Endüstriyel otomasyonda mikrodenetleyicilerin kullanımı. Endüstrideki plc'lere karşı mikrodenetleyiciler ve tek kartlı bilgisayarlar. MSP43x Düşük Güçlü Endüstriyel Mikrodenetleyici Ailesi
APCS'de "TKM - 52" uygulama modları
"TKM - 52" kontrolör, Ethernet veya RS-485 (MODBUS) ağına dayalı dağıtılmış hiyerarşik veya yerel otonom proses kontrol sistemlerinin bir parçası olarak kontrol nesnesi üzerinde bilgi toplamak, işlemek ve etkiler oluşturmak için tasarlanmıştır. Kontrolör kullanılabilir:
ancak bağımsız cihaz küçük nesnelerin yönetimi;
b) dağıtılmış kontrol sistemlerinin bir parçası olarak bir nesne ile iletişim için bir uzak terminal olarak;
c) Karmaşık dağıtılmış kontrol sistemlerinin bir parçası olarak bir nesne ile iletişim için bir yerel kontrol cihazı ve bir uzak terminal olarak eşzamanlı olarak.
Yedekli moddaki kontrolör, son derece güvenilir kontrol sistemlerinde kullanım için tasarlanmıştır. Yürütme seçeneklerine bağlı olarak işletim sistemlerinden biri denetleyiciye kurulabilir: OS LINUX tabanlı DOS veya Sistem Yazılımı (SSS). İlk durumda, IFC, TRA - CE MODE programı kullanılarak evrensel programlama araçları kullanılarak gerçekleştirilebilir.
Bağımsız uygulamada, kontrolör ortalama bilgi kapasitesi (50-200 kanal) problemlerini çözer. Çeşitli çevresel aygıtları seri (RS - 232, HRS - 485) ve paralel arabirimler ve ayrıca Ethernet üzerinden bağlamak mümkündür. Dahili klavye ve gösterge bloğu V03, operatör paneli olarak kullanılabilir.
Bir nesneyle iletişim için bir uzak terminal kullanma modunda, kontrol programı, bir seri kanal (RS - 232 veya RS - 485. Modbus protokolü aracılığıyla) veya bir Ethernet ağı aracılığıyla ve denetleyici, nesne üzerinde bilgi toplama ve kontrol eylemlerinin yayınlanmasını sağlar.
Karma modda uygulama (dağıtılmış bir APCS'nin akıllı düğümü olarak), nesne bir uygulama programı tarafından kontrol edilir,
denetleyicinin kalıcı belleğinde saklanır. Bu durumda, denetleyici, hiyerarşinin üst seviyesindeki bilgi işlem cihazının, denetleyicinin giriş ve çıkış sinyallerinin değerlerine ve çalışma değerlerine erişmesini sağlayan Ethernet ağına bağlanır. uygulama programının değişkenlerinin yanı sıra bu değerleri de etkiler. Tüm ücretsiz arayüzler, kontrolörde, klavyesinde ve göstergesinde kullanılabilir. Uygulama programının eşzamanlı yürütülmesi ve Ethernet ağı üzerinden çalışma, denetleyici işletim sistemi ve G/Ç sistemi aracılığıyla desteklenir.
Bu seçenek, TKM 52 denetleyicisinin kaynaklarından en iyi şekilde yararlanır ve yardımı ile herhangi bir bilgi kapasitesinde (on binlerce kanala kadar) esnek ve güvenilir dağıtılmış APCS oluşturmanıza olanak tanır. Bu, bireysel alt sistemlerin hayatta kalmasını sağlar.
Denetleyici bileşimi ve özellikleri
TKM-52 kontrolör, kompozisyonu sipariş sırasında belirlenen, tasarım olarak monte edilmiş bir üründür. Kontrolör bir taban parçasından, bir gösterge klavye ünitesinden ve giriş-çıkış modüllerinden (1'den 4'e kadar) oluşur. Kontrolörün temel kısmı bir muhafaza, bir güç kaynağı, TCbus52 modülüne sahip bir PCM423L işlemci modülü ve bir V03 klavye ve ekran ünitesinden oluşur.
Kontrol ünitesinin gövdesi metal olup, özel vidalarla birbirine bağlanan bölümlerden oluşmaktadır. Arka bölümde güç kaynağı ve işlemci modülü bulunur. Geri kalan bölümler G/Ç modüllerini barındırır. Ön bölümde her zaman bir klavye ve ekran ünitesi VОЗ bulunur. G / Ç modüllerinin bölüm sayısına bağlı olarak, kontrolörün temel parçasının aşağıdaki konfigürasyonları farklıdır:
TKM - 52 kontrol cihazı, 50 Hz frekanslı ve 220 V voltajlı, 130 W güç tüketimi olan alternatif bir akımdan çalışır.
TKM-52 kontrolör, kesintisiz 24 saat çalışma için tasarlanmıştır.
Ortam denetleyicisinin çalışma sıcaklığı aralığı artı 5 ila artı 50 C arasındadır. Denetleyicinin toza ve sıçramaya dayanıklı IP42 sürümü vardır.
