Файл: Конспект лекций Структурная схема классической.pptx

Микропроцессорные средства автоматизации

Конспект лекций

Определения и классификация МСА

• Микропроцессор (МП) – микроэлектронное устройство, которое осуществляет прием, обработку и выдачу информации.
• Микропроцессорная система (МПС) – совокупность взаимосвязанных устройств, включающая МП, память (ЗУ), устройства ввода-вывода и т.п.
• Микропроцессорный комплект (МПК) – совокупность интегральных схем, совместимых по электрическим, информационным и конструктивным параметрам и предназначенных для построения микропроцессорных систем
• Мультипроцессорная система (ММПС) –образуется объединением некоторого количества универсальных или специализированных МП, для обеспечения параллельной обработки информации
• МикроЭВМ (МЭВМ) – конструктивно завершенная МПС имеющая устройства связи с внешними устройствами, панель управления, собственный источник питания и комплект программного обеспечения

Определения и классификация МСА

• Микроконтроллер (МК) – устройство, выполняющее функции логического анализа (сложные последовательности логических операций) и управления; реализуется на одном или нескольких кристаллах
• Однокристальный микроконтроллер (ОМК) – микропроцессорное устройство, конструктивно выполненное в одном корпусе БИС и содержащее все основные составные части МПК
• Программируемый логический контроллер (ПЛК) – цифровая электронная система, предназначенная для применения в промышленных условиях. ПК использует программируемое запоминающее устройство для внутреннего хранения ориентированных на пользователя инструкций, для выполнения специальных функций, таких как логические, упорядочения, отсчета времени, математические действия, управление через цифровые или аналоговые входы и выходы различными типами механизмов или процессов. ПК и связанные с ним периферийные устройства разрабатывают так, чтобы они могли быть легко интегрированы в промышленную систему управления.
• Микропроцессорная автоматическая система (МПАС) – автоматическая система со встроенными средствами микропроцессорной техники (МТ)

• Линия связи (Interchange Circuit) – физическая среда, предназначенная для переноса информации
• Канал передачи данных (Data Transmission Channel) – совокупность физической среды и технических средств, участвующих в процессе передачи информации
• Формирователь (Driver) – передатчик двоичных цифровых сигналов.
• Оконечная нагрузка (Terminator) –приемник двоичных цифровых сигналов.
• Вентильные схемы – электронные ключевые схемы, предназначенные для управления потоком информации
• Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) –преобразователь непрерывных сигналов в цифровую форму
• Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) –преобразователь цифровых сигналов в непрерывную форму представления

Формы представления информации

В качестве носителя информации используется изменение напряжения постоянного тока.

Две формы представления значения переменной

X= 1845 единиц

• в виде одного сигнала
• 1,845 В – масштаб - 0,001 В/ед. или
• 9,225 В – масштаб -0,005 В/ед.
• в виде конечного числа сигналов
• 1 – 0123456789
• 8 – 0123456789
• 4 – 0123456789
• 5 – 0123456789

Способы представления дискретной информации

• Число 371 можно записать в виде
•  3×102+7×101+1×100 = (371)10 ,

 где цифры имеют вес 10n.

• В двоичной системе счисления
•  256+0+64+32+16+0+0+2+1 = = 1×28+0×27+1×26+1×25+1×24+0×23+0×22+1×21+

+1×20 = (101110011)2=(371)10 ,

 где цифры имеют вес 2n.

Двоичное число из 16 бит

Графическое изображение двоичного сигнала

Регистры, шины и вентильные схемы

Преобразование чисел

Булевы функции

• Булевой функцией n переменных x1, x2, …, xn называется функция

F = f(x1, x2, …, xn),

• где xi = 0 или 1; F = 0 или 1, переменные объединены конечным числом булевых операций отрицания, конъюнкции и дизъюнкции
• Область определения булевой функции n переменных – совокупность всевозможных n - мерных наборов. Функция n переменных определяется на N = 2n наборах.

