Что такое контроллер управления

Контроллеры в области IT

В области информационных технологий контроллеры играют ключевую роль. Процессоры, видеокарты и другие комплектующие компьютера для выполнения вычислений, работают на многочисленных контроллерах. Также в конструкции ПК, серверов, и в качестве периферийных устройств применяются следующие виды контроллеров:

· Игровой. Периферийное устройство для ввода информации пользователем. Игровые устройства – это рули, джойстики, манипуляторы, педали. К контроллерам также относятся клавиатуры, мыши, планшеты.

· Логический. Программируемые устройства, которые принимают активное участие в осуществлении разного рода логических операций. Применяются преимущественно для автоматизации предприятий.

· Системный. Элемент чипсета на материнской плате персонального компьютера или сервера. Выполняет роль посредника между процессором и памятью, обеспечивая их быстрое взаимодействие.

· Прерывающий. Специализированное устройство в виде блока процессора или отдельной микросхемы. Обрабатывает входящие запросы от подключенных клиентов на прерывание определенных процессов.

· Микроконтроллер. Привычная всем микросхема, используемая для управления другими приборами. Главное отличие от микропроцессора – наличие интегрированных устройств ввода-вывода для контроля.

· Доменный. Серверное оборудование, которое управляет определенной частью компьютерной сети – доменом. Работает под управлением серверной операционной системы Windows, Samba или др.

В конструкции даже самого простого персонального компьютера встречаются сотни контроллеров различного размера, предназначения и строения. Периферийные устройства ввода-вывода тоже относятся к этой категории.

Видео

Схематические изображения и их зависимость от специализации

Теперь немного о схемах. Дело в том, что чего-то одного универсального и признанного не существует. Это связано с тем, что контроллеры существуют для разных целей, и они должны выполнять различный функционал. Именно из-за этого и не приходится говорить про их универсальность. Только подумайте, как может контроллер монитора заставить работать принтер, если он не имеет необходимой аппаратной составляющей. Поэтому в рамках статьи все же размещено несколько образцов, но они здесь показаны больше в ознакомительных целях, чтобы иметь представление о том, как данные устройства сконструированы. Но схема контроллера под каждый конкретный случай должна подбираться отдельно.

Место ПЛК в системе управления

Современные контроллеры выполняют несколько функций. Они могут быть «ведущими» или «ведомыми», находиться в центре схемы. Чаще всего они сосредоточены в начальной цепи автоматизации.

До создания миниатюрных интегральных схем рука оператора буквально не успевала переключать режимы на пульте цепи управления. Использование контроллерных блоков «Сегнетикс», «Дельта» и подобных способствовало снятию нагрузки с человека.

Ее переложили «на плечи» машин с выводом на экран данных мониторинга, отображенных в виде мнемосхем и изменяемых параметров. На ПЛК возлагаются задачи по опросу датчиков и регистров, обработке поступающей информации.

Без микроконтроллеров не было бы РСУ, АСУ, сложных автоматных комплексов управления технологическими процессорами. Используя сетевой трафик, ПЛК анализируют данные, успевая проверять состояние портов входа. Главный недостаток, особенность микроконтроллеров состоит в необходимости прошивки, создания программы для работы.

Впрочем, его следует воспринимать двояко: индивидуально создаваемое ПО позволяет проектировать узкоспециализированные изделия под конкретные задачи.

Языки программирования ПЛК

Управляющие программы для контроллеров разрабатывают при языков, которые созданы не для программистов в современном понимании, а для инженеров по АСУ ТП.

Самым простым и популярным инструментом считается набор готовых модулей и конфигуратор, позволяющий собрать модули в управляющую цепь. Еще совсем недавно у каждого производителя ПЛК был свой язык. Но к середине 90-х ситуация изменилась. Языки стандартизировали.

Стандарт IEC 1131.3 определяет пять языков:

  • Язык лестничных диаграмм LD – это традиционный язык на базе релейных блокировок, где алгоритмы изображаются в виде схем;
  • FBD – представляет собой конфигуратор и типовые подпрограммы;
  • SFC — язык последовательных схем. Инструмент, близкий к традиционному программированию и на нем реализуют алгоритмы с последовательным управлением;
  • ST – язык структурированного типа. Это язык, напоминающий Pascal с поддержкой структурного программирования;
  • IL – язык инструкций. Это низкоуровневый инструмент вроде Ассемблера, но он не ориентирован на микропроцессорную архитектуру. Он преимущественно применяется для создания быстрых программ.

