Мікроконтролери та одноплатні комп'ютери пропонують розробникам різні можливості для додатків автоматизації, що в першу чергу полягають у гнучкості налаштування та дешевизні рішення. Але чи можна довіряти даним елементам в умовах промислового середовища при використанні в устаткуванні, безперебійне функціонування якого є критично важливим?

Асортимент мікроконтролерів та міні-ПК, що з'явилися у світі ентузіастів, швидко розширюється, без жодних причин послаблення. Ці компоненти, у тому числі Arduino, і Raspberry Pi, пропонують незвичайні можливості, у тому числі велику екосистему, що включає інтегроване середовище розробки, підтримку та аксесуари, причому все дуже дешево. Деякі інженери в деяких випадках передбачають можливість застосування таких мікроконтролерів у пристроях промислової автоматизації замість програмованих логічних контролерів (ПЛК). Але хіба це мудро?

Гарне питання, але не потрібно поспішати з відповіддю, оскільки найчастіше є рішення, яке може бути очевидним з першого погляду. Давайте подивимося нижче поверхні і розглянемо чинники, які стосуються обговорення. За допомогою побіжного огляду ми побачимо, що сьогодні на ринку є близько вісімдесяти різних плат, у тому числі плати з мікроконтролерами, плати з ПЛІС FPGA і міні-ПК з широким спектром можливостей. У цьому матеріалі всі вони будуть умовно називатися мікроконтролерами. Аналогічним чином, незважаючи на те, що ПЛК мають широкий спектр можливостей, в цьому матеріалі передбачається ПЛК з добре продуманим і надійним контролером.

Розглянемо невеликий промисловий процес, що вимагає двох або трьох датчиків та виконавчого механізму. Система зв'язується з більшою системою керування, і для керування процесом необхідно написати програму. Це нескладне завдання для будь-якого невеликого ПЛК ціною приблизно 200 доларів, але привабливо задіяти значно дешевший мікроконтролер. При розробці спочатку виконується пошук периферії вводу-виводу, тут немає жодних проблем із ПЛК, але, ймовірно, це проблема для мікроконтролера.

Деякі мікроконтролерні виходи відносно легко конвертуються, наприклад, інтерфейс струмової петлі 4-20 мА. Інші дещо складніше перетворити, наприклад, аналоговий вихід із широтно-імпульсною модуляцією (ШІМ). Певна кількість перетворювачів сигналів доступна як стандартні продукти, але вони збільшують загальну вартість. Інженер, який наполягає на повному самостійному виробництві, може спробувати зробити перетворювач сам, але таке зобов'язання може бути непростим і вимагатиме чимало часу на розробку.

ПЛК працюють, можна сказати, з будь-яким промисловим датчиком і переважно не вимагають зовнішнього перетворення, оскільки вони призначені для підключення до величезного різноманіття датчиків, виконавчих механізмів та інших промислових елементів за допомогою модулів вводу/виводу. ПЛК також легко монтується, а плата мікроконтролера з контактами та роз'ємами вимагає деякої роботи з монтажу та погодження.

Мікроконтролер – це «голий» пристрій без операційної системи або з якоюсь простою операційною системою, яку потрібно налаштовувати під конкретні потреби. Зрештою, одноплатний комп'ютер, що продає за $40 і має Linux, навряд чи матиме багато можливостей для програмного забезпечення, що вбудовується, тому користувачеві залишається кодувати все, крім найголовніших можливостей.

З іншого боку, хоча навіть якщо додаток буде простим, ПЛК має безліч вбудованих можливостей, щоб зробити багато «за лаштунками», без використання спеціального програмування. ПЛК мають програмні сторожові таймери, щоб стежити за програмою, що виконується, і апаратними пристроями. Ці перевірки відбуваються при кожному скануванні з помилками або попередженнями, якщо виникає проблема.

У принципі, кожна з цих можливостей може бути внесена в мікроконтролер за допомогою програмування, але користувач повинен буде або написати підпрограми з нуля, або знайти програмні блоки і бібліотеки для повторного використання. Звичайно, їх необхідно перевірити в умовах цільового застосування. Інженер, що пише кілька програм для одного і того ж контролера, може повторно задіяти вже випробувані шматки коду, але такі можливості є в операційній системі практично кожного ПЛК.

Крім цього, ПЛК спроектовано так, щоб витримувати вимоги промислового середовища. ПЛК є міцним апаратом, він виготовлений і протестований, щоб витримувати удар і вібрацію, електричний шум, корозію та широкий діапазон температур. Найчастіше таких переваг мікроконтролери не мають. Для мікроконтролерів рідко проводять таку докладну та досконалу перевірку, і зазвичай ці пристрої включатимуть лише головні вимоги до певних ринків, такі як, наприклад, керування побутовою технікою.

Також варто сказати, що багато промислових механізмів та обладнання працюють протягом десятиліть, тому контролери також зобов'язані працювати дуже довго. У зв'язку з цим користувачам потрібна довгострокова підтримка. Оригінальні виробники обладнання зобов'язані у довгостроковій перспективі розраховувати на продукти, які вони застосовують у своїх пристроях, і повинні бути готовими, коли клієнт бажає придбати запасні частини для системи, запровадженої двадцять років тому чи раніше. Компанії, що займаються мікроконтролерами, буває, не в змозі забезпечити таке життя свого продукту. Більшість виробників ПЛК надають якісну підтримку, деякі навіть пропонують безкоштовну технічну підтримку. Втім, слід зазначити, що користувачі мікроконтролерів часто формують власні групи технічної підтримки, відповіді на багато питань часто зустрічаються в дискусійних групах та форумах із потребами, аналогічними до ваших власних.

Таким чином, мікроконтролери та різні типи налагоджувальних плат є скоріше інструментами для навчання, експериментування та прототипування. Вони дешеві та значно спрощують навчання складним концепціям програмування та автоматизації. Але в той же час, якщо завдання полягає в тому, щоб виробництво ефективно працювало, причому безпечно і без збоїв, ПЛК надають широкий спектр можливостей з надійністю, яка була перевірена та застосовувалася дуже довго. Коли фабрика повинна працювати безперебійно, і продукти повинні бути виготовлені якісно та без зволікання на виробничих лініях, надійність та безпека найважливіше.

У статті розглядається роль мікроконтролерів (МК) у системах промислової автоматизації, зокрема, йтиметься про те, як на базі мікроконтролерів реалізується інтерфейс реального світу для різного типу датчиків та виконавчих механізмів. Також ми обговоримо необхідність інтеграції в мікроконтролери високопродуктивних ядер, таких як ARM Cortex-M3, з прецизійною та спеціалізованою периферією, якою забезпечені мікроконтролери серії ADuCM360 компанії та сімейства EFM32 компанії Energy Micro(). Також не залишиться поза увагою щодо нового протоколу обміну даними, який орієнтований на цю область додатків, з конкретним посиланням на бюджетні мікроконтролери сімейства XC800 /XC16x () та (), і на спеціалізовані приймачі, включаючи ().