Булевы функции

• Старшинство булевых операций: отрицание, конъюнкция, дизъюнкция.
• Несущественный набор – набор, на котором функция принимает неопределенное значение
• Полностью определенная булева функция – определена на всем множестве наборов
• Частично определенная булева функция –содержит несущественные наборы

Основные логические функции

Основные логические функции Таблицы истинности

Равносильные преобразования

Равносильные преобразования

Равносильные преобразования

• Пример. Пусть работа объекта контролируется тремя датчиками. Условия работы системы: на выходе логического устройства должен появиться сигнал, приводящий в действие исполнительный элемент X, если на вход поступают два из трех любых сигналов или все три сигнала (мажоритарная функция, схема голосования два из трех).

Многотактные системы дискретной автоматики

Промышленные сети

• Промышленная сеть – среда передачи данных. Включает набор стандартных протоколов обмена данными и физический интерфейс связи
• Промышленные сети применяются на уровне устройств, обслуживающих реальный процесс производства и переработки материалов

Промышленные сети

Требования к «идеальной» промышленной сети:

• производительность;
• предсказуемость времени доставки информации;
• помехоустойчивость;
• доступность и простота организации физического канала;
• работа на длинных линиях;
• максимальный сервис для приложений верхнего уровня;
• минимальная стоимость устройств аппаратной реализации;
• возможность получения «распределенного интеллекта»;
• управляемость и самовосстановление;
• надежность физического и канального уровней;
• наличие специальных высоконадежных механических соединительных компонентов;
• обеспечение функций реального времени

Промышленные сети

• Предпочтительность сетевого решения как средства транспортировки данных можно оценить по следующей группе критериев:
• объем передаваемых полезных данных;
• время передачи фиксированного объема данных;
• удовлетворение требованиям задач реального времени;
• максимальная длина шины;
• допустимое число узлов на шине;
• помехозащищенность;
• денежные затраты в расчете на узел

Промышленные сети

Различают следующие типы сетей:

• локальные сети (LAN – Local Area Networks) – расположены на ограниченной территории;
• городские сети (MAN – Metropolitan Area Networks) – предназначены для обслуживания территории крупных городов. Эти сети связывают локальные сети в масштабах города и обеспечивают их выход в глобальные сети;
• глобальные сети (WAN – Wide Area Networks) – объединяют территориально удаленных пользователей на большой территории

Промышленные сети

Открытые промышленные сети – сети, на которые распространяются международные стандарты промышленных сетей.

• Сеть считается открытой, если она удовлетворяет следующим критериям:
• наличием полных опубликованных спецификаций;
• наличием доступных компонентов от ряда независимых поставщиков;
• организацией хорошо определенного процесса ратификации возможных дополнений к стандартам и спецификациям.

Промышленные сети

Промышленные сети, в зависимости от области применения подразделяются на два уровня:

• контроллерные сети (Field level) – промышленные сети этого уровня используются для управления процессом производства, сбором и обработкой данных на уровне промышленных контроллеров;
• сенсорные сети (Sensor/actuator level) или сети низовой автоматики – применяются для опроса датчиков и управления работой исполнительных устройств.

Промышленные сети

Промышленные сети

Типичные промышленные сети контроллерного уровня:

• PROFIBUS (Process Field Bus);
• Modbus Plus;
• ControlNet.

Типичные сети низовой автоматики:

• HART;
• Modbus;
• ASI (Actuator/Sensor Interface)
• DeviceNet.

Промышленные сети

Промышленные сети

Промышленные сети

Промышленные сети

Промышленные сети

Аппаратные интерфейсы ПК

Аппаратные интерфейсы ПК

Аппаратные интерфейсы ПК

• Особенности работы УАПП
• наличие программно управляемого тактового генератора, специализированного только для обслуживания UART, обеспечивающего большой набор тактовых частот и возможность передачи данных на высоких частотах даже при низкой системной тактовой частоте;
• способность работы в дуплексном режиме;
• возможность передавать как 8-и, так и 9-битные данные;
• фильтрация помех на входе путем многократного опроса каждого бита;
• аппаратная фиксация ошибок переполнения и кадрирования (ложный стоп-бит) при приеме данных;
• формирование трех различных прерываний с индивидуальными адресами векторов прерывания: при завершении передачи (Tx Complete), при завершении приема (Rx Complete) и при освобождении регистра данных передатчика (Tx Data Register Empty).