Введение

Современный уровень развития науки и техники обуславливает внедрение во все области общественной деятельности высоких информационных технологий, которые базируются на бурном росте достижений в области микросхемотехники и разработки программного обеспечения.

Эти достижения служат основой развития микропроцессорных средств автоматизации, которые широко внедряются во все сферы общественного хозяйства, в промышленную и непромышленную сферу. Промышленное применение микропроцессорных средств позволят создавать системы управления технологическими процессами, как на локальном уровне, так и системы многоконтурного и многоуровневого управления сложными технологическими объектами. Микропроцессорные средства используются в сельском хозяйстве, на транспорте, в области коммуникаций, в жилищно-коммунальном хозяйстве.

Низкая стоимость, малые размеры, высокая надежность и универсальность в функциональном отношении средств микропроцессорной техники позволяют обеспечить в принципе любую обработку информации (более точную и быструю), в любом месте технического объекта или технологического процесса, т. е. обеспечивается встраиваемость этих средств. Кроме того, появляется возможность:

• построения более надежных распределенных систем управления и обработки информации на основе принципа децентрализации, дающего ряд существенных преимуществ перед централизованными системами, в частности снижаются требования к центральным средствам за счет выполнения ряда функций микропроцессорами;

• эффективного обеспечения локальной автоматизации, расширения возможностей существующих технических средств и создания максимальных удобств потребителям этих средств;

• высокой степени параллелизма в обработке информации, перехода к высокопроизводительным структурам средств и систем многопроцессорной и сетевой обработки информации;

• осуществления непосредственного цифрового управления по формульным зависимостям, реализации сложных алгоритмов регулирования и управления;

• повышения эффективности числового программного управления станками, отдельными механизмами роботов-манипуляторов, создания систем управления гибкими автоматизированными производствами (ГАП);

• осуществления функционального преобразования сигналов, их первичной и статистической обработки; масштабирования информации, поступающей с датчиков; линеаризации характеристик;

• сопряжения измерительных средств и приборов с дисплеями и другой периферией с помощью стандартного интерфейса;

• проведения автокалибровки, автокомпенсации погрешностей, тестовых методов коррекции и самодиагностики;

• осуществления цифрового кодирования и декодирования сигналов;

• упрощения аналоговой части приборов и систем за счет ослабления требований к стабильности и прецизионности ее элементов.

Микропроцессорные устройства и системы отличаются высокой функциональной насыщенностью, гибкостью применения, возможностью настройки параметров программным путем и на значительном удалении от оператора. Кроме того, микропроцессорные средства автоматизации обладают функциями самодиагностики и самотестирования, т.е. происходит проверка устройства на работоспособность и на корректность выполнения функциональных задач.

Система управления, в общем виде, содержит первичные измерительные преобразователи (датчики), устройства воздействия на процесс или исполнительные устройства (ИУ), устройства связи с объектом (УСО), устройства управляющее сбором информации и выполняющее первичную обработку данных – контроллер (К), устройства обеспечивающее конечную обработку информации (учет, формирование управляющих воздействий, визуализацию, архивирование) – промышленный компьютер (ПК). Обобщенная схема представлена на рис. В1.

Рис. В1. Общий вид структурной схемы цифровой системы управления

На рис. В1. обозначено: М Вв – модули ввода, М Выв – модули вывода, ПИ – преобразователь интерфейса, где модули ввода/вывода образуют устройство связи с объектом.

Функциональные требования к системе определяют ее структуру и состав. Так, при отсутствии необходимости воздействовать на процесс, может отсутствовать канал воздействия на протекание процесса. Если для управления достаточно вычислительных возможностей контроллера и не требуется визуализировать ход процесса, то исчезает потребность в ПК и ПИ. В другом случае могут добавляться дополнительные компьютеры, т.е. создаваться дополнительные верхние уровни системы.

Кроме вышеперечисленных устройств структурная схема содержит каналы связи, обозначенные пронумерованными стрелками. Цифрой 1 обозначены каналы с естественным сигналом, цифра 2 указывает линии с унифицированным аналоговым сигналом. В линиях связи между контроллером и модулями ввода/вывода (3) применяются различные типы цифровых сигналов, цифрой 4 обозначен цифровой канал связи между контроллером и ПК, который преобразователем интерфейса (ПИ) трансформируется в стандартный интерфейс связи компьютера с периферийными устройствами, обычно в интерфейсы RS-232 илиUSB.

Таким образом, схема на рис. В1 показывает в самом общем виде структуру микропроцессорных средств автоматизации, которая может быть адаптирована к различным функциональным требованиям.

Развитием цифровой системы является использование контроллера с удаленными модулями дискретного и аналогового ввода и вывода. Структурная схема показана на рис. В2.

Рис. В2. Структурная схема цифровой системы управления с удаленными модулями

Рис. В3. Структурная схема цифровой системы управления без дополнительных модулей

Задачей курса «Микропроцессорные средства автоматизации» является изучение основ дискретной автоматики, получение основных понятий о промышленных сетевых решениях, языках программирования промышленных контроллеров, элементах микропроцессорных устройств, применяемых при их создании. В курсе освещаются микроконтроллеры и программируемые логические контроллеры: технические характеристики, способы программирования и адресации.