Мікроконтролери інтегрують у собі технічні можливості обробки змішаних сигналів і обчислювальну потужність, у своїй рівень продуктивності МК та його функціонал постійно зростає. Однак існують інші розробки, які дозволяють продовжити життєвий цикл бюджетних та низькопродуктивних мікроконтролерів.

За визначенням, мікроконтролери марні без зв'язку з «реальним світом». Вони були розроблені, щоб діяти як концентратори для входів і виходів, виконуючи завдання умовних переходів і керуючи послідовними та паралельними процесами. Їх роль визначається управлінням, тоді як можливість програмування означає, що характер управління задається логікою. Тим не менш, вони спочатку розроблялися з метою отримати інтерфейс для аналогового світу, і, отже, у роботі мікроконтролери істотно спираються на процес аналого-цифрового перетворення. Часто це цифрове уявлення аналогового параметра, зазвичай одержуваного від якогось датчика, основі якого будується процес управління, і основне застосування мікроконтролера у разі бачиться у системах автоматизації. Здатність керувати великими та складними механічними системами, використовуючи мініатюрний і відносно дешевий «шматочок» кремнію, сприяло тому, що мікроконтролери стали найважливішим елементом промислових систем автоматизації, і не дивно, що багато виробників стали випускати спеціалізовані сімейства мікроконтролерів.

Прецизійна робота

З міркувань комерційної необхідності передбачається, що процес перетворення даних, як ключова функціяМікроконтролери повинні бути економічно ефективно впроваджені в мікроконтролери, що призводить до підвищення рівня інтеграції функціоналу для обробки змішаних сигналів. Крім того, зростання рівня інтеграції сприяє збільшенню навантаження на ядро.

Низька вартість і гнучкість функціонала мікроконтролерів означає широке застосування мікроконтролерів у різних додатках, але виробники в даний час прагнуть об'єднання безлічі функцій в одному мікроконтролері з міркувань економічної ефективності, складності або безпеки. Де колись, можливо, використовувалися десятки мікроконтролерів, зараз буде потрібно лише один.

Тому не дивно, що те, що починалося з 4-розрядних пристроїв, тепер перетворилося на дуже складні та потужні 32-розрядні процесорні ядра, а ядро ​​ARM Cortex-M стало вибором багатьох виробників.

Поєднати високопродуктивне процесорне ядро ​​з прецизійним та стабільним аналоговим функціоналом - непросте завдання. Технологія КМОП є ідеальною для високошвидкісних цифрових схем, але з реалізацією чутливої ​​аналогової периферії можуть бути проблеми. Однією з компаній, що має величезний досвід у цій галузі, є Analog Devices. Розроблене компанією сімейство повністю інтегрованих систем збору даних ADuCM призначене для безпосередньої взаємодії з аналоговими прецизійними датчиками. За такого підходу як зменшується кількість зовнішніх компонентів, а й гарантується точність перетворення і вимірів.

Перетворювач, інтегрований, наприклад, в систему ADuCM360 з ядром ARM Cortex-M3, являє собою 24-розрядний сигма-дельта АЦП, що є частиною аналогової підсистеми. У зазначену систему збору даних інтегровані програмовані джерела струму збудження та генератор напруги зміщення, але більш важливою частиною є вбудовані фільтри (один з яких використовується для прецизійних вимірювань, інший - для швидких вимірювань), які застосовуються для виявлення великих змін вихідного сигналу.

Робота з датчиками в режимі «глибокого сну»

Виробники мікроконтролерів враховують важливу роль датчиків у системах автоматизації та починають розробляти оптимізовані вхідні аналогові схеми, які забезпечують спеціалізований інтерфейс для індуктивних, ємнісних та резистивних датчиків.

Розроблено навіть такі вхідні аналогові схеми, які можуть працювати автономно, наприклад, інтерфейс LESENSE (Low Energy Sensor) у мікроконтролерах із ультранизьким енергоспоживанням компанії Energy Micro (Малюнок 1). До складу інтерфейсу входять аналогові компаратори, ЦАП та контролер (секвенсер) з низьким споживанням, що програмується ядром мікроконтролера, але потім працює автономно, тоді як основна частина пристрою знаходиться в режимі «глибокого сну».

Контролер інтерфейсу LESENSE працює від джерела тактової частоти 32 кГц і керує його активністю, у той час як виходи компаратора можуть бути налаштовані як джерела переривань для «пробудження» процесора, а ЦАП може бути обраний джерелом опорного сигналу компаратора. Технологія LESENSE також включає програмований декодер, який можна налаштувати на генерування сигналу переривання тільки при виконанні умов декількох датчиків в один час. Компанія Digi-Key пропонує стартовий набір EFM32 Tiny Gecko Starter Kit, до якого входить демонстраційний проект LESENSE. Мікроконтролери сімейства Tiny Gecko виконані на ядрі ARM Cortex-M3 з робочою частотою до 32 МГц та націлені на застосування в системах промислової автоматизації, де потрібний вимір температури, вібрації, тиску та реєстрація рухів.

Протокол IO-Link

Впровадження нового потужного інтерфейсу датчиків та виконавчих механізмів допомагає багатьом виробникам продовжити життєвий цикл своїх 8- та 16-розрядних мікроконтролерів на арені промислових систем автоматизації. Цей протокол інтерфейсу передачі даних отримав назву IO-Link і вже підтримується лідерами у секторі промислової автоматизації та, зокрема, виробниками мікроконтролерів.

Передача даних за протоколом IO-Link здійснюється за 3-провідним неекранованим кабелем на відстані до 20 метрів, що дозволяє впровадити інтелектуальні датчики та виконавчі механізми в існуючі системи. Протокол має на увазі, що кожен датчик або виконавчий механізм є «інтелектуальним», тобто кожна точка виконана на мікроконтролері, але сам протокол дуже простий, тому для цих цілей цілком буде достатньо 8-розрядного мікроконтролера, і це саме те, що використовується в даний час багатьма виробниками.

Протокол (також відомий як SDCI - Single-drop Digital Communication Interface, регламентований специфікацією IEC 61131-9) є мережевим комунікаційним протоколом зв'язку типу «точка-точка», за допомогою якого зв'язуються датчики та виконавчі механізми з контролерами. IO-Link уможливлює інтелектуальним датчикам передавати в контролери свій статус, параметри всіх налаштувань та внутрішні події. Як такий він не призначений для заміни існуючих комунікаційних рівнів, таких як FieldBus, Profinet або HART, але може працювати разом з ними, спрощуючи обмін даними бюджетного мікроконтролера з прецизійними датчиками та виконавчими механізмами.

Консорціум виробників, які використовують IO-Link, вважає, що можна значно знизити складність систем, а також запровадити додаткові корисні функції, наприклад, діагностику в реальному часі за допомогою параметричного моніторингу (Малюнок 3). При інтеграції в топологію FieldBus через шлюз (знову ж таки, реалізується на мікроконтролері або програмованому логічному контролері), складні системи можуть контролюватись і керуватися централізовано з диспетчерської. Датчики і виконавчі механізми можна налаштувати віддалено, почасти тому, що датчики специфікації IO-Link знають про себе набагато більше, ніж звичайні датчики.

