Опубликовано

Как программировать контроллер

Digitrode

Программируемые логические контроллеры или ПЛК представляют собой цифровые компьютеры, используемые для выполнения функций управления, как правило, для промышленных применений. Из различных языков, которые можно использовать для программирования ПЛК, язык лестничной логики является единственным, непосредственно моделируемым после электромеханических релейных систем.

Если посмотреть на его визуальное отображение, то для программирования контроллера в данном случае используются длинные ступени виртуальной лестницы с нарисованными на них контактами и катушками виртуальных реле. Контакты действуют как входы и часто представляют собой переключатели или кнопки; катушки ведут себя как выходы, например, для зажигания света или включения двигателя.

Выходы не обязательно должны быть физическими и могут представлять один бит в памяти ПЛК. Этот бит затем может использоваться позже в коде как другой вход. Контакты размещаются последовательно для представления логики «И» и параллельно при использовании логики «ИЛИ». Как и в случае с реальными реле, обычно имеются нормально разомкнутые контакты и нормально замкнутые контакты. Давайте посмотрим на пример программирования лестничной логики.

Эта лестничная логическая диаграмма имеет три ступени. Программа «сканируется» или запускается процессором слева направо и сверху вниз. Символы, размещенные во всех ступеньках, на самом деле являются графическими инструкциями. Имена этих инструкций:

  • XIC (проверяем, если замкнуто)
  • XIO (проверяем, если разомкнуто)
  • OTE (выход активируется)

Посмотрите на первую ступеньку, обратите внимание на первые два входа I: 1/1 и I: 1/2. Символ имеет состояние XIC, а I обозначает, что это вход. Эта инструкция представляет физический вход, имеющийся на одной из плат дискретного ввода. I: 1 означает, что эта входная плата помещена в слот 1, непосредственно рядом с процессором. / 1 указывает интересующий бит. Входные платы имеют более одного канала, и если инструкция указывает / 1, то эта инструкция обращается к каналу 1.

Второй вход представляет канал 2 на той же плате. Инструкция XIC означает true (истина), если контакт замкнут. То есть, эта инструкция будет истинна, если контакт устройства ввода, которое оно представляет, будет замкнут. Если инструкция истинна, она подсвечивается зеленым цветом. Единственный способ подачи напряжения на выход – это путь истинных инструкций, который можно проследить от левой стороны лестницы до правой. Следовательно, вывод на ступеньке будет истинным, потому что существует путь истинных инструкций I: 1/1 и I: 1/2. Это фактически операция «И». Выход в этом случае B: 0/1, фактически является внутренним битом, хранящимся в памяти ПЛК. Вот почему для «вывода» он помечен B вместо O. Эти внутренние биты отлично работают, когда требуется реализовать определенное состояние или набор входов без фактического включения физического выхода.

На второй ступени мы имеем третий вход, обозначенный I: 1/3, и наш внутренний бит теперь используется с вводной инструкцией вместо вывода.

Эти два входа расположены параллельно и представляют собой условие «ИЛИ». O: 2/1 – это выходная инструкция, которая представляет канал 1 на физической плате дискретного вывода, помещенной в слот 2. Эта вторая ступень может быть перезаписана без внутреннего бита, заменив B: 0/1 двумя входами из очереди. Таким образом, вывод O: 2/1 будет истинным, если I: 1/3 истинно ИЛИ если оба I: 1/1 И I: 1/2 истинны. Это основная структура всех программ логических схем.

Третья ступень вводит инструкцию XIO. Инструкция XIO лучше описывается как истинная, если контакт разомкнут.

XIO будет истинна, только если подключенный к нему вход разомкнут. В случае внутренних битов эта инструкция верна, если внутренний бит выключен. Поэтому, поскольку I: 1/1 и I: 1/2 оба разомкнуты, инструкции XIO, представляющие эти входы, являются ложными. XIO, представляющая I: 1/3, истинна, потому что устройство ввода, которое оно представляет, разомкнуто. Без пути истинных инструкций слева направо вывод на третью ступень, O: 2/2, выключен.

Инструкции, описанные выше, являются наиболее фундаментальными инструкциями в системах ПЛК, но они представляют собой небольшую часть всего набора команд. Большинство ПЛК включают такие функции как таймер, счетчик, триггери расширенные логические инструкции. На следующем рисунке показана немного более сложная программа контроля уровня, написанная для ПЛК Allen-Bradley.

Эта программа использует два переключателя уровня, подключенных к баку, для активации двух насосов, которые должны начинать работу один за другим, а не одновременно. Обратите внимание, что те же два входа XIC управляют как насосом A, так и B. Однако внутренний бит используется с XIC для управления насосом A и с XIO для управления насосом B. Если ступень 0000 истинна, насос A «защелкивается» с помощью команды триггера.

Если ступень 0001 истинна, насос B «защелкнется». Как только инструкция триггера истинна, выход остается включенным до тех пор, пока не будет активирована дополнительная команда разблокировки. Последняя ступень управления переключает насос, используя инструкцию XOR.

Как было уже сказано, используемые здесь инструкции по-прежнему составляют лишь часть того, что доступно для программирования ПЛК. Язык релейной логики (он же язык лестничной логики, он же язык релейных диаграмм, он же язык релейно-контактных схем) может использоваться для создания конечных автоматов, управления аналоговыми величинами и даже реализации ПИД-регуляторов.

