требует меньшее количество аппаратного обеспечения. Основано на Гарвардской архитектуре. Программы и данные хранятся в разных модулях памяти.

ОСНОВЫ МИКРОПРОЦЕССОРА АВТОМАТ ПАМЯТЬ МЕТКА

ОСНОВЫ МИКРОПРОЦЕССОРА Типы памяти для микропроцессоров

ОСНОВЫ МИКРОПРОЦЕССОРА

АРХИТЕКТУРА ПРОСТЕЙШИХ МСУ

ОСНОВЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ МСУ Классификация команд микропроцессора ПО ДЛИНЕ ПО ФУНКЦИОНАЛЬНЫМ ПРИЗНАКАМ ПО АРХИТЕКТУРНЫМ ПРИЗНАКАМ

ПРОГРАММИРУЕМЫЕ КОНТРОЛЛЕРЫ

ПРОГРАММИРУЕМЫЕ КОНТРОЛЛЕРЫ

ПРОГРАММИРУЕМЫЕ КОНТРОЛЛЕРЫ

ДИСКРЕТНЫЕ ВХОДЫ ПЛК КОНЦЕВЫЕ ДАТЧИКИ КОНТАКТНЫЕ ТЕРМОМЕТРЫ КНОПКИ РУЧНОГО УПРАВЛЕНИЯ ДАТЧИКИ ДВИЖЕНИЯ

ДИСКРЕТНЫЕ ВЫХОДЫ ПЛК СИЛОВЫЕ ПУСКАТЕЛИ СВЕТОВЫЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ СИГНАЛИЗАТОРЫ КЛАПАНЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ РЕЛЕ

АНАЛОГОВЫЕ ВХОДЫ ПЛК СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ ТЕРМОПАРЫ И ТЕРМОРЕЗИСТОРА

СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ ВХОДЫ ПЛК БУ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ ДИСПЛЕЙНЫЙ МОДУЛЬ КВАДРАТУРНЫЕ ШИФРАТОРЫ

ДИСТАНЦИОННОЕ РАСПОЛОЖЕНИЕ ВХОДОВ И ВЫХОДОВ ПЛК

УСЛОВИЯ РАБОТЫ ПЛК IP 20

ИНТЕГРАЦИЯ ПЛК В СИСТЕМУ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЕМ

SCADA-системы

интеграция нескольких ПЛК Требования к сетям с ПЛК: 1. режим реального времени; 2. надежность в условиях промышленной среды; 3. ремонтопригодность; 4. простота программирования.

СТАНДАРТ МЭК 61131 -3

Комплексы проектирования программ МЭК 61131 -3 Наиболее используемые комплексы программирования ПЛК: 1. Co. De. Sys 3 S Smart Software Solutions http: //www. 3 s-software. com 2. ISa. GRAF CJ International http: //www. isagraf. com/ 3. MULTIPROG wt Klopper und Wiege Software Gmb. H http: //www. kw-software. de/ 4. Open. PCS Infoteam Software Gmb. H http: //www. infoteam. de/ 5. Soft. CONTROL Softig Gmb. H http: //www. softing. com/ 6. i. Con-L Pro. Sign (Process Design) Gmb. H http: //www. pro-sign. de/

Комплекс Co. De. Sys

Особенности комплекса Co. De. Sys: 1. Прямая генерация машинного кода.

Особенности комплекса Co. De. Sys: 2. Полноценная реализация МЭК-языков, в некоторых случаях даже расширенная

Особенности комплекса Co. De. Sys: 3. Удобные редакторы языков построены таким образом, что не дают делать типичных ошибок для начинающих МЭК-программистов ошибки.

Особенности комплекса Co. De. Sys: 4. Встроенный эмулятор контроллера позволяет проводить отладку и доработку проекта без аппаратных средств.

Особенности комплекса Co. De. Sys: 5. Встроенные элементы визуализации дают возможность создать модель объекта и проводить отладку проекта без изготовления средств имитации.

