Mikrokontrollerite kasutamine tööstusautomaatikas. Mikrokontrollerid ja ühe pardal arvutid versus plcs tööstuses. MSP43x väikese võimsusega tööstuslike mikrokontrollerite perekond
"TKM - 52" rakendusviisid APCS-is
Kontroller TKM-52 on ette nähtud teabe kogumiseks, töötlemiseks ja juhtobjektile mõjude tekitamiseks osana Etherneti või RS-485 (MODBUS) võrgul põhinevatest hajutatud hierarhilistest või kohalikest autonoomsetest protsessijuhtimissüsteemidest. Kontrollerit saab kasutada:
aga iseseisev seade väikeobjektide haldamine;
b) kaugterminalina objektiga suhtlemiseks hajutatud juhtimissüsteemide osana;
c) samaaegselt lokaalse juhtimisseadmena ja kaugterminalina objektiga suhtlemiseks keerukate hajutatud juhtimissüsteemide osana.
Redundantses režiimis olev kontroller on mõeldud kasutamiseks väga töökindlates juhtimissüsteemides. Olenevalt täitmisvalikutest saab kontrollerisse installida ühe operatsioonisüsteemi: DOS või OS LINUXil põhinev süsteemitarkvara (SSS). Esimesel juhul saab IFC-d läbi viia universaalsete programmeerimisvahendite abil, kasutades programmi TRA - CE MODE.
Eraldiseisvas rakenduses lahendab kontroller keskmise infomahuga (50-200 kanalit) probleemid. Võimalik on ühendada erinevaid välisseadmeid jadaliideste (RS - 232, HRS - 485) ja paralleelliideste, samuti Etherneti kaudu. Sisseehitatud klaviatuuri ja indikaatoriplokki V03 saab kasutada operaatoripaneelina.
Kaugterminali kasutamise režiimis objektiga suhtlemiseks käivitatakse juhtimisprogramm hierarhia ülemise taseme arvutusseadmes (näiteks IBM PC-s), mis on kontrolleriga ühendatud jadakanali kaudu (RS - 232 või RS - 485. Modbus-protokolli kaudu) või Etherneti võrgu kaudu ning kontroller pakub teabe kogumist ja objektil juhtimistoimingute väljastamist.
Rakendus segarežiimis (hajutatud APCS-i intelligentse sõlmena), objekti juhib rakendusprogramm,
salvestatakse kontrolleri püsimällu. Sel juhul on kontroller ühendatud Etherneti võrku, mis võimaldab hierarhia ülemise tasandi arvutusseadmel juurdepääsu kontrolleri sisend- ja väljundsignaalide väärtustele ning tööväärtustele. rakendusprogrammi muutujaid, samuti neid väärtusi mõjutada. Kontrolleris saab kasutada kõiki tasuta liideseid, samuti selle klaviatuuri ja indikaatorit. Rakendusprogrammi ja töö samaaegset täitmist Etherneti võrgu kaudu toetavad kontrolleri operatsioonisüsteem ja I / O süsteem.
See valik kasutab TKM 52 kontrolleri ressursse maksimaalselt ära ja võimaldab selle abil luua paindlikku ja usaldusväärset hajutatud APCS-i mis tahes teabemahuga (kuni kümneid tuhandeid kanaleid). See tagab üksikute alamsüsteemide ellujäämise.
Kontrolleri koostis ja omadused
Kontroller TKM-52 on disainiliselt kokkupandav ese, mille koostis määratakse tellimisel. Kontroller koosneb põhiosast, näidikuklaviatuuriplokist ja sisend-väljundmoodulitest (1 kuni 4). Kontrolleri põhiosa koosneb korpusest, toiteallikast, PCM423L protsessorimoodulist koos TCbus52 mooduliga ning V03 klaviatuurist ja kuvaseadmest.
Kontrolleri korpus on valmistatud metallist ja koosneb sektsioonidest, mis on omavahel spetsiaalsete kruvide abil ühendatud. Tagaosas on toiteallika ja protsessori moodul. Ülejäänud sektsioonides asuvad I / O moodulid. Esiosas on alati klaviatuur ja kuvaseade VОЗ. Sõltuvalt I / O moodulite sektsioonide arvust on kontrolleri põhiosa järgmised konfiguratsioonid erinevad:
Kontroller TKM - 52 töötab vahelduvvoolust sagedusega 50 Hz ja pingega 220 V, voolutarbega 130 W.
Kontroller TKM-52 on mõeldud pidevaks ööpäevaringseks tööks.
Keskkonnakontrolleri töötemperatuuri vahemik on pluss 5 kuni pluss 50 C. Kontrolleril on tolmu- ja pritsmekindel versioon IP42.