Насамперед зауважимо, що власний ідентифікатор (і виробника) та різні налаштування вбудовані в датчик у форматі XML і доступні за запитом. Це дозволяє системі миттєво класифікувати датчик та зрозуміти його призначення. Але, що важливіше, IO-Link дозволяє датчикам (і виконавчим механізмам) надавати контролеру дані безперервно в реальному часі. Фактично протокол передбачає обмін трьома типами даних: дані про процес, сервісні дані та дані про події. Дані про процес передаються циклічно, а сервісні дані передаються ациклічно і на запит провідного контролера. Сервісні дані можуть використовуватись під час запису/читання параметрів пристрою.

Деякі виробники мікроконтролерів приєдналися до консорціуму IO-Link, який нещодавно став Технічним Комітетом (TC6) у складі міжнародної спільноти PI (PROFIBUS & PROFINET International). По суті, IO-Link встановлює стандартизований метод для контролерів (включаючи мікроконтролери та програмовані логічні контролери) для ідентифікації, контролю та обміну даними з датчиками та виконавчими механізмами, які використовують цей протокол. Список виробників IO-Link-сумісних пристроїв постійно зростає, як і всебічна апаратно-програмна підтримка виробників мікроконтролерів.

Частина цієї підтримки походить від компаній, що спеціалізуються на цій галузі, наприклад, Mesco Engineering - німецька компанія, яка співпрацює з рядом виробників напівпровідникових приладів з метою розробки рішень IO-Link. У списку її партнерів досить великі та відомі компанії: Infineon, Atmel та Texas Instruments. Infineon, наприклад, портувала програмний стек від Mesco на свої 8-розрядні мікроконтролери серії XC800, а також підтримує розробку провідного пристрою IO-Link на базі своїх 16-розрядних мікроконтролерів.

Стек, розроблений Mesco, також був портований на 16-розрядні мікроконтролери Texas Instruments серії MSP430, зокрема для MSP430F2274.

Виробники також приділяють свою увагу розробці дискретних приймачів інтерфейсу IO-Link. Наприклад, компанія Maxim випускає мікросхему MAX14821, яка реалізує інтерфейс фізичного рівня мікроконтролера, що підтримує канальний рівень протоколу (Малюнок 4). Два внутрішніх лінійних регулятори виробляють загальні для датчика та виконавчого механізму напруги живлення 3.3 і 5 В, підключення до мікроконтролера для конфігурування та моніторингу здійснюється за послідовним інтерфейсом SPI.

Цілком імовірно, що завдяки простоті реалізації та впровадження інтерфейсу IO-Link, все більше виробників інтегруватимуть цей фізичний рівень з іншою спеціалізованою периферією, що є присутньою в мікроконтролерах, з метою застосування в промислових системах автоматизації. Компанія Renesas вже представила асортимент спеціалізованих контролерів IO-Link Master/Slave на основі своїх 16-розрядних мікроконтролерів сімейства 78К.

Системи промислової автоматизації завжди залежали від поєднання вимірювань та управління. Протягом останніх кількох років помітне зростання рівня промислових мережевих комунікацій та протоколів, однак, інтерфейс між цифровою та аналоговою частиною системи залишився відносно незмінним. З введенням інтерфейсу IO-Link датчики і виконавчі механізми, що розробляються в даний час, здатні все ж таки взаємодіяти з мікроконтролером у більш витонченій формі. Комунікаційний протокол зв'язку типу «точка-точка» забезпечує як простіший спосіб обміну даними для управління елементами системи, а й розширення можливостей бюджетних мікроконтролерів.

Трохи пізніше з'явилися ПЛК, які можна було програмувати машинно-орієнтованою мовою, що було простіше конструктивно, але вимагало участі спеціально навченого програміста для внесення навіть незначних змін до алгоритму управління. З цього моменту розпочалася боротьба за спрощення процесу програмування ПЛК, яка спричинила спочатку створення мов високого рівня...

Якщо ця робота Вам не підійшла внизу сторінки, є список схожих робіт. Також Ви можете скористатися кнопкою пошук

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ

Бійський технологічний інститут (філія)

Федерального державного бюджетного навчального закладу вищої професійної освіти «Алтайський державний технічний університет ім. І.І. Повзунова»

Кафедра "Методів та засобів вимірювань та автоматизації"

Реферат

на тему: «Програмовані логічні мікроконтролери. Призначення, сфера застосування.

виконав

студент гр. ПС 24 _____________________Р.А.Тітов

Підпис, в.о. прізвище

перевірив

викладач каф. МСІА ___________________ Д.С. Абраменко

підпис, в.о. прізвище

Бійськ 2014

Вступ

1. Поняття програмованого логічного контролера 5

2. Призначення та застосування контролерів 7

3. Порівняльний аналіз ринкових моделей 10

4. Програмування ПЛК 16

Висновок 20

Список використаних джерел 21

ВВЕДЕННЯ вуйний

Слово "контролер" походить від англійського "control" (управління), а не від російського "контроль" (облік, перевірка).Контролером в системах автоматизації називають пристрій, що виконує управління фізичними процесами за записаним у нього алгоритмом, з використанням інформації, що отримується від датчиків і виводиться у виконавчі пристрої.

Перші контролери з'явилися на рубежі 60х і 70х років в автомобільній промисловості, де використовувалися для автоматизації складальних ліній. Тоді комп'ютери коштували надзвичайно дорого, тому контролери будувалися на жорсткій логіці (програмувалися апаратно), що було набагато дешевше. Однак перенастроювання з однієї технологічної лінії на іншу вимагало фактично виготовлення нового контролера. Тому з'явилися контролери, алгоритм роботи яких міг бути змінений дещо простіше – за допомогою схеми з'єднань реле. Такі контролери отримали назвупрограмованих логічних контролерів(ПЛК ), і цей термін зберігся до теперішнього часу.

Трохи пізніше з'явилися ПЛК, які можна було програмувати машинно орієнтованою мовою, що було простіше конструктивно, але вимагало участі спеціально навченого програміста для внесення навіть незначних змін до алгоритму управління. З цього моменту розпочалася боротьба за спрощення процесу програмування ПЛК, яка призвела спочатку до створення мов високого рівня, потім спеціалізованих мов візуального програмування, схожих на мову релейної логіки. В даний час цей процес завершився створенням міжнародного стандарту IEC (МЕК) 1131 3 [ Bertocco ], який пізніше був перейменований на МЕК 61131-3 [ IEC].

Широке застосування засобів автоматизації виробничих процесів, що безпосередньо впливає на скорочення витрат і підвищення якості продукції, стає головним фактором розвитку вітчизняного промислового виробництва. Найкращий доказ цього зростає вплив на світовому ринку російських металургів, нафтовиків, підприємств оборонного комплексу. Інвестуючи в автоматизацію, модернізацію та розвиток виробництва, сьогодні саме ці галузі стають локомотивом усієї вітчизняної промисловості.

