Využitie mikrokontrolérov v priemyselnej automatizácii. Mikrokontroléry a jednodoskové počítače verzus plcs v priemysle. Rodina nízkoenergetických priemyselných mikrokontrolérov MSP43x
Spôsoby aplikácie "TKM - 52" v APCS
Regulátor "TKM - 52" je určený na zber, spracovanie informácií a generovanie vplyvov na objekt riadenia ako súčasť distribuovaných hierarchických alebo lokálnych autonómnych systémov riadenia procesov založených na sieti Ethernet alebo RS-485 (MODBUS). Ovládač je možné použiť:
ale ako samostatné zariadenie správa malých predmetov;
b) ako vzdialený terminál na komunikáciu s objektom ako súčasť distribuovaných riadiacich systémov;
c) súčasne ako miestne ovládacie zariadenie a ako vzdialený terminál na komunikáciu s objektom ako súčasť komplexných distribuovaných riadiacich systémov.
Regulátor v redundantnom režime je určený na použitie vo vysoko spoľahlivých riadiacich systémoch. V kontroléri môže byť nainštalovaný jeden z operačných systémov v závislosti od možností spustenia: DOS alebo systémový softvér (SSS) založený na OS LINUX. V prvom prípade je možné IFC vykonať pomocou univerzálnych programovacích nástrojov pomocou programu TRA - CE MODE.
V samostatnej aplikácii rieši radič problémy s priemernou informačnou kapacitou (50-200 kanálov). Cez sériové (RS - 232, HRS - 485) a paralelné rozhranie, ako aj cez Ethernet je možné pripojiť rôzne periférne zariadenia. Ako ovládací panel možno použiť vstavanú klávesnicu a indikačný blok V03.
V režime využitia vzdialeného terminálu na komunikáciu s objektom sa riadiaci program vykonáva na výpočtovom zariadení vyššej hierarchickej úrovne (napríklad na IBM PC) pripojenom k ovládaču cez sériový kanál (RS - 232 resp. RS - 485. Cez protokol Modbus) alebo cez ethernetovú sieť a kontrolér zabezpečuje zber informácií a vydávanie riadiacich akcií na objekte.
Aplikácia v zmiešanom režime (ako inteligentný uzol distribuovaného APCS), objekt je riadený aplikačným programom,
uložené v energeticky nezávislej pamäti regulátora. V tomto prípade je ovládač pripojený k sieti Ethernet, čo umožňuje výpočtovému zariadeniu vyššej úrovne hierarchie prístup k hodnotám vstupných a výstupných signálov ovládača a hodnotám prevádzkových premenných aplikačného programu, ako aj ovplyvňovať tieto hodnoty. V ovládači je možné použiť všetky voľné rozhrania, ako aj jeho klávesnicu a indikátor. Súčasné vykonávanie aplikačného programu a práce cez sieť Ethernet je podporované prostredníctvom operačného systému radiča a I/O systému.
Táto možnosť maximálne využíva zdroje kontroléra TKM 52 a umožňuje s jej pomocou vytvárať flexibilné a spoľahlivé distribuované APCS ľubovoľnej informačnej kapacity (až desiatky tisíc kanálov). Tým je zabezpečená životnosť jednotlivých subsystémov.
Zloženie a vlastnosti ovládača
Regulátor TKM-52 je dizajnovo zmontovaná položka, ktorej zloženie je určené pri objednávke. Ovládač sa skladá zo základnej časti, jednotky indikačnej klávesnice a vstupno-výstupných modulov (1 až 4). Základná časť regulátora pozostáva z krytu, napájacieho zdroja, procesorového modulu PCM423L s modulom TCbus52 a klávesnice a displeja V03.
Telo ovládača je vyrobené z kovu a skladá sa z častí, ktoré sú navzájom spojené pomocou špeciálnych skrutiek. V zadnej časti je umiestnený napájací a procesorový modul. Vo zvyšku sekcií sú umiestnené I/O moduly. V prednej časti sa vždy nachádza klávesnica a zobrazovacia jednotka VОЗ. V závislosti od počtu sekcií pre I/O moduly sa líšia nasledujúce konfigurácie základnej časti kontroléra:
Regulátor TKM - 52 pracuje zo striedavého prúdu s frekvenciou 50 Hz a napätím 220 V, príkonom 130 W.
Regulátor TKM-52 je navrhnutý pre nepretržitú nepretržitú prevádzku.
Rozsah prevádzkových teplôt regulátora prostredia je od plus 5 do plus 50 C. Regulátor má verziu odolnú voči prachu a striekajúcej vode IP42.