Особенности комплекса Co. De. Sys: 6. Очень широкий выбор сервисных функций, ускоряющих работу программиста.

Особенности комплекса Co. De. Sys: 7. Для Co. De. Sys доступен адаптированный русский перевод документации на сайте: www. prolog-plc. ru

Строение комплекса Co. De. Sys RS 232 Шлюз связи ПЛК RS 485 Интегрированная среда Система исполнения

ЯЗЫКИ ПРОРГАММИРОВАНИЯ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ СТАНДАРТ МЭК 61131 -3

Язык релейно-контактных схем, LD Рисунок 1. Пример программы на языке LD (слева) и ее эквивалент в виде электрической цепи с реле и выключателями (справа)

Структурированный текст, ST

Диаграммы функциональных блоков, FBD Рисунок 2. Пример программы на языке FBD

Типовые блоки языка программирования FBD ТАЙМЕР ТРИГГЕР ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ПИД-РЕГУЛЯТОР ФИЛЬТР

Типовые блоки языка программирования FBD Функциональный блок «таймер» TP(IN, PT, Q, ET) Входы IN и PT типов BOOL и TIME соответственно. Выходы Q и ET аналогично типов BOOL и TIME. Временная диаграмма работы TP

Функциональный блок «таймер с задержкой включения» TON(IN, PT, Q, ET) Входы IN и PT типов BOOL и TIME соответственно. Выходы Q и ET аналогично типов BOOL и TIME.

Функциональный блок «таймер с задержкой выключения» TOF(IN, PT, Q, ET) Входы IN и PT типов BOOL и TIME соответственно. Выходы Q и ET аналогично типов BOOL и TIME

Функциональный блок «часы реального времени» RTC(EN, PDT, Q, CDT) Входы EN и PDT, выходы Q и CDT типов BOOL и DATE_AND_TIME соответственно. Пока на входе EN равен отсутствует сигнал, т. е. «FALSE» , то на выходе Q также значение логического ноля, а на выходе CDT установлено время: 1970 -01 -01 -00 -00: 00

Типовые блоки языка программирования FBD Функциональный блок «инкрементный счетчик» Входы CU, RESET и выход Q типа BOOL, вход PV и выход CV типа WORD

Функциональный блок «декрементный счетчик» По каждому фронту на входе CD (переход из FALSE в TRUE) выход CV уменьшается на 1. Когда счетчик достигнет 0, счет останавливается, выход Q переключается в TRUE. Счетчик CV загружается начальным значением, равным PV по входу LOAD = TRUE.

Функциональный блок «инкрементный / декрементный счетчик» По входу RESET счетчик CV сбрасывается в 0, по входу LOAD загружается значением PV. По фронту на входе CU счетчик увеличивается на 1. По фронту на входе CD счетчик уменьшается на 1 (до 0). QU устанавливается в TRUE, когда CV больше или равен PV. QD устанавливается в TRUE, когда CV равен 0

PD-регулятор

PID-регулятор

Функциональный блок PID_FIXCYCLE

Генераторы сигналов языка программирования FBD Функциональный блок «генератор прямоугольных импульсов»

Функциональный блок «функциональный генератор»

Функциональный блок «функциональный генератор»

Программируемые реле Zelio Питание 24 В Входы Лицевая панель Кнопки управления Выходы

Режимы программирования реле Zelio без экрана с экраном

Режимы программирования реле Zelio с экраном: 1. С лицевой панели. 2. Из среды программирования (с компьютера)

Режимы программирования реле Zelio без экрана: 1. только из программной среды.

Обзор программного обеспечения для Zelio Logic

Язык функциональных блок-схем (FBD)

Режимы работы Zelio Logic: 1. Режим ввода. используется для построения программы на языках LD FBD. 2. 1 Режим эмуляции. программа выполняется непосредственно на ПК, эмулируя работу контроллера. 2. Режим отладки. 2. 2 Режим мониторинга. программа выполняется на интеллектуальном реле; программное обеспечение подключено к контроллеру.