Сучасне підприємство поряд з повністю автоматизованими або роботизованими лініями включає й окремі напівавтономні ділянки системи блокування та аварійного захисту, системи подачі води та повітря, очисні споруди, вантажно-розвантажувальні та складські термінали тощо. Функції автоматизованого управління для них виконують програмно-технічні комплекси (ПТК). Вони будуються з використанням апаратно-програмних засобів, до яких належать засоби вимірювання та контролю та виконавчі механізми, об'єднані в промислові мережі та керовані промисловими комп'ютерами за допомогою спеціалізованого ПЗ. При цьому, на відміну від комп'ютерних мереж, центральною ланкою ПТК є не головний процесор, а логічні контролери, що програмуються, об'єднані в мережу.

Автоматизовані системи управління технологічними процесами (АСУ ТП) поєднують різні об'єкти та пристрої, локальні та віддалені, в єдиний комплекс і дозволяють контролювати та програмувати їх роботу як загалом, так і окремо. Цим забезпечується максимальна ефективність та безпека виробництва, можливість оперативного налагодження та переналагодження, суворий облік та планування показників операційної діяльності, оптимізація бізнесових процесів.

1. 
   Поняття програмованого логічного контролера

Програмований логічний контролер (скорочено, ПЛК) електронний компонент, що застосовується в сучасних системах автоматизації. Програмовані логічні контролери використовуються головним чином при автоматизації промислових та виробничих процесів. ПЛК різних типів також застосовуються для організації автоматизованого керування системами вентиляції та кондиціювання, для підтримки заданого температурного режиму у приміщенні тощо. Застосування логічних контролерів дозволяє створити практично повністю автономну системууправління, що здійснює свою діяльність з урахуванням властивостей, характеристик та стану контрольованого об'єкта. Участь оператора зводиться до загального спостереження за процесом керування та, за необхідності, зміни заданої програми роботи.

Контролери ПЛК відносяться до категорії пристроїв реального часу і мають цілу низку істотних відмінностей від обладнання зі подібними призначенням та архітектурою. Зокрема, головною відмінністю програмованих логічних контролерів від звичайних комп'ютерів є розвинена система обробки вхідних та вихідних сигналів виконавчих механізмів та різних датчиків; головною відмінністю від систем управління ? схема монтажу, окремого від об'єкта управління.

Перші логічні контролери були досить великогабаритні системи, що складаються з з'єднаних між собою контактів і реле. Схема функціонування цих пристроїв ставилася ще на стадії проектування і згодом не могла бути змінена.

Контролери, що програмуються за допомогою особливої ​​мови Ladder Logic Diagram («сходової логіки»), стали наступним поколінням і замінили собою пристрої із жорстко заданою логікою. Внутрішня фізична комутація (тобто контакти та реле) була замінена в них віртуальною і являла собою програму, що виконується мікроконтролером пристрою. Сучасним різновидом контролерів, програмованих після проектування та складання, є так звані вільно програмовані контролери. Для зміни робочих параметрів, діагностики та обслуговування цих пристроїв використовуються спеціальні пристрої програматори, або ПК, оснащені відповідними інтерфейсами для підключення та програмним забезпеченням. Крім того, для керування вільно програмованими контролерами застосовуються різні системилюдино-машинного інтерфейсу, зокрема операторські панелі. Найважливішими елементамикомплексів автоматизованого управління є також датчики та виконавчі пристрої, що приєднуються до ПЛК централізовано або методом розподіленої периферії.

Для програмування ПЛК контролерів було розроблено ряд стандартизованих мов, описаних у міжнародному стандарті МЕК 61131 .

2. Призначення та застосування контролерів

Програмовані логічні контролери (ПЛК) є широко поширеними засобами автоматизації у складі локальних і розподілених систем контролю та управління.

Терміном ПЛК позначають пристрої, здійснюють перетворення, обробку, зберігання інформації та вироблення команд управління або керуючих регулюючих впливів, реалізовані на базі мікропроцесорної техніки і є, по суті, спеціалізованими керуючими обчислювальними комплексами для роботи в локальних і розподілених системах управління в реальному масштабі часу.

Програмовані логічні контролерипризначені для створення систем автоматизованого керування технологічним обладнаннямв енергетиці, транспорті, зокрема. залізничному, в різних галузях промисловості, житлово-комунального та сільського господарства (рисунок 1).

Програмовані логічні контролери (ПЛК) переважно орієнтовані реалізацію логічних функцій, а чи не арифметичних операцій у реальному масштабі часу і використовують замість релейних схем управління, т. е. керувати напівпровідниковими схемами електроавтоматичних пристроїв технологічних об'єктів.

ПЛК реалізують всілякі функції командоапаратів і мікроконтролерів і створюються на базі мікро ЕОМ. Дані мікро ЕОМ можна розглядати як універсальну програмно настроювану модель цифрового керуючого автомата. Можливість застосування ПЛК як універсальний локальний пристрій управління всілякими технологічними процесами досягається шляхом внесення в ПЛК програми, що визначає алгоритм роботи конкретного об'єкта управління без зміни його електричної структури.

Таким чином, орієнтація ПЛК, як пристрої загального призначення, в якій області застосування, досягається завдяки відповідному програмуванню.

ПЛК може являти собою або цілий, неподільний продукт, що поставляється одним виробником, або кілька продуктів складових частин, що поставляються одним або різними виробниками.

За функціональним призначенням у ПЛК можна виділити такі основні частини:

а) процесор, який здійснює прийом, обробку та видачу інформації,

б) пристрій сполучення процесора з об'єктом (УСО),

в) пристрій сполучення процесора з людиною оператором,

г) програмне забезпечення (ПЗ) (рисунок 2).

Малюнок 2 | Архітектура ПЛК

Вимоги, що висуваються до ПЛК, різноманітні, оскільки ПЛК застосовуються для різноманітних видів діяльності (робочими, технологами, інженерами) .

Малюнок 1 Можливі схеми роботи контролерів у промисловості

1. Порівняльний аналіз ринкових моделей

На даний момент існує багато фірм, які виробляють ПЛК. Проте наявність різних ПЛК ставить таке питання: як вибрати з цього різноманіття необхідний контролер? Більшості споживачів потрібно не перевага однієї якоїсь характеристики, а якась інтегральна оцінка, що дозволяє порівняти ПЛК за сукупністю показників і якостей. А це вже окрема проблема. Так при маркетингу з'ясувалося, що багато фірм не наводять дані щодо надійності (MTBF та MTTR). Однак там, де ці параметри є, розкид на порядки.

Один з найважливіших параметрів ПЛК швидкодія в каталогах фірм вказується в абсолютно різних варіантах. Можуть фігурувати час виконання бінарних команд, час опитування 1К дискретних входів, виконання змішаних команд тощо.

Спектр контролерів, що пропонуються сьогодні, надзвичайно широкий. Всі вони побудовані за магістральним модульним принципом, монтуються на панель або DINрейку, працюють від напруги +24 В, підтримують протоколи обміну Fieldbus, мають широкий набір модулів:

• модулі дискретних входів/виходів;
• комунікаційні модулі;
• модулі аналогового введення/виведення;
• модулі терморегуляторів;
• модулі позиціонування;
• модулі ПІД регулятора;
• модулі контролю за рухом.