Hlavné vlastnosti procesorového modulu:
a) procesor: FAMD DX-133 (5x86-133);
b) systémová RAM-8MB, v závislosti od inštalácie pamäťového modulu je možné ju rozšíriť až na 32 MB;
c) FLASH - pamäť systémových a aplikačných programov - 4 Mb (dá sa rozšíriť až na 144 Mb;
d) sériové porty: COM1 RS232, COM2 RS232 / RS485 kompatibilný UART 16550, paralelný port LPT1: podporuje režimy SPP / EPP / ECP;
e) Ethernetové rozhranie: ovládač Realtek RTL8019AS, softvér kompatibilný s NE2000;
f) časovač tvrdý reštart WatchDog, astronomický kalendárový časovač napájaný vstavanou batériou, napájanie - 5 V ± 5%, 2 A.
Mikrokontroléry a jednodoskové počítače ponúkajú vývojárom rôzne možnosti pre automatizačné aplikácie, predovšetkým vo flexibilite prispôsobenia a nízkej cene riešenia. Dá sa však týmto prvkom dôverovať v priemyselnom prostredí pri použití v zariadeniach, kde je kritická bezproblémová prevádzka?
Sortiment mikrokontrolérov a mini-počítačov, ktoré sa objavili vo svete nadšencov, sa rýchlo rozširuje bez akéhokoľvek dôvodu. Tieto komponenty, vrátane Arduina a Raspberry Pi, ponúkajú mimoriadne schopnosti, vrátane rozsiahleho ekosystému, ktorý zahŕňa IDE, podporu a príslušenstvo, všetko veľmi lacné. Niektorí inžinieri v niektorých prípadoch predpokladajú možnosť použitia takýchto mikrokontrolérov v zariadeniach priemyselnej automatizácie namiesto programovateľných logických automatov (PLC). Ale je to múdre?
Dobrá otázka, ale s odpoveďou sa netreba ponáhľať, pretože často existuje riešenie, ktoré môže byť na prvý pohľad zrejmé. Poďme sa pozrieť pod povrchy a zvážiť faktory relevantné pre diskusiu. Pri letmom pohľade vidíme, že na dnešnom trhu je dostupných asi osemdesiat rôznych dosiek, vrátane dosiek s mikrokontrolérmi, dosiek FPGA a mini počítačov so širokou škálou možností. V tomto materiáli budú všetky bežne označované ako mikrokontroléry. Podobne, hoci PLC majú širokú škálu možností, tento materiál predpokladá PLC s dobre navrhnutým a spoľahlivým regulátorom.
Zvážte malý priemyselný proces, ktorý vyžaduje dva alebo tri snímače a pohon. Systém komunikuje s väčším riadiacim systémom a na riadenie procesu musí byť napísaný program. To nie je veľký problém pre malé PLC, ktoré stojí zhruba 200 dolárov, ale je lákavé použiť oveľa lacnejší mikrokontrolér. Pri vývoji hľadá najskôr I/O periférie, s PLC problém nie je, ale asi je to problém mikrokontroléra.
Niektoré výstupy mikrokontroléra sa dajú pomerne ľahko previesť napríklad na rozhranie prúdovej slučky 4-20 mA. Iné sú o niečo ťažšie konvertovateľné, ako napríklad analógový výstup s moduláciou šírky impulzov (PWM). Ako štandardné produkty je k dispozícii množstvo prevodníkov signálu, ktoré však zvyšujú celkové náklady. Inžinier, ktorý trvá na úplnej vlastnej výrobe, sa môže pokúsiť vyrobiť menič sám, ale vývoj tohto záväzku môže byť náročný a časovo náročný.
Dalo by sa povedať, že PLC pracujú s akýmkoľvek priemyselným snímačom a vo všeobecnosti nevyžadujú externú konverziu, pretože sú navrhnuté na pripojenie k veľkému množstvu snímačov, akčných členov a iných priemyselných prvkov prostredníctvom I/O modulov. Montáž PLC je tiež jednoduchá a doska mikrokontroléra s kolíkmi a konektormi vyžaduje určité zapojenie a zarovnanie.
Mikrokontrolér je „holé“ zariadenie bez operačného systému alebo nejakého jednoduchého operačného systému, ktorý je potrebné prispôsobiť špecifickým potrebám. Je nepravdepodobné, že by jednodoskový počítač s Linuxom za 40 USD mal veľa vstavaných softvérových funkcií, takže používateľ musí naprogramovať všetky funkcie okrem tých najzákladnejších.
Na druhej strane, aj keď je aplikácia jednoduchá, PLC má veľa vstavaných funkcií, ktoré umožňujú robiť veľa v zákulisí bez potreby špeciálneho programovania. PLC majú softvérové strážne jednotky na sledovanie spustiteľného programu a hardvérových zariadení. Tieto kontroly sa vykonávajú pri každom skenovaní s chybami alebo upozorneniami, ak sa vyskytne problém.
V zásade môže byť každá z týchto schopností zavedená do mikrokontroléra prostredníctvom programovania, ale používateľ bude musieť buď napísať podprogramy od začiatku, alebo nájsť existujúce programové bloky a knižnice na opätovné použitie. Prirodzene, je potrebné ich overiť v cieľovej aplikácii. Inžinier, ktorý píše viacero programov pre rovnaký radič, môže znova použiť časti kódu, ktoré už boli testované, ale táto schopnosť je dostupná v operačnom systéme takmer každého PLC.