Что в него входит

Сейчас это очень сложная техническая единица, которая значительным образом была доработана со времени своей разработки. В современном среднестатистическом контроллере имеются собственный микропроцессор, регистры внешних устройств, благодаря которым осуществляется взаимодействие устройства ЦП, ОЗУ, ПЗУ, согласующие (буферные) схемы. Вот что такое контроллер. Чтобы представить, что собой являет этот сложный прибор, представьте упрощенную специализированную электронно-вычислительную машину, которая занимается только определённым спектром действий – допустим, осуществляет взаимодействие с клавиатурой, что подсоединена к компьютеру. Как только осуществляется нажатие на клавишу, данная информация передаётся в центральный процессор, где она уже соответствующе обрабатывается им.

Ограничения ПЛК

Не стоит полагать, что наличие программируемого контроллера способно решить все глобальные проблемы пользователя. ПЛК, работающие на основе протоколов Codesys, Modbus (для модульных решений), обладают ограниченной сферой применения. Их выбор обусловлен поставленной задачей. Попытку создать универсальные ПЛК вряд ли можно признать целесообразной.

Подобный ход лишает технологический процесс гибкости. Создание требуемой конфигурации осуществляется комплектацией готового моноконтроллера, согласно проекту заказчика. В исключительных ситуациях проблему решают сборкой мегаустройства из дискретных блоков. Последний вариант предпочтительнее: каждый элемент допускается оборудовать индивидуальным пультом ввода команд, сенсорной панелью, устройством отображения данных.

Роль каналов обмена данными играют кабельные медные шины, оптоволоконная связь. Успешно используются варианты стандартизированных интерфейсов RS-232, RS-485 (кабель), промышленных Profibus или CAN. Не возбраняется коммутация по беспроводным линиям (Wi-Fi).

Основы программирования ПЛК. Реле и контроллер

Логика загружается в ПЛК при помощи программного обеспечения. Это ПО определяет, какие из выходов будут под напряжением и какие входные условия нужны для любых изменений. Управляющая программа аналогична схеме работы физического реле, но физически нет ни реле, ни проводов, ни катушек. Все эти элементы – мнимые. ПО разрабатывается и просматривается на ПК, соединенном с интерфейсом контроллера.

Есть кнопка, контроллер и индикатор. Когда кнопка не задействована, сигнал на вход контроллера отправлен не будет. ПО, показывающее открытый вход, не отправит сигнал на выход. Так, на выходе ток отсутствует и лампа не будет гореть.

Если кнопку нажать, то на входной канал отправиться соответствующий сигнал. Контакты переведутся в активное состояние, как физическое реле. В данном случае контакт контроллера, открытый ранее, закроется и программа отправит сигнал на выход. Когда выходной контакт будет под напряжением, то индикатор загорится.

Контакты с индикатором соединены физическим способом. А сигнал виртуальный. Однако, все элементы существуют только в компьютерном ПО, а как физические – нет. Но принцип реле здесь используется. Также в программе можно задавать условия, которые будут проверятся и выполнятся контроллером.

Чтобы создать такую же схему, но на основе физических железных компонентов, понадобится три реле, где два открытых контакта – каждый из них будет использоваться. Но с помощью ПЛК можно не добавляя лишнего оборудования использовать столько контактов на каждый вход, сколько захочется.

Управляющие команды на языке релейной логики просты и понятны для инженеров-электриков. На графическом интерфейсе видны все логические операции. Это электрическая ц3епь с замкнутыми либо разомкнутыми контактами. Если по цепи протекает ток, что это истина. Если ток не протекает, тогда состояние – ложь.

Основой управляющей программы служат логические выражения, состоящие из операндов и переменных. Также программа состоит из операторов. Операторы – это команды языка программирования.

Инженер-программист ПЛК – это сегодня больше инженер, чем программист. Сейчас не нужны сложные языки, писать ассемблерные вставки. Достаточно использовать стандартные функциональные блоки.

Программируемые устройства управления

Среди пользователей всё больше востребованы программируемые управляющие устройства. Они дают возможность менять показатели: от величины аккумуляторного и фазного токов, до углов опережения фаз и ослабления поля. Подсоединение к компьютеру осуществляется посредством USB-кабеля, а с мобильными устройствами, такие контроллеры стыкуются через Bluetooth.

