Устройство для программного управления объектом

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при проектировании систем автоматического управления, в том числе различными сложными объектами, например автоматизированными и роботизированными комплексами и гибкими технологическими системами, состоящими из групп неоднородного оборудования, в том числе станками, роботами, испытательными установками и т.п., работающими относительно друг друга в асинхронном режиме по разным локальным программам. Изобретение позволяет расширить функциональные возможности устройства, повысить его быстродействие в многопрограммном режиме и уменьшить трудоемкость разработки управляющих программ. Для этого в устройство для программного управления объектом, которое содержит блок 1 датчиков, блок 2 сравнения, блок 4 обработки программ, блок 5 памяти программ и данных, блок 8 исполнительных механизмов, шину 9 контролируемых параметров, шину 10 управляющих воздействий, введены блок 3 обработки запросов, блок 7 селективного управления исполнительными механизмами, содержащий регистр, селектор строб-импульса, группу мультиплексоров на три выхода, группу D-триггеров с входами установки и сброса, группу элементов коммутации. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (У1) G 05 В t9/02, 19/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фиг. 1

ГОСУДАРСТВЕННЬЙ КОМИТЕТ . ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPbITHRM

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4477797/24-24

) (22) 23. 08.88 (46) 07. 11. 90. Бал. № 41 (71) Специальное конструкторско-технологическое бюро Физико-механическо.го института им. Г.В. Карпенко и Вильнюсский завод электроизмерительной техники (72) А.И. Корнблюм, О.В. Процик, М.С. Новачинский, И.М. Цыгельньп, И.В. Пальчикевич, Б.И. Куштан и М.К. Березовский (53) 621.503.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 562798, кл. С 05 В .19/ 18, 1977.

Авторское свидетельство СССР № 739476, кл. С 05 В 19/00, 1980 °

Авторское свидетельство СССР

N - 472332, кл. G 05 В 19/02, 1975.

ÄÄSUÄÄ 1605211 А 1

2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГРАММНОГО УП-

РАВЛЕНИЯ ОБЪЕКТОМ (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при проектировании систем автоматического управления, в том числе различнымн сложнымн объектами, например автоматизированными и роботизированными комплексами и гибкими технологическими системами, состояцимп из групп неоднородного оборудования, в том числе станками, роботами, испытательными установками и т.п., работаюцими относительно друг друга в асинхронном режиме по разным локальным программам. Изобретение позволяет расширить функциональные возможности устройства, повысить его быстродейст160521 вие в многопрограммном режиме и уменьшить трудоемкость разработки управляющих программ. Для этого в устройство для программного управления объектом, которое содержит блок 1 датчиков, блок

2 сравнения, блок 4 обработки программ, блок 5 памяти программ и данных, блок 8 исполнительных механизмов, шину 9 контролируемых параметров, I

1 4 л шину 10 управляющих воздействий, введены блок 3 обработки запросов, блок

7 селективного управления исполнитель ными механизмами, содержащий регистр, селектор строб-импульса, группу мультиплексоров на три выхода, группу

D-триггеров с входами установки и сброса, группу элементов коммутации.

1 3епа ф лыу 5 ило

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при проектировании систем автоматического управления объектами, в том числе, например, автомати-?О зированными и роботизированными комплексами и гибкими автоматизированными технологическими системами, состоящи1ми из групп неоднородного оборудова.ния, в том числе станками, роботами, испытательными установками и т.п., работающими друг относительно друга. в асинхронном режиме по разным локальным программам.

Цель изобретения — повышение быст- 30 родействия устройства в многопрограммном режиме.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — схема блока датчиков; на фиг.3 - структурная схема блока сравнения; на фиг. 4 — структурная схема блока обработки программ; на фиг.5— структурная схема блока селективного управления исполнительными механиз- 40 мами.

Устройство (фиг. 1) содержит блок

1 датчиков, блок 2 сравнения, блок .3 обработки запросов, блок 4 обработки программ, блок 5 памяти программ и данных, причем блок 4 обработки программ и блок 5 памяти программ и данных образуют блок 6 управления, блок

7 селективного управления исполнительными механизмами, блок 8 исполнительных механизмов, шину 9 контролируемых параметров, шину 10 управляющих воздействий, группу 11 входов и выходов, соединяющих блок 3 обработки запросов и блок 4 обработки программ, шину 12

55 адресов, шину 13 данных, шину 14 управления.