Okrem toho sú PLC navrhnuté tak, aby odolali požiadavkám priemyselného prostredia. PLC je robustný stroj vyrobený a testovaný tak, aby odolal nárazom a vibráciám, elektrickému šumu, korózii a širokému teplotnému rozsahu. Mikrokontroléry často nemajú také výhody. V prípade mikrokontrolérov sa takéto podrobné a dôkladné testovanie vykonáva len zriedka a zvyčajne tieto zariadenia budú obsahovať len hlavné požiadavky pre určité trhy, ako je napríklad ovládanie domácich spotrebičov.
Za zmienku tiež stojí, že mnohé priemyselné stroje a zariadenia sú v prevádzke už desiatky rokov, takže aj regulátory musia pracovať veľmi dlho. Používatelia preto potrebujú dlhodobú podporu. OEM výrobcovia majú dlhodobú zodpovednosť spoliehať sa na produkty, ktoré používajú vo svojich zariadeniach, a musia byť pripravení, keď si zákazník želá kúpiť náhradné diely pre systém, ktorý bol predstavený pred dvadsiatimi rokmi alebo skôr. Spoločnosti vyrábajúce mikrokontroléry nemusia byť schopné poskytnúť takú dlhú životnosť svojim produktom. Väčšina výrobcov PLC poskytuje kvalitnú podporu, niektorí dokonca ponúkajú bezplatnú technickú podporu. Je však potrebné poznamenať, že používatelia mikrokontrolérov často tvoria svoje vlastné tímy technickej podpory, odpovede na mnohé otázky sa často nachádzajú v diskusných skupinách a fórach s potrebami podobnými vašim.
Mikrokontroléry a rôzne typy vývojových dosiek sú teda skôr nástrojmi na učenie, experimentovanie a prototypovanie. Sú lacné a výrazne uľahčujú učenie sa zložitých konceptov programovania a automatizácie. Ale zároveň, ak je úlohou zabezpečiť, aby výroba fungovala efektívne, bezpečne a bez prerušenia, PLC poskytujú veľký rozsah schopnosti so spoľahlivosťou, ktorá bola testovaná a používaná veľmi dlho. Keď má továreň bežať hladko a výrobky sa musia vyrábať vo vysokej kvalite a rýchlo na výrobných linkách, spoľahlivosť a bezpečnosť sú najdôležitejšie.
.
& nbsp & nbsp & nbsp
& nbsp & nbsp & nbspNáš projekt môžete podporiť darovaním ľubovoľnej sumy na jeho rozvoj.
Priemyselné využitie mikrokontrolérov je veľmi široké. Patria sem automatizácia rozhodovania, riadenie motora, rozhrania človek-stroj (HMI), senzory a programovateľné logické riadenie. Konštruktéri čoraz častejšie integrujú mikrokontroléry do predtým „nerozumných systémov“ a rýchle rozšírenie priemyselného internetu vecí (Internet of Things) výrazne urýchľuje implementáciu mikrokontrolérov. Priemyselné aplikácie však vyžadujú nižšiu spotrebu elektrickej energie a racionálnejšie využitie.
Výrobcovia mikrokontrolérov preto uvádzajú svoje produkty na priemyselné a súvisiace trhy, pričom ponúkajú vysoký výkon a flexibilitu, no s minimálnou spotrebou energie.
Obsah:
Požiadavky na priemyselné mikrokontroléry
Priemyselné prostredie zvyčajne kladie zvýšené nároky na elektrické zariadenia v dôsledku ťažších prevádzkových podmienok, akými sú možný elektrický šum a veľké rázy prúdov a napätí spôsobené prevádzkou výkonných elektromotorov, kompresorov, zváracích zariadení a iných strojov. Môže sa vyskytnúť aj elektrostatické a elektromagnetické rušenie (EMI) a mnohé ďalšie.
Nízke napájacie napätie a geometrické procesy 130nm (hustota buniek. Dosiahnuté v rokoch 2000-2001 poprednými výrobcami čipov) alebo menej zabraňujú zvládnutiu vyššie uvedených nebezpečenstiev. Na odstránenie možných núdzových situácií sa používajú špeciálne vonkajšie ochranné obvody, špeciálne dosky, ktoré sú umiestnené medzi výkonovou časťou a "zemou". Ak chcú výrobcovia mikrokontrolérov dobyť moderný globálny trh, musia dodržiavať niekoľko požiadaviek, o ktorých budeme diskutovať nižšie.
Nízka spotreba energie
Moderné riadiace a monitorovacie systémy sú čoraz zložitejšie, čo zvyšuje požiadavky na implementáciu spracovania v jednotlivých vzdialených senzorových jednotkách. Je potrebné tieto údaje spracovať lokálne alebo použiť stále rastúci počet digitálnych komunikačných protokolov? Väčšina moderných vývojárov obsahuje mikrokontrolér v meracom senzore, aby k nemu pridal ďalšie funkcie. Moderné systémy zahŕňajú monitory zdravia motora, funkcie diaľkového snímania kvapalín a plynov, ovládacie prvky ventilov a ďalšie.