Контролери мають рівні функціональні можливості, близькі технічні та експлуатаційні характеристики та навіть майже однакові розміри. У такій ситуації необхідно визначити критерії оцінки та вибору ПЛК, що задовольняє поставлене завдання.

Враховуючи специфіку пристроїв, критерії оцінки можна розділити на три групи:

• технічні характеристики;
• експлуатаційні характеристики;
• споживчі характеристики.

Крім того, необхідно розділити характеристики на прямі (для яких позитивним результатом є її збільшення) та зворотні (для яких позитивним результатом є її зменшення).

Оскільки показники між собою конфліктні, тобто. покращення однієї характеристики майже завжди призводить до погіршення іншої, необхідно для кожної характеристики визначити ваговий коефіцієнт, що враховує рівень впливу даної характеристики на корисність пристрою.

Нижче наведено кілька компаній, які виробляють ПЛК.

Advantech. Контролери та модулі введення /висновку

Тайванська компанія Advantech пропонує виробляє широку лінійку контролерів та модулів введення/виведення. Багатофункціональні PC сумісні пристрої цієї компанії мають широкі можливості та можуть бути використані як для простих завдань автоматизації, так і для високовідповідальних додатків з високою швидкодією.

Малюнок Зовнішній вигляд контролерів Advantech Launches its BAS 3000 Series

Існують дві основні серії контролерів Advantech - це APAX - 5000 і ADAM - 5000. APAX - 5000 з відкритою архітектурою, що дозволяє використовувати різні додатки і має високошвидкісний обчислювальний процесор (APAX5570XPE/5571XPE), забезпечуючи . ADAM 5000 оснащені широким набором інтерфейсів для зв'язку, що забезпечують гнучкість комунікаційних з'єднань.

ICP DAS

Малюнок | Зовнішній виглядконтролерів WinCon, uPAC, XPAC

Компанія ICP DAS випускає ПЛК і модулі вводу-виводу широко відомих у Росії серій I 7000, I 8000, uPAC, WinCon, WinPAC, XPAC, iPAC і т.д.

Можливість застосування більш дешевих, відпрацьованих та швидко розвиваються відкритих архітектур на базі РС - сумісної платформи дозволяє широко використовувати вироби компанії ICP DAS для завдань, де раніше застосовувалися лише звичайні PLC.

Перевагами контролерів ICP DAS є:

• низька ціна PLC;
• використання відкритих протоколів;
• простота програмування та доступність широкого спектру програмного забезпечення;
• простота інтеграції із системами управління вищого рівня.

Контролери ОВЕН (ПЛК ОВЕН)

Компанія ОВЕН вже понад 15 років виготовляє широкий ряд приладів первинної автоматики. Компанія ОВЕН у 2005 році розпочала розробку керуючих контролерів для широкого застосування. Вони використовувалася сучасна елементна база і від початку закладалися потужні апаратні ресурси і широкі програмні можливості.

Малюнок Зовнішній вигляд ПЛК ОВЕН

Для їх програмування використовується середовище CoDeSys, розроблене німецькою компанією 3S-Software. Крім того, контролери ОВЕН можуть програмуватись за допомогою інтегрованої SCADA та SoftLOGIC системи MasterSCADA.

Контролери Сегнетікс

Російська компанія "Сегнетікс" (Segnetics) виробляє три лінійки контролерів. Перша лінійка SMH2010 універсальні панельні контролери для автоматизації широкого спектру об'єктів в області ЖКГ, автоматизації будівель та промисловості. Друга лінійка призначена для автоматизації систем вентиляції Pixel.

Малюнок Зовнішній вигляд ПЛК Сегнетикс

Третя лінійка - SMH 2G - друге покоління панельних ПЛК, призначених для автоматизації інженерних систем будівель і технологічних процесів у промисловості.

1. Програмування ПЛК

Використання ПЛК характеризується:

а) наочний опис технологічних процесів, що автоматизуються, і подальше налагодження в термінах вихідного опису;

б) мобільність - здатність до перенесення на різні апаратні та операційні платформи, ефективне виконання програми в реальному часі;

в) наочність опису визначається характером об'єкта та наступними завданнями з управління об'єктом:

1) завдання паралельної обробки великої кількості логічних контурів (сот і тисяч) з обробкою виконавчих дій при настанні тих чи інших подій. В основі логічного контуру лежить перевірка істинності логічної функції від кількох змінних, а подія рівнозначна істинності цієї функції. Завдання такого роду характерні, наприклад, для таких технологічних об'єктів, як електростанції, хімічні виробництва та виробництва з переробки нафти. Завдання адекватно та наочно описується системою булевих рівнянь. Всі мови стандарту, за винятком SFC, добре підходять для опису подібних завдань, оскільки вони містять у собі засіб представлення булевих функцій (мови IL, ST), або є графічною формою їх відображення (мови LD, FBD).

2) завдання управління процесом, що проходить у своєму розвитку через низку станів (кроків, стадій). Перехід від одного стану до іншого відбувається за подіями, що формуються за сигналами датчиків процесу. Такі завдання управління виникають, наприклад, при керуванні транспортно-складськими системами, агрегатними верстатами, робототехнічними комплексами, характерні вони і для об'єктів, перерахованих у п. 1, зокрема, при пуску та зупинці турбіни та ін. моделями. У стандарті така модель будується з використанням мови SFC (розмітка стану, логіка управління) та будь-якої іншої мови (опис дії, пов'язаних зі станом, та подій, що наказують зміну станів). Зауважимо, що такі завдання можуть бути повністю представлені за допомогою інших мов стандарту, наприклад мови FBD з використанням елементів пам'яті тригерів, але в цьому випадку автоматна модель буде виражена неявно.

3) завдання автоматичного регулювання (ПІД, закони, нечітке управління тощо) зустрічаються практично скрізь. Тут зазвичай використовуються бібліотеки заздалегідь розроблених компонентів графічних блоків для мов LD і FBD та підпрограм для мов ST і PL.

4) завдання керування розподіленими технологічними об'єктами, оптимізаційні, а також завдання, пов'язані з інтелектуальним аналізом даних. Завдання такого типу вирішуються у складних технологічних об'єктах типу хімічних виробництв. Тут як засоби адекватного опису можуть використовуватися мови ST, універсальні типу С, С++, Паскаль, сценарні типу Visual Basic, об'єктно-орієнтовані типу Java.

Мобільність мов, тобто. здатність до перенесення на різні апаратні та операційні платформи може підтримуватися для мов стандарту у разі використання пакета від одного розробника. Це пов'язано з неможливістю співіснування в одній розробці програм однаковими мовами від різних постачальників, оскільки вимоги стандарту IЕС 61131 3 носять рекомендаційний характер, а отже, призводять до відмінностей у реалізації мов у різних виробників.

Ефективне виконанняв РВ дає відповідь, наскільки швидко зможе відреагувати система управління (ПЛК) на подію. Зазвичай використовують поняття «тимчасової цикл», тобто. інтервал часу, що задається заздалегідь, наприклад, в діапазоні 10 ... 300 мс, протягом якого ПЛК зможе гарантовано відреагувати на вхідний вплив. Задля більш швидкої реакції служать звані ініціативні сигнали, які обробляються по перериванню (від десятків до сотень мікросекунд).