İşlemci modülünün ana özellikleri:
a) işlemci: FAMD DX-133 (5x86-133);
b) sistem RAM-8MB, bellek modülünün kurulumuna bağlı olarak 32 MB'a kadar genişletilebilir;
c) FLASH - sistem ve uygulama programlarının hafızası - 4 Mb (144 Mb'a kadar genişletilebilir;
d) seri portlar: COM1 RS232, COM2 RS232 / RS485 uyumlu UART 16550, paralel port LPT1: SPP / EPP / ECP modlarını destekler;
e) Ethernet arabirimi: Realtek RTL8019AS denetleyicisi, NE2000 ile uyumlu yazılım;
f) zamanlayıcı sert sıfırlama WatchDog, yerleşik bir pille çalışan astronomik bir takvim zamanlayıcı, güç kaynağı - 5 V ± %5, 2 A.
Mikrodenetleyiciler ve tek kartlı bilgisayarlar, geliştiricilere, özellikle özelleştirme esnekliği ve çözümün düşük maliyeti olmak üzere, otomasyon uygulamaları için çeşitli seçenekler sunar. Ancak bu unsurlar, sorunsuz çalışmanın kritik olduğu ekipmanlarda kullanıldığında endüstriyel bir ortamda güvenilir olabilir mi?
Meraklı dünyasında ortaya çıkan mikrodenetleyiciler ve mini PC'lerin yelpazesi, hiçbir sebep azalmadan hızla genişlemektedir. Arduino ve Raspberry Pi dahil olmak üzere bu bileşenler, bir IDE, destek ve aksesuarlar içeren geniş bir ekosistem de dahil olmak üzere olağanüstü yetenekler sunar ve hepsi çok ucuzdur. Bazı mühendisler bazı durumlarda bu tür mikrodenetleyicileri endüstriyel otomasyon cihazlarında programlanabilir mantık denetleyicileri (PLC'ler) yerine kullanma olasılığını varsaymaktadır. Ama bu akıllıca mı?
Güzel soru, ancak genellikle ilk bakışta aşikar olabilecek bir çözüm olduğu için cevaplamak için acele etmeye gerek yok. Yüzeylerin altına bir göz atalım ve tartışmayla ilgili faktörleri ele alalım. Hızlı bir bakışla, bugün piyasada mikrodenetleyici kartları, FPGA kartları ve çok çeşitli yeteneklere sahip mini PC'ler dahil olmak üzere yaklaşık seksen farklı kart olduğunu görebiliriz. Bu malzemede, hepsi geleneksel olarak mikrodenetleyiciler olarak anılacaktır. Aynı şekilde, PLC'lerin çok çeşitli yetenekleri olmasına rağmen, bu malzeme iyi tasarlanmış ve güvenilir bir kontrolöre sahip bir PLC'yi varsaymaktadır.
İki veya üç sensör ve bir aktüatör gerektiren küçük bir endüstriyel süreç düşünün. Sistem daha büyük bir kontrol sistemi ile haberleşir ve süreci kontrol etmek için bir program yazılmalıdır. Bu, kabaca 200 $'a mal olan herhangi bir küçük PLC için önemli değil, ancak çok daha ucuz bir mikrodenetleyici kullanmak cezbedici. Geliştirme yaparken önce G/Ç çevre birimlerini arar, PLC'de bir problem yoktur ama muhtemelen mikrodenetleyici için bir problemdir.
Bazı mikrodenetleyici çıkışlarının, örneğin 4-20mA akım döngüsü arayüzüne dönüştürülmesi nispeten kolaydır. Darbe genişliği modülasyonlu (PWM) analog çıkış gibi diğerlerini dönüştürmek biraz daha zordur. Standart ürünler olarak bir dizi sinyal dönüştürücü mevcuttur, ancak bunlar toplam maliyeti artırır. Komple kendin yap üretimi konusunda ısrar eden bir mühendis, dönüştürücüyü kendisi yapmaya çalışabilir, ancak bu taahhütün geliştirilmesi zor ve zaman alıcı olabilir.
PLC'lerin herhangi bir endüstriyel sensörle çalıştığı söylenebilir ve genellikle I / O modülleri aracılığıyla çok çeşitli sensörlere, aktüatörlere ve diğer endüstriyel elemanlara bağlanmak üzere tasarlandıkları için harici dönüştürme gerektirmezler. PLC'nin montajı da kolaydır ve pimleri ve konektörleri olan mikrodenetleyici kartı bazı kablolama ve hizalama çalışmaları gerektirir.
Mikrodenetleyici, işletim sistemi veya belirli ihtiyaçlar için özelleştirilmesi gereken bazı basit işletim sistemleri olmayan "çıplak" bir cihazdır. Ne de olsa, Linux'lu 40 dolarlık tek kartlı bir bilgisayarın pek çok gömülü yazılım yeteneğine sahip olması pek olası değildir, bu nedenle kullanıcı, en temel yetenekler dışında hepsini kodlamaya bırakılır.
Öte yandan, uygulama basit olsa da, PLC, özel programlamaya ihtiyaç duymadan sahne arkasında çok şey yapmak için birçok yerleşik yeteneğe sahiptir. PLC'ler, yürütülebilir programı ve donanım cihazlarını takip etmek için yazılım bekçilerine sahiptir. Bu kontroller, her taramada hatalarla veya bir sorun oluştuğunda uyarılarla gerçekleşir.
Prensipte, bu yeteneklerin her biri programlama yoluyla mikrodenetleyiciye tanıtılabilir, ancak kullanıcının ya sıfırdan alt rutinler yazması ya da yeniden kullanım için mevcut program bloklarını ve kitaplıkları bulması gerekecektir. Doğal olarak, hedef uygulamada doğrulanmaları gerekir. Aynı kontrolör için birden fazla program yazan bir mühendis, daha önce test edilmiş kod parçalarını yeniden kullanabilir, ancak bu yetenek hemen hemen her PLC'nin işletim sisteminde mevcuttur.