Релейная автоматика и релейно-контактные схемы (Актуальность)

О снижении актуальности вопроса ???

Да, в настоящее время релейно-контактные схемы используются только в «не очень сложных» проектах Конечно, контроллеры и компьютеры значительно более производительны и экономичны, но все равно остаётся круг достаточно тривиальных задач, где достаточно 1,2,3 или 5 реле и просто нет смысла использовать контроллер.

Я думаю, что у многих творящих «самоделкиных» (при разработке всяких простеньких щитков управления: насосы, вентиляция и т.п.) возникало желание смоделировать схему на компьютере, дабы убедиться в её правильной работе и отсутствии побочных эффектов (глюков), правильном срабатывании индикации режимов… и т.д.

Таким образом, компьютерная программа для визуальной эмуляции релейной логики, моделирования и тестирования релейных схем окажется полезной даже для некоторых взрослых, не говоря уже о детях, чья творческая энергия (попробовать и испытать) в процессе познания мира по истине безгранична. А развитие детского творчества это достойнейшая цель каждого дальновидного родителя и педагога.

В общем, вопрос об актуальности заканчиваю цитатой (автор не известен)

«релейная логика сама по себе проста, тупа и надёжна как стальной лом, чего нельзя сказать о контроллерах».

Детское и юношеское техническое творчество

Россия в этом вопросе далеко не на последнем месте в мире
Тем более, следует усиливать это направление как прорывное
Заинтересовать и Направить подрастающую личность в техническое творчество это значит открыть новый мир возможностей, дать толчок развитию сопутствующих интересов

Визуальный эмулятор (конструктор) сборки релейно-контактных схем из простейших элементов позволяет экономить время (подбор деталей, пайка и т.д.) + дает 100% безопасность для детей. И в то же время, на полную мощность включает их любознательный и пытливый мозг.

А возможность ребенка работать с программой в отсутствии взрослого наставника (что обычно не допустимо по соображениям электробезопасности, процесса пайки, сложных расчетов элементов цепей) в разы повышает полезный эффект самостоятельного творчества.

Путь проб и ошибок (альтернативы просто нет) ребенок может пройти на эмуляторе с минимальными материальными и/или физическими потерями

Поиграв на реле, любой ребенок проще перейдет к пониманию «транзистора», понятиям триггеров, логических элементов «И-ИЛИ-НЕ», микросхем, микроконтроллерных устройств. Это уже другой уровень, по сравнению со сверстниками

Наборы для творчества и товары для творчества это то, к чему данная программа относится непосредственно и конкретно.

А к мнению представителей домов и центров детского творчества (юношеского технического творчества, роботостроения) я отношусь с двойным вниманием Так, например, прорисовка всех элементов реле, вплоть до «перекидывания» контактов при срабатывании, вызвана требованием одного из центров «обеспечения наглядности» для лучшего понимания происходящих процессов детьми

Визуальный конструктор релейных схем это программа эмулятор

Визуальный конструктор релейных схем это компьютерная (очень простая) программа, эмулятор процессов в электрических цепях релейно-контактных схем. Простота основана на том, что состояния «катушек» (протекает или не протекает в ней ток) и «контактов» реле (замкнуты или разомкнуты) можно описывать логическими переменными. Программа не требует (по крайней мере, в этой версии) никакой установки. Исполнимый файл relaylogic.exe может быть запущен с любого носителя (флешки или диска).

Программа имеет всего два режима:
«Конструктор» — для моделирования, т.е. построения релейных схем, путем добавления неограниченного количества элементов и связи их проводами. Пока в наборе элементов:

  • реле с разным количеством контактов;
  • кнопки (или ключи);
  • лампочки;

но я готов выслушивать предложения по расширению элементной базы для следующих версий и, конечно, обещаю, что количество элементов будет постоянно увеличиваться и обновляться.
«Тестирование» — для проверки результата, поведения схемы при воздействии на органы управления.

Короткое Видео — инструкция по работе в режимах «Конструктор» и «Тестирование».

«Конструктор релейных схем (визуальный эмулятор)» для школьников JW Player here replace

Если не удалось запустить видео, воспользуйтесь этой ссылкой … видео на YouTube

Данная программа для детей, и не ставит целью расчет элементов цепей. Считаем, что напряжение на клеммах всегда соответствует норме и способно зажечь лампочку или вызвать срабатывание реле при токе в его катушке. При последовательном соединении лампочек и/или катушек реле в цепь, они перестают работать из-за недостаточной силы тока. Пусть ребенок усвоит (на данном этапе), что все нагрузки в схеме следует подключать параллельно. Тогда он в полной мере может посвятить время экспериментам с двоичной релейной логикой.

Разрабатываемые «устройства автоматики», «системы автоматики» принципиально могут быть собраны за секунды и протестированы на любом из компьютеров (планшетов) под управлением Windows (это пока, но планирую и под Linux).

Основы знаний и приобретенный опыт в «Релейном управлении» и «двоичной логике» не могут не пригодиться Вам (Вашим детям) в будущем, в современном бешено развивающемся мире.

Перспективы

Сохранение созданных (наработанных) схем и их последующее открытие (для копирования и/или модификации) осуществляется в файлы с расширением rll.