Блок датчиков (фиг. 2) состоит из группы 15 двухпозиционных коммутационных элементов типа тумблеров, концевых переключателей, контактов реле и т.д. При положении переключателей, указанном на схеме, на выходы В ...В блока 1 будет поступать сигнал логического нуля. В нижнем положении любого из переключателей на соответствующий выход будет поступать сигнал логической единицы.

Блок сравнения (фиг. 3) содержит

m схем 16 сравнения двух и-разрядных кодов по входам DA u Dq. Групповой вход D> образует шину 9 контролируемых параметров. К групповому входу

D> подсоединен выход регистра 17. Регистр 17 содержит групповой вход D который образует шина 13 данных устройства, а также адресный вход CS выбора регистра, который относится к шине 12 адресов устройства, а также управляющий вход W для записи информации в регистр с шины 13 данных, ко торый относится к шине 14 управления устройства. Блок 2 сравнения в зависимости от конкретных требований может содержать несколько (в общем случае по числу контролируемых параметров) подобных узлов, что отражено на фиг.З, Выходы С ...С„„ схем сравнения образуют групповой выход блока сравнения.

Блок 4 обработки программ (фиг.4) содержит центральный процессорный элемент 18 совместно со средствами поддержки — системным контроллером

19, тактовым генератором 20, контроллером 21 прерываний, буфером 22 адресной шины. Кроме того, на фиг. 4 изображены таймер 23, дешифратор 24 устройств .ввода-вывода, входы lR<...IRn прерываний.

Входы-выходы D<, D7 системного контроллера 19 образуют шину 13 данных устройства (фиг. 1), выходы системного контроллера: Mg — чтение па5 16052 мяти, M — запись в память, W< - запись во внешние устройства, R — чтение внешних устройств, INTA — под I тверждение возможности обслужить зап5 рос — образуют шину, 14 управления устройства (фиг. 1).

Выходы буфера 11 адресной шины образуют совместно с выходами дешифратора 24 устройств ввода-вывода шину

12 адресов.

Блок 7 селективного управления исполнительными механизмами (фиг. 5) содержит регистр 25, группу 26 мультиплексоров, селектор 27 строб-импульса,15 группу 28 D-триггеров, группу 29 элементов коммутации, выполненных на транзисторах 30 ...30„. В блок 7 также входят ограничительные резисторы 31,... ,31 и группа диодов 32 <... 32 и. Кро- 20 ме того, на фиг. 5 изображены вход записи W регистра 25, индивидуальные адресные входы CS ...CS „, выходы блока 7 селективного управления исполнительными механизмами подключены к кол-25 лекторам соответствующих транзисторов.

Устройство работает следующим образом.

Информация, поступающая с объекта управления, бывает в общем случае двух видов: дискретная информация, характеризующая состояние объекта или отдельных его элементов (включено-вы.ключено движение вперед-назад влевоЭ Э

35 вправо и т.д.), представить которую можно с помощью двухпозиционных датчиков, а также аналоговая, отражающая количественную сторону какого-либо процесса (температура нагрева, на- 4 пряжение, механическое усилие и т.п.)

Как правило, для дальнейшей обработки,а в частности для обработки на

ЭВМ, такая аналоговая информация дискретизируется (оцифровывается) при по-4с мощи аналого-цифрового преобразователя, на выходе которого образуется код, эквивалентный численному значению соответствующей аналоговой величины. 50

Поэтому в предлагаемом устройстве блок 1 датчиков (фиг. 1) воспринимает информацию первого вида (дискретную) типа включено-выключено, "ранет", а блок 2 сравнения по шине 9 контролируемых параметров воспринимает информацию второго вида — аналоговую, однако преобразованную в некоторый код в результате аналого-цифрового преобразования. Информация с двухпозиционных датчиков блока 1 поступает на первую группу входов блока 3 обработки запросов. Информация по шине 9 контролируемых параметров поступает на первые входы D< схемы 16 сравнения (фиг. 3) блока 2 сравнения. Данная информация сравнивается с информацией, записанной ранее в регистрах 17. B случае равенства кодов на двух входах Эд и D схемы 16 сравнения на ее