Выбор модуля/способа программирования

Язык лестничных диаграмм (LD)

Язык лестничных диаграмм (LD)

Язык лестничных диаграмм (LD). Структура «лестничной сети» Зона тестирования, где отображены условия для включения действия (контакт), Зона действия, которая срабатывает в случае выполнения условия в зоне тестирования (катушка).

Язык лестничных диаграмм (LD). Комментарий в «лестничной сети» Замечания: 1. рекомендуется ограничивать этот комментарий 25 символами - для нормального качества при распечатке схемы. 2. Т. к. колонка комментария ассоциируется с линией, максимальное количество отображаемых символов зависит от размера окна редактирования. 192 символа отображаются только при отображении на полный экран.

Язык лестничных диаграмм (LD). Контакты. Название Символ Электрический лестничных символ диаграмм Функции Нормально открытый контакт Замыкает цепь, при активном управляющем входе (переключатель, сенсор и т. д. ). Нормально закрытый контакт Замыкает цепь, если управляющий вход неактивен.

Язык лестничных диаграмм (LD). Катушки. Название Символ Электрический лестничных символ диаграмм Функции Обычная катушка (Direct Катушка) На катушку подается питание, если контакты, к которым она подсоединена, активны (режим контакта). Импульсная катушка На катушку подается питание, если контакты, к которым она подсоединена, изменяют свое состояние (режим импульсного реле).

Язык лестничных диаграмм (LD). Катушки. Название Символ Электрически лестничных й символ диаграмм Функции Триггерная катушка типа SET (Set or latch Катушка) На катушку будет подаваться питание, при активировании контактов, к которым она подсоединена, даже если контакты спустя некоторое время будут не активны (режим SET). Триггерная катушка типа RESET (Reset or unlatch Катушка) На катушку не будет подаваться питание, при активировании контактов, к которым она подсоединена, даже если контакты спустя некоторое время будут не активны (режим RESET).

Программирование на языке LD с использованием среды Zelio Soft 2 Режим: «Zelio entry» Z клавиши Menu/Ok Shift

Программирование на языке LD с использованием среды Zelio Soft 2 Режим: «Free entry»

Элементы языка LD • Дискретные входы; • Дискретные выходы; • Входы/выходы Modbus; • Дополнительные реле; • Клавиши Zx; • Счетчики; • Сравнение со значением счетчика; • Быстрый счетчик; • Часы; • Изменение времени Лето/Зима; • Таймеры; • Аналоговые компараторы; • Текст; • Подсветка ЖК; • Сообщение.

Элементы языка LD: Счетчики 1. Счет вверх до предустановленного значения: увеличение значения счетчика; 2. Счет вниз от предустановленного значения: уменьшение значения счетчика.

Элементы языка LD: Таймеры 1. Задержки действия при включении (A); , 2. Задержка наступает после прохождения предустановленного времени с начала действия управляющего сигнала; останавливается входом сброса - RESET (a);

Элементы языка LD: Таймеры 3. Задержка отключения (C); , 4. Задержка после получения управляющего импульса: импульс должен быть заднего фронта и задержка начнется сразу же с начала действия управляющего сигнала и будет длиться предустановленное время (B);

Элементы языка LD: Сообщение 1. Посылки предупреждений на мобильные телефоны, средства Zelio Logic Alarm или адреса Email через коммуникационный интерфейс SR 2 COM 01; 2. Обеспечения удаленного доступа к дискретным и/или цифровым переменным, либо для чтения и/или изменения этих величин.