Мало элементов? Так это дело поправимое

Напишите о своих пожеланиях, а я претворю их в реальность Еще и спасибо Вам скажу

А к мнению представителей домов и центров детского творчества (юношеского технического творчества) я отношусь с двойным вниманием «Наборы для творчества» и «товары для творчества» это то, к чему данная программа относится непосредственно.

Условия получения кода? Показать?

Уже поступили предложения:

  • Добавить двигатель (мотор постоянного тока)
  • Добавить реле времени
  • Возможность разнесения контактов реле по схеме
  • Добавить возможность обозначать элементы схем (лампочки, реле и т.д. в соответствии с ГОСТ 2.710)
  • Возможность добавлять в открытый проект схемы из ранее сохраненных файлов.
  • Добавить диод для упрощения решений логических задач
  • Возможность добавлять в схемы заметки (как комментарии)

И, кроме того, Владимир и Ваня (это отец и сын) прислали результаты своих работ

  • ЛИНИЯ ЗАДЕРЖКИ 6 РЕЛЕ
  • ФОРМИРОВАНИЕ ИМПУЛЬСА ПО ТЫЛУ

Я им искренне благодарен

Другие примеры на тему «Компьютерные игры (учебные, простенькие)»

Другие примеры на языках «C»,»C++»,»C#»

Общие характеристики:

  • ДК выполнен в климатическом исполнении У категории размещения 1 по ГОСТ 15150 с пределами рабочих температур окружающей среды от минус 50 до плюс 50°С и относительной влажностью до 95 % при температуре 25°С. По защищенности от воздействия воды — в исполнении IPX4 по ГОСТ 14254.
  • ДК рассчитан на непрерывную круглосуточную работу в стационарных условиях на открытом воздухе.
  • ДК удовлетворяет требованиям ГОСТ 34.401–90
  • ДК имеет возможность подключения (в зависимости от модификации) не менее 16 выходных силовых каналов, а также возможность их расширения до 128.
  • ДК установлен в металлическом шкафу, имеющим систему автоматического поддержания микроклимата.
  • Мощность, потребляемая контроллером, не более 30 ВА (без включения в работу элементов терморегулирования).
  • ДК построен по модульному принципу, позволяющему проводить замену вышедших из стоя узлов, модулей и диагностику работоспособности контроллера непосредственно на месте эксплуатации.
  • Шкаф ДК имеет не менее 2-х уровней запирания.
  • Контроллер оборудован системой сигнализации со звуковой сиреной и возможностью передачи на ЦУП сигнала о несанкционированном доступе в контроллер.
  • В конструктиве контроллера предусмотрены места для установки электрического счётчика и коммутационных колодок связи, комплектуемых по необходимости.
  • Контроллер (С2.03-наиболее мощный) конструктивно разделён на два отсека процессорный и инженерный для разграничения доступа техперсонала разной квалификации
  • Контроллер обеспечивает регулирование движения из набора до 15 фаз, сохраняемых в энергонезависимой памяти.
  • Интервал изменения длительности основных тактов от 1 до 255 с.
  • Интервал изменения длительности промежуточных тактов от 1 до 255 с.
  • Интервал изменения длительности минимального времени зеленого сигнала светофора от 1 до 255 с.
  • Интервал изменения длительности максимального времени красного сигнала светофора от 1 до 255 с.
  • Дискретность изменения временных установок — 1с.
  • Число миганий сигналов светофоров в режиме мигания от 55 до 65 миганий в минуту.
  • Контроллер обеспечивает переход в режим аварийного отключения светофоров (ОС) при появлении зеленых сигналов на конфликтных направлениях.
  • Контроллер обеспечивает контроль красных сигналов светофоров с автоматическим переходом в режим аварийного желтого мигания (ЖМ) при перегорании выбранного числа ламп красных сигналов одного направления.
  • Максимальный ток нагрузки на один силовой канал составляет 2А.
  • Максимальный суммарный ток нагрузки всех силовых каналов, коммутируемый в любой момент времени, составляет 32А.
  • Контроллер обеспечивает переход в режим аварийного отключения светофоров (ОС) при возникновении перегрузки в общей цепи электропитания светофорной сигнализации.
  • Контроллер обеспечивает защиту от перегрузок и короткого замыкания по каждому силовому выходу, с последующей блокировкой включения данного канала.
  • Контроллер выполняет автоматическое переключение резервных программ (АПП), в том числе и программы с ЖМ, в зависимости от времени суток и дня недели, а также для особых дней года. Дискретность задания времени — 1 минута. Количество переключений в сутки — до 8.
  • Контроллер обеспечивает вход в основной режим работы через режим «Все красные» («Кругом красные») при первичном включении контроллера или переходе из режима ОС, ЖМ в режим АПП.
  • Контроллер обеспечивает возможность вызова фазы от табло вызывного пешеходного (ТВП). Количество кнопок, подключаемых к каналу ТВП не менее 4 при длине линии связи не более 150м и сопротивлении кабеля не более 30Ом.
  • Контроллер осуществляет формирование и передачу на ТВП сигнала «ЖДИТЕ» с момента поступления вызова до включения запрашиваемого направления, а также сигнала «ДЛЯ ПЕРЕХОДА НАЖМИТЕ КНОПКУ» для привлечения внимания пешеходов к ТВП.
  • Контроллер имеет не менее 2-х независимых каналов (групп) ТВП, для вызова различных вызывных фаз каждой из групп ТВП
  • Контроллер обеспечивает переход в режим РУ с помощью органов управления выносного пульта управления (ВПУ). При этом обеспечивается перевод контроллера в режимы ЖМ, ОС и вызов любой из выбранных фаз регулирования.
  • Цепи входных двухпозиционных сигналов от ТВП и ВПУ питаются со стороны контроллера напряжением 12±5В и током 10±8мА.
  • Контроллер обеспечивает работу в составе АСУД по протоколу АСС УД. При нарушении связи с верхним уровнем управления контроллер переходит автономный режим по управлению светофорным объектом.
  • Контроллер осуществляет диагностику целостности нагрузки выходных силовых цепей.
  • Контроллер обеспечивает индикацию состояния каждой из выходных силовых цепей.
  • Контроллер обеспечивает ведение календаря и времени суток.
  • Контроллер обеспечивает сохранение информации о календаре и времени суток при перерывах электропитания.
  • Контроллер обеспечивает коррекцию хода часов по командам АСУДД, сигналам со спутников GPS, либо при синхронизации через Интернет или по радиосигналам точного времени.
  • Контроллер обеспечивает ведение архива, в котором регистрируются все изменения штатных режимов работы, а также аварийные или нештатные ситуации, обнаруженные системой диагностики контроллера, с указанием времени и даты их возникновения.
  • Контроллер обеспечивает возможность восстановления режима работы контроллера после исчезновения неисправность в силовых цепях в соответствии с заданным при конфигурировании периодом и количеством попыток.
  • В состав контроллера входит в зависимости от исполнения блок детекторов транспорта (ДТ) или адаптеров детекторов транспорта (АДТ). Контроллер обеспечивает при работе с ДТ или АДТ реализацию адаптивных алгоритмов управления транспортными потоками. При работе с ДТ контроллер диагностирует исправность детекторов транспорта (рамок). При работе с АДТ контроллер обеспечивает подключение внешних датчиков движения, имеющих выход типа «сухой контакт» с параметрами:
    • Напряжение на контактах 12±5В:
    • Сопротивление замкнутых контактов вместе с сопротивлением линии связи не более 100 Ом.
  • Контроллер обеспечивает выполнение следующих функций:
    • оперативный перевод светофоров в режимы ОС или ЖМ;
    • индикацию и установку часов и календаря (часы, минуты, секунды, день недели, число и месяц);
    • индикацию режима работы контроллера;
    • индикацию неисправностей, обнаруженных системой диагностирования;
    • индикацию номера текущей программы и фазы;
    • индикацию текущей длительности фазы и промежуточного такта;
    • индикацию состояния выбранного силового выхода.
  • Контроллер может быть укомплектован пультом, предназначенным для диагностирования основных режимов работы контроллера, а также предоставляющий управление режимами работы контролера.
  • Контроллер обеспечивает оперативное подключение «расширенного инженерного пульта», в качестве которого может использоваться IBM PC типа Notebook или КПК. Расширенный пульт обеспечивает следующие функции:
    • индикацию режима работы контроллера;
    • индикацию неисправностей, обнаруженных системой диагностирования;
    • индикацию номера текущей программы и фазы;
    • индикацию текущей длительности фазы и промежуточного такта;
    • индикацию состояния светофора по выбранному направлению;
    • чтение данных из архива контроллера;
    • ввод в контроллер параметров привязки контроллера к светофорному объекту.
    • иметь возможность беспроводного подключения к контроллеру на расстоянии не менее 10 метров.