Ek olarak, PLC'ler endüstriyel bir ortamın taleplerine dayanacak şekilde tasarlanmıştır. PLC, darbe ve titreşime, elektriksel gürültüye, korozyona ve geniş bir sıcaklık aralığına dayanacak şekilde üretilmiş ve test edilmiş sağlam bir makinedir. Mikrodenetleyiciler genellikle bu tür avantajlara sahip değildir. Mikrodenetleyiciler için, bu tür ayrıntılı ve kapsamlı testler nadiren yapılır ve genellikle bu cihazlar, örneğin ev aletlerinin kontrolü gibi belirli pazarlar için yalnızca temel gereksinimleri içerecektir.
Ayrıca birçok endüstriyel makine ve ekipmanın onlarca yıldır faaliyette olduğunu, bu nedenle kontrolörlerin de çok uzun süre çalışması gerektiğini söylemekte fayda var. Bu nedenle, kullanıcıların uzun vadeli desteğe ihtiyacı vardır. OEM'lerin cihazlarında kullandıkları ürünlere güvenme konusunda uzun vadeli bir sorumluluğu vardır ve bir müşteri yirmi yıl veya daha önce piyasaya sürülen bir sistem için yedek parça satın almak istediğinde hazır olmalıdır. Mikrodenetleyici firmalar ürünlerine bu kadar uzun ömür sağlayamayabilirler. Çoğu PLC üreticisi kaliteli destek sağlar, hatta bazıları ücretsiz teknik destek sunar. Ancak, mikrodenetleyici kullanıcılarının genellikle kendi teknik destek ekiplerini oluşturduğunu, birçok sorunun cevabının genellikle sizinkine benzer ihtiyaçları olan tartışma gruplarında ve forumlarda bulunduğuna dikkat edilmelidir.
Bu nedenle, mikrodenetleyiciler ve çeşitli geliştirme panoları, öğrenme, deneme ve prototip oluşturma için daha fazla araçtır. Ucuzdurlar ve karmaşık programlama ve otomasyon kavramlarını öğrenmeyi çok daha kolaylaştırırlar. Ancak aynı zamanda, görev üretimin verimli, güvenli ve kesintisiz bir şekilde çalışmasını sağlamaksa, PLC'ler şunları sağlar: geniş aralıkçok uzun bir süre boyunca test edilmiş ve uygulanmış güvenilirliğe sahip yetenekler. Bir fabrikanın sorunsuz çalışması ve ürünlerin üretim hatlarında yüksek kalite ve hızlı bir şekilde üretilmesi gerektiğinde, güvenilirlik ve güvenlik en önemli şeydir.
.
& nbsp & nbsp & nbsp
& nbsp & nbsp & nbspProjemizin geliştirilmesi için dilediğiniz miktarda bağış yaparak projemize destek olabilirsiniz.
Mikrodenetleyicilerin endüstriyel uygulaması çok geniştir. Bunlara karar otomasyonu, motor kontrolü, insan makine arayüzleri (HMI), sensörler ve programlanabilir mantık kontrolü dahildir. Tasarımcılar giderek artan bir şekilde mikro denetleyicileri daha önce "mantıksız sistemlere" entegre ediyor ve endüstriyel IoT'nin (Nesnelerin İnterneti) hızla yaygınlaşması mikro denetleyicilerin uygulanmasını önemli ölçüde hızlandırıyor. Ancak endüstriyel uygulamalar daha düşük elektrik enerjisi tüketimi ve daha rasyonel kullanım gerektirir.
Bu nedenle, mikrodenetleyici üreticileri, yüksek performans ve esneklik sunarken, ancak minimum güç tüketimi ile ürünlerini endüstriyel ve ilgili pazarlara tanıtmaktadır.
İçerik:
Endüstriyel mikrodenetleyiciler için gereksinimler
Tipik olarak, endüstriyel ortam, olası elektrik gürültüsü ve güçlü elektrik motorlarının, kompresörlerin, kaynak ekipmanlarının ve diğer makinelerin çalışmasının neden olduğu akımlarda ve voltajlarda büyük dalgalanmalar gibi daha ağır çalışma koşulları nedeniyle elektrikli ekipmana artan talepler getirir. Elektrostatik ve elektromanyetik parazit (EMI) ve diğerleri de meydana gelebilir.
130 nm'lik (hücre yoğunluğu. 2000-2001'de lider çip şirketleri tarafından ulaşılmıştır) veya daha düşük olan düşük besleme voltajı ve geometrik işlemler, yukarıdaki tehlikelerin ele alınmasını engeller. Olası acil durumları ortadan kaldırmak için özel harici koruma devreleri, güç bölümü ile "toprak" arasına yerleştirilmiş özel panolar kullanılır. Mikrodenetleyici üreticileri modern küresel pazarı fethetmek istiyorlarsa, aşağıda tartışacağımız çeşitli gereksinimlere uymaları gerekir.
Düşük güç tüketimi
Modern kontrol ve izleme sistemleri giderek daha karmaşık hale geliyor ve bu da bireysel uzak sensör ünitelerinde işlemenin uygulanması için gereksinimleri artırıyor. Bu verilerin yerel olarak mı işlenmesi gerekiyor yoksa giderek artan sayıda dijital iletişim protokolü mü kullanılıyor? Çoğu modern geliştirici, ek işlevler eklemek için ölçüm sensöründe bir mikro denetleyici içerir. Modern sistemler, motor sağlığı monitörlerini, sıvılar ve gazlar için uzaktan algılama işlevlerini, kontrol valfi kontrollerini ve daha fazlasını içerir.
