CC BY
3
УДК 681.3
ПРОМЫШЛЕННЫЕ МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ В ЗАДАЧАХ АВТОМАТИЗАЦИИ
Д. О. Ятченко Научный руководитель - В. Г. Сидоров
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский рабочий», 31
*Е-шаП: yatchenko-d@mail.ru
В данной статье сформулированы основные требования к блокам управления технологическими процессами крупногабаритной автоматики.
Ключевые слова: архитектура контроллера, шина, функциональный узел, сеть, скорость передачи.
INDUSTRIAL MICROCONTROLLERS IN AUTOMATION TASKS
D. O. Yatchenko Scientific supervisor - V. G. Sidorov
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation *Е-mail: yatchenko-d@mail.ru
In this article, the main requirements for process control units of large-size automation are formulated.
Key words: controller architectures, bus, functional unit, network, transmission speed.
Изучив архитектуру классического контроллера с параллельной шиной с точки зрения соответствия сформулированных требований, можно выделить основные недостатки традиционных контроллеров, формирующихся самой природой параллельной шины контроллера:
- Первое - это большинство параллельных шин являются однопроцессорными [1]. Многопроцессорные шины гораздо сложнее и дороже. Если для решения задач требуется многопроцессорная обработка, то придется использовать относительно дорогие многопроцессорные шины типа VersaModule Eurocard bus, или аналогичные.
- Второе - это многопроцессорные параллельные шины имеют централизованную схему арбитража [2]. Арбитр шины - это устройство, используемое в системе с несколькими главными шинами, чтобы решать, какому мастеру шины будет разрешено управлять шиной для каждого цикла шины. Выйдя из строя единственный элемент - арбитр, поведёт за собой к выходу из строя всего контроллера.
- Третье - это шинные циклы находящиеся на параллельной магистрали, они являются элементарными операциями чтения/записи операндов с точно заданными адресами. Шинные циклы не обладают транзакционными свойствами, т. е. невозможно сразу "откатиться" в исходное состояние после выполнения неудачного цикла и попытаться повторить его снова.
Секция «Автоматика и электроника»
Изучив основные недостатки, можно сделать вывод, что крупные контроллеры с централизованной обработкой, даже с очень мощным процессором, не в полной мере отвечают этим требованиям. Необходимо децентрализовать обработку между небольшими автономными контроллерами, оптимальный объем которых соответствует объему трафика, чтобы минимизировать обмен информацией между контроллерами.
Структура системы, адекватная функционально-технологической структуре объекта, на традиционных контроллерах возможна, но при этом стоимость системы существенно возрастет. [3]. С точки зрения эксплуатации такая система будет иметь ряд недостатков. Присутствие архитектурных решений, повышающих надежность системы, позволит исключить возможность поломок, приводящих к длительному отключению основного технологического оборудования.
После рассмотрения архитектуры контроллера с последовательной детерминированной шиной для связи между модулями вместо традиционной параллельной шины. Очевидно, что распределение задач между малыми автономными контроллерами продиктовано разделением технологии на функциональные узлы [4]. Если представить себе архитектуру контроллера, состоящего из автономных интеллектуальных модулей, в которых объем каналов ввода-вывода и мощность встроенного в модуль процессора достаточны для управления средним функциональным узлом, то эта архитектура будет соотносима технологической структуре объекта автоматизации. Подробнее рассмотреть разницу в структурах параллельной и последовательной шины можно на рис. 1.
Замена параллельной шины внутри контроллера на локальную сеть оптимально и без каких-либо оговорок решает ряд ключевых задач, определяющих основные характеристики системы контроллера:
- Во-первых, обеспечение надежной среды для передачи данных.
- Во-вторых, некоторые сети обеспечивают возможность инициативного доступа к среде передачи от любого абонента сети.
- В-третьих, позволяет реализовать различные методы адресации.
- В-четвертых, отсутствие централизованного арбитра и широкие возможности автоконфигурирования сетевой топологии значительно увеличивает надежность и живучесть контроллера.
- В-пятых, более высокий уровень обмена информацией.
- В-шестых, скорости передачи.
Рис. 1. Структура параллельной и последовательной шины
Исходя из характеристик контроллера с последовательной детерминированной шиной, можно увидеть, что контроллер с такой архитектурой удовлетворяет большинству требованиям автоматизации технологических процессов крупных неоднородных объектов. Всё выше сказанное подтверждает, что в качестве основного решения, позволяющего полностью улучшить сформулированные требования в части системам управления в
устройствах, следует использовать вместо параллельной, стандартную последовательную детерминированную сеть в качестве среды связи между модулями контроллера.
Библиографические ссылки
1. Бродин В.Б. Микроконтроллеры. Архитектура, программирование, интерфейс / В.Б. Бродин, М.И. Шагурин. - М.: ЭКОМ, 1999. - 400 с.
2. Кангин В. В. Аппаратные и программные средства систем управления. Промышленные контроллеры и сети / В.В. Кангин, В.Н. Тимошенко. - М.: Бином. Лаборатория знаний, 2011. - 424 с.
3. Стюарт Болл Р. Аналоговые интерфейсы микроконтроллеров / Стюарт Болл Р. - М.: Додэка XXI, 2007. - 362 с.
4. Схиртладзе А.Г. Автоматизация производственных процессов в машиностроении: Учебник / А.Г. Схиртладзе, В.Н. Воронов, В.П. Борискин. — Ст. Оскол: ТНТ, 2016. — 600 с.
© Ятченко Д. О., 2021
