18.2. Архітектура.

Архітектурою контролера називають набір його основних компонентів і зв'язків між ними. Типовий склад ПЛК включає центральний процесор, пам'ять, мережеві інтерфейси і пристрої вводу-виводу (рис. 18.1). Іноді ця конфігурація доповнюється пристроєм для програмування і пультом оператора, пристроями індикації, рідше — принтером, клавіатурою, мишею або трекболом.

Рис. 18.1. Типова архітектура ПЛК

Процесорний модуль включає мікропроцесор (центральний процесорний пристрій — ЦПП), запам’ятовуючі пристрої, годинник реального часу і сторожовий таймер.

Основними характеристиками мікропроцесора є розрядність (у ПЛК використовуються 8-, 16- і 32-розрядні мікропроцесори), тактова частота, архітектура, наявність операцій з плаваючою крапкою, типи підтримуваних портів вводу-виводу, температурний діапазон працездатності і споживана потужність.

Для контролерів, що виконують інтенсивну математичну обробку даних, важлива наявність математичного співпроцесора (допоміжного процесора, що виконує операції з плаваючою крапкою) або сигнальних процесорів, в яких операції типу Y=ab+x виконуються за один такт. Сигнальні процесори дозволяють прискорити виконання операцій згортки або швидкого перетворення Фурьє.

Ємність пам'яті визначає кількість змінних (тегів), які можуть бути оброблені в процесі функціонування ПЛК. У мікропроцесорах час доступу до пам'яті є одним з істотних чинників, що обмежують швидкодію. Тому пам'ять ділять на декілька рівнів ієрархії залежно від частоти використання даних, що в ній зберігаються і швидкодії. Ієрархія пам'яті відноситься до істотних характеристик архітектури процесора, оскільки вона дозволяє понизити негативний вплив повільної пам'яті на швидкодію мікропроцесора.

Моноблочні і модульні контролери використовують, як правило, паралельну шину для обміну даними з модулями вводу-виводу, що дозволяє на порядок підвищити швидкодію їх опиту в порівнянні з послідовною шиною. Паралельні шини можуть бути стандартними (ISА, Рс/104, Рсi, Соmctрс1, VМЕ, СХМ) або пропрієтарними. Послідовна шина контролера (на основі інтерфейсу RS-485) використовується для підключення до нього віддалених (розподілених) модулів вводу-виводу.

Програмування контролерів малої потужності виконується за допомогою кнопок, розташованих на лицьовій панелі або за допомогою переносного пульта для програмування. Як пульт останнім часом використовується комп'ютер формату «ноутбук». Програмування потужних контролерів виконується за допомогою персонального комп'ютера, на якому встановлюється спеціальне програмне забезпечення, наприклад Соdesys або ISаGRАF, що виконує трансляцію технологічної мови стандарту МЕК 61131-3 у виконуваний код процесора, який завантажується в ПЗП ПЛК, наприклад, через порт Еthernet.

Сторожовим таймером (Wathdog Тimer— WDT) є лічильник, який рахує імпульси тактового генератора і в нормальному режимі періодично скидається (перезапускається) працюючим процесором. Якщо процесор «зависає», то сигнали скидання не поступають в лічильник, він продовжує збільшувати значення свого регістру і досягши деякого порогу виробляє сигнал «Скидання» для перезапуску процесора.

Годинником реального часу (РЧ, RTC) є кварцевий годинник, який живиться від батареї і тому продовжує працювати при вимкненому ПЛК. Годинник РЧ використовується, наприклад, для управління вуличним освітленням залежно від часу доби, в системах охорони об'єктів і інших випадках, коли необхідна прив'язка даних або подій до астрономічного часу.

Процесорний модуль ПЛК виконує наступні завдання:

• збирає дані з модулів введення в пам'ять і посилає дані з пам'яті в модулі виводу;

• виконує обмін даними з пристроєм для програмування контролера;

• видає мітки годинника реального часу;

• здійснює обмін даними з промисловою мережею;

• реалізує стек протоколів промислової мережі (для цієї мети можуть використовуватися допоміжні комунікаційні процесори);

• виконує початкове завантаження і виконання операційної системи;

• виконує завантажувальний модуль призначеної для користувача програми системи автоматизації;

• управляє актами обміну з пам'яттю.

До основних характеристик процесорного модуля відносяться:

• тип операційної системи (Windows CE, Linux, DOS, OS-2, QNX і ін.);

• наявність виконавчого середовища для стандартної системи програмування на мовах МЕК 61131-3;

• типи підтримуваних інтерфейсів (RS-232, RS-422, RS-485, Саn, USВ, Еthernet і ін.);

• типи підтримуваних мереж (Моdbus RTU, Моdbus ТСР, Еthernet, Profibus, Саnopen, DeviceNet ін.);

• можливість підключення пристроїв індикації або інтерфейсу оператора (світлодіодного або ЖК-індикатора, клавіатури, миші, дисплея з інтерфейсами VGА, DVI або Смos, LVDS, трекбола і ін.);

• розрядність (8, 16, 32 або 64 біт);

• тактова частота мікропроцесора і пам'яті;

• час, необхідний для виконання команд;

• об'єм, ієрархія і типи пам'яті (ОЗУ, кеш, ПЗУ-ФЛЕШ, знімна флеш

і ін.);

• типи вбудованих функцій (ПІД-регулятор, лічильники, ШИМ, алгоритми позиціонування і управління рухом і ін.);

• бренд виробника (Intel, Амd, Аtmel, і ін.).

Швидкодію процесорного модуля ПЛК зазвичай оцінюють за часом виконання логічних команд, оскільки вони найбільш поширені при реалізації алгоритмів управління.

Восьмирозрядні мікропроцесори користуються великим успіхом в автономних ПІД-контролерах і мікро-ПЛК для нескладного алгоритмічного управління верстатами, теплицями, невеликими технологічними апаратами, як міжмережеві шлюзи. Їх перевагою є висока надійність, пов'язана з граничною простотою програмного забезпечення.