Protsessori mooduli peamised omadused:
a) protsessor: FAMD DX-133 (5x86-133);
b) süsteemi RAM-8MB, olenevalt mälumooduli paigaldusest saab seda laiendada kuni 32 MB;
c) FLASH - süsteemi- ja rakendusprogrammide mälu - 4 Mb (saab laiendada kuni 144 Mb;
d) jadapordid: COM1 RS232, COM2 RS232 / RS485 ühilduv UART 16550, paralleelport LPT1: toetab SPP / EPP / ECP režiime;
e) Etherneti liides: Realtek RTL8019AS kontroller, tarkvara ühildub NE2000-ga;
f) taimer kõva lähtestamine WatchDog, astronoomiline kalender-taimer, mis töötab sisseehitatud akuga, toiteallikas - 5 V ± 5%, 2 A.
Mikrokontrollerid ja ühe pardal olevad arvutid pakuvad arendajatele automatiseerimisrakenduste jaoks mitmesuguseid võimalusi, eelkõige kohandamise paindlikkuse ja lahenduse madala hinnaga. Kuid kas neid elemente saab tööstuskeskkonnas usaldada, kui neid kasutatakse seadmetes, kus tõrgeteta töö on kriitiline?
Entusiastide maailma kerkinud mikrokontrollerite ja miniarvutite valik laieneb kiiresti, ilma põhjuseta kahanema. Need komponendid, sealhulgas Arduino ja Raspberry Pi, pakuvad erakordseid võimalusi, sealhulgas tohutut ökosüsteemi, mis sisaldab IDE-d, tuge ja tarvikuid, mis kõik on väga odavad. Mõned insenerid eeldavad mõnel juhul võimalust kasutada selliseid mikrokontrollereid tööstusautomaatikaseadmetes programmeeritavate loogikakontrollerite (PLC) asemel. Aga kas see on tark?
Hea küsimus, kuid vastamisega pole vaja kiirustada, sest sageli on lahendus, mis võib esmapilgul ilmne olla. Heidame pilgu pindade alla ja kaalume arutelu jaoks olulisi tegureid. Kiire pilguga näeme, et tänapäeval on turul saadaval umbes kaheksakümmend erinevat plaati, sealhulgas mikrokontrolleri plaate, FPGA-plaate ja laia valikute võimalustega miniarvuteid. Selles materjalis nimetatakse neid kõiki tavapäraselt mikrokontrolleriteks. Samamoodi, kuigi PLC-del on lai valik võimalusi, eeldab see materjal PLC-d, millel on hästi läbimõeldud ja usaldusväärne kontroller.
Mõelge väikesele tööstuslikule protsessile, mis nõuab kahte või kolme andurit ja täiturmehhanismi. Süsteem suhtleb suurema juhtimissüsteemiga ja protsessi juhtimiseks tuleb kirjutada programm. See pole suur asi ühegi väikese PLC jaoks, mis maksab ligikaudu 200 dollarit, kuid on ahvatlev kasutada palju odavamat mikrokontrollerit. Arendades otsib esmalt I/O välisseadmed, PLC-ga pole probleemi, aga ilmselt on see mikrokontrolleri probleem.
Mõnda mikrokontrolleri väljundit on suhteliselt lihtne teisendada näiteks 4-20mA vooluahela liideseks. Teisi on veidi keerulisem teisendada, näiteks impulsi laiusega moduleeritud (PWM) analoogväljundit. Standardtoodetena on saadaval mitmed signaalimuundurid, kuid need suurendavad üldkulusid. Insener, kes nõuab täielikku isetegemist, võib proovida muundurit ise valmistada, kuid selle kohustuse arendamine võib olla keeruline ja aeganõudev.
PLC-d töötavad, võib öelda, mis tahes tööstusliku anduriga ega vaja üldiselt välist teisendamist, kuna need on mõeldud ühendamiseks suure hulga andurite, täiturmehhanismide ja muude tööstuslike elementidega I / O moodulite kaudu. PLC-d on ka lihtne paigaldada ning tihvtide ja pistikutega mikrokontrolleri plaat nõuab mõningast juhtmestiku ja joondustööd.
Mikrokontroller on "paljas" seade, millel puudub operatsioonisüsteem või mõni lihtne operatsioonisüsteem, mida tuleb konkreetsete vajaduste jaoks kohandada. Lõppude lõpuks ei ole Linuxiga 40-dollarilisel ühe pardal arvutil tõenäoliselt palju manustatud tarkvara võimalusi, seega jääb kasutaja kodeerida kõik, välja arvatud kõige elementaarsemad võimalused.
Teisest küljest, kuigi rakendus on lihtne, on PLC-l palju sisseehitatud võimalusi, et teha palju kulisside taga, ilma et oleks vaja spetsiaalset programmeerimist. PLC-del on tarkvara valvekoerad, et jälgida käivitatavat programmi ja riistvaraseadmeid. Need kontrollid toimuvad igal skannimisel, mis sisaldab vigu või hoiatusi, kui probleem ilmneb.
Põhimõtteliselt saab kõiki neid võimalusi mikrokontrollerisse programmeerimise teel sisse viia, kuid kasutaja peab kas nullist kirjutama alamprogrammid või leidma taaskasutamiseks olemasolevad programmiplokid ja teegid. Loomulikult tuleb need sihtrakenduses kontrollida. Sama kontrolleri jaoks mitut programmi kirjutav insener võib juba testitud kooditükke uuesti kasutada, kuid see võimalus on saadaval peaaegu iga PLC operatsioonisüsteemis.