Для широкого кола додатків завдання забезпечення необхідного тимчасового циклу вирішується досить легко завдяки високій швидкодії процесорів, що використовуються ПЛК. Наприклад, в контролерах Modicon застосовуються процесори компанії Intel від Intel 286 до Pentium. Проте тут є одна проблема: неефективне використання процесора при керуванні об'єктами, в яких здійснюється в основному обробка логічної інформації, при якій використовується лише один розряд з 32. Якщо знайти вирішення цієї проблеми, то принаймні можна буде знизити клас застосовуваного процесора, що вигідно з економічних міркувань.

Відповідно до вимог стандарту, не зумовлені об'єкти повинні мати ім'я та тип, оголошені програмістом, зумовлені об'єкти розподіляються на три зони: зону пам'яті (%М), зону входів (%1) і зону виходів (%Q). Об'єктами можуть бути: біти (X), байти (В), слова (W), подвійні слова (D), «довгі» слова (L) 64 біта

Обмеження стандарту:

а) не фіксується ім'я завдань;

б) розмір графічного редактора залишається на вибір користувача;

в) немає мінімальної кількості функцій, готових до реалізації, але

якщо використовується ім'я за стандартом (функціональний блок тощо), то

воно має відповідати стандарту;

г) сервісні утиліти та засоби розробки та налагодження додатка

(редактори, мови, документування тощо) не визначено;

д) немає точних правил виконання програми (наприклад, для

функціональних блоків);

е) не описана конвертованість мов.

Сертифікат IЕС 61131 3 на сьогодні не існує, немає певного «класу відповідності». Кожен розробник, який оголосив свою відповідність до норми, повинен подати документацію таблиць відповідності, а також список додаткових розширень.

Переваги стандарту для кінцевих користувачів полягають у тому, що зменшується вартість навчання, додатки користувача однорідні, структура програм ідентична, використовуються зумовлені об'єкти тощо. Різноманітність стандартних мов дозволяє кожну функцію програми запрограмувати мовою, що найбільш підходить для даного завдання.

Дотримання стандарту дозволяє розробникам ПЛК забезпечити відповідність розробки технічним вимогам, що пред'являються споживачами, і навіть запровадити додаткові функції, які можуть зробити дрібні постачальники ПО .

Висновок

Перша і головна перевага ПЛК, що зумовила їх широке поширення, полягає в тому, що один компактний електронний пристрій може замінити десятки та сотні електромеханічних реле.

Друга перевага в тому, що функції логічних контролерів реалізуються не апаратно, а програмно, що дозволяє постійно адаптувати їх до роботи в нових умовах з мінімальними зусиллями та витратами.

Застосування ПЛК забезпечує високу надійність, просте тиражування та обслуговування систем керування, прискорює монтаж та налагодження обладнання, забезпечує можливість швидкого оновлення алгоритмів керування (у тому числі і на обладнанні, що працює).

Список використанихджерел

1. І.Г. Мінаєв, В.В. Самойленко «Програмовані логічні контролери. Практичний посібник для інженера-початківця». Москва.: «Аргус», 2009.

2. І.В. Петров «Програмовані логічні контролери. Стандартні мови та прийоми прикладного програмування». М.: «Солон Пресс», 2004.

3. Енциклопедія [Електронний ресурс]. Форма доступу http://wikipedia.

4. Овен [Електронний ресурс]. Форма доступу http://www.owen.ru.

5. Технічна колекція Schneider Electric . Випуск №16. "Системи автоматичного управління на основі програмованих логічних контролерів". «Schneider Electric Publisher», 2008.

6. Segnetics [Електронний ресурс]. Форма доступу http://www. segnetics. com.

Промислове застосування мікроконтролерів дуже широке. Вони включають автоматизацію прийняття рішень, управління двигунами, створення людина-машинних інтерфейсів (HMI), датчики і програмований логічний контроль. Все частіше проектувальники впроваджують мікроконтролери в раніше "нерозумні системи", а також швидке поширення промислових IoT (інтернет речей) значно прискорює процеси впровадження мікроконтролерів. Тим не менш, промислове застосування вимагає більш низького споживання електричної енергії та раціональнішого її використання.

Тому виробники мікроконтролерів впроваджують свої вироби у промисловий та суміжні ринки, пропонуючи при цьому високу продуктивність та гнучкість, але з мінімальним споживанням електроенергії.
Зміст:

Вимоги до промислових мікроконтролерів

Як правило, промислове середовище пред'являє підвищені вимоги до електрообладнання через більш жорсткі умови експлуатації, такі як можливі електричні перешкоди та великі стрибки струмів і напруг, викликані роботою потужних електродвигунів, компресорів, зварювального обладнання та інших машин. Також можуть виникати електростатичні та електромагнітні перешкоди (EMI) та багато інших.

Низька напруга живлення та геометричні процеси 130 нм (щільність розміщення елементів. Досягнуто у 2000-2001 роках провідними компаніями з виробництва мікросхем) або менше, не дозволяє обробляти перераховані вище небезпеки. Для усунення можливих аварійних ситуацій використовують спеціальні зовнішні схеми захисту, спеціальні плати, що розташовуються між силовою частиною та «землею». Якщо виробники мікроконтролерів хочуть підкорювати сучасний світовий ринок, їм необхідно дотримуватись кількох вимог, які ми розглянемо нижче.

Мале споживання потужності

Сучасні системи управління та контролю стають все більш складними, що підвищує вимоги до здійснення обробки окремих віддалених блоках датчиків. Чи потрібно ці дані обробляти локально або використовувати кількість цифрових протоколів зв'язку, що постійно зростає? Більшість сучасних розробників включають мікроконтролер до складу датчика вимірювання, щоб додати йому додаткові функції. Сучасні системи включають монітори стану електродвигунів, функції дистанційного вимірювання рідин і газів, управління регулюючими клапанами і так далі.

Багато промислових вузлів датчиків значно віддалені від джерел живлення, де великий недолік - падіння напруги на лінії від джерела до датчика. Деякі датчики використовують струмову петлю, де втрати менше. Але незалежно від типу живлення, низьке споживання мікроконтролера є обов'язковим.

Також існують і системи живлення від батарей – системи автоматизації будівель, датчики. пожежної сигналізації, детектори руху, електронні замки та термостати. Також існує безліч медичних пристроїв, такі як вимірювачі глюкози у крові, монітори серцевого ритму та інше обладнання.

Технології не встигають за можливостями смарт систем, що постійно розростаються, що підвищує необхідність зведення до мінімуму споживання енергії елементами системи. Мікроконтролер повинен споживати в робочому режимі мінімум електроенергії і мати можливість переходу в режим сну з мінімальним споживанням енергії, а також прокидатися за заданою умовою (внутрішній таймер або зовнішнє переривання).

Можливість збереження даних

Важлива примітка щодо роботи батарей: будь-яка батарея рано чи пізно розряджається і не може підтримувати потужність, що віддається, на необхідному рівні. Так, якщо ваш мобільний телефон вимкнеться серед розмови, це викликає роздратування, а от якщо відключиться медичний апарат у процесі операції або система складного виробничого циклу – це може призвести до трагічних наслідків. Під час живлення від мережі напруга може зникнути внаслідок великого навантаження або аварії на лінії.

