Микропроцессорная техника систем автоматизации
жүктеу/скачать 4,68 Mb.
|
mikroprocessornaya-tehnika-sistem-avtomatizacii
- Бұл бет үшін навигация:
- ОСНОВЫ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ И СИСТЕМ ПРОГРАММИРОВАНИЯ
| Аналоговые выходы ПЛК. Аналоговый выход (analog output, AO, AQ) используется в ПЛК для управления исполнительными устройствами и механизмами, имеющими аналоговый управляю- щий сигнал: направляющими аппаратами, регулирующими клапа- нами, частотными преобразователями и т. д.
Аналоговое управление применяется там, где объект может иметь более двух состояний. Отличие аналогового управления от дискретного рассмотрим на примере вентилятора (рис. 24). Чтобы просто включить или отключить вентилятор, достаточно дискрет- ного управления. А если нужно во время работы вентилятора изме- нять скорость вращения его лопастей, то придется использовать аналоговое управление: чем выше уровень аналогового сигнала, тем больше будет скорость. Рис. 24. Управление скоростью вращения вентилятора через AO ПЛК Для использования AO нужно программно записать в регистр аналогового выхода число типа int, далее это число с помощью цифроаналогового преобразования (ЦАП, DAC) автоматически преобразуется в аналоговый электрический сигнал, который выво- дится из AO на объект управления (нагрузку). Основные типы сигналов для аналогового управления: 0–10 В, 0–20 мА, 4–20 мА. Схемы подключения нагрузки к AO в разных моделях программируемых логических контроллеров могут отли- чаться (рис. 25). а б Рис. 25. Подключение аналоговой нагрузки к ПЛК ОВЕН: а – подключение нагрузки к АО 0–10 В, Rн 2 кОм ; б – подключение нагрузки к АО 4–20 мА AO ПЛК и объект управления должны быть настроены на один и тот же тип аналогового сигнала. В большинстве случаев у совре- менных ПЛК аналоговые выходы универсальные и их можно про- граммно настроить на различные типы сигналов. ОСНОВЫ ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ И СИСТЕМ ПРОГРАММИРОВАНИЯЛюбая вычислительная система состоит, во-первых, из того, что в англоязычных странах принято называть словом hardware, или технического обеспечения: процессор, память, монитор, дисковые устройства и т. д., объединенные магистральным соединением, ко- торое называется шиной. Во-вторых, вычислительная система состоит из программного обеспечения – ПО. Все программное обеспечение принято делить на две части (рис. 26): прикладное и системное. Рис. 26. Слои программного обеспечения компьютерной системы К прикладному программному обеспечению, как правило, отно- сятся разнообразные банковские и прочие бизнес-программы, иг- ры, текстовые редакторы, вэб-браузеры для просмотра интернет- страниц и т. п. В случае с ПЛК к прикладному программному обеспечению относится программа пользователя, реализующая задуманный алгоритм управления объектом. То есть прикладное программное обеспечение относится к конкретной задаче управления технологическим процессом и оборудованием на некотором опре- деленном объекте. Системное ПО ПЛК выполняет функции, во многом схожие с функциями операционной системы персонального компьютера. Операционная система (ОС) предназначена для управления всеми частями весьма сложной архитектуры компьютера. Операционная система представляется пользователю виртуаль- ной машиной, с которой проще иметь дело, чем непосредственно с оборудованием компьютера. Операционная система – это про- грамма, постоянно работающая на компьютере и взаимодействую- щая со всеми прикладными программами. Пользователь для решения своей конкретной задачи создает при- кладную программу. Для этого сейчас используются только языки высокого уровня. Создание прикладной программы выполняется пользователем ПЛК при помощи специализированного пакета – сис- темы программирования – на компьютере. Код программы размеща- ется и сохраняется в энергонезависимой памяти ПЛК. Такой архитектурный подход обеспечивает пользователю про- стоту создания программы. Пользователь не должен знать, как об- ращаться к конкретным физическим элементам входа-вывода, – это делают драйверы ОС. Компоненты ОС обеспечивают работу неко- торых составных компонентов программы – таймеров, счетчиков. ОС организует сетевое взаимодействие с удаленными элементами системы, предоставляет пользователю информацию о текущем со- стоянии прикладной программы. Пользователю кажется, что все эти задачи и задачи прикладной программы решаются одновремен- но – ОС реализует многозадачный режим работы контроллера. После включения питания ПЛК ОС выполняет самотестирова- ние и настройку аппаратных ресурсов ПЛК, очистку оперативной памяти данных (ОЗУ), контроль целостности прикладной програм- мы пользователя. Если прикладная программа сохранена в памяти (загружена) и нет запрета ее запуска, ПЛК переходит к выполне- нию ее действий. Задачи управления любым объектом требуют непрерывного контроля его состояния. В любых цифровых микропроцессорных системах управления непрерывность контроля и управления дости- гается за счет применения дискретных алгоритмов, повторяющихся через некоторые достаточно малые промежутки времени. По этой причине и в ПЛК действия прикладной программы выполняются циклически (см. рис. 2). Причем в каждом таком цикле – его назы- вают рабочим циклом ПЛК – выполняются определение значений на входах, соответствующий расчет, выработка и выдача управ- ляющих воздействий. Такие ОС, использующиеся в ПЛК и компьютерах для решения задач автоматизации, получили название операционных систем ре- ального времени – ОСРВ. В начале цикла ПЛК производит чтение значений сигналов с фи- зических входов. Считанные с портов ввода значения размещаются в ОЗУ, а именно в отдельном сегменте ОЗУ, называемом областью па- мяти входов – I-область (от англ. input – вход). Таким