Birçok endüstriyel sensör düzeneği, güç kaynaklarından çok uzaktadır; burada büyük bir dezavantaj, kaynaktan sensöre giden hat voltajının düşmesidir. Bazı sensörler, daha az kayıp olan bir akım döngüsü kullanır. Ancak güç kaynağının türü ne olursa olsun, mikrodenetleyicinin düşük tüketimi bir zorunluluktur.
Pille çalışan sistemler de vardır - bina otomasyon sistemleri, yangın alarmları, hareket dedektörleri, elektronik kilitler ve termostatlar. Ayrıca kan şekeri ölçüm cihazları, kalp atış hızı monitörleri ve diğer ekipmanlar gibi birçok tıbbi cihaz bulunmaktadır.
Teknolojiler, akıllı sistemlerin sürekli genişleyen yeteneklerine ayak uyduramıyor, bu da sistem elemanlarının enerji tüketimini en aza indirme ihtiyacını artırıyor. Mikrodenetleyici, çalışma modunda minimum elektrik tüketmeli ve minimum enerji tüketimi ile uyku moduna geçebilmeli ve aynı zamanda uyandığında da uyanabilmelidir. verilen koşul(dahili zamanlayıcı veya harici kesme).
Veri kaydetme yeteneği
Pil performansı hakkında önemli bir not: Herhangi bir pil er ya da geç boşalır ve güç çıkışını gereken düzeyde tutamaz. Evet, bir konuşmanın ortasında cep telefonunuz kapanırsa tahrişe neden olur, ancak bir operasyon sırasında tıbbi bir cihaz veya karmaşık bir üretim döngüsündeki bir sistem kapanırsa bu çok trajik sonuçlara yol açabilir. Şebekeden güç verildiğinde, büyük bir aşırı yük veya hat arızası nedeniyle voltaj kaybolabilir.
Bu gibi durumlarda, mikrodenetleyicinin kapatma durumunu hesaplayabilmesi ve tüm önemli çalışma verilerini kaydedebilmesi çok önemlidir. Cihaz, CPU, program sayacı, saat, kayıtlar, G / Ç durumu vb. durumlarını kaydedebilseydi çok güzel olurdu, böylece tekrarlanan işlemden sonra cihaz soğuk başlatma olmadan çalışmasına devam edebilir.
Çoklu iletişim seçenekleri
İletişim söz konusu olduğunda, endüstriyel uygulamalarda gamut kontrol edilir. Aynı zamanda kablolu iletişimde klasik akım döngüsü 4 - 20 mA ve RC-232 arasında değişen ve Ethernet, USB, LVDS, CAN ve diğer birçok değişim protokolü türü ile biten hemen hemen tüm türleri vardır. IoT popülerlik kazandıkça, kablosuz iletişim protokolleri ve karışık protokoller, örneğin Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee ortaya çıkmaya başladı. Basit bir ifadeyle, bu endüstrinin herhangi bir veri alışverişi protokolüne yerleşme olasılığı sıfırdır, bu nedenle modern mikrodenetleyiciler bir dizi iletişim seçeneğini barındırmalıdır.
Emniyet
İnternet Protokolü IPv6'nın en son sürümü, teorik olarak maksimum 3.4x10 38 adres veren 128 bitlik bir adres alanına sahiptir. Bu dünyadaki kum tanelerinden daha fazlası! Potansiyel olarak dış dünyaya açık olan bu kadar çok sayıda cihazla, güncel konu güvenlik. Mevcut birçok çözüm, OpenSSL gibi açık kaynaklı yazılımların kullanımına dayanmaktadır, ancak sonuçlar verilen kullanım en iyisinden uzak.
Birkaç korku hikayeleri yine de gerçekleşti. 2015 yılında araştırmacılar bir dizüstü bilgisayar ve cep telefonu ile bir Jeep Cherokee hackledi kablosuz internet bağlantılar. Frenleri devreden çıkarmayı bile başardılar! Doğal olarak, bu dezavantaj geliştiriciler tarafından ortadan kaldırıldı, ancak tehlike devam ediyor. İnternete bağlı modern sistemleri hackleme olasılığı, IoT uzmanlarını merakta bırakıyor, çünkü eğer bir arabayı hackleyebilseler, o zaman bütün bir fabrikanın veya fabrikanın sistemini hackleyebilirler ve bu çok daha tehlikelidir. Stuxnet'i hatırlıyor musun?
AES şifrelemesi gibi sağlam yazılım ve donanım güvenliği özellikleri, modern endüstriyel mikrodenetleyiciler için önemli bir gereksinimdir.
Ölçeklenebilir temel seçenekler kümesi
Tüm kullanıcıları memnun etmeye çalışan bir ürün sonuçta kimseyi memnun etmeyecektir.
Bazı endüstriyel uygulamalar düşük güç tüketimine öncelik verir. Örneğin, bir gıda dondurma sistemindeki sıcaklığı kaydetmek için bir kablosuz izleme sistemi veya fizyolojik verileri toplamak için bir kayışlı sensör sistemi. Bu sistem, zamanının çoğunu uyku modunda geçirir ve birkaç basit görevi gerçekleştirmek için periyodik olarak "uyanır".