У таких ситуаціях дуже важливо, щоб мікроконтролер зміг прорахувати ситуацію відключення та зберегти всі важливі робочі дані. Було б дуже добре, якби пристрій міг зберігати стан центрального процесора ЦПУ, лічильника програми, годинник, регістри, стан входів/виходів і так далі, щоб після повторної роботи пристрій зміг відновити свою роботу без «холодного» запуску.

Численні комунікаційні можливості

Коли йдеться про зв'язок, то у промислових застосуваннях керують гамою. При цьому в провідному зв'язку існують практично всі види, починаючи від класичної струмової петлі 4 - 20 мА і RC-232 і закінчуючи Ethernet, USB, LVDS, CAN та багатьма іншими видами протоколів обміну. У міру набору IoT популярності почали з'являтись бездротові протоколи зв'язку та змішані протоколи, наприклад, Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee. Говорячи простою мовою - ймовірність того, що дана галузь осяде на якомусь одному протоколі обміну даними дорівнює нулю, тому сучасні мікроконтролери повинні вміщувати в собі цілу низку варіантів зв'язку.

Безпека

Остання версія інтернет протоколу IPv6 має 128-бітове адресне поле, яке надає йому теоретичний максимум у 3,4 х10 38 адрес. Це більше ніж піщин у світі! З такою величезною кількістю пристроїв, які потенційно відкриті для зовнішнього світу, стає актуальним питання безпеки. Багато існуючі рішеннязасновані на використанні відкритого програмного забезпечення, такого як OpenSSL, проте результати даного використання далеко не найкращі.

Кілька жахливих історій все ж таки мали місце. У 2015 році дослідники озброївшись ноутбуком та мобільним телефоном, зламали Jeep Cherokee за допомогою бездротового інтернет підключення. Їм навіть вдалося відключити гальма! Природно, цей недолік був усунений розробниками, проте небезпека залишається. Можливість злому сучасних систем підключених до мережі Інтернет тримає експертів IoT у напрузі, адже якщо змогли зламати автомобіль, то можуть зламати і систему цілого заводу чи фабрики, а це вже набагато небезпечніше. Пам'ятаєте Stuxnet?

Ключовою вимогою до сучасних промислових мікроконтролерів є надійні програмні та апаратні функції безпеки, такі як шифрування AES.

Масштабований набір основних опцій

Продукт, який намагається задовольнити всіх користувачів, не задовольнить нікого.

Деякі промислові програми пріоритетом собі ставлять низьке енергоспоживання. Наприклад, бездротова система моніторингу для реєстрації температури в системі заморожування продуктів або система накладного датчика для збирання фізіологічних даних. Дана система проводить більшу частину свого робочого часу в режимі сну і періодично «прокидається» для виконання декількох простих завдань.

Великомасштабний промисловий проект поєднуватиме мікроконтролери з різними комбінаціями продуктивності та споживаними потужностями. Щоб прискорити обробку і прискорити час виходу ринку, він повинен легко портувати код програми між ядрами, залежно від функціональних завдань.

Гнучкий набір периферійних пристроїв

Враховуючи величезні обсяги промислового контролю, обробки та вимірювання, будь-яке промислове сімейство мікроконтролерів повинно мати мінімальний набір периферійних пристроїв. Деякі з «мінімального набору»:

• Середня роздільна здатність (10-, 12-, 14-біт) аналогово-цифрових перетворювачів АЦП, що працюють зі швидкістю до 1МВибірок/с;
• (24-розрядна версія) з високою роздільною здатністю для нижчих швидкостей високоточних додатків;
• Декілька варіантів послідовного зв'язку, особливо I2C, SPI та UART, але бажано і USB;
• Функції безпеки: захист IP, апаратний прискорювач Advanced Encryption Standard (AES);
• Вбудовані LDO та DC-DC перетворювачі;
• Спеціалізовані периферійні пристрої для виконання загальних завдань, наприклад, модуль сенсорного ємнісного вимикача, драйвер РК панелі, трансімпедансний підсилювач і так далі.

Потужні інструменти для розробки

Нові проекти стають все більш складними та потребують поліпшення та прискорення процесів розробки. Для того, щоб не відставати від сучасних тенденцій, будь-яка родина промислових мікроконтролерів повинна мати повну підтримку на всіх етапах розробки та експлуатації, яка включає програмне забезпечення, засоби та інструменти для розробки.

Екосистема програмного забезпечення повинна включати GUI IDE, операційну (RTOS), відладчик, приклади написання коду, інструменти генерації коду, периферійні налаштування, бібліотеки дайверів і API. Також має бути підтримка процесу проектування, бажано з онлайн доступом до заводських експертів, а також онлайн чату користувачів, де можливий обмін порадами та рекомендаціями.

Сімейство малопотужних промислових мікроконтролерів MSP43x

Деякі виробники розробили рішення для задоволення попиту ринку. Одним із яскравих прикладів таких виробників є Texas Instruments з його сімейством MSP43x, яке пропонує відмінне поєднання високої продуктивності та низького енергоспоживання.

Більше 500 пристроїв входить до лінійки MSP43x, включаючи навіть MSP430 з наднизьким рівнем енергоспоживання, заснованого на 16-бітному RISC ядрі та MSP432, здатного поєднувати високий рівень продуктивності з наднизьким енергоспоживанням. Ці пристрої мають 32-бітове ARM Cortex-M4F ядро ​​з плаваючою комою та з флеш-пам'яттю до 256 Кбайт.

MSP430FRxx це сімейство зі 100 пристроїв, що використовують сегнетоелектричну пам'ять з довільним доступом (FRAM) для унікальних можливостей продуктивності. FRAM, відома також як FeRAM або F-RAM, поєднує функції флеш і SRAM технологій. Вона енергонезалежна зі швидким записом та низьким енергоспоживанням, витривалість запису 10 15 циклів, покращений код та безпека даних порівняно з флеш або EEPROM, а також підвищену стійкість до радіації та електромагнітних випромінювань.

Сімейство MSP43x підтримує безліч промислових та інших додатків з низьким енергоспоживанням, включаючи мережеву інфраструктуру, процеси контролю, тестування та вимірювання, застосування в системах домашньої автоматизації, медичному та фітнес обладнанні, персональних електронних пристроях, а також у багатьох інших.

Приклад наднизького енергоспоживання: дев'ятиосні датчики, об'єднані за допомогою MSP430F5528

При дослідженні та вимірі в додатках дедалі більше датчиків «зливаються» в єдину систему і використовують загальне програмне та апаратне забезпечення для об'єднання даних з декількох пристроїв. Зливання даних коригує окремі недоліки датчиків і підвищує продуктивність щодо положення або орієнтації у просторі.

Схема вище показує блок-схему курсовертикалі (AHRS), яка використовує MSP430F5528 з низьким енергоспоживанням, а також магнітометр, гіроскоп та акселерометр по всіх трьох осях. MSP430F5528 оптимізує та розширює життєвий цикл батареї портативного вимірювального пристрою, що містить 16-бітне RISC ядро, апаратний помножувач, 12-бітний АЦП і кілька послідовних модулів, що включають USB.

Програмне забезпечення використовує алгоритм косинусно-матричного управління (direction-cosine-matrix (DCM)), який приймає калібровані показання датчиків, обчислює їх орієнтацію в просторі і виводить значення у вигляді висоти, крену, відхилення від курсу, які називаються кутами Ейлера.

У разі потреби MSP430F5xx може взаємодіяти з датчиками руху через послідовний I 2 C протокол. Це може приносити користь всій системі, оскільки основний мікроконтролер звільняється з обробки інформації з датчика. Він може залишатися в режимі очікування, знижуючи тим самим енергоспоживання, або задіяти ресурси, що звільнилися, для вирішення інших завдань, підвищивши, таким чином, продуктивність системи.

Приклад високоефективної програми: BPSK модем використовує MSP432P401R

Двійкова фазова маніпуляція (BPSK) є цифровою схемою модуляції, яка передає інформацію шляхом зміни фази опорного сигналу. Типовим застосуванням буде оптична система зв'язку, яка використовує модем BPSK для забезпечення додаткового каналу зв'язку сигналів з низькою швидкістю передачі даних.

BPSK використовує два різні сигнали для представлення двійкових цифрових даних у двох різних фазах модуляції. Носієм однієї фази буде біт 0, у той час як зміщена на 180 0 фаза буде бітом 1. Така передача даних показана нижче:

MSP432P401R утворює основу конструкції. На додаток до 32-розрядного ARM Cortex-M4 ядру, цей пристрій має 14-біт, 1-Mвибірок / с АЦП та CMSIS цифрової обробки сигналів (DSP) бібліотеки, що дозволяє йому ефективно обробляти складні функції цифрової обробки сигналів.

Нижче показані передавач (модулятор) та приймач (демодулятор):

Реалізація включає BPSK модуляцію і демодуляцію, пряму корекцію помилок, корекцію помилок для поліпшення BER і цифрове формування сигналу. BPSK включає необов'язкову кінцево-імпульсну характеристику (FIR) фільтра нижніх частот для покращення відношення сигнал-шум (SNR) до демодуляції.

Характеристики модулятора BPSK:

• несуча частота 125 кГц;
• бітова швидкість до 125 кбіт/с;
• Повний пакет чи кадр до 600 байт;
• x4 передискретизації носія на 125 кГц (тобто частота дискретизації 500 Квибірок/с)

Висновки

Мікроконтролери для промислового використання повинні мати поєднання високої продуктивності, низького енергоспоживання, гнучкого набору функцій та потужну екосистему розробки програмного забезпечення.

Серед різноманітних галузей вітчизняної промисловості найбільш популярна сфера промислової автоматики. Майже будь-який вид виробництва вимагає величезної кількості компонентів, що дозволяють автоматизувати ті чи інші виробничі процеси. Зрештою, кожне виробниче підприємствозацікавлений у тому, щоб процес управління технологічними процесами здійснювався оперативно та автоматично.

Серцем будь-якої автоматичної системи управління (АСУ) є промисловий контролер.

Історична довідка
Перший промисловий контролер з'явився 1969 року у США. Його створення ініціювала автомобільна корпорація General Motors Company, а розробила компанія Bedford Associates.

У ті роки АСУ будувалися на жорсткій логіці (апаратне програмування), що унеможливлювало процес їх перенастроювання.

Тому кожна технологічна лінія потребувала наявності індивідуальної АСУ. Потім в архітектурі АСУ почали використовувати пристрої, алгоритм яких можна було змінювати за допомогою схем реле-з'єднань.

Такі пристрої одержали назву «промислові логічні контролери» (ПЛК). Однак АСУ, реалізовані з використанням електромагнітних реле, відрізнялися складністю та великими розмірами. Для розміщення та технічного обслуговування однієї системи потрібно окреме приміщення.

Розроблений інженерами компанії Bedford Associates (США) мікропроцесорний ПЛК дозволив використати інформаційні технології у процесах автоматизації виробничих процесів, звівши при цьому людський фактор до мінімуму.

Сучасний промисловий контролер

У загальному вигляді ПЛК є мікропроцесорним пристроєм, за допомогою якого здійснюється комутація підключених сигнальних проводів. Необхідні комбінації їх підключення задаються програмою керування екрані комп'ютера і потім заносяться у пам'ять контролера.

Програмування здійснюється як класичних алгоритмічних мовами, і мовами, обумовлених стандартів МЭК 61131-3. Таким чином, на підприємствах з'явилася можливість реалізації різних АСУ, використовуючи один мікропроцесорний пристрій.

Згодом розробники систем промислової автоматики перейшли на елементну базу, сумісну з комп'ютерами IBM (ПК). Існує два напрями у розвитку апаратних засобів ПК-сумісних з ПЛК, у яких максимально зберігається архітектура та конструктивні рішення:

1. ПЛК - з одночасною заміною його процесорного модуля на ПК-сумісний модуль з відкритим програмним забезпеченням (серія контролерів ADAM5000).
2. IBM PC - в малогабаритних системах, що вбудовуються (модульні контролери стандартів РС104 і micro PC).

Тому сучасні ПЛК це ПК-сумісний модульний контролер, призначений для вирішення завдань локального управління. Їх розвиток зрештою має призвести до:

• зменшенню габаритних розмірів;
• розширення функціональних можливостей;
• використання єдиної мови програмування (МЕК 61131-3) та ідеології «відкриті системи».

Принцип дії та сфера застосування ПЛК

Будь-який вид ПЛК є електронним пристроєм, призначеним для виконання алгоритмів управління. Принцип дії всіх ПЛК однаковий - збирання та обробка даних і видача керуючих впливів на виконавчі механізми.

У промисловості ПЛК застосовуються дуже широко. Цим і пояснюється існування великої кількості різновидів, серед яких можна виділити контролери:

1. Загальнопромислові (універсальні).
2. Комунікаційні.
3. Призначені для керування позиціонуванням та переміщенням, у тому числі роботами.
4. З зворотним зв'язком (ПІД-регулятори).

Класифікація ПЛК

Існує велика кількість параметрів, якими класифікують ПЛК.

1. Конструктивне виконання:

• моноблочні;
• модульні;
• розподілені;
• Універсальні.

1. Кількість каналів «введення-виведення»:

• нано-ПЛК з числом каналів менше 16;
• мікро-ПЛК (16...100 каналів);
• середні (100...500 каналів);
• великі, з числом каналів понад 500.

1. Методи програмування.

ПЛК можуть програмуватися з:

• лицьової панелі пристрою;
• допомогою переносного програматора;
• використання комп'ютера.

1. Види монтажу.

• стійковий;
• настінний;
• панельний (встановлюються на дверцята шафи або спеціальну панель);
• на DIN-рейці (установка всередині шафи).

Пишіть коментарі, доповнення до статті, може, я щось пропустив. Загляньте на , буду радий якщо ви знайдете на моєму ще щось корисне.