Примечание. Поставка расширенного инженерного пульта должна осуществляться по отдельному заказу.

  • Электрическое сопротивление изоляции цепей контроллера относительно корпуса и цепей между собой не менее:
    • 20 Мом — при температуре окружающего воздуха (20 ± 5)°С и относительной влажности 80%;
    • 5 Мом — при температуре окружающего воздуха 50°С и относительной влажности 65%;
    • 1 Мом — при температуре окружающего воздуха 25°С и относительной влажности 95%.
  • Электрическая прочность изоляции цепей контроллера относительно корпуса и цепей между собой соответствует требованиям ГОСТ 21657.
  • Электрическое питание контроллера осуществляется от сети переменного тока с напряжением 220В с допустимыми отклонениями плюс 22В и минус 33В от номинального значения и частотой 50±1Гц.
  • По устойчивости к воздействию температуры и влажности окружающего воздуха контроллер соответствует климатическому исполнению У1 по ГОСТ 15150 (температура окружающего воздуха от минус 40 до плюс 50°С, относительная влажность до 95% при температуре 25°С.
  • Контроллер имеет защитное антикоррозийное покрытие поверхностей по ГОСТ 9.032: наружных — класс IV, внутренних — класс V.
  • По стойкости к механическим воздействиям контроллер сделан в виброустойчивом исполнении L3 по ГОСТ 12997.
  • Степень защиты корпуса контроллера от попадания воды IPX4 по ГОСТ 14254.
  • Контроллер в упаковке для транспортирования устойчив к вибрации по группе 2 ГОСТ 12997.
  • Уровень радиопомех, создаваемых контроллером, не превышает значений, указанных «Общесоюзных нормах допускаемых индустриальных радиопомех» (Нормы 8–95).
  • Средняя наработка на отказ не менее 20 000ч. по каждой функции и каналу.
  • Средний срок службы контроллера не менее 8 лет.
  • Среднее время восстановления работоспособного состояния контроллера с использованием модулей, входящих в групповой ЗИП не более 1ч.
  • Перед предъявлением отделу технического контроля (ОТК) 100% контроллеров подвергаются технологической приработке по специальной программе.
  • Контроллер сохраняет работоспособность при замене в нем однотипных модулей, а также ЭРЭ, с параметрами в пределах допустимых отклонений на эти элементы.
  • Контроллер имеет возможность подключения к АСУД по беспроводным каналам связи GSM, GPRS, CDMA и др.
  • При подключении через GSM, GPRS или CDMA контроллер обеспечивает экономию трафика.
  • Контроллер имеет возможность построения бесцентровой координации локальных светофорных объектов.
  • Контроллер обеспечивает режим местного гибкого регулирования (МГР) как на локальном уровне, так и в составе АСУДД.