Büyük ölçekli bir endüstriyel proje, mikrodenetleyicileri çeşitli performans ve güç tüketimi kombinasyonlarıyla birleştirecektir. İşlemeyi hızlandırmak ve pazara sunma süresini hızlandırmak için, işlevsel görevlere bağlı olarak uygulama kodunu çekirdekler arasında kolayca taşımalıdır.
Esnek çevre birimleri seti
Endüstriyel kontrol, işleme ve ölçümün muazzam kapsamı göz önüne alındığında, herhangi bir endüstriyel mikrodenetleyici ailesinde minimum bir çevre birimi seti olmalıdır. "Asgari küme"den bazıları:
- 1Mörnekler / s'ye kadar bir hızda çalışan analogdan dijitale dönüştürücü ADC'nin ortalama çözünürlüğü (10-, 12-, 14-bit);
- (24 bit) yüksek hassasiyetli uygulamalar için daha düşük hızlar için yüksek çözünürlük;
- Seri iletişim için çeşitli seçenekler, özellikle I2C, SPI ve UART, ancak tercihen USB;
- Güvenlik özellikleri: IP koruması, Gelişmiş Şifreleme Standardı (AES) donanım hızlandırıcısı;
- Dahili LDO ve DC-DC dönüştürücüler;
- uzman çevre birimleri dokunmatik kapasitif anahtar modülü, LCD panel sürücüsü, transpedans amplifikatörü vb. gibi genel görevler için.
Güçlü geliştirme araçları
Yeni projeler daha karmaşık hale geliyor ve iyileştirme ve geliştirme süreçlerinin hızlandırılmasını gerektiriyor. takip etmek için modern trendler, herhangi bir endüstriyel mikro denetleyici ailesi, yazılım, araçlar ve geliştirme araçlarını içeren tüm geliştirme ve çalıştırma aşamalarında tam desteğe sahip olmalıdır.
Yazılım ekosistemi bir GUI IDE, ameliyathane (RTOS), hata ayıklayıcı, kodlama örnekleri, kod oluşturma araçları, çevresel ayarlar, dalgıç kitaplıkları ve API'leri içermelidir. Ayrıca, tercihen fabrika uzmanlarına çevrimiçi erişim ve ayrıca ipuçlarının ve püf noktalarının değiş tokuş edilebileceği bir çevrimiçi kullanıcı sohbeti ile tasarım süreci için destek olmalıdır.
MSP43x Düşük Güçlü Endüstriyel Mikrodenetleyici Ailesi
Birkaç üretici, büyüyen bir pazarın talebini karşılamak için çözümler geliştirmiştir. Bu tür üreticilerin dikkate değer bir örneği, yüksek performans ve düşük güç tüketiminin mükemmel bir kombinasyonunu sunan MSP43x ailesi ile Texas Instruments'tır.
MSP43x serisine, 16 bit RISC çekirdeğine dayalı ultra düşük güçlü MSP430 ve yüksek performansı ultra düşük güç tüketimi ile birleştirebilen MSP432 dahil olmak üzere 500'den fazla cihaz dahildir. Bu cihazlar, 256 KB'ye kadar flash belleğe sahip kayan noktalı 32-bit ARM Cortex-M4F çekirdeğine sahiptir.
MSP430FRxx, benzersiz performans özellikleri için ferroelektrik rastgele erişim belleği (FRAM) kullanan 100 cihazlık bir ailedir. FeRAM veya F-RAM olarak da bilinen FRAM, flash ve SRAM teknolojilerinin işlevlerini birleştirir. Hızlı yazma ve düşük güç tüketimi, 10-15 döngü yazma dayanıklılığı, flash veya EEPROM'a kıyasla geliştirilmiş kod ve veri güvenliği ve ayrıca radyasyon ve elektromanyetik radyasyona karşı artan direnç ile uçucu değildir.
MSP43x ailesi, ağ altyapısı, kontrol süreçleri, test ve ölçüm, ev otomasyonu, tıbbi ve fitness ekipmanları, kişisel elektronik cihazlar ve diğerleri dahil olmak üzere çeşitli endüstriyel ve diğer düşük güç uygulamalarını destekler.
Ultra düşük güç örneği: MSP430F5528 ile birleştirilmiş dokuz eksenli sensörler
Uygulamalarda keşif ve ölçümde, artan sayıda sensör tek bir sistemde "birleşir" ve birden fazla cihazdan gelen verileri birleştirmek için ortak yazılım ve donanımı kullanır. Verilerin birleştirilmesi, sensörlerin bireysel eksikliklerini düzeltir ve uzayda konum veya oryantasyonu belirlemede performansı iyileştirir.
Yukarıdaki şema, her üç eksende de düşük güçlü bir MSP430F5528 artı manyetometre, jiroskop ve ivmeölçer kullanan bir AHRS'nin blok şemasını göstermektedir. MSP430F5528, 16 bit RISC çekirdeği, donanım çarpanı, 12 bit ADC ve USB dahil çoklu seri modüller içeren taşınabilir bir ölçüm cihazının pil ömrünü optimize eder ve uzatır.
Yazılım, kalibre edilmiş sensör okumalarını alan, uzaydaki yönelimlerini hesaplayan ve Euler açıları adı verilen yükseklik, yuvarlanma ve rota sapmaları cinsinden değerleri veren bir yön-kosinüs matrisi (DCM) algoritması kullanır.