При выборе блока управления обращайте внимание на вспомогательные функции: реверс, рекуперация, индивидуальный выход запитки для осветительных приборов, режимы выбора скорости и уровня мощности и т. д.

Принцип работы блока управления

Сигнал идущий на приспособление исходит от ручки акселератора. Устройство принимает данные и отталкиваясь от них изменяет частоту вращения электродвижка. Для того чтобы продлить срок работы агрегата, во время замедления должно обеспечиваться плавное понижение длины импульсов. Помимо всего прочего, контроллер может предложить электробайку движение задним ходом.

Устройство продлевает жизнь аккумулятору, который не должен доходить до глубокого разряда. Для этого в блок управления внедряется пороговый показатель заряда и когда он достигается, происходит отключение электродвигателя. Контроллер отслеживает температуру системы, что не допускает токовый перегруз. При подборе управляющего устройства нужно в обязательном порядке учитывать напряжение АКБ, максимальный рабочий ток и другие параметры.

Обще устройство контроллеров управления

Рассмотрим обще устройство контроллеров управления. Это поможет, на базовом уровне, понять суть их применения и использования в различных системах.

У любого контроллера есть клеммы входа и выхода. Также у контроллеров управления есть клеммы для подключения внешних интерфейсов. Интерфейсы позволяют контролеру получать и передавать сигналы на различные устройства. Существуют сетевые и коммуникационные интерфейсы.

Например, интерфейс USB позволяет менять прошивку контроллера. Сетевой Ethernet позволяет подключить устройство к сети Интернет и мобильному приложению. Интерфейсы промышленных контроллеров (например, Allen-Bradley) поддерживают промышленные сети (DeviceNet, ProfiBus, Ethernet, ControlNet, DH485 и т.п.).

Базовыми элементами любого контроллера являются входы и выходы устройства. На входы поступают информационные сигналы для дальнейшей обработки. На выходы контроллер сам подает сигнал, который чем-либо управляет.

Например, на вход контроллера поступает сигнал с датчика температуры воздуха. На выход подключаем управление работой кондиционера, включение которого зависит от датчика температуры воздуха.

Или еще пример, на вход подключаем датчик движения, на выход — управление освещением, которое включает/выключает освещение по сигналу датчика.

Конструкция и принцип действия

Конструктивно ПЛК состоит из управляющего блока, модулей входов/выходов и модулей связи. Важнейшее место в составе любого ПЛК занимает К нему присоединяются модули расширения, источники питания, линии связи с дополнительным оборудованием. Кроме названных устройств, в состав контроллера могут входить и некоторые дополнительные устройства.

В соответствии с заданной программой логический микроконтроллер обрабатывает данные, поступающие с модулей входов, и отправляет управляющие команды на исполнительные механизмы, которые соединяются с ПЛК посредством модулей связи.6) ПЛК являются устройствами реального времени. 7) 7)

Преимущества контроллеров

Одно из преимуществ контроллеров – это возможность реализации в программном обеспечении логического контроля. Причем, в отличие от релейного оборудования, выходной сигнал может использоваться столько раз, сколько требуется для автоматизации. При помощи контроллера для систем автоматизации можно спроектировать систему запуска и останова электродвигателя. Чтобы построить аналогичную систему на электромеханических элементах, нужно использовать три реле.

При использовании контроллера на две входные клемм

При использовании контроллера на две входные клеммы подключаются кнопки. На выходе устанавливается электрический двигатель. Логика выглядит таким образом:

  1. При нажатии кнопки, соединенной с выводом Х1, происходит запуск мотора. При этом контакты мнимого реле запускаются и на выходе появляется напряжение питания.
  2. При нажатии кнопки, соединенной с Х2, мотор останавливается. При этом происходит игнорирование того факта, что ранее была нажата первая кнопка.
Причем все процессы, которые происходят в контролл

Причем все процессы, которые происходят в контроллерной системе, могут дублироваться для удаленного мониторинга. Именно с помощью такого свойства реализуется удаленное управление системами. Теперь вы знаете, что такое контроллеры и каковы их ключевые особенности. Программирование устройств может осилить любой человек, который разбирается в компьютерной и релейной технике.

Теги

Adblock
detector