Программирование контроллеров

Программирование контроллеров

Срывкин В.А.

Основные понятия

• Микроконтроллер  — микросхема, управляющая электронными устройствами.

• Программируемый логический контроллер  — специализированное устройство, используемое для автоматизации технологических

процессов.

В чем отличие?

• МИКРОПРОЦЕССОР- самостоятельное или входящее в состав микро-ЭВМ устройство обработки информации , выполненное в виде одной или нескольких интегральных схем.

• МИКРОКОНТРОЛЛЕР- микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами в соответствии с заложенной в микроконтроллер программой. В отличие от микропроцессоров, микроконтроллеры содержат встроенные дополнительные устройства.

• ПЛК- законченное изделие в корпусе. Выходы ПЛК способны коммутировать токи до десятков ампер, оснащены гальванической развязкой, защитой от перегрузок, средствами самодиагностики.

• ПК- В отличие от ПЛК, предназначенного для работы с машинами, компьютер ориентирован на работу с человеком (клавиатура, мышь, монитор и т. п.)

Что такое микроконтроллер

Интегральные схемы

Представьте себе, что все транзисторы и резисторы уменьшили во много раз, объединили в кристалл из кремния и поместили в маленький пластмассовый корпус:

То, что получится в результате, называется интегральной микросхемой

Микросхема

Микроконтроллер – это компьютер на одной микросхеме.

Микроконтроллер предназначен для управления различными электронными устройствами. Микроконтроллеры можно встретить во многих современных приборах, таких, как телефоны, стиральные машины и т. п.

Однокристальная микроЭВМ

Внутри такой микросхемы реализованы такие компоненты, как

•         арифметико-логическое устройство;

•         система управления;

•         FLASH-память;

•         счетчики, таймеры и прочие схемы;

•         порты для связи с внешними устройствами;

и многое другое

SMT-технология

Изготовление  печатной платы ;

• нанесение паяльной пасты на контактные площадки платы:

• дозирование пасты из специального шприца вручную или на станке в единичном и мелкосерийном производстве; трафаретная печать в серийном и массовом производстве;
• дозирование пасты из специального шприца вручную или на станке в единичном и мелкосерийном производстве;
• трафаретная печать в серийном и массовом производстве;
• установка компонентов на плату;
• групповая пайка методом оплавления пасты в печи (преимущественно методом конвекции, а также инфракрасным нагревом или нагревом в паровой фазе);
• очистка (мойка) платы (выполняется или нет в зависимости от активности флюса) и нанесение защитных покрытий.

В единичном производстве, при ремонте изделий и при монтаже компонентов, требующих особой точности, как правило, в мелкосерийном производстве также применяется индивидуальная пайка струей нагретого воздуха или азота.

Микроконтроллер

• Неполный список периферии, которая может присутствовать в микроконтроллерах, включает в себя:

• универсальные цифровые порты, которые можно настраивать как на ввод, так и на вывод;
• аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи;
• компараторы;
• широтно-импульсные модуляторы;
• таймеры;
• встроенный тактовый генератор и сторожевой таймер;
• контроллеры дисплеев и клавиатур;
• контроллеры бесколлекторных двигателей;
• радиочастотные приемники и передатчики;
• массивы встроенной флэш-памяти;
• различные интерфейсы ввода-вывода, такие как, USB, Ethernet;

Программирование

• Редактор для написания текста программы. Все начинается с того, что мы создаем файл с исходным кодом программы.
• К омпилятор – программа для перевода исходного кода в машинный язык.
• Программатор- девайс, посредством которого соединяется компьютер с контроллером.
• Программа, которая будет управлять прошивкой файла в контроллер.