Общие характеристики ДК для его подключения к АСУДД:

ДК, подключаемый в систему, минимально обеспечивает:

  • Работу в режиме постоянного клиентского TCP/IP соединения с коммуникационным сервером АСУДД (reverse-Telnet)
  • Периодический контроль целостности логического соединения TCP/IP и восстанавливает его самостоятельно при обнаружении разрыва (механизм пульсаций)
  • Идентификацию и на коммуникационном сервере на этапе установления соединения согласно требованиям общей части протокола прикладного уровня периферийных устройств в АСУДД
  • Генерирование штампов локального времени при отправке информационного пакета в центр и имеет механизм синхронизации локальных часов с системными.
  • Наличие механизма учета штампа времени директив центра
  • Поддержку механизма квитирования директив центра на прикладном уровне (отклик на команду) согласно протоколу
  • Поддержку механизма ограничения срока действия команд установки режима и возможность смены значения этого параметра ( при необходимости удерживать режим центр дублирует команду с заданной периодичностью)
  • Наличие резерва мощностей контроллера связи для реализации шифрования SSL при использовании публичных каналов (GPRS, internet)
  • Поддержку полный прикладной протокол периферийных устройств АСУДД «СПЕКТР» или, как минимум, идеологию распределенного управления АСУДД «СПЕКТР»:
    • Все процессы, требующие быстрой реакции системы (Real Time) выполняются контроллером локально, центр только лишь задает параметры выполнения этих процессов.
    • Команды центром подаются только при необходимости смены режима (группа SET), необходимости запроса состояния (группа GET), или при периодическом контроле соединения.
    • Подмножество команд группы SET устанавливает параметры подписки на генерируемые ДК события (EVENT), которые интересуют центр.
    • Контроллер обеспечивает самостоятельную генерацию информационных пакетов по всем событиям, на которые центр произвел подписку.
    • Генерация событий осуществляется как реакция на изменение состояния ДК.
    • Осуществляется периодическая генерация событий с заранее заданным периодом (статистические данные детекторов транспорта и т.п.)
  • Устройства могут не иметь уникальных или фиксированных сетевых адресов IP (для случая GPRS)
  • Контроллер обеспечивает возможность установки счетчика электроэнергии, в том числе с последовательным интерфейсом RS-485 для считывания показаний и передачи в центр;
  • Контроллер обеспечивает возможность связи с центром по следующим каналам:
  • АСС-УД;
  • GSM — режим передачи данных;
  • GPRS — через интернет сервер;
  • SMS;
  • CDMA.
  • Контроллер обеспечивает возможность работы в бесцентровой координации с другими дорожными контроллерами;
  • Контроллер обеспечивает возможность использования расширенного протокола обмена АСС-УД
  • Контроллер обеспечивает возможность использования открытого протокола обмена OCIT;

ДК имеет также дистанционную диагностику и чтение локального журнала, изменение программ работы.

Прайс-лист на контроллеры управления дорожным движением «Думка»

>ДУМКА ДК2МК (с 2.03 мк)

Контроллер «ДУМКА» ДК2МК (с 2.03 мк)

Контроллеры предназначены для круглосуточной работы при воздействии следующих климатических факторов:

— температура окружающего воздуха в диапазоне от минус 50°С до плюс 50°С;

— относительная влажность воздуха до 100% при температуре воздуха плюс 25°С;

— атмосферное давление, КПА (мм.рт.ст.) от 84 до 107 (от 630 до 800).

Электропитание контроллера осуществляется от сети переменного тока с напряжением 220В +10% / -15% и частотой 50+/-1Гц, при этом контроллер сохраняет работоспособность при изменении напряжения питающей сети от 182В до 248В.

Собственная мощность, потребляемая контроллерами не более: ДК2МК-16 – 20ВА, ДК2МК-32 – 25ВА, ДК2МК-48 – 30ВА, ДК2МК-64 – 35ВА.

Общий ток нагрузки, коммутируемый в любой момент времени не более:

ДК2МК-16 – 20А, ДК2МК-32 – 32А, ДК2МК-48 – 48А, ДК2МК-64 – 64А

Контроллеры построены по модульному принципу, позволяющему оперативно изменять их конфигурацию в зависимости от изменения и сложности управляемого светофорного объекта, а также расширения функциональных характеристик за счет установки дополнительных модулей.

Диагностика работоспособности контроллера, выявление отказавших узлов, блоков, модулей и последующая их замена на заведомо исправные осуществляется непосредственно на месте эксплуатации (при условии наличия эксплуатационного (группового) ЗИП). Среднее время восстановления работоспособности контроллера не более 1ч.