Mnoho zostáv priemyselných snímačov je ďaleko od napájacích zdrojov, kde hlavnou nevýhodou je pokles sieťového napätia zo zdroja na snímač. Niektoré snímače používajú prúdovú slučku, kde sú menšie straty. Bez ohľadu na typ napájania je ale nízka spotreba mikrokontroléra nevyhnutnosťou.
Nechýbajú ani systémy na batérie – systémy automatizácie budov, požiarne hlásiče, detektory pohybu, elektronické zámky a termostaty. Existuje tiež veľa lekárskych zariadení, ako sú glukomery, monitory srdcového tepu a ďalšie vybavenie.
Technológie nedržia krok s neustále sa rozširujúcimi možnosťami inteligentných systémov, čo zvyšuje potrebu minimalizácie energetickej náročnosti prvkov systému. Mikrokontrolér by mal v prevádzkovom režime spotrebovať minimum elektriny a mal by byť schopný prejsť do režimu spánku s minimálnou spotrebou energie, ako aj prebudiť sa pri daný stav(interný časovač alebo externé prerušenie).
Schopnosť ukladať dáta
Dôležitá poznámka k výkonu batérie: každá batéria sa skôr či neskôr vybije a nedokáže udržať výstupný výkon na požadovanej úrovni. Áno, ak sa vám vypne mobilný telefón uprostred rozhovoru, spôsobí to podráždenie, ale ak sa počas operácie alebo systému v zložitom výrobnom cykle vypne zdravotnícky prístroj, môže to viesť k veľmi tragickým následkom. Pri napájaní zo siete môže dôjsť k strate napätia v dôsledku veľkého preťaženia alebo výpadku linky.
V takýchto situáciách je veľmi dôležité, aby bol mikrokontrolér schopný vypočítať situáciu vypnutia a uložiť všetky dôležité prevádzkové údaje. Bolo by veľmi pekné, keby si zariadenie dokázalo uložiť stavy CPU, programového počítadla, hodín, registrov, stav I/O atď., aby po opakovanej prevádzke zariadenie mohlo pokračovať v práci bez studeného štartu.
Viaceré možnosti komunikácie
Pokiaľ ide o komunikáciu, v priemyselných aplikáciách je riadený gamut. Zároveň v drôtovej komunikácii existujú takmer všetky typy, od klasickej prúdovej slučky 4 - 20 mA a RC-232 až po Ethernet, USB, LVDS, CAN a mnoho ďalších typov výmenných protokolov. Keď IoT získal popularitu, začali sa objavovať bezdrôtové komunikačné protokoly a zmiešané protokoly, napríklad Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee. Zjednodušene povedané, pravdepodobnosť, že sa toto odvetvie usadí na akomkoľvek protokole výmeny údajov, je nulová, takže moderné mikrokontroléry musia vyhovovať množstvu komunikačných možností.
Bezpečnosť
Najnovšia verzia internetového protokolu IPv6 má 128-bitové pole adresy, čo jej dáva teoretické maximum 3,4x1038 adries. To je viac ako zrnká piesku na svete! S takým obrovským počtom zariadení potenciálne otvorených vonkajšiemu svetu sa stáva aktuálny problém bezpečnosť. Mnohé existujúce riešenia sú založené na použití softvéru s otvoreným zdrojovým kódom, ako je OpenSSL, avšak výsledky dané použitieďaleko od najlepších.
Niekoľko hororové príbehy napriek tomu sa uskutočnilo. V roku 2015 sa výskumníci vyzbrojili notebookom a mobilný telefón hackol Jeep Cherokee s bezdrôtový internet spojenia. Dokonca sa im podarilo odbrzdiť! Túto nevýhodu vývojári samozrejme odstránili, ale nebezpečenstvo zostáva. Možnosť hacknutia moderných systémov pripojených na internet drží odborníkov na IoT v neistote, pretože ak by dokázali hacknúť auto, potom môžu hacknúť systém celého závodu alebo továrne, a to je oveľa nebezpečnejšie. Pamätáte si Stuxnet?
Robustné softvérové a hardvérové bezpečnostné funkcie, ako je šifrovanie AES, sú kľúčovou požiadavkou pre moderné priemyselné mikrokontroléry.
Škálovateľná sada základných možností
Produkt, ktorý sa snaží uspokojiť všetkých používateľov, nakoniec neuspokojí nikoho.
Niektoré priemyselné aplikácie uprednostňujú nízku spotrebu energie. Napríklad bezdrôtový monitorovací systém na zaznamenávanie teploty v zmrazovacom systéme potravín, alebo páskový senzorový systém na zber fyziologických údajov. Tento systém trávi väčšinu času v režime spánku a pravidelne sa „prebúdza“, aby vykonal niekoľko jednoduchých úloh.