ПЛК

• В автоматизированных системах вместо компьютера или одновременно с ним часто используют  программируемый логический контроллер  (ПЛК). Типовыми отличиями ПЛК от компьютера является специальное конструктивное исполнение (для монтажа в стойку, панель, на стену или в технологическое оборудование), отсутствие механического жесткого диска, дисплея и клавиатуры. Контроллеры также имеют малые размеры, расширенный температурный диапазон, повышенную стойкость к вибрации и электромагнитным излучениям, низкое энергопотребление, защищены от воздействий пыли и воды, содержат сторожевой таймер и платы аналогового и дискретного ввода-вывода, имеют увеличенное количество коммуникационных портов. В контролерах, в отличие от компьютеров, как правило, используется операционная система реального времени (например, Windows CE, QNX).

Известные семейства

• MCS 51 (Intel)
• MSP430 (TI)
• ARM (ARM Limited)
• AVR (Atmel)
• PIC (Microchip)
• STM8 (STMicroelectronics)

ПЛК

• ПЛК – программируемый логический контроллер, представляет собой микропроцессорное устройство, предназначенное для сбора, преобразования, обработки, хранения информации и выработки команд управления.

ПЛК

• В отличие от: -микроконтроллера, областью применения ПЛК обычно являются автоматизированные процессы промышленного производства,; -компьютеров, ПЛК ориентированы на работу с машинами, в противовес возможностям компьютера, ориентированного на человека (клавиатура, мышь, монитор и т. п.); -встраиваемых систем — ПЛК изготавливается как самостоятельное изделие, отдельно от управляемого при его помощи оборудования.

Структура и устройство

• Программное обеспечение универсальных контроллеров состоит из двух частей.
• Первая часть это системное программное обеспечение. Системное программное обеспечение ПЛК расположено в постоянной памяти центрального процессора и всегда готово к работе. Оно управляет работой узлов контроллера, взаимосвязи составляющих частей, внутренней диагностикой
• Вторая часть - управление передается прикладной программе, той программе, которую программист записал в память, а по ее завершению управление опять передается системному уровню.

Структура и устройство

• Рабочий цикл ПЛК включает 4 фазы: 1. Опрос входов 2. Выполнение пользовательской программы 3. Установку значений выходов 4. Некоторые вспомогательные операции (диагностика, подготовка данных для отладчика, визуализации и т. д.).

Структура и устройство

• Существует три вида входов дискретные, аналоговые и специальные
• Один дискретный вход ПЛК способен принимать один бинарный электрический сигнал, описываемый двумя состояниями – включен или выключен.
• Аналоговый электрический сигнал отражает уровень напряжения или тока, соответствующий некоторой физической величине, в каждый момент времени. Поскольку ПЛК является цифровой вычислительной машиной, аналоговые входные сигналы обязательно подвергаются аналого-цифровому преобразованию (АЦП).
• Стандартные дискретные и аналоговые входы ПЛК способны удовлетворить большинство потребностей систем промышленной автоматики. Необходимость применения специализированных входов возникает в случаях, когда непосредственная обработка некоторого сигнала программно затруднена, например, требует много времени.

Архитектура

• Устройства вывода  (модули вывода) позволяют выводить дискретные, частотные или аналоговые сигналы. Дискретные сигналы используются, например, для включения электродвигателей, электрических нагревателей, для управления клапанами, фрамугами, насосами и другими исполнительными устройствами. Частотный сигнал используется обычно для управления средней мощностью устройств с большой инерционностью с помощью широтно-импульсной модуляции.

Программируемое реле

• Программируемое (интеллектуальное) реле  — разновидность программируемых логических контроллеров (ПЛК). Обычно программа создается на языке релейной логики (LD) или FBD при помощи компьютера или при помощи клавиш на лицевой панели ПЛК.

Программируемое реле

• Предназначаются в качестве средств автоматизации локальных контуров, отдельных агрегатов и для бытового применения.
• Программируемые реле отличаются от полноценных ПЛК малым числом каналов ввода-вывода, малым объемом памяти программ, невозможностью исполнения сложных математических операций, зачастую моноблочной конструкцией.

Производители

• ОВЕН
• Siemens
• Omron
• Schneider Electric
• Mitsubishi