При поставке в составе контроллера счетчика электрической энергии ЭЭ 8003/2 (или аналогичных), показания о потребляемой энергии объекта управления могут передаваться в ЦУП.

Габаритные размеры и масса контроллера:

— высота – не более 1350 мм;

— ширина – не более 610 мм;

— глубина – не более 450 мм;

— масса — не более 55 кг.

2.11.3. Сложные программируемые логические устройства

Микросхемы ПМЛ, безусловно, очень полезны, во они вмещают относительно небольшое количество логических элементов, поэтому для реализации типичной цифровой системы может потребоваться очень много таких чипов. Для подобных целей имеет смысл применять более крупные схемы, называемые сложными пр-граммируемыми логическими устройствами, СПЛУ (Complex Programmable Logic Device, CPLD). Они состоят из двух или нескольких блоков типа ПЛМ с про­граммируемыми межсоединениями. Структуру такого чипа можно видеть на рис. 2.43, Каждый блок типа ПМЛ соединен со множеством входных и выходных выводов. Соединения между блоками устанавливаются путем программирования переключателей, связанных с соединительными линиями. Коммутационный блок представляет собой набор горизонтальных и вертикальных проводящих линий. Каждую горизонтальную линию путем программирования соответствующих пере­ключателей можно соединить с одной из вертикальных. Обычно схема не позво­ляет соединять любые вертикальные линии с любыми горизонтальными, по­скольку для этого потребовалось бы слишком много переключателей. В реальных схемах их бывает намного меньше.

Рис. 2.43. Структура сложного программируемого логического устройства

Серийно выпускаемые СПЛУ имеют разные размеры — они могут содержать от двух до более чем ста блоков ПМЛ. Такой чип программируется путем загруз­ки управляющей информации через nopm JTAG. Этот четырехконтактный порт соответствует стандарту IEEE, разработанному Joint Test Automation Group.

2. 12. Программируемые вентильные матрицы

Микросхемы ПМЛ достаточно универсальны, но их размер ограничен по той причине, что для каждой суммы произведений требуется один выходной контакт. Для преодоления этого ограничения разработан класс более мощных программи­руемых устройств, называемых программируемыми вентильными матрицами, ПВМ (Field Programmable Gate Array, FPGA), Концептуальная схема такой мат­рицы показана на рис. 2.44. Она состоит из набора логических блоков (обозна­ченных черными квадратами), которые могут соединяться с помощью общих межсоединений. Межсоединения, выделенные на рисунке серым цветом, состоят из отрезков проводящих линий и программируемых переключателей. Переклю­чатели используются для установки соединений между разными сегментами про­водящих линий. Построенный таким образом чип обладает исключительной гиб­костью. Для доступа к выходным и входным контактам чипа здесь предназначе­ны буферы ввода-вывода.

Рис. 2.44. Концептуальная схема программируемой вентильной матрицы

Существует множество конструкций логических блоков и структур межсоеди­нений. Логическими блоками могут служить простейшие схемы на основе мульти­плексоров, реализующие логические функции (см. раздел 2.10). В еще одной попу­лярной конструкции в качестве логического блока используется простейшая таб­лица для выбора значения. Например, таблица с четырьмя входами может быть реализована в виде 16-разрядной схемы памяти, в которой хранится таблица ис­тинности логической функции. Каждый бит памяти соответствует одной комбина­ции значений входных переменных. Путем программирования этой таблицы мож­но реализовать любую функцию четырех переменных. Еще логические блоки мо­гут содержать триггеры, обеспечивающие дополнительную гибкость. В дополнение к логическим блокам многие программируемые вентильные матрицы включают достаточно большое количество ячеек памяти (на рис. 2.44 они не показаны), кото­рые могут использоваться для реализации таких структур, как очереди или RAM и ROM-компоненты в приложениях для встроенных процессоров.

С точки зрения пользователя, между программируемыми вентильными мат­рицами и сложными программируемыми логическими устройствами имеются су­щественные различия. Функциональные возможности чипов вентильных матриц гораздо шире, и на их основе могут быть реализованы довольно большие и слож­ные логические схемы. Один такой чип может содержать более миллиона логиче­ских вентилей. Различна и скорость работы этих двух типов микросхем. Посколь­ку во внутренних межсоединениях вентильной матрицы используются програм­мируемые переключатели, задержка на распространение сигнала в ней неизбежно будет более заметной, нежели у таких менее гибких устройств, как микросхемы ПМЛ или СПЛУ.

Программируемые вентильные матрицы становятся все более популярными у конструкторов цифровых логических устройств, поскольку они позволяют рас­полагать на одном чипе очень сложные схемы и избегать разработки и создания пользовательских СБИС, что, во-первых, дорого, а во вторых, требует очень мно­го времени. Пользуясь средствами автоматизированного проектирования, конст­рукторы могут создавать интегральные схемы на основе программируемых вен­тильных матриц не за месяцы, как пользовательские СБИС, а за считанные дни. Даже самые большие ИС на основе программируемых вентильных матриц стоят всего несколько сотен долларов, и затраты, связанные с их разработкой, очень ма­лы по сравнению с затратами на разработку пользовательских чипов.

Основы программируемых логических устройств освещаются во многих со­временных книгах по проектированию логических схем. За более подробной ин­формацией об этих устройствах читателя можно отослать и к документации от производителей.