Проверка слаженности работы программы Сообщение об ошибке

Эмуляция приложения Описание программных кнопок в режиме эмуляции: Кнопка Описание Запускает программу на исполнение. Останавливает выполнение программы. Пауза/Запуск: останавливает или продолжает исполнение программы. (доступна только в запущенном на исполнение приложении) Эмуляция сбоя питания. (доступна только в запущенном на исполнение приложении)

Мониторинг приложения

Пример приложения на лестничных диаграммах: «Автоматическое управление открытием и закрытием фрамуг в теплице»

«Автоматическое управление открытием и закрытием фрамуг в теплице» Окна открываются в течение дня, если температура достигает значения 25ºC. Если температура падает ниже 25ºC , окна также закрываются. Ночью окна остаются закрытыми, вне зависимости от температуры. Описание программы, использовано 3 интервала времени: Интервал 1: Ночь, с 21: 00 до 07: 00. Интервал 2: День, с 07: 00 до 12: 00 и с 15: 00 до 21: 00. Интервал 3: Полдень, с 12: 00 до 15: 00. Техническое задание в виде таблицы

«Автоматическое управление открытием и закрытием фрамуг в теплице» Вход/ выход Описание I 1 Окно форточки открыто (дискретный) I 2 Окно форточки закрыто (дискретный) IB Температура (аналоговый) Q 1 Открытие форточки (дискретный) Q 2 Закрытие форточки (дискретный)

Область редактирования программ в FBD-языке Окно редактирования Окно эмуляции

Окно редактирования

Входы на функциональной панели

Дискретные (DISCR) Входы Тип Дискретный вход Переключатель Ограниченный переключатель Датчик близости (движения) Отображение в в неактивном состоянии

Датчик наличия Загорающаяся кнопка Круговой переключатель Кнопка Нормально разомкнутое реле

Параметры дискретного входа

Параметры дискретного входа Нумерация Комментарии

Аналоговый вход

Типы аналоговых входов Тип Вход (по умолчанию) Вход Температура Потенциометр Отображение в режиме редактирования

Отфильтрованный дискретный вход Параметр. Значение параметра (между 1 и 255), вводимое в окне Параметры, может быть использовано для определения минимального времени, в течение которого сигнал должен быть стабильным. Это значение будет умножено на величину единичного цикла интеллектуального реле. Отфильтрованный аналоговый вход Окно Параметры может быть использовано для определения: 1. Входного напряжения. По умолчанию, это напряжение меняется от 0 до 10 В (постоянного тока). Если вход подсоединен к потенциометру, нужно отметить опцию Потенциометр (питание от 0 В до напряжения питания контроллера). 2. Для регулирования значения частоты выключения фильтра нижних частот (внутри 0. 06 и 88. 25 Гц).

Специальные входы в языке функциональных блок-схем В языке функциональных блок-схем доступны различные специальные входы: 1. Button (кнопка); 2. Discrete constants (дискретные константы); 3. Numerical constants (числовые константы); 4. Summer time (летнее время), 5. 1 second clock (метроном).

Логические функции В языке функциональных блок-схем возможно использование следующих логических функций: • ОТРИЦАНИЕ; • ИЛИ; • НЕ ИЛИ; • ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

Логические функции Описание Количество цифровых входов ОТРИЦАНИЕ Если вход неактивен или не соединен, то выход активен. Если вход активен, выход неактивен. 1 И Если все входы активны или не соединены, то выход активен. Если хотя бы один вход неактивен, то выход неактивен. 4 Если хотя бы один вход активен, то выход активен. Если все входы неактивны или не соединены, то выход 4 Тип ИЛИ Символ

Логические функции НЕ ИЛИ ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ Если хотя бы один вход неактивен, то выход активен. Если все входы неактивны или не соединены, то выход неактивен. Если все входы неактивны или не соединены, то выход активен. Если хотя бы один вход активен, то выход неактивен. Если один вход неактивен, а второй активен или не соединен, то выход активен. Если оба входа активны или неактивны, то выход неактивен. 4 4 2

ТЕСТИРОВАНИЕ

ТЕСТИРОВАНИЕ