Бесконтактные устройства обработки логической информации

Современные технические устройства переработки информации   строятся из отдельных бесконтактных (в основном, полупроводниковых) логических элементов – устройств, входные и выходные сигналы которых могут принимать только два фиксированных значения: логического «0» и «1». При этом абсолютная величина сигнала существенного значения не имеет. Дискретизация сигналов управления и разделение их на два уровня позволяют применять к исследованию и описанию дискретных схем управления математическую теорию алгебры логики (Булеву алгебру), оперирующей с логическими переменными, имеющими два дискретных значения.

К достоинствам бесконтактных логических устройств относятся: малые масса и габариты, высокая технологичность и низкая стоимость, малая потребляемая энергия, высокая надежность, большая способность к микроминиатюризации и интеграции, высокие показатели серийнопригодности и быстродействия.

К недостаткам следует отнести: низкую помехоустойчивость и слабую устойчивость к статическому электричеству, сравнительно низкую радиационную стойкость, необходимость в стабилизированных источниках питания, энергозависимость.

В настоящее время большинство логических элементов реализуют в виде цифровых интегральных микросхем(ИМС) – комплекта изделий, необходимых для осуществления определенных логических и других функций, изготовленных по специальной технологии в виде единого конструктивного изделия, так называемых типовых устройств обработки логической информации.

    Примерами таких типовых устройств могут служить:

–Триггеры - элементарные ячейки памяти, предназначенные для хранения одного бита информации (логического «0» или «1»);

– Счетчики –устройства для выполнения функций счета и задержек времени;

–Преобразователи кодов - устройство для автоматического изменения по заданному алгоритму соответствия между входными и выходными кодами без изменения их смыслового содержания (другими словами, это схемы для перевода одного многоразрядного кода в другой);

–Регистры - устройства для приёма, хранения и выдачи информации, представленной в виде многоразрядных двоичных кодов;

–Запоминающие устройства (устройства памяти)- это устройства, предназначенные для приёма, длительного хранения и выдачи информации, представленной в виде больших массивов многоразрядных двоичных кодов;

– Программируемые логические матрицы (ПЛМ) –гибкие устройства, перенастраиваемые на выполнение любых логических функций;

–Арифметико-логические устройства –гибкие программируемые устройства для выполнения разнообразных арифметических и логических операций.

– Микропроцессоры и микроконтроллеры - гибкие программно управляемые многофункциональные логические устройства, способные принимать, хранить обрабатывать (логически или арифметически) и выдавать информацию, представленную в виде многоразрядных двоичных кодов.

        Более подробно эти и многие другие типовые устройства переработки логической информации изучаются в курсах: «Электроника», «Схемотехника средств автоматизации», «Микропроцессорные устройства СУ».

    В последние годы основными техническими средствами  автоматизации становятся промышленные программируемые микропроцессорные контроллеры.

ПРОГРАММИРУЕМЫЕ КОНТРОЛЛЕРЫ

Определение, история появления и развития

Промышленные программируемые логические контроллеры (ПЛК) - это технические средства автоматизации, предназначенные для приема, хранения, преобразования, обработки (логической, арифметической) информации и выработки команд управления, созданные на базе микропроцессорной техники, и являющиеся специализированными управляющими ЭВМ предназначенными для работы в локальных и распределенных АСУ ТП. [2,18,19,23]

Они впервые появились в конце шестидесятых годов в автомобильной промышленности США в результате слияния трех направлений техники:

– Релейно-контактная и бесконтактная электроавтоматика (основа ПЛК);

– Цикловое программное управление (принцип управления ПЛК);

– Микропроцессорная техника (элементная база ПЛК).

Первоначально производством ПЛК занимались компьютерные фирмы (DEC, Modicon, Entrekin Computers), но позже к их разработке подключились и электротехнические фирмы (General Elektric, Allen Bradley, ISSC), которые выпускали устройства электроавтоматики и лучше знали потребности промышленности, поэтому их ПЛК были более удобны в программировании и ориентированы на заводских специалистов (электриков, наладчиков). В настоящее время производством и внедрением ПЛК занимаются десятки ведущих мировых фирм, среди которых в нашей стране наиболее известны: Siemens (29%), Rockwell Automation (16%), Mitsubishi (12%), Schneider (9%), Omron (8,5%), Funuc (3,5%), Koyo Electronics, Marpos, Festo, АВВ, Bosch и др.

Интересно отметить, что порог рентабельности ПЛК постоянно снижался, и если в 70-е годы считалось, что экономически выгодно заменять контроллером систему электроавтоматики из 100 реле (в 80-е годы – из 60, в 90-е годы – из 20), то в настоящее время эта цифра опустилась до нескольких единиц.

Особенности ПЛК в сравнении с традиционными ТСА и ЭВМ

1. Циклический характер работы, определяющий возможность ПЛК обрабатывать информацию (управлять производственными процессами) в реальном масштабе времени технологического оборудования.

2. Проблемно ориентированное программно-математическое обеспечение ПЛК, рассчитанное на конкретные типовые задачи управления, регулирования и контроля технологическими процессами.

3. Легкое и свободное программирование и перепрограммирование с помощью специальных инженерных языков высокого уровня стандарта IEC 6.1131-3.

4. Простота и доступность в процессе подключения, отладки и эксплуатации ПЛК, ориентация на обычный производственный персонал (электриков, наладчиков).

5. Схожесть физических структур и конструкций ПЛК различного назначения и разных фирм изготовителей.

6. Модульная архитектура построения ПЛК, позволяющая простое конфигурирование при разработке и свободное наращивание или урезание при дальнейшей  модернизации систем автоматизации.

7. Возможность эксплуатации ПЛК в непосредственной близости от технологического оборудования (в цеховых, полевых, пожароопасных условиях), неприхотливость, простота в обслуживании.

8. Широкие коммуникационные возможности ПЛК, позволяющие создавать на их основе сложные распределенные АСУ ТП с применением сетевых технологий.