Lisaks on PLC-d loodud vastu pidama tööstuskeskkonna nõudmistele. PLC on vastupidav masin, mis on ehitatud ja testitud taluma lööki ja vibratsiooni, elektrilist müra, korrosiooni ja laia temperatuurivahemikku. Mikrokontrolleritel sageli selliseid eeliseid pole. Mikrokontrollerite puhul tehakse nii üksikasjalikku ja põhjalikku testimist harva ning tavaliselt sisaldavad need seadmed ainult teatud turgude põhinõudeid, nagu näiteks kodumasinate juhtimine.
Samuti väärib märkimist, et paljud tööstuslikud masinad ja seadmed on töös olnud aastakümneid, seega on ka kontrollerid kohustatud töötama väga pikka aega. Seetõttu vajavad kasutajad pikaajalist tuge. Algseadmete tootjatel on pikaajaline kohustus tugineda oma seadmetes kasutatavatele toodetele ja nad peavad olema valmis, kui klient soovib osta kakskümmend aastat tagasi või varem kasutusele võetud süsteemi varuosi. Mikrokontrollerite ettevõtted ei pruugi oma tootele nii pikka eluiga pakkuda. Enamik PLC tootjaid pakuvad kvaliteetset tuge, mõned pakuvad isegi tasuta tehnilist tuge. Siiski tuleb märkida, et mikrokontrollerite kasutajad moodustavad sageli oma tehnilise toe meeskonnad, vastused paljudele küsimustele leitakse sageli vestlusrühmades ja foorumites, mille vajadused on sarnased teie enda vajadustega.
Seega on mikrokontrollerid ja erinevat tüüpi arendusplaadid rohkem vahendid õppimiseks, katsetamiseks ja prototüüpimiseks. Need on odavad ja muudavad keerukate programmeerimis- ja õppimise palju lihtsamaks. Kuid samal ajal, kui ülesandeks on panna tootmine töötama tõhusalt, ohutult ja katkestusteta, pakuvad PLC-d lai valik töökindlusega võimeid, mida on testitud ja rakendatud väga pikka aega. Kui tehas peab töötama tõrgeteta ning tooted peavad olema tootmisliinidel kvaliteetselt ja kiiresti valmistatud, on töökindlus ja ohutus kõige olulisemad.
.
& nbsp & nbsp & nbsp
& nbsp & nbsp & nbspSaate meie projekti toetada, annetades selle arendamiseks mis tahes summa.
Mikrokontrollerite tööstuslik rakendusala on väga lai. Nende hulka kuuluvad otsuste automatiseerimine, mootori juhtimine, inim-masina liidesed (HMI), andurid ja programmeeritav loogikajuhtimine. Üha enam integreerivad disainerid mikrokontrollereid varem "ebamõistlikesse süsteemidesse" ning tööstusliku asjade interneti (Internet of Things) kiire levik kiirendab oluliselt mikrokontrollerite juurutamist. Tööstuslikud rakendused nõuavad aga väiksemat elektrienergiatarbimist ja ratsionaalsemat kasutamist.
Seetõttu toovad mikrokontrollerite tootjad oma tooteid tööstus- ja sellega seotud turgudele, pakkudes samal ajal suurt jõudlust ja paindlikkust, kuid minimaalse energiatarbimisega.
Sisu:
Nõuded tööstuslikele mikrokontrolleritele
Tavaliselt seab tööstuskeskkond elektriseadmetele kõrgendatud nõudmisi raskemate töötingimuste tõttu, nagu võimalik elektrimüra ning võimsate elektrimootorite, kompressorite, keevitusseadmete ja muude masinate tööst põhjustatud suured voolu- ja pingeliigid. Samuti võivad tekkida elektrostaatilised ja elektromagnetilised häired (EMI) ja paljud teised.
Madal toitepinge ja geomeetrilised protsessid 130 nm (elemendi tihedus. Juhtivate kiibitootjate poolt saavutatud aastatel 2000–2001) või vähem takistavad ülaltoodud ohtude käsitlemist. Võimalike hädaolukordade kõrvaldamiseks kasutatakse spetsiaalseid väliseid kaitseahelaid, spetsiaalseid plaate, mis asuvad toitesektsiooni ja "maa" vahel. Kui mikrokontrollerite tootjad soovivad vallutada kaasaegset globaalset turgu, peavad nad järgima mitmeid nõudeid, millest me allpool räägime.
Madal energiatarve
Kaasaegsed juhtimis- ja seiresüsteemid muutuvad järjest keerukamaks, mis suurendab nõudeid töötlemise rakendamiseks üksikutes kauganduri üksustes. Kas neid andmeid tuleb töödelda kohapeal või kasutada järjest kasvavat hulka digitaalseid sideprotokolle? Enamik kaasaegseid arendajaid lisab mõõteandurisse mikrokontrolleri, et sellele lisafunktsioone lisada. Kaasaegsete süsteemide hulka kuuluvad mootori tervisemonitorid, vedelike ja gaaside kaugseire funktsioonid, juhtventiili juhtseadmed ja palju muud.