> Программируемые логические устройства

Программируемые логические матрицы

Принципы и технологические приемы, лежащие в основе построения матрицы памяти ППЗУ, используются и при создании цифровых узлов, выполняющих различные логические функции п аргументов F(xv х2,…, хп)у задаваемые некоторой таблицей истинности.

Как известно, любой таблице истинности можно поставить в соответствие логическое уравнение в одной из совершенных форм — дизъюнктивной

(СДНФ) или конъюнктивной (СК11Ф). Они подробно рассматривались в гл. 18. Обычно при построении логической матрицы в качестве исходной берут дизъюнктивную форму функции F(xvx2, …,хп). Напомним, что структура СДНФ представляет собой логическую сумму из к слагаемых, т.е.

где k не превышает 2″. Причем каждое слагаемое в формуле (21.1) является логическим произведением, составленным из аргументов функции F(xv х2, …, хп) и их инверсий в различных сочетаниях. Например, г/, = х, • х2 ? х3 •…-хп, у2 = х1-х2-х3-х4 ?…?хп и т.п.

Логическая структура вида (21.1) реализуется при помощи матриц, подобных тем, которые используются в ППЗУ. В соответствии с формулой (21.1) сначала формируются слагаемые yv у2,…, ук, т.е. логические произведения. Затем сформированные логические произведения подаются на устройство, осуществляющее их логическое сложение.

Проиллюстрируем названный алгоритм на примере функции трех аргументов F(xv х2, х3), заданной таблицей истинности (табл. 21.4).

Таблица 21.4

Таблица истинности для иллюстрации алгоритма построения ПЛМ

№ набора

Аргументы

F(xvx2,x3)

X,

х2

*3

  • 1. Получение СДНФ функции F(xv х2, х3). Согласно методике подпараграфа 18.3.1:
    • • в табл. 21.4 выделяем наборы аргументов (строки), где функция F(xv х2, х3) принимает значение «1». Это строки 2 — х, = 0; х2 = 0; х3 = 1; 4 — х4 = 0; х2 = 1; х3 = 1; 7 — х, = 0; х2 = 1; х3 = 0;
    • • для каждого выбранного набора записываем логическое произведение, в котором каждый из аргументов xvx2,x3 представлен либо в не инвертированном виде, либо своей инверсией, в зависимости от его значения в строке «1» или «0» («1» —»х, «0» —? х). Тогда наборам 2, 4, 7 будут соответствовать следующие логические произведения:

• записываем логическую сумму полученных логических произведений:

Уравнение (21.3) является искомой СДНФ заданной логической функции.

2. Построение матрицы логических произведений «И». Ее основой является сетка из горизонтальных и вертикальных проводников — шин (рис. 21.19, а). Поскольку на горизонтальные шины подаются логические

Рис. 21.19. Программируемая логическая матрица на три входа и один выход:

а — схема «И»; б — схема «ИЛИ»

переменные и их инверсии, то количество таких шин равно 2п, в нашем случае — 6. Каждой вертикальной шине «поручена» реализация одного из логических произведений в соответствии с соотношениями (21.2). В рассматриваемом примере достаточно трех вертикальных шин. Их выходы на рис. 21.19, а обозначены как yv yv у3. Выходной сигнал с вертикальной шины может трактоваться как «1» или «О» в зависимости от ее потенциала (высокий — «1», низкий — «О»). При отсутствии контакта вертикальных шин с горизонтальными источник ЭДС Е (см. рис. 21.19, а) сообщает всем вертикальным шинам высокий потенциал, близкий к Е. Через резисторы Rv Rv R3 ток не течет.

Благодаря наличию диода, соединяющего вертикальную шину с горизонтальной, высокий уровень потенциала вертикальной шины (у = 1) сохраняется лишь при запертом диоде, когда на горизонтальную шину также подано высокое напряжение, равное +? (х = 1). В противном случае, т.е. при низком потенциале горизонтальной шины (х = 0), диод открывается. В вертикальной шине появляется ток, снижающий ее потенциал до величины, соответствующей логическому «нулю» (у = 0).

Согласно СДНФ (21.3) первая шина (с выходом ух) должна выполнять операцию г/, = хх-х2-х3. Это означает, что данная шина может иметь высокий потенциал (ух = 1) только, когда одновременно хх = 1,х2= 1, х3 = 1. Удовлетворить такому требованию можно, если при помощи диодов соединить шину ух с горизонтальными шинами xv х2, х3, как показано на рис. 21.19, а. Поясним сказанное.

Когда на входные шины xv х2, х3 подано высокое напряжение, равное +? (логическая «1»), все три диода, подсоединенные к шине г/,, заперты. Разность потенциалов между анодом и катодом у диодов близка к нулю. В этом случае через резистор Rv включенный последовательно с шиной ух, ток не течет. Потенциал данной шины остается высоким, что соответствует логической «единице», т.е. ух = 1.

Если хотя бы на один из трех входов хх, х2, х3 подан низкий потенциал («0»), соответствующий диод открывается, через резистор 7?, протекает ток, создающий в нем падение напряжения, близкое к Е. Следовательно, потенциал шины ух снижается до нуля, а значит, и логическая величина ух = 0.

Таким образом, при помощи трех диодов, соединяющих шину ух с входными шинами х,, х2, х3, реализовано первое логическое уравнение системы (21.2).