Rozsiahly priemyselný projekt bude kombinovať mikrokontroléry s rôznymi kombináciami výkonu a spotreby energie. Aby sa urýchlilo spracovanie a urýchlil čas uvedenia na trh, mal by jednoducho portovať aplikačný kód medzi jadrami v závislosti od funkčných úloh.
Flexibilná sada periférií
Vzhľadom na obrovský rozsah priemyselného riadenia, spracovania a merania by každá rodina priemyselných mikrokontrolérov mala mať minimálnu sadu periférnych zariadení. Niektoré z „minimálnej sady“:
- Priemerné rozlíšenie (10-, 12-, 14-bit) analógovo-digitálnych prevodníkov ADC pracujúcich rýchlosťou až 1Mvzorky/s;
- (24-bit) vysoké rozlíšenie pre nižšie rýchlosti pre vysoko presné aplikácie;
- Niekoľko možností pre sériovú komunikáciu, najmä I2C, SPI a UART, najlepšie však USB;
- Bezpečnostné funkcie: IP ochrana, hardvérový akcelerátor Advanced Encryption Standard (AES);
- Vstavané konvertory LDO a DC-DC;
- Špecializovaný periférií pre všeobecné úlohy, ako je modul dotykového kapacitného spínača, ovládač LCD panela, transimpedančný zosilňovač atď.
Výkonné vývojové nástroje
Nové projekty sú čoraz komplexnejšie a vyžadujú si zlepšenie a zrýchlenie vývojových procesov. Držať krok s moderné trendy, každá rodina priemyselných mikrokontrolérov musí mať plnú podporu vo všetkých fázach vývoja a prevádzky, čo zahŕňa softvér, nástroje a vývojové nástroje.
Softvérový ekosystém by mal zahŕňať GUI IDE, operačnú miestnosť (RTOS), debugger, príklady kódovania, nástroje na generovanie kódu, nastavenia periférií, knižnice potápačov a API. Nechýba ani podpora procesu navrhovania, najlepšie s online prístupom k odborníkom z továrne, ako aj online používateľský chat, kde si možno vymieňať tipy a triky.
Rodina nízkoenergetických priemyselných mikrokontrolérov MSP43x
Niekoľko výrobcov vyvinulo riešenia na uspokojenie dopytu rastúceho trhu. Jedným z pozoruhodných príkladov takýchto výrobcov je Texas Instruments so svojou rodinou MSP43x, ktorá ponúka vynikajúcu kombináciu vysokého výkonu a nízkej spotreby energie.
V rade MSP43x je zahrnutých viac ako 500 zariadení, vrátane ultranízkoenergetického MSP430 založeného na 16-bitovom RISC jadre a MSP432, ktoré dokáže kombinovať vysoký výkon s ultranízkou spotrebou energie. Tieto zariadenia majú 32-bitové jadro ARM Cortex-M4F s pohyblivou rádovou čiarkou s až 256 KB flash pamäťou.
MSP430FRxx je rodina 100 zariadení využívajúcich feroelektrickú pamäť s náhodným prístupom (FRAM) pre jedinečné výkonové schopnosti. FRAM, tiež známy ako FeRAM alebo F-RAM, kombinuje funkcie technológie flash a SRAM. Je energeticky nezávislá s rýchlym zápisom a nízkou spotrebou energie, výdržou zápisu 10-15 cyklov, vylepšeným zabezpečením kódu a dát v porovnaní s flash alebo EEPROM, ako aj zvýšenou odolnosťou voči žiareniu a elektromagnetickému žiareniu.
Rodina MSP43x podporuje rôzne priemyselné a iné nízkoenergetické aplikácie, vrátane sieťovej infraštruktúry, riadiacich procesov, testovania a merania, domácej automatizácie, medicínskych a fitness zariadení, osobných elektronických zariadení a mnohých ďalších.
Príklad s mimoriadne nízkou spotrebou: Deväťosové snímače kombinované s MSP430F5528
Pri prieskume a meraní v aplikáciách sa čoraz väčší počet senzorov „zlučuje“ do jedného systému a využíva spoločný softvér a hardvér na kombinovanie údajov z viacerých zariadení. Fúzia údajov koriguje jednotlivé nedostatky senzorov a zlepšuje výkon pri určovaní polohy alebo orientácie v priestore.
Vyššie uvedená schéma zobrazuje blokovú schému AHRS, ktorá používa nízkoenergetický MSP430F5528 plus magnetometer, gyroskop a akcelerometer vo všetkých troch osiach. MSP430F5528 optimalizuje a predlžuje životnosť batérie prenosného merača obsahujúceho 16-bitové RISC jadro, hardvérový multiplikátor, 12-bitový ADC a viacero sériových modulov vrátane USB.
Softvér používa smerovo-kosínový-matrix (DCM) algoritmus, ktorý berie kalibrované údaje zo senzorov, vypočítava ich orientáciu v priestore a vydáva hodnoty ako eleváciu, natočenie a natočenie nazývané Eulerove uhly.