Paljud tööstuslikud andurisõlmed on toiteallikatest kaugel, mille peamiseks puuduseks on liini pinge langus allikast andurile. Mõned andurid kasutavad vooluahelat, kus on väiksem kadu. Kuid sõltumata toiteallika tüübist on mikrokontrolleri madal tarbimine kohustuslik.
Samuti on olemas akutoitel töötavad süsteemid – hooneautomaatikasüsteemid, tulekahjusignalisatsioonid, liikumisandurid, elektroonilised lukud ja termostaadid. Samuti on palju meditsiiniseadmeid, nagu vere glükoosimõõturid, pulsimõõtjad ja muud seadmed.
Tehnoloogiad ei käi kaasas nutikate süsteemide üha laienevatele võimalustele, mistõttu suureneb vajadus minimeerida süsteemi elementide energiatarbimist. Mikrokontroller peaks töörežiimis tarbima minimaalselt elektrit ja suutma lülituda minimaalse energiatarbimisega puhkerežiimile, samuti ärkama, kui antud tingimus(sisemine taimer või väline katkestus).
Võimalus andmeid salvestada
Oluline märkus aku jõudluse kohta: iga aku tühjeneb varem või hiljem ega suuda väljundvõimsust vajalikul tasemel hoida. Jah, kui teie mobiiltelefon lülitub keset vestlust välja, põhjustab see ärritust, kuid kui meditsiiniseade lülitub välja operatsiooni ajal või süsteem keerulises tootmistsüklis, võib see kaasa tuua väga traagilisi tagajärgi. Võrgust toidetuna võib pinge kaduda suure ülekoormuse või liinirikke tõttu.
Sellistes olukordades on väga oluline, et mikrokontroller suudaks välja arvutada väljalülitusolukorra ja salvestada kõik olulised tööandmed. Oleks väga tore, kui seade suudaks salvestada protsessori olekud, programmiloendur, kellaaeg, registrid, I / O olek ja nii edasi, et pärast korduvat töötamist saaks seade oma tööd jätkata ilma külmkäivituseta.
Mitu suhtlusvõimalust
Kommunikatsiooni osas kontrollitakse vahemikku tööstuslikes rakendustes. Samal ajal on juhtmega sides peaaegu kõiki tüüpe, alates klassikalisest vooluahelast 4–20 mA ja RC-232 ning lõpetades Etherneti, USB, LVDS, CAN ja paljude muude vahetusprotokollidega. IoT populaarsust kogudes hakkasid ilmuma juhtmevabad sideprotokollid ja segaprotokollid, näiteks Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee. Lihtsamalt öeldes on tõenäosus, et see tööstusharu võtab kasutusele ühe andmevahetusprotokolli, null, nii et kaasaegsed mikrokontrollerid peavad mahutama mitmeid sidevõimalusi.
Ohutus
Interneti-protokolli IPv6 uusimal versioonil on 128-bitine aadressiväli, mis annab sellele teoreetiliseks maksimumiks 3,4x10 38 aadressi. See on rohkem kui liivaterad maailmas! Nii suure hulga seadmetega, mis võivad välismaailmale avatud olla, muutub see aktuaalne teema turvalisus. Paljud olemasolevad lahendused põhinevad avatud lähtekoodiga tarkvara (nt OpenSSL) kasutamisel, olenemata tulemustest antud kasutust kaugel parimast.
Mitu õudusjutte siiski toimus. 2015. aastal relvastasid teadlased sülearvuti ja mobiiltelefon millega häkkis Jeep Cherokee traadita internetühendused. Neil õnnestus isegi pidurid lahti lasta! Loomulikult kõrvaldasid arendajad selle puuduse, kuid oht püsib. Internetiga ühendatud moodsate süsteemide häkkimise võimalus hoiab asjade interneti asjatundjad pinges, sest kui nemad suutsid häkkida autot, siis võivad nad häkkida terve tehase või tehase süsteemi ja see on palju ohtlikum. Mäletate Stuxneti?
Tugevad tarkvara- ja riistvaraturbefunktsioonid, nagu AES-krüptimine, on kaasaegsete tööstuslike mikrokontrollerite põhinõue.
Skaleeritav põhivalikute komplekt
Toode, mis püüab rahuldada kõiki kasutajaid, ei rahulda lõpuks kedagi.
Mõned tööstuslikud rakendused eelistavad madalat energiatarbimist. Näiteks juhtmevaba seiresüsteem toiduainete külmutussüsteemi temperatuuri registreerimiseks või rihm-andursüsteem füsioloogiliste andmete kogumiseks. See süsteem veedab suurema osa ajast unerežiimis ja perioodiliselt "ärkab" mõne lihtsa toimingu tegemiseks.
Suuremahuline tööstusprojekt ühendab mikrokontrollereid erinevate jõudluse ja energiatarbimise kombinatsioonidega. Töötlemise kiirendamiseks ja turule jõudmise kiirendamiseks peaks see olenevalt funktsionaalsetest ülesannetest hõlpsasti rakenduse koodi tuumade vahel teisaldama.
Paindlik välisseadmete komplekt
Arvestades tööstusliku juhtimise, töötlemise ja mõõtmise tohutut ulatust, peaks igal tööstuslikul mikrokontrolleri perekonnal olema minimaalne välisseadmete komplekt. Mõned "minimaalne komplekt":
- ADC analoog-digitaalmuundurite keskmine eraldusvõime (10-, 12-, 14-bitine), mis töötavad kiirusega kuni 1 Msamples / s;
- (24-bitine) kõrge eraldusvõime madalamate kiiruste jaoks ülitäpsete rakenduste jaoks;
- Mitmed jadakommunikatsiooni võimalused, eriti I2C, SPI ja UART, kuid eelistatavalt USB;
- Turvafunktsioonid: IP kaitse, Advanced Encryption Standard (AES) riistvarakiirendi;
- Sisseehitatud LDO ja DC-DC muundurid;
- Spetsialiseerunud välisseadmedüldiste ülesannete jaoks, nagu puutetundliku mahtuvusliku lüliti moodul, LCD-paneeli draiver, transimpedantsi võimendi jne.
Võimsad arendustööriistad
Uued projektid muutuvad keerukamaks ning nõuavad täiustamist ja arendusprotsesside kiirendamist. Et kursis olla kaasaegsed trendid, peab igal tööstuslikul mikrokontrolleri perekonnal olema täielik tugi kõigis arendus- ja tööetappides, mis hõlmavad tarkvara, tööriistu ja arendustööriistu.
Tarkvara ökosüsteem peaks sisaldama GUI IDE-d, operatsioonisaali (RTOS), silurit, kodeerimisnäiteid, koodi genereerimise tööriistu, välisseadmete sätteid, sukeldujate teeke ja API-sid. Samuti peaks olema tugi projekteerimisprotsessile, eelistatavalt võrgujuurdepääsuga tehaseekspertidele, samuti veebipõhise kasutajate vestlusega, kus saab näpunäiteid ja nippe vahetada.
MSP43x väikese võimsusega tööstuslike mikrokontrollerite perekond
Mitmed tootjad on välja töötanud lahendusi, et rahuldada kasvava turu nõudlust. Üks tähelepanuväärne näide sellistest tootjatest on Texas Instruments oma MSP43x perekonnaga, mis pakub suurepärast kombinatsiooni suurest jõudlusest ja madalast energiatarbimisest.
MSP43x sarjas on rohkem kui 500 seadet, sealhulgas isegi ülimadala võimsusega MSP430, mis põhineb 16-bitisel RISC-tuumal ja MSP432, mis suudab ühendada suure jõudluse ülimadala energiatarbimisega. Nendel seadmetel on ujukomaga 32-bitine ARM Cortex-M4F tuum ja kuni 256KB välkmälu.
MSP430FRxx on 100 seadme perekond, mis kasutab ainulaadse jõudluse tagamiseks ferroelektrilist muutmälu (FRAM). FRAM, tuntud ka kui FeRAM või F-RAM, ühendab välklambi ja SRAM-tehnoloogia funktsioonid. See on mittelenduv kiire kirjutamise ja väikese energiatarbimisega, 10-15 tsüklit kirjutades vastupidav, täiustatud koodi- ja andmeturve võrreldes välgu või EEPROM-iga, samuti suurem vastupidavus kiirgusele ja elektromagnetkiirgusele.
MSP43x perekond toetab mitmesuguseid tööstuslikke ja muid väikese energiatarbega rakendusi, sealhulgas võrgu infrastruktuuri, juhtimisprotsesse, testimist ja mõõtmist, koduautomaatikat, meditsiini- ja spordiseadmeid, isiklikke elektroonikaseadmeid ja paljusid teisi.
Ülimadala võimsusega näide: üheksateljelised andurid koos MSP430F5528-ga
Rakendustes uurimise ja mõõtmise käigus „liitub“ üha suurem arv andureid üheks süsteemiks ning kasutavad ühist tarkvara ja riistvara mitme seadme andmete ühendamiseks. Andmete liitmine parandab andurite üksikud puudused ja parandab jõudlust ruumis asukoha või orientatsiooni määramisel.
Ülaltoodud diagramm näitab AHRS-i plokkdiagrammi, mis kasutab väikese võimsusega MSP430F5528 pluss magnetomeetrit, güroskoopi ja kiirendusmõõturit kõigil kolmel teljel. MSP430F5528 optimeerib ja pikendab kaasaskantava arvesti aku tööiga, mis sisaldab 16-bitist RISC-tuuma, riistvarakordisti, 12-bitist ADC-d ja mitut jadamoodulit, sealhulgas USB.
Tarkvara kasutab suuna-koosinusmaatriksi (DCM) algoritmi, mis võtab kalibreeritud anduri näidud, arvutab nende orientatsiooni ruumis ja väljastab väärtused kõrguse, kalde ja lengerdusena, mida nimetatakse Euleri nurkadeks.