Аналогично в соответствии с двумя другими уравнениями системы (21.2) сделано диодное соединение шины у2 с входами xv х2, х3, а шины у3 — с входами xvx2,x3. На выходаху2 и у3 матрицы на рис. 21.19, а имеем сигналы, уровень которых удовлетворяет заданным соотношениям: у2 = хх •х2-хг и у3 = х,-х2-х3.

Итак, построенная диодная матрица (см. рис. 21.19, а) реализует все необходимые логические произведения.

3. Схема логического сложения. На рис. 21.19, б показан один из вариантов схемы, осуществляющей логическое суммирование трех функций yv у2у у3. Подлежащие суммированию логические величины yv yv у3 подаются на базы трех биполярных транзисторов. Их эмиттеры объединены и через резистор R соединены с точкой О, имеющей нулевой потенциал. Коллекторы биполярных транзисторов подключены к «плюсу» источника питания Е. При подаче «1» на базовый вход любого из транзисторов (от yv у2 или у3) он открывается. Сопротивление участка коллектор — эмиттер падает, и потенциал эмиттера становится близким к потенциалу коллектора, т.е. приближается к Е. Следовательно, на выходе F схемы на рис. 21.19, б появляется логическая «1». Подчеркнем, что «единичная» ситуация на выходе F имеет место, когда хотя бы один из аргументов yv yv у3 равен «1». В символах алгебры логики это означает, что логическая функция F(yv у2, у3) связана со своими аргументами уравнением

Таким образом, при помощи схемы, изображенной на рис. 21.19, б, можно построить цифровой узел, выполняющий любую логическую функцию. Расположение диодов в матрице «И» может проводиться сразу по таблице истинности без предварительного составления алгебраического выражения в СДНФ.

На практике часто возникает задача реализации нескольких логических функций от одних и тех же переменных — Fl(xvx0,…, хи), F2(x,,x2,…, хп),…, Fm(xv х2,…, хп). В этом случае схема логического сложения должна содержать т выходных шин (Fv F2,…, Fm) связанных с шинами у при помощи биполярных транзисторов (так же, как шина Тна рис. 21.19, б). Следовательно, схема, выполняющая дизъюнктивную функцию, превращается в матрицу.

Увеличение числа выходов в схеме «ИЛИ» неизбежно вызывает и увеличение числа необходимых для получения Fv Fv …, Fm логических произведений (конъюнкций). Это равносильно увеличению числа вертикальных шин в матрице «И». Конъюнкции, формируемые матрицей «И», принято называть термами.

Таким образом, устройство, реализующее одновременно несколько логических функций одних и тех же аргументов, состоит из двух матриц — «И» и «ИЛИ», как показано на рис. 21.20. Такое устройство называется программируемой логической матрицей (ПЛМ — programmable logic arrays — PLA).

Возможность программирования по усмотрению пользователя в ПЛМ обеспечивается при ее изготовлении следующим образом.

  • 1. Во все без исключения узлы матрицы «И» включают диоды, снабженные последовательными плавкими перемычками.
  • 2. Каждая шина матрицы «ИЛИ» соединяется с шинами yv yv …, yk через база-эмиттерный переход биполярного транзистора с последовательной плавкой перемычкой (как на рис. 21.19, б).

Рис. 21.20. Блок-схема ПЛМ с п входами, т выходами и к термами

3. Наличие плавких перемычек позволяет пользователю исключить (оборвать) тот или иной диод или транзистор.

Программируемая матричная логика (НМЛ). Разновидностью ПЛМ является ее упрощенный вариант, отличающийся следующим:

  • • программируемыми возможностями наделяется только матрица «И» (см. рис. 21.20), формирующая логические произведения (термы);
  • • в матрице «ИЛИ» перемычки исключаются, поэтому она всегда выполняет операцию логического сложения всех поступающих на ее входы термов, т.е. имеет фиксированную структуру.

Этот шаг существенно упростил процесс изготовления ПЛМ, снизил их себестоимость, а также занимаемую на кристалле площадь. Повысилась и надежность микросхемы.

Данный вариант ПЛМ получил Международное обозначение PAL (programmable array logics — программируемые матрицы логики, или ПМЛ). Здесь в сокращениях ПЛМ (PLA) и ПМЛ (PAL) оказались переставленными местами две последние буквы.

Таким образом, матрицы, сокращенно обозначаемые как ПМЛ, являются упрощенным вариантом матриц, обозначаемых как ПЛМ.

С момента создания ПЛМ и ПМЛ появилась возможность замены прежних логических блоков, построенных на универсальных базисах «И-НЕ» и «ИЛИ-HE» (так называемых микросхем стандартной логики ), менее громоздкими и гораздо более простыми устройствами. Эта замена стала революционным скачком на пути снижения энергопотребления и повышения степени интеграции микросхем, т.е. уменьшения размеров элементов, размещаемых на микросхеме, и увеличения их числа, что позволило перейти к производству больших (БИС) и сверхбольших (СБИС) интегральных схем.

По степени интеграции микросхемы условно подразделяются на следующие группы:

  • 1) малые (до 10) и средние микросхемы — до 100 элементов;
  • 2) большие (БИС) — от 100 до 10э элементов;
  • 3) сверхбольшие (СБИС) — свыше 105 элементов.
Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *