Микроэвм Электроника-БОМ 15BMW-DD7 I

ту iz

ту iz

агистраль

Т>

ГТ ш г~г ri

/ / 16 1 311 311 16 1 8

Дискретные Дискретные Дискретные Аналоговые Аналоговые сигналы команды сигналы- сигналы сигналы команды

Рис. 2.23. Структурная схема модульного микропроцессорного БУ-3 Орион-3

ИРПС; модули приема и выдачи дискретных сигналов управления МПД-1 МВД-1(9), MOO-3(iO); модули приема и выдачи

аналоговых сигналов МПА-4(11), МВА-3(12).

Конструктивно модули выполнены в виде функционально законченных устройств, которые размещаются в соответствующих посадочных местах в корпусе блока управления Орион-3 .

Рассмотрим принцип работы модулей УСО на примере работы модулей приема и выдачи дискретных и аналоговых сигналов.

Модули приема и выдачи дискретных сигналов. Модуль обмена с оптронной развязкой МОО-3 предназначен для приема и выдачи дискретных сигналов управления.

Основные технические характеристики модуля МОО-3:

Число линий приема дискретных сигналов.........32

Параметры принимаемых сигналов по каждой линии: Входное напряжение: в состоянии I

по входу 1, В ...................24+4,8

по входу 2, В....................4...5

в состоянии О

по входу 1, В, не более.............. .3

по входу 2, В, не более.............. ,0,8

Входной ток, мА:

в состоянии I , не более.............. .20

в состоянии О , не более...............0,2

Максимальная частота обращения к одной и той же линии ввода,

кГц, не более......... .....10

Число выходных каналов . ......... .32

Максимальное коммутируемое ключом напряжение, В.....32

Максимальный ток нагрузки в состоянии 1 (ключ открыт),

мА.....................25

Остаточное напряжение на ключе при максимальном токе. В,

не более .... ..................0,4

Максимальный ток нагрузки в состоянии О (ключ закрыт),

мА........................0,1

Максимальная частота переключения при максимальном токе нагрузки, кГц.....................10

<

Магистраль МПИ

Канальный передатчик

Канальные приемники

Канальные приемопередатчики

Деш.ид}ратары адреса и упраВляп-щиг. сигналов

Вр-15р

Регистр

Мультиплексор

Регистр Ванных РгДг

Входной соединитель

Входной соединитель

Рис. 2.24. Функциональная схема МОО-3

Функциональная схема модуля МОО-3 приведена на рис. 2.24.

Модуль состоит из следующих основных узлов: канальных приемопередатчиков; дешифраторов адресов и управляющих сигналов; регистров данных РгД1, РгД2; мультиплексора; оптронных приемников и ключей; входных и выходных соединителей (разъемов).

Возможны три режима работы модуля МОО-3: прием входных сигналов; выдача управляющих воздействий; контроль.

Прием входных сигналов и вьщача управляющих воздействий (коммутация ключей) осуществляются в режиме стандартного обращения микроЭВМ к внешним устройствам при выдаче управляющих сигналов: ВУ, СИА, ВВОД, ВЫВОД, БАЙТ, СБРОС.

На рис. 2.25 приведен формат адресного слова модулей УСО Орион-3 . Разряды адресного слова 0...2 отведены для обращения к внутренним узлам модулей (регистрам состояний РгС, данных РгД входных и выходных цепей) и коммутации мультиплексора.

Разряды адресного слова

Внешний адрес модулей УСО

Внутренний модулей

Рис. 2.25. Формат адресного слова модулей УСО Орион-3 (адреса устанавливаются с помощью перемычек в диапазоне I бОе - 177g)

Разряды 3...5 отведены для идентификации типа модуля, а 6...8 учитывают положение модуля УСО в корпусе Орион-3 (при нескольких однотипных модулях) и позволяют расширить поле внутренних адресов. Разряды адресного слова 9...15 отведены для установки адреса ВУ, к которым относятся и модули УСО в диапазоне адресов с leOg по ITVg.

В режиме приема на шины ДА (00-15) микроЭВМ через мультиплексор выводятся последовательно два 16-разрядных слова, содержащих информацию по входным сигналам. При выдаче управляющих воздействий информация через канальные приемопередатчики шин ДА (00-15) поступает на регистры данных РгД1, РгД2 и затем на оптронные ключи. Запоминание информации в регистрах проводится по командам Запись Ь> и Запись 2 , которые выдаются дешифратором адреса и управляющих сигналов.

В режиме приема и контроля через мультиплексор в микроЭВМ выдается информация о входных сигналах и о содержании регистров данных РгД1 и РгД2 в соответствии с адресами мультиплексора:

2Р IP

О о

линии ввода I -16 линии ввода 17- 32 линии вывода 1- 16 линии вывода 17-32

Прием, выдача и контроль информации производятся в модуле МОО-3 за два стандартных обращения к каналу микроЭВМ. 86

Модуль приема дискретных сигналов МДГТ-1 отличается от канала приема дискретных сигналов модуля МОО-3 тем, что имеет в своем составе устройство прерывания, которое при изменении значения входного сигнала формирует сигнал требования прерывания (ТГТР). Сигнал, который может вызвать прерывание процесса, задается центральным процессором.

Модуль выдачи дискретных сигналов МВД-1 отличается от канала выдачи дискретных сигналов модуля МОО-3 наличием схемы загциты выходной цепи

Offal,. О-

Сигнал перегрузни В Рг НЗ

npaBjieHue

DW РгД

- . ВЧ

Выход I

ВымЪ 2

Рис. 2.26. Схема защиты от перегрузки по току

ОТ короткого замыкания. Загцита осуществляется путем отключения управления по цепи, в которой возникла перегрузка. Наличие перегрузки по любому выходу вызывает прерывание исполнения программы микроэвм. Схема модуля предусматривает повторное включение выходной цепи, по которой возникла перегрузка по току. На рис. 2.26 представлена схема цепи с защитой от перегрузки по току.

По адресу вектора прерывания микроЭВМ переходит на программу обслуживания модуля МВД-1, по которой повторяется цикл выдачи управляющей информации (данных). Сброс регистра перегрузки по току РгКЗ производится при наличии сигналов ЗАПИСЬ и СБРОС. Если короткое замыкание устранено, модуль МВД-1 продолжает нормально функционировать после повторного включения. Если же короткое замыкание не устранилось, то дальнейшие действия по данному каналу управления должны быть предусмотрены управляющей программой микроЭВМ.

Модуль приема аналоговых сигналов. Модуль приема аналоговых сигналов МПА-4 служит для преобразования гальванически развязанных от канала ЭВМ аналоговых сигналов, поступающих от внешних устройств, в цифровой код.

Основные технические характеристики модуля МПА-4:

Число входных сигналов . ......... 16

Пределы изменения входных сигналов, В ......... 0...I0

Основная погрещность преобразования, мВ ......... +10

Максимальное время преобразования, мс ......... 1

Входное сопротивление, МОм, не менее........... 1

Максимальный потребляемый ток от источников постоянного напряжения (5 ±0,25 В), А, не более.............. 3,2

Канальные лередатчипа

Задание

Вектора

7Р

Канальные приемники

Логина прерывании

Преобразова-пель поста янного напряжения

-15В 15в ,1 -isВ

Источник опорного напряжения

Задание

Юр

Канальные приемопередатчики

щ

Дешифраторы адреса и управляющих сигналов

<

Регистр последовательных прибли/Кении РПП

,0 ,.

ТакгпоВьш генератор

Регистр состоянии РгС

РгД Ор - IIр

Лёрес напала Dp~itp~\

Оптронная разВяЗКа

Контрольные напряжения

т

Рис. 2.27. Функциональная схема модуля приема аналоговых сигналов МПА-4

Функциональная схема модуля МПА-4 приведена на рис. 2.27. В состав модуля входят следующие основные узлы: канальные приемопередатчики; дешифраторы адреса и управляющих сигналов; логика прерывания; регистр состояний РгС; 16-каналь-ный аналоговый мультиплексор; 12-разрядный ЦАП; компаратор напряжений; регистр последовательных приближений РПП; источник опорного напряжения; преобразователь постоянного напряжения; оптронная развязка; входной разъем ХТ1.

Указанные узлы модуля МПА-4 выполняют следующие функции:

1. Канальные приемопередатчики, дешифраторы адреса и управляющих сигналов, логика прерываний реализуют функции, аналогичные подобным устройствам в модулях, рассмотренных на с 85.

2.5 fl

г° 2.51-11]

Рис. 2.28. Формат слова регистра РПП

На рис. 2.28 приведен формат слова регистра РПП.

2. Регистр состояний РгС хранит адреса одного из 16 входных каналов, а также адреса контрольных напряжений. На рис. 2.29 приведен формат слова регистра состояний.

3. Аналоговый мультиплексор обеспечивает подключение к входу компаратора напряжений каждого из 16 аналоговых сигналов и контрольных напряжений f/i и /к2- Управление мультиплексором производится от микроэвм. Аналоговый мультиплексор построен на микросхемах КР590КН6.

4. Двенадцатиразрядный ЦАП, компаратор напряжений, регистр последовательных приближений РПП, а также источник опорного напряжения и преобразователь постоянного напряжения образуют АЦП с последовательным уравновешиванием. Цифровой код с выхода РПП после окончания преобразования поступает через канальные приемопередатчики в микроЭВМ.

5. Формирователь контрольных напряжений предназначен для вы.дачи контрольных напряжений [/ т = Ю 000 + 0,5 мВ и С/к2 = 40±0,5 мВ с целью точной настройки выходного напряжения ЦАП.

6. Оптронная развязка обеспечивает гальваническую развязку канала микроЭВМ от внешних цепей.

Модуль МПА-4 работает в двух режимах: приема аналоговой информации и контроля содержания регистра состояний РгС.

Режим приема информации начинается со стандартного обращения микроэвм к модулю через магистраль МПИ выдачей сигналов ВУ, СИА и ВВОД. По цепям ДА (00-15) в модуль выдается адрес модуля с указанием адреса РгС. Дешифратор адреса и управляющих сигналов формирует сигнал Запись РгС , который подается на РгС. По цепям ДА (00-15) микроЭВМ

гDPDBhOcmb АЦП

Разрешение прерыдания

Адрес канала аналогового мультиплексора

Рис. 2.29. Формат слова регистра состояний РгС модуля МПА-4:

а общин формат с^ова; о адреса каналов аналогового мультиплексора (в восьмеричном коде)

выдает данные о коммутации аналогового мультиплексора, которые запоминаются в РгС. При каждом обращении к РгС в дешифраторе формируется сигнал Запуск АЦП (начало преобразований), который подается на РПП.

Дальнейшая работа микроЭВМ с модулем МПА-4 может производиться в двух режимах: ожидания сигнала Готовность АЦП и Разрешение прерывания . При работе в первом режиме микроЭВМ при обращении к РгС будет следить за информацией в седьмом разряде слова регистра состояний. При появлении в этом разряде единицы, что говорит об окончании режима преобразования в АЦП, микроЭВМ, выдавая сигналы ВУ, ВВОД, СИА, обращается к модулю МПА-4 по адресу РПП. При формировании сигнала Чтение содержимое РПП поступает на канальные приемопередатчики цепей ДА (00-15). В этом режиме микроЭВМ должна постоянно работать с модулями МПА-4, ожидая сигнала Готовность АЦП .

В режиме работы по прерыванию микроЭВМ, записав в РгС адрес канала, по которому необходимо считать информацию, и единицу в шестом разряде ( Разрешение прерывания ), может перейти на работу по другой программе, ожидая приход сигнала ТПР (требования прерывания) от модуля МПА-4. В модуле сигнал ТПР формируется в узлах логики прерываний после прихода сигнала Готовность АЦП . По сигналу ТПР микроЭВМ прерывает программу и выдает сигнал предоставления прерывания ППР1, по которому из схемы логики прерывания в канал МПИ микроЭВМ через цепи адрес-данные выдается адрес вектора прерывания (2р-7р). В соответствии с этим вектором микроЭВМ переходит на программу обслуживания модуля МПА-4, считывая из РгД цифровую информацию преобразованного входного сигнала. По окончании цикла считывания информации микроЭВМ выдает сигнал Сброс , по которому все узлы модуля МПА-4 приходят в исходное состояние.

Модуль выдачи аналоговых сигналов. Moflyj№ выдачи аналоговых сигналов МВА-3 предназначен для выдачи внешним устройством гальванически развязанных от канала ЭВМ аналоговых сигналов.

Основные технические характеристики модуля МВА-3:

Число выходных сигналов .......... , 8

Пределы изменения выходных сигналов, В......... 0...I0

Основная погрешность преобразования, мВ......... +10

Частота выдачи сигнала по каждому выходу, кГц, не более .... 10

Минимальное сопротивление нагрузки, кОм . ..... 1

Максимальный потребляемый ток от источника постоянного напряжения 5±0,25 В, А, не более............... 1,5

Канальный передатчик

Задание адре- -са модуля -

Канальные приема передатчики

Дешифраторы адреса и упрадляющик сигналов

5В

ПпеоВра-ЗоВатель постоянного напряжения

\l5d 1

-1р,гр,бр

1Z

Регистр памяти данных ЦШ

<~15В

Оптронная развязка

\-15B

Источник опорного напряжения

Op - пр

Контрольными разъем

Выходной разъем ЛГ/

Рис. 2.30. Функциональная схема модуля выдачи аналоговых сигналов МВА-3

Функциональная схема модуля МВА-3 приведена на рис. 2.30.

Модуль содержит следуюгцие основные узлы: канальные приемопередатчики; дешифраторы адреса и управляющих сигналов; регистр памяти данных ЦАП; оптронную развязку; восемь 12-разрядных ЦАП; источник опорного напряжения; преобразователь постоянного напряжения; входные и контрольные соединители (разъемы).

Функции канальных приемопередатчиков дешифраторов адреса и управляющих сигналов, источника опорного напряжения и преобразователя постоянного напряжения модуля МВА-3 аналогичны соответствующим устройствам модуля МПА-4. Регистр памяти данных ЦАП предназначен для запоминания 12-разрядных кодов данных.

Модуль работает в двух режимах: выдачи аналоговых сигналов и контроля выдаваемой информации.

В режиме выдачи аналоговых сигналов микроЭВМ выдает на шину ДА (00 -15) адрес модуля, в котором указывается и адрес выбранного канала ЦАП;

После дешифрации адреса и его запоминания по команде Вывод выдается информация в РгД, сигналы Запись РгД и один из сигналов Запись 1-8 . Через оптронную развязку эти сигналы и информация поступают на соответствующий ЦАП, а затем после преобразования-на выходной соединитель. При контроле информации, записанной в РгД, микроЭВМ в режиме Ввод производит считывание этой информации, контролируя тем самым исправность состояния модуля МВА-3.

Рассмотренная номенклатура УСО не исчерпывает многообразия этих средств. В конкретных условиях создания микропроцессорных устройств могут быть разработаны самые различные устройства управления приводами постоянного и переменного токов, шаговыми двигателями, тиристорными усилителями и т. п. Но устройства сопряжения с каналом ЭВМ, дешифраторы адреса и управляющих сигналов, устройства прерывания будут общими для всех УСО.

2.4. КОНТРОЛЛЕРЫ

При автоматизации технологического оборудования широко используются устройства локального управления-контроллеры, работающие в реальном масштабе времени под управлением рабочих программ, которые, как правило, размещаются в ПЗУ. Существуют четыре типа контроллеров:

1) программируемые логические (ПЛК), реализующие логические функции и предназначенные для управления последовательностью технологического цикла;

2) программируемые регулирующие (ПРК), реализующие алгоритмы автоматического управления и предназначенные для управления параметрами технологического процесса;

3) программируемые комбинированные (ПКК), предназначенные для управления последовательностью технологического цикла и параметрами технологического процесса;

4) специализированные, реализующие специальные функции управления и предназначенные для управления специальными устройствами технологического оборудования и периферийными устройствами (накопителями на гибком магнитном диске или магнитной ленте, дисплеем, перфоратором и л. д.).

г

С

-74.

Магистраль TV-

Входные Выходные сигналы команды

Накопитель итрормаиии

Локальная сеть

Рис. 2.31. Структурная схема универсального программируемого контроллера

В настоящее время контроллеры строятся на основе микропроцессорных комплектов БИС и по своим характеристикам превосходят релейные схемы управления и аналоговые регуляторы. Например, в системах управления один программируемый контроллер заменяет от 10 до 500 реле, от 4 до 64 одноканальных аналоговых регуляторов.

Основные достоинства программируемых контроллеров заключаются в их высокой надежности, универсальности и гибкости. Универсальность контроллера обеспечивается либо программированием контроллера под определенный технологический процесс с помощью специального встроенного устройства, либо путем замены БИС ППЗУ, в каждой из которых зашита рабочая программа управления определенным технологическим процессом, либо перепрограммированием БИС РПЗУ под конкретный технологический процесс с помощью автономного устройства-программатора. Возможность быстрого внесения различных изменений в систему управления программным путем без изменения аппаратной части обеспечивает большую гибкость МПСУ и значительно сокращает время проектирования системы управления.

Структурная схема программируемого контроллера представлена на рис. 2.31. В сдстав программируемого контроллера входят: микропроцессор (МП) 7; постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 2, в котором хранятся программы управления; энергонезависимое оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)5, в котором хранятся текущие данные, необходимые для реализации программ; пульт управления (ПУ)4, с помощью которого осуществляется программирование технологического процесса; устройство связи с объектом (УСО) 5; устройство отображения информации о состоянии входных и выходных сигналов параметров процесса (УО) 6; контроллер 7 внешних устройств; контроллер локальной сети (КЛС)8.