Vajadusel saab MSP430F5xx suhelda liikumisanduritega jadaprotokolli I 2 C kaudu. See võib olla kasulik kogu süsteemile, kuna peamine mikrokontroller on vabastatud anduri teabe töötlemisest. See võib jääda ooterežiimi, vähendades seeläbi energiatarbimist või kasutada vabanenud ressursse muude ülesannete lahendamiseks, suurendades seeläbi süsteemi jõudlust.
Suure jõudlusega rakenduse näide: BPSK modem, mis kasutab MSP432P401R
Kahefaasiline nihkeklahvistik (BPSK) on digitaalne ahel modulatsioon, mis edastab teavet tugisignaali faasi muutmise kaudu. Tüüpiline rakendus oleks optiline sidesüsteem, mis kasutab madala andmeedastuskiirusega signaalide jaoks täiendava lingi pakkumiseks BPSK modemit.
BPSK kasutab binaarsete digitaalsete andmete esitamiseks kahte erinevat signaali kahes erinevas modulatsioonifaasis. Ühe faasi kandja on bitt 0, samas kui 180 0 võrra nihutatud faas on bitt 1. See andmeedastus on näidatud allpool:
MSP432P401R moodustab disaini tuuma. Lisaks 32-bitisele ARM Cortex-M4 tuumale on sellel seadmel 14-bitine, 1 Msps ADC ja CMSIS digitaalse signaalitöötluse (DSP) teek, mis võimaldab tõhusalt hallata keerukaid digitaalse signaalitöötluse funktsioone.
Saatja (modulaator) ja vastuvõtja (demodulaator) on näidatud allpool:
Rakendamine hõlmab BPSK modulatsiooni ja demodulatsiooni, edasisuunas veaparandust, veaparandust BER parandamiseks ja digitaalse signaali kujundamist. BPSK sisaldab valikulist lõpliku impulssreaktsiooni (FIR) madalpääsfiltrit, et parandada signaali-müra suhet (SNR) enne demoduleerimist.
BPSK modulaatori omadused:
- kandesagedus 125 kHz;
- bitikiirus kuni 125 kbps;
- Täispakett või kaader kuni 600 baiti;
- x4 kandja ülediskreetmine sagedusel 125 kHz (st 500 kps diskreetimissagedus)
järeldused
Tööstuslikuks kasutamiseks mõeldud mikrokontrolleritel peab olema kombinatsioon suurest jõudlusest, madalast energiatarbimisest, paindlikust funktsioonide komplektist ja võimsast tarkvaraarenduse ökosüsteemist.
Kodumaise tööstuse erinevate harude seas on kõige nõutum tööstusautomaatika valdkond. Peaaegu igat tüüpi tootmine nõuab teatud tootmisprotsesside automatiseerimiseks tohutul hulgal komponente. Lõppkokkuvõttes on iga tootmisettevõte huvitatud juhtimisprotsessist tehnoloogilised protsessid viidi läbi kiiresti ja automaatselt.
Iga automaatse juhtimissüsteemi (ACS) süda on tööstuslik kontroller.
Ajaloo viide
Esimene tööstuslik kontroller ilmus 1969. aastal USA-s. Selle loomise algatas autokorporatsioon General Motors Company ja selle töötas välja Bedford Associates.
Neil aastatel ehitati ACS-id jäigale loogikale (riistvara programmeerimine), mis muutis nende ümberkonfigureerimise võimatuks.
Seetõttu vajas iga tehnoloogiline rida individuaalset automatiseeritud juhtimissüsteemi. Seejärel hakati ACS-i arhitektuuris kasutama seadmeid, mille algoritmi sai releeühendusskeemide abil muuta.
Selliseid seadmeid nimetatakse "tööstuslikeks loogikakontrolleriteks" (PLC). Elektromagnetreleede abil rakendatud automatiseeritud juhtimissüsteemid olid aga keerulised ja suurte mõõtmetega. Ühe süsteemi majutamiseks ja hooldamiseks oli vaja eraldi ruumi.
Bedford Associatesi (USA) inseneride poolt välja töötatud mikroprotsessor PLC võimaldas kasutada Infotehnoloogia tootmisprotsesside automatiseerimisel, minimeerides samas inimfaktorit.
Kaasaegne tööstuslik kontroller
Üldiselt on PLC mikroprotsessorseade, mis lülitab ühendatud signaalijuhtmeid. Nende ühendamise vajalikud kombinatsioonid määrab juhtprogramm arvutiekraanil ja sisestatakse seejärel kontrolleri mällu.
Programmeerimine toimub nii klassikalistes algoritmilistes keeltes kui ka IEC 61131-3 standardites määratletud keeltes. Nii sai ettevõtetel võimalik ühe mikroprotsessorseadme abil rakendada erinevaid automatiseeritud juhtimissüsteeme.
Aja jooksul läksid tööstusautomaatikasüsteemide arendajad üle IBM-i arvutitega (PC-dega) ühilduvale elementbaasile. PC-ühilduva riistvara arendamisel koos PLC-dega on kaks suunda, mille puhul säilitatakse võimalikult palju arhitektuuri ja disainilahendusi:
- PLC - selle protsessori mooduli samaaegse asendamisega avatud arvutiga ühilduva mooduliga tarkvara(ADAM5000 seeria kontrollerid).