Gerekirse MSP430F5xx, bir seri I 2 C protokolü aracılığıyla hareket sensörleriyle iletişim kurabilir. Ana mikro denetleyici sensörden gelen bilgileri işlemekten kurtulduğu için bu, tüm sisteme fayda sağlayabilir. Bekleme modunda kalarak güç tüketimini azaltabilir veya boşalan kaynakları diğer görevleri çözmek için kullanabilir, böylece sistem performansını artırabilir.
Yüksek Performanslı Uygulama Örneği: MSP432P401R Kullanan BPSK Modem
İkili Faz Kaydırmalı Anahtarlama (BPSK) dijital devre bir referans sinyalinin fazını değiştirerek bilgi ileten modülasyon. Tipik bir uygulama, düşük veri hızı sinyalleri için ek bir bağlantı sağlamak üzere bir BPSK modem kullanan bir optik iletişim sistemi olacaktır.
BPSK, iki farklı modülasyon aşamasında ikili dijital verileri temsil etmek için iki farklı sinyal kullanır. Bir fazın taşıyıcısı bit 0, 180 0 kaydırılan faz ise bit 1 olacaktır. Bu veri aktarımı aşağıda gösterilmiştir:
MSP432P401R, tasarımın özünü oluşturur. 32-bit ARM Cortex-M4 çekirdeğe ek olarak, bu cihaz 14-bit, 1-Msps ADC ve CMSIS dijital sinyal işleme (DSP) kitaplığına sahiptir ve karmaşık dijital sinyal işleme fonksiyonlarını verimli bir şekilde işlemesini sağlar.
Verici (modülatör) ve alıcı (demodülatör) aşağıda gösterilmiştir:
Uygulama, BPSK modülasyonu ve demodülasyonu, ileri hata düzeltme, BER'i iyileştirmek için hata düzeltme ve dijital sinyal şekillendirmeyi içerir. BPSK, demodülasyondan önce sinyal-gürültü oranını (SNR) iyileştirmek için isteğe bağlı bir sonlu darbe yanıtı (FIR) düşük geçiş filtresi içerir.
BPSK modülatör özellikleri:
- taşıyıcı frekansı 125 kHz;
- 125 kbps'ye kadar bit hızı;
- 600 bayta kadar tam paket veya çerçeve;
- 125 kHz'de x4 ortam aşırı örnekleme (yani 500 kps örnekleme hızı)
sonuçlar
Endüstriyel kullanım için mikrodenetleyiciler, yüksek performans, düşük güç tüketimi, esnek özellik seti ve güçlü bir yazılım geliştirme ekosistemi kombinasyonuna sahip olmalıdır.
Yerli sanayinin çeşitli dalları arasında en çok talep edilen endüstriyel otomasyon alanıdır. Hemen hemen her tür üretim, belirli üretim süreçlerini otomatikleştirmek için çok sayıda bileşen gerektirir. Sonuç olarak, her üretim işletmesi yönetim süreciyle ilgilenir. teknolojik süreçler hızlı ve otomatik olarak gerçekleştirildi.
Herhangi bir otomatik kontrol sisteminin (ACS) kalbi endüstriyel bir kontrolördür.
Geçmiş referansı
İlk endüstriyel kontrolör 1969'da ABD'de ortaya çıktı. Yaratılışı otomobil şirketi General Motors Company tarafından başlatıldı ve Bedford Associates tarafından geliştirildi.
O yıllarda ACS, katı mantık (donanım programlama) üzerine inşa edildi ve bu da onları yeniden yapılandırmayı imkansız hale getirdi.
Bu nedenle, her teknolojik hat ayrı bir otomatik kontrol sistemi gerektiriyordu. Ardından, ACS mimarisinde, algoritması röle bağlantı şemaları kullanılarak değiştirilebilen cihazlar kullanılmaya başlandı.
Bu tür cihazlara "endüstriyel mantık denetleyicileri" (PLC) denir. Bununla birlikte, elektromanyetik röleler kullanılarak uygulanan otomatik kontrol sistemleri, karmaşık ve büyük boyutluydu. Bir sistemi barındırmak ve sürdürmek için ayrı bir oda gerekliydi.
Bedford Associates (ABD) mühendisleri tarafından geliştirilen mikroişlemci PLC, Bilgi Teknolojisi insan faktörünü en aza indirirken, üretim süreçlerinin otomasyonunda.
Modern endüstriyel kontrolör
Genel anlamda PLC, bağlı sinyal kablolarını değiştiren bir mikroişlemci cihazıdır. Bağlantılarının gerekli kombinasyonları, bilgisayar ekranındaki kontrol programı tarafından ayarlanır ve ardından kontrol cihazının hafızasına girilir.
Programlama hem klasik algoritmik dillerde hem de IEC 61131-3 standartlarında belirtilen dillerde yapılmaktadır. Böylece işletmelerin tek bir mikroişlemci cihazı kullanarak çeşitli otomatik kontrol sistemlerini uygulamaları mümkün hale geldi.
Zamanla, endüstriyel otomasyon sistemlerinin geliştiricileri, IBM bilgisayarları (PC'ler) ile uyumlu bir eleman tabanına geçti. Mimari ve tasarım çözümlerinin mümkün olduğunca korunduğu, PLC'lerle PC uyumlu donanımın geliştirilmesinde iki yön vardır:
- PLC - işlemci modülünün açık devreli PC uyumlu bir modül ile aynı anda değiştirilmesiyle yazılım(ADAM5000 serisi kontrolörler).