V prípade potreby môže MSP430F5xx komunikovať so snímačmi pohybu cez sériový I 2 C protokol. To môže byť prínosom pre celý systém, pretože hlavný mikrokontrolér je oslobodený od spracovania informácií zo snímača. Môže zostať v pohotovostnom režime, čím sa zníži spotreba energie, alebo využiť uvoľnené zdroje na riešenie iných úloh, čím sa zvýši výkon systému.
Príklad vysokovýkonnej aplikácie: Modem BPSK využívajúci MSP432P401R
Binárne kľúčovanie fázovým posunom (BPSK) je digitálny obvod modulácia, ktorá prenáša informáciu zmenou fázy referenčného signálu. Typickou aplikáciou by bol optický komunikačný systém, ktorý využíva BPSK modem na poskytnutie dodatočného spojenia pre signály s nízkou dátovou rýchlosťou.
BPSK používa dva rôzne signály na reprezentáciu binárnych digitálnych dát v dvoch rôznych modulačných fázach. Nosič jednej fázy bude bit 0, zatiaľ čo fáza posunutá o 180 0 bude bit 1. Tento prenos dát je znázornený nižšie:
MSP432P401R tvorí jadro dizajnu. Okrem 32-bitového jadra ARM Cortex-M4 má toto zariadenie 14-bitovú, 1-Msps ADC a knižnicu digitálneho spracovania signálu CMSIS (DSP), čo mu umožňuje efektívne zvládnuť zložité funkcie spracovania digitálneho signálu.
Vysielač (modulátor) a prijímač (demodulátor) sú zobrazené nižšie:
Implementácia zahŕňa moduláciu a demoduláciu BPSK, doprednú korekciu chýb, korekciu chýb na zlepšenie BER a digitálne tvarovanie signálu. BPSK obsahuje voliteľný dolnopriepustný filter s konečnou impulznou odozvou (FIR) na zlepšenie pomeru signálu k šumu (SNR) pred demoduláciou.
Vlastnosti modulátora BPSK:
- nosná frekvencia 125 kHz;
- bitová rýchlosť až 125 kbps;
- Celý paket alebo rámec do 600 bajtov;
- x4 prevzorkovanie médií pri 125 kHz (t. j. vzorkovacia frekvencia 500 ksps)
závery
Mikrokontroléry na priemyselné použitie musia mať kombináciu vysokého výkonu, nízkej spotreby energie, flexibilného súboru funkcií a výkonného ekosystému vývoja softvéru.
Spomedzi rôznych odvetví domáceho priemyslu je najžiadanejšia oblasť priemyselnej automatizácie. Takmer každý typ výroby vyžaduje obrovské množstvo komponentov na automatizáciu určitých výrobných procesov. V konečnom dôsledku sa každý výrobný podnik zaujíma o proces riadenia technologických procesov bola vykonaná rýchlo a automaticky.
Srdcom každého automatického riadiaceho systému (ACS) je priemyselný regulátor.
Odkaz na históriu
Prvý priemyselný regulátor sa objavil v roku 1969 v USA. Jeho vytvorenie iniciovala automobilová korporácia General Motors Company a vyvinula ho spoločnosť Bedford Associates.
V tých rokoch boli ACS postavené na rigidnej logike (hardvérové programovanie), čo znemožňovalo ich prekonfigurovanie.
Preto si každá technologická linka vyžadovala individuálny automatizovaný riadiaci systém. Potom sa v architektúre ACS začali používať zariadenia, ktorých algoritmus bolo možné zmeniť pomocou schém zapojenia relé.
Takéto zariadenia sa nazývajú "priemyselné logické ovládače" (PLC). Avšak automatizované riadiace systémy implementované pomocou elektromagnetických relé boli zložité a veľké. Na umiestnenie a údržbu jedného systému bola potrebná samostatná miestnosť.
Využitie umožnil mikroprocesorový PLC vyvinutý inžiniermi Bedford Associates (USA). Informačné technológie pri automatizácii výrobných procesov, pri minimalizácii ľudského faktora.
Moderný priemyselný ovládač
Vo všeobecnosti je PLC mikroprocesorové zariadenie, ktoré prepína pripojené signálne vodiče. Požadované kombinácie ich zapojenia sú nastavené riadiacim programom na obrazovke počítača a následne zapísané do pamäte regulátora.
Programovanie sa vykonáva v klasických algoritmických jazykoch aj v jazykoch špecifikovaných v normách IEC 61131-3. Podniky tak mohli implementovať rôzne automatizované riadiace systémy pomocou jedného mikroprocesorového zariadenia.
Postupom času vývojári systémov priemyselnej automatizácie prešli na základňu prvkov kompatibilnú s počítačmi IBM (PC). Existujú dva smery vo vývoji PC kompatibilného hardvéru s PLC, v ktorých sú architektúra a dizajnové riešenia čo najviac zachované:
- PLC - so súčasnou výmenou jeho procesorového modulu za PC kompatibilný modul s otvoreným softvér(radiče radu ADAM5000).