- IBM PC - väikestes manustatud süsteemides (moodul PC104 ja mikroarvuti kontrollerid).
Seetõttu on tänapäevased PLC-d arvutiga ühilduvad modulaarsed kontrollerid, mis on mõeldud kohalike juhtimisülesannete lahendamiseks. Nende areng peaks lõpuks viima:
- üldmõõtmete vähendamine;
- funktsionaalsuse laiendamine;
- ühtse programmeerimiskeele (IEC 61131-3) kasutamine ja "avatud süsteemide" ideoloogia.
PLC tööpõhimõte ja ulatus
Igasugune PLC on elektrooniline seade mõeldud juhtimisalgoritmide täitmiseks. Kõigi PLC-de tööpõhimõte on sama - andmete kogumine ja töötlemine ning täiturmehhanismidele juhtimistoimingute väljastamine.
PLC-sid kasutatakse tööstuses laialdaselt. See seletab suure hulga nende sortide olemasolu, mille hulgas saab eristada kontrollereid:
- Üldtööstuslik (universaalne).
- Suhtlemine.
- Mõeldud positsioneerimise ja liikumise, sealhulgas robotite juhtimiseks.
- Tagasisidega (PID kontrollerid).
PLC klassifikatsioon
PLC-de klassifitseerimisel on suur hulk parameetreid.
Konstruktiivne jõudlus:
- monoblokk;
- modulaarne;
- levitatud;
- universaalne.
I/O kanalite arv:
- nano-PLC, vähem kui 16 kanaliga;
- mikro-PLC (16 ... 100 kanalit);
- keskmine (100 ... 500 kanalit);
- suur, rohkem kui 500 kanaliga.
Programmeerimismeetodid.
PLC-sid saab programmeerida:
- seadme esipaneel;
- kaasaskantava programmeerija kasutamine;
- arvutit kasutades.
Paigaldamise tüübid.
- rack-mount;
- sein;
- paneel (paigaldatud kapi uksele või spetsiaalsele paneelile);
- DIN siinile (paigaldus kapi sisse).
Kirjutage artiklile kommentaare, täiendusi, võib-olla jäin millestki kahe silma vahele. Heitke pilk peale, mul on hea meel, kui leiate minu omast midagi muud kasulikku.
, Uudised / alates admin
Mikrokontrollerid vs. PLC-d: võitluses teie tööstuslike rakenduste eest on selge võitja.
Ühe pardaarvutite ja mikrokontrollerite maailm pakub huvitavaid ja odavaid võimalusi automatiseerimisrakenduste jaoks, kuid kas neid komponente saab usaldada missioonikriitiliste tootmisrakendused kus PLC-sid traditsiooniliselt kasutatakse?
Maailmas tekkivate mikrokontrollerite valik kasvab jõudsalt ja languse märke pole näha. Need seadmed – sealhulgas Arduino, BeagleBone, Raspberry Pi ja teised – pakuvad erakordseid võimalusi. Nad võivad pakkuda ka terveid tarvikute ökosüsteeme ja seda kõike väga madalate hindadega.
Bill Dehner, tehniline turundusinsener; ja Tim Wheeler, AutomationDirecti tehniline turundaja ja arendusinstruktor; kirjutas artikli pealkirjaga Microcontrollers vs. PLCs: What One Is Leading Your Enterprise?, mis ilmus 2017. aasta novembris juhttehnoloogias. Nad arutasid, kuidas huvi nende toodete vastu on kasvanud, kuni selleni, et mõned kaaluvad nende mikrokontrollerite kasutamist tööstusautomaatika rakendustes PLC-de asemel. Aga kas see on mõistlik?
See on loomulik küsimus, kuid vastusele tuleb suhtuda ettevaatlikult, sest sageli sõltub sellisest otsusest rohkem, kui esmapilgul võib tunduda. Vaatame allpool ja vaatame arutelu jaoks olulisi tegureid.
Pärast kiiret veebiküsitlust näeme, et on olemas umbes 80 erinevat plaati, sealhulgas mikrokontrollereid, FPGA-plaate ja ühe plaadiga arvuteid, millel on lai valik võimalusi. Igal juhul paneme siin blogis need kõik kokku ja nimetame neid mikrokontrolleriteks.
Samamoodi, kuigi PLC-del on lai valik võimalusi, peame PLC-sid mingiks üldiseks ja usaldusväärseks kontrolleriks, näiteks AutomationDirect BRX.
Hüpoteetiline näide
Artiklis käsitletakse väikest automatiseeritud protsessi, mis nõuab kahte või kolme andurit ja draivi. Süsteem suhtleb suurema juhtimissüsteemiga ja protsessi juhtimiseks tuleb kirjutada programm. See on lihtne ülesanne iga väikese alla 200 dollari suuruse PLC jaoks, kuid sooviks kasutada palju odavamat mikrokontrollerit.
Esimene samm on otsida I / O - mitte PLC probleem, vaid võib-olla mikrokontrolleri probleem.