- IBM PC - küçük boyutlu gömülü sistemlerde (modüler PC104 ve mikro PC denetleyicileri).
Bu nedenle modern PLC'ler, yerel kontrol görevlerini çözmek için tasarlanmış PC uyumlu modüler bir kontrolördür. Gelişimleri nihayetinde şunlara yol açmalıdır:
- genel boyutlarda azalma;
- genişleyen işlevsellik;
- tek bir programlama dilinin (IEC 61131-3) kullanılması ve "açık sistemler" ideolojisi.
PLC'nin çalışma prensibi ve kapsamı
Her türlü PLC elektronik cihaz kontrol algoritmalarını yürütmek için tasarlanmıştır. Tüm PLC'lerin çalışma prensibi aynıdır - verilerin toplanması ve işlenmesi ve aktüatörlere kontrol eylemlerinin verilmesi.
PLC'ler endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu, kontrolörlerin ayırt edilebileceği çok sayıda çeşitlerinin varlığını açıklar:
- Genel endüstriyel (evrensel).
- İletişim.
- Robotlar da dahil olmak üzere konumlandırma ve hareketi kontrol etmek için tasarlanmıştır.
- Geri beslemeli (PID kontrolörleri).
PLC sınıflandırması
PLC'lerin sınıflandırıldığı çok sayıda parametre vardır.
Yapıcı performans:
- monoblok;
- modüler;
- dağıtılmış;
- evrensel.
G/Ç kanal sayısı:
- 16'dan az kanallı nano-PLC;
- mikro-PLC (16 ... 100 kanal);
- orta (100 ... 500 kanal);
- 500'den fazla kanal ile büyük.
Programlama yöntemleri.
PLC'ler aşağıdakilerle programlanabilir:
- cihazın ön paneli;
- taşınabilir bir programlayıcı kullanarak;
- bilgisayar kullanmak.
Kurulum türleri.
- rafa monte;
- duvar;
- panel (bir dolap kapısına veya özel bir panele monte edilmiştir);
- DIN rayı üzerinde (kabin içine montaj).
Makaleye yorumlar, eklemeler yazın, belki bir şeyleri kaçırdım. Şuna bir bak, benimkinde faydalı başka bir şey bulursan sevinirim.
, Haberler / itibaren yönetici
Mikrodenetleyiciler ve PLC'ler: Endüstriyel uygulamalarınız için verilen savaşta açık bir kazanan var.
Tek kartlı bilgisayarlar ve mikro denetleyiciler dünyası, otomasyon uygulamaları için ilginç ve ucuz fırsatlar sunar, ancak bu bileşenler kritik görev için güvenilir olabilir mi? üretim uygulamaları PLC'ler geleneksel olarak nerede kullanılır?
Dünyada ortaya çıkan mikrodenetleyici yelpazesi hızla büyüyor ve düşüş belirtisi yok. Arduino, BeagleBone, Raspberry Pi ve diğerleri dahil olmak üzere bu cihazlar olağanüstü yetenekler sunar. Ayrıca, çok düşük fiyatlarla tüm aksesuar ekosistemlerini de sunabilirler.
Bill Dehner, Teknik Pazarlama Mühendisi; ve AutomationDirect'te teknik pazarlamacı ve geliştirme eğitmeni olan Tim Wheeler; Kontrol Mühendisliğinde Kasım 2017'de çıkan Mikrodenetleyiciler ve PLC'ler: İşletmenize Hangisi Liderlik Ediyor? başlıklı bir makale yazdı. Bu ürünlere olan ilginin nasıl arttığını ve bazılarının bu mikrodenetleyicileri endüstriyel otomasyon uygulamaları için PLC'ler yerine kullanmayı düşündüğünü tartıştılar. Ama mantıklı mı?
Bu doğal bir sorudur, ancak cevaba dikkatle yaklaşılmalıdır, çünkü çoğu zaman böyle bir karara ilk bakışta göründüğünden daha fazla bağlıdır. Aşağıya bir göz atalım ve tartışmayla ilgili faktörleri görelim.
Hızlı bir çevrimiçi anketten sonra, mikrodenetleyiciler, FPGA kartları ve tek kartlı bilgisayarlar dahil olmak üzere çok çeşitli yeteneklere sahip yaklaşık 80 farklı kart olduğunu görebiliriz. Her durumda, bu blogda hepsini bir araya getireceğiz ve onlara mikrodenetleyiciler diyeceğiz.
Benzer şekilde, PLC'lerin çok çeşitli yetenekleri olsa da, PLC'leri AutomationDirect BRX gibi bir tür genel ve güvenilir kontrolör olarak düşüneceğiz.
varsayımsal örnek
Makale, iki veya üç sensör ve bir sürücü gerektiren küçük bir otomatik süreci tartışıyor. Sistem daha büyük bir kontrol sistemi ile etkileşime girer ve süreci kontrol etmek için bir program yazılmalıdır. Bu, 200 doların altındaki herhangi bir küçük PLC için kolay bir iştir, ancak çok daha ucuz bir mikro denetleyici kullanmak ister.
İlk adım, G / Ç'yi aramaktır - bir PLC problemi değil, muhtemelen bir mikrodenetleyici problemi.
"4-20 mA akım döngüsü 0-5 V gibi bazılarının (mikrodenetleyici çıkışlarının) dönüştürülmesi nispeten kolaydır. Darbe genişlik modülasyonu (PWM) kullanan bir analog çıkış gibi diğerlerinin dönüştürülmesi daha zordur, bu genellikle mikrodenetleyiciler için. Bazı sinyal dönüştürücüler standart ürünler olarak mevcuttur, ancak genel maliyeti artırırlar. Tam zamanlı bir Kendin Yap mühendisi, dönüştürücüyü dahili olarak oluşturmaya çalışabilir, ancak bunu geliştirmek zor ve zaman alıcı olabilir. ”
PLC'ler hemen hemen her endüstriyel sensörle çalışır ve çok çeşitli sensörlere, aktüatörlere ve diğer endüstriyel bileşenlere I/O'ları aracılığıyla bağlanmak için yapıldıkları için genellikle harici dönüştürmeye ihtiyaç duymazlar. Pimleri ve konektörleri olan mikro denetleyici kartı biraz uğraşırken, PLC'nin montajı kolaydır.
işletim sistemi
Dehner ve Wheeler, mikrodenetleyicinin altında işletim sistemi olan bir iskelet cihaz olduğuna dikkat çekiyor. “Sonuçta, 40 dolarlık tek kartlı bir bilgisayarda çok fazla yerleşik yazılım rutini olmayacak. Bu nedenle, kullanıcı en temel olasılıklar dışında her şeyi kodlamaya bırakılır."
Uygulama basit olsa da, PLC'nin birçok yerleşik özelliği vardır. PLC, bir mikrodenetleyici kullanıldığındaki durumun aksine, perde arkasında meydana gelen olayları görünmez kılar ve kullanıcı programlaması gerektirmez. PLC, yürütülen programı takip etmek için yazılım izleme zamanlayıcılarına ve modülleri ve G/Ç cihazlarını izlemek için donanım izleme zamanlayıcılarına sahiptir. Bu kontroller, bir sorun oluştuğunda hata veya uyarı uyarıları ile her tarama döngüsünde gerçekleşir.
“Teoride, bu yeteneklerden herhangi biri mikrodenetleyici programlanarak eklenebilir, ancak kullanıcının ya sıfırdan prosedürler yazması ya da yeniden kullanmak için mevcut yazılım modüllerini bulması gerekir. Doğal olarak, uygulama için test edilip doğrulanmalı ve bu tür testlerin önemi en azından ilk seferde anlaşılmalıdır. Tek bir kontrolör için birden fazla program yazan bir mühendis muhtemelen test edilmiş kod bloklarını yeniden kullanabilir. Ancak bu olasılıklar zaten dahil edilmiştir. işletim sistemi hemen hemen her PLC için."
PLC, üretim güvenilirliği anlamına gelir
PLC'ler, endüstriyel bir ortamın taleplerine dayanacak şekilde tasarlanmıştır. Ekipman güvenilirdir ve şok ve titreşime, elektriksel gürültüye, korozyona ve geniş bir sıcaklık aralığına dayanacak şekilde yapılmış ve test edilmiştir. Aksi takdirde mikrodenetleyicilerle.
“Mikrodenetleyiciler nadiren bu kadar kapsamlı testlerden geçer ve yalnızca ofis ekipmanı gibi belirli pazarlar için temel gereksinimleri içerir. Bilinmeyen bir anakart üreticisi olması durumunda bu gereksinimler bile karşılanmayabilir. Jenerik pano, aynı gibi görünse bile, markalı pano ile aynı ölçüde test edilmemiş olabilir."
Teknik Destek
Pek çok endüstriyel ekipman onlarca yıldır kesintisiz çalışıyor, bu nedenle kontrolörlerin de sorunsuz çalışması gerekiyor. Sonuç olarak, kullanıcıların uzun vadeli desteğe ihtiyacı vardır.
"Orijinal ekipman üreticileri, makinelerinde kullandıkları ürünlere bakmalı ve bir müşteri 1990'larda veya daha önce kurulmuş bir sistem için parça satın almak istediğinde hazır olmalıdır.
Mikrodenetleyici firmalar tarihin bu bağını tutamazlar. Beş yıl önceki bir proje için bir kontrol cihazını değiştirmeniz gerekiyorsa, ihtiyacınız olan parçaları bulmak zor olabilir. ”
Çoğu PLC satıcısının mükemmel destek yetenekleri vardır ve AutomationDirect gibi bazıları ücretsiz teknik destek sunar. Ancak, açık mikrodenetleyicilerin son kullanıcıları kaynak kodu genellikle kendi teknik destek ekiplerini oluştururlar. Soruların yanıtları genellikle sizinkine benzer ihtiyaçları olan tartışma gruplarında ve konu forumlarında bulunabilir. Ya da değil.
Özetleme
“Mikrodenetleyiciler ve diğer geliştirme panoları, öğretim araçları ve deneyler için harikadır. Ucuzlar ve karmaşık programlama ve otomasyon kavramlarını öğrenmeyi çok daha kolay hale getiriyorlar. ” Vaktiniz varsa, bunlar harika araçlar.
“Öte yandan, zorluk üretimde verimli, verimli ve güvenli bir şekilde çalışmak ise, o zaman PLC'ler, onlarca yıldır test edilmiş ve kullanılmış güvenilirliğe sahip çok çeşitli yetenekler sunar. Bir tesisin çalışması ve ürünlerin üretilmesi gerektiğinde, güvenilirlik ve güvenlik her şeyden daha önemlidir. ”