- IBM PC - v malých vstavaných systémoch (modulárne PC104 a mikro PC radiče).
Preto sú moderné PLC modulárne riadiace jednotky kompatibilné s PC určené na riešenie úloh lokálneho riadenia. Ich vývoj by mal v konečnom dôsledku viesť k:
- zníženie celkových rozmerov;
- rozšírenie funkčnosti;
- používanie jednotného programovacieho jazyka (IEC 61131-3) a ideológia „otvorených systémov“.
Princíp činnosti a rozsah PLC
Akýkoľvek druh PLC je elektronické zariadenie navrhnuté na vykonávanie riadiacich algoritmov. Princíp činnosti všetkých PLC je rovnaký - zber a spracovanie údajov a vydávanie riadiacich akcií akčným členom.
PLC sú široko používané v priemysle. To vysvetľuje existenciu veľkého počtu ich odrôd, medzi ktorými možno rozlíšiť regulátory:
- Všeobecný priemyselný (univerzálny).
- Komunikácia.
- Navrhnuté na ovládanie polohovania a pohybu vrátane robotov.
- So spätnou väzbou (PID regulátory).
Klasifikácia PLC
Existuje veľké množstvo parametrov, podľa ktorých sú PLC klasifikované.
Konštruktívny výkon:
- monoblok;
- modulárny;
- distribuovaný;
- univerzálny.
Počet I/O kanálov:
- nano-PLC s menej ako 16 kanálmi;
- mikro-PLC (16 ... 100 kanálov);
- stredné (100 ... 500 kanálov);
- veľký, s viac ako 500 kanálmi.
Programovacie metódy.
PLC je možné naprogramovať pomocou:
- predný panel zariadenia;
- pomocou prenosného programátora;
- pomocou počítača.
Typy inštalácie.
- montáž do racku;
- stena;
- panel (inštalovaný na dvere skrinky alebo špeciálny panel);
- na DIN lištu (inštalácia vo vnútri skrine).
Píšte komentáre, doplnky k článku, možno mi niečo uniklo. Pozri sa, budem rád, ak nájdeš na mojom ešte niečo užitočné.
, Novinky / od admin
Mikrokontroléry vs. PLC: V boji o vaše priemyselné aplikácie je jasný víťaz.
Svet jednodoskových počítačov a mikrokontrolérov ponúka zaujímavé a lacné príležitosti pre automatizačné aplikácie, ale dá sa týmto komponentom dôverovať pre kritické? výrobné aplikácie kde sa PLC tradične používajú?
Sortiment mikrokontrolérov, ktoré sa vo svete objavujú, rýchlo rastie a nejavia známky úpadku. Tieto zariadenia – vrátane Arduino, BeagleBone, Raspberry Pi a ďalších – ponúkajú výnimočné schopnosti. Môžu tiež ponúknuť celé ekosystémy príslušenstva, a to všetko za veľmi nízke ceny.
Bill Dehner, technický marketingový inžinier; a Tim Wheeler, technický marketingový pracovník a inštruktor vývoja v AutomationDirect; napísal článok s názvom Mikrokontroléry vs. PLC: Ktorý z nich vedie váš podnik?, ktorý vyšiel v novembri 2017 v Control Engineering. Diskutovali o tom, ako sa zvýšil záujem o tieto produkty, až do tej miery, že niektorí zvažujú použitie týchto mikrokontrolérov pre aplikácie priemyselnej automatizácie namiesto PLC. Ale je to rozumné?
Je to prirodzená otázka, no k odpovedi treba pristupovať opatrne, pretože na takomto rozhodnutí často závisí viac, ako by sa na prvý pohľad mohlo zdať. Pozrime sa nižšie a pozrime sa na faktory relevantné pre diskusiu.
Po rýchlom online prieskume môžeme vidieť, že existuje asi 80 rôznych dosiek, vrátane mikrokontrolérov, dosiek FPGA a jednodoskových počítačov, so širokou škálou možností. V každom prípade si ich v tomto blogu všetky spojíme dokopy a nazveme ich mikrokontroléry.
Podobne, aj keď majú PLC širokú škálu možností, budeme o PLC uvažovať ako o nejakom druhu generického a spoľahlivého regulátora, akým je AutomationDirect BRX.
Hypotetický príklad
Článok pojednáva o malom automatizovanom procese, ktorý si vyžaduje dva alebo tri senzory a pohon. Systém interaguje s väčším riadiacim systémom a na riadenie procesu musí byť napísaný program. Toto je ľahká úloha pre každé malé PLC do 200 USD, ale chceli by ste použiť oveľa lacnejší mikrokontrolér.
Prvým krokom je hľadanie I/O - nie problém PLC, ale možno problém mikrokontroléra.