"Mõnda (mikrokontrolleri väljundit) on suhteliselt lihtne teisendada, näiteks 4-20 mA vooluahel 0-5 V. Teisi on keerulisem teisendada, näiteks impulsslaiuse modulatsiooni (PWM) kasutav analoogväljund, see on üldiselt mikrokontrollerite jaoks. Mõned signaalimuundurid on saadaval standardtoodetena, kuid need suurendavad üldkulusid. Täiskohaga isetegemise insener võib proovida sisemiselt konverterit ehitada, kuid selle arendamine võib olla keeruline ja aeganõudev.
PLC-d töötavad peaaegu kõigi tööstuslike anduritega ega vaja üldjuhul välist teisendamist, kuna need on loodud ühendama paljude erinevate andurite, täiturmehhanismide ja muude tööstuslike komponentidega nende I/O kaudu. PLC-d on lihtne paigaldada, samas kui tihvtide ja pistikutega mikrokontrolleri plaat nõuab veidi tööd.
OS
Dehner ja Wheeler juhivad tähelepanu sellele, et mikrokontroller on luustikuseade, millel on selle aluseks olev operatsioonisüsteem. „Lõppude lõpuks, 40-dollarilisel ühe pardal arvutil ei ole palju sisseehitatud tarkvararutiine. Seetõttu jääb kasutaja kodeerida kõik peale kõige elementaarsemate võimaluste."
Kuigi rakendus võib olla lihtne, on PLC-l palju sisseehitatud võimalusi. PLC muudab kulisside taga toimuvad sündmused nähtamatuks ega vaja kasutaja programmeerimist, erinevalt mikrokontrolleri kasutamisest. PLC-l on tarkvaravalve taimerid, et jälgida programmi käivitamist, ja riistvaralised valvetaimerid moodulite ja sisend-/väljundseadmete jälgimiseks. Need kontrollid toimuvad igal skannimistsüklil koos vea- või hoiatushoiatustega, kui probleem ilmneb.
"Teoorias saaks mikrokontrolleri programmeerimisega lisada mis tahes nendest võimalustest, kuid kasutaja peaks kas kirjutama protseduurid nullist või leidma olemasolevad tarkvaramoodulid, mida uuesti kasutada. Loomulikult tuleb neid rakenduse jaoks testida ja kontrollida ning sellise testimise tähtsust tuleb mõista vähemalt esimesel korral. Ühe kontrolleri jaoks mitut programmi kirjutav insener saab tõenäoliselt testitud koodiplokke uuesti kasutada. Kuid need võimalused on juba lisatud operatsioonisüsteem peaaegu iga PLC jaoks.
PLC tähendab tootmiskindlust
PLC-d on loodud vastu pidama tööstuskeskkonna nõudmistele. Seadmed on töökindlad ning valmistatud ja testitud taluma lööki ja vibratsiooni, elektrilist müra, korrosiooni ja laia temperatuurivahemikku. Muidu mikrokontrolleritega.
"Mikrokontrollerid läbivad harva nii ulatuslikku testimist ja sisaldavad tavaliselt ainult põhinõudeid konkreetsete turgude jaoks, näiteks kontoriseadmed. Ka need nõuded ei pruugi olla täidetud tundmatu emaplaaditootja puhul. Üldist tahvlit ei pruugitud olla testitud samal määral kui kaubamärgiga plaati, isegi kui see näib olevat identne.
Tehniline abi
Paljud tööstusseadmed on aastakümneid katkematult töötanud, seega peavad ka kontrollerid tõrgeteta töötama. Seetõttu vajavad kasutajad pikaajalist tuge.
“Originaalseadmete tootjad peavad vaatama, milliseid tooteid nad oma masinatel kasutavad ja peavad olema valmis, kui klient soovib osta osi 1990ndatel või isegi varem paigaldatud süsteemile.
Mikrokontrollerite ettevõtted ei saa seda ajaloo linki hoida. Kui teil on vaja viie aasta taguses projektis kontrollerit välja vahetada, võib vajalike osade leidmine olla väljakutse.
Enamikul PLC-müüjatel on suurepärased tugivõimalused, mõned, näiteks AutomationDirect, pakuvad tasuta tehnilist tuge. Kuid avatud mikrokontrollerite lõppkasutajad lähtekood loovad sageli oma tehnilise toe meeskonnad. Vastuseid küsimustele võib sageli leida teiega sarnaste vajadustega vestlusrühmadest ja teemafoorumitest. Või mitte.
Kokkuvõtteid tehes
"Mikrokontrollerid ja muud tüüpi arendusplaadid on suurepärased õppevahenditena ja katsetamiseks. Need on odavad ja muudavad keerukate programmeerimis- ja õppimise palju lihtsamaks. Kui teil on aega, on need suurepärased tööriistad.
„Teisest küljest, kui väljakutseks on töötada tootmises tõhusalt, tõhusalt ja ohutult, siis PLC-d pakuvad laia valikut võimalusi ja usaldusväärsust, mida on testitud ja kasutatud aastakümneid. Kui tehas peab töötama ja tooteid tootma, on töökindlus ja ohutus tähtsamad kui miski muu.