образом, в ОЗУ, в I-области, создается полная одномоментная копия значений входов. Выполнение первой фазы обеспечивается драйверами ОС. Далее выполняется код прикладной программы пользователя, которая работает с копией значений входов, зафиксированных и размещенных в оперативной памяти, то есть со значениями, кото- рые в процессе выполнения пользовательской программы в преде- лах одного рабочего цикла не изменяются. Это фундаментальный принцип функционирования абсолютного большинства промыш- ленных ПЛК (ссылаясь на него, иногда подобные ПЛК выделяют в отдельный класс контроллеров сканирующего типа). Такой подход исключает неоднозначность алгоритма обработки данных в раз- личных его ветвях и, в конечном счете, во многом определяет про- стоту создания программы. Кроме этого, пользователь не должен знать процедуру обращения к физическим входам, которых по ти- пам может быть достаточно много, – за него чтение проводит ОС. Пользователь должен лишь знать, как в рамках прикладной про- граммы обратиться в ОЗУ к переменным, соответствующим по ве- личине сигналам на физических входах. В процессе выполнения прикладной программы все рассчитан- ные значения, которые нужно вывести на физические выходы, фиксируются в оперативной памяти, а именно в отдельном сегмен- те ОЗУ, называемом областью памяти выходов – Q-область (от англ. quit – выход). Физические выходы ПЛК приводятся в соответствие с расчетными значениями после выполнения кода пользовательской программы. Эти действия выполняются ОС в отдельной фазе рабочего цикла. Далее системное программное обеспечение переходит к фазе обслуживания аппаратных ресурсов – обеспечивается выполнение аппаратно-зависимых задач – ведение системных таймеров, часов реального времени, оперативное самотестирование, индикация со- стояний и пр. Заканчивается цикл ПЛК фазой контроля времени цикла кон- троллера. Смысл выполнения этой фазы сводится к обеспечению постоянства данного цикла. Если не принимать специальных мер, то длительность цикла контроллера будет зависеть от времени вы- полнения прикладной программы и может все время меняться в зависимости от условий реализации алгоритма. Вместе с тем качественное решение некоторых задач управления, например реа- лизация автоматического регулирования, будет зависеть от ста- бильности цикла получения входных значений и выдачи сигналов управления. Поэтому во многих контроллерах их создателями предусматривается для пользователя возможность фиксации дли- тельности цикла в некоторых определенных пределах. Для обес- печения постоянства цикла контроллера в него вводится аппаратный таймер, задающий его длительность. Таймер следит, не превышает ли время выполнения прикладной программы за- данного по длительности цикла. Если пользователь, исходя из знания того, как работает программа, правильно задал длитель- ность цикла, а прикладная программа выполняется дольше, то это будет означать или зацикливание прикладной программы, или наличие аппаратных сбоев, приводящих к общему сбою («зависа- нию») контроллера. При этом таймер осуществляет сброс кон- троллера в исходное состояние, что позволяет или обеспечить дальнейшую работу контроллера вновь в нормальном режиме, или однозначно идентифицировать его устойчивое аварийное со- стояние. Кроме того, отсчеты этого аппаратного таймера обычно используются системным программным обеспечением для веде- ния часов реального времени и отсчета времени программными таймерами в прикладной программе. Общая продолжительность рабочего цикла ПЛК (времени ска- нирования) в значительной степени определяется длительностью фазы выполнения кода пользовательской программы. Время, зани- маемое прочими фазами рабочего цикла, как правило, существенно меньше и практически является величиной постоянной. Обычно существует возможность устанавливать один из двух способов исполнения ПЛК рабочего цикла: циклический (новый цикл начинается сразу по окончании предыдущего цикла) или пе- риодический (программист задает минимальную длительность цикла ПЛК). Во втором случае если предыдущий цикл завершился раньше заданного времени, то начало нового цикла задерживается до тех пор, пока не пройдет установленная длительность цикла. Если пользователь задает длительность цикла контроллера, то де- лает это исходя из безусловного выполнения требования того, чтобы программа гарантированно (с некоторым запасом) выполнялась за время данного цикла. Пользователь при этом ориентируется на объем программы и быстродействие процессорного модуля ПЛК. Быст- родействие процессорного модуля обычно оценивают по времени выполнения логических команд, поскольку они наиболее распростра- нены при реализации алгоритмов управления. В технических характе- ристиках ПЛК может приводиться типовое время рабочего цикла. Требования к длительности контроллерного цикла существенно зависят от области применения ПЛК. Если, исходя из условий ре- шаемой задачи управления, пользователя не устроит время цикла выполнения созданной программы на имеющемся в его распоря- жении контроллере, то это будет основанием для выбора контрол- лера с большей производительностью (быстродействием). Время цикла не единственный фактор выбора контроллера оп- ределенной производительности. Работа контроллеров характери- зуется еще временем реакции – временем с момента изменения состояния системы до момента выдачи соответствующей реакции. Очевидно, для ПЛК время реакции зависит от распределения мо- ментов возникновения события и начала фазы чтения входов. Если изменение значений входов (событие) произошло непосредственно перед фазой чтения входов, то время реакции будет наименьшим и фактически равным времени цикла контроллера (рис. 27). жүктеу/скачать 4,68 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|