„Niektoré (výstupy mikrokontroléra) sa dajú relatívne ľahko konvertovať, ako napríklad prúdová slučka 4 – 20 mA na 0 – 5 V. Iné sa konvertujú ťažšie, ako napríklad analógový výstup využívajúci moduláciu šírky impulzov (PWM). pre mikrokontroléry. Niektoré prevodníky signálu sú dostupné ako štandardné produkty, ale zvyšujú celkové náklady. Kutil na plný úväzok sa môže pokúsiť vytvoriť konvertor interne, ale vývoj môže byť náročný a časovo náročný.
PLC pracujú s takmer akýmkoľvek priemyselným snímačom a vo všeobecnosti nepotrebujú externú konverziu, pretože sú vyrobené na pripojenie k širokej škále snímačov, akčných členov a iných priemyselných komponentov prostredníctvom ich I/O. Montáž PLC je jednoduchá, zatiaľ čo doska mikrokontroléra s kolíkmi a konektormi vyžaduje trochu práce.
OS
Dehner a Wheeler poukazujú na to, že mikrokontrolér je základné zariadenie so základným operačným systémom. „Napokon, jednodoskový počítač za 40 dolárov nebude mať veľa vstavaných softvérových rutín. Používateľovi je preto ponechané zakódovať všetko okrem tých najzákladnejších možností."
Zatiaľ čo aplikácia môže byť jednoduchá, PLC má mnoho vstavaných funkcií. PLC robí neviditeľné udalosti odohrávajúce sa v zákulisí a nevyžaduje užívateľské programovanie, na rozdiel od situácie, keď sa používa mikrokontrolér. PLC má softvérové sledovacie časovače na sledovanie vykonávaného programu a hardvérové sledovacie časovače na monitorovanie modulov a vstupno-výstupných zariadení. Tieto kontroly sa uskutočňujú pri každom cykle skenovania a pri výskyte problému sa zobrazujú chybové alebo varovné upozornenia.
„Teoreticky by sa ktorúkoľvek z týchto možností dala pridať naprogramovaním mikrokontroléra, ale používateľ by musel buď napísať postupy od začiatku, alebo nájsť existujúce softvérové moduly na opätovné použitie. Prirodzene, musia byť testované a overené pre aplikáciu a je potrebné pochopiť dôležitosť takéhoto testovania, aspoň na prvýkrát. Inžinier, ktorý píše viacero programov pre jeden ovládač, môže pravdepodobne znova použiť testované bloky kódu. Ale tieto možnosti sú už zahrnuté operačný systém pre takmer každé PLC."
PLC znamená spoľahlivosť výroby
PLC sú navrhnuté tak, aby odolali požiadavkám priemyselného prostredia. Zariadenie je spoľahlivé a vyrobené a testované tak, aby odolalo nárazom a vibráciám, elektrickému šumu, korózii a širokému rozsahu teplôt. Inak s mikrokontrolérmi.
„Mikroovládače len zriedka prechádzajú takým rozsiahlym testovaním a zvyčajne zahŕňajú iba základné požiadavky pre špecifické trhy, ako je napríklad kancelárske vybavenie. Ani tieto požiadavky nemusia byť splnené v prípade neznámeho výrobcu základnej dosky. Všeobecná doska možno nebola testovaná v rovnakom rozsahu ako značková doska, aj keď sa zdá, že je identická."
Technická podpora
Mnohé priemyselné zariadenia bežia nepretržite už desaťročia, takže aj ovládače musia fungovať hladko. V dôsledku toho používatelia potrebujú dlhodobú podporu.
„Výrobcovia originálnych zariadení sa musia pozrieť na produkty, ktoré používajú na svojich strojoch, a musia byť pripravení, keď si chce zákazník kúpiť diely pre systém inštalovaný v 90. rokoch alebo ešte skôr.
Spoločnosti zaoberajúce sa mikrokontrolérmi nemôžu zachovať toto prepojenie histórie. Ak potrebujete vymeniť ovládač pre projekt spred piatich rokov, nájsť potrebné diely môže byť problém.“
Väčšina predajcov PLC má vynikajúce možnosti podpory, pričom niektorí, ako napríklad AutomationDirect, ponúkajú bezplatnú technickú podporu. Avšak koncoví používatelia mikrokontrolérov s otvoreným zdrojový kódčasto vytvárajú svoje vlastné tímy technickej podpory. Odpovede na otázky možno často nájsť v diskusných skupinách a tematických fórach s potrebami podobnými vašim. Alebo nie.
Zhrnutie
„Mikrokontroléry a iné typy vývojových dosiek sú fantastické ako učebné nástroje a na experimentovanie. Sú lacné a zjednodušujú naučenie sa komplexných konceptov programovania a automatizácie. Ak máte čas, sú to skvelé nástroje.
„Na druhej strane, ak je výzvou fungovať efektívne, efektívne a bezpečne vo výrobe, potom PLC poskytujú širokú škálu funkcií so spoľahlivosťou, ktorá bola testovaná a používaná už desaťročia. Keď závod musí fungovať a musia sa vyrábať produkty, spoľahlivosť a bezpečnosť sú dôležitejšie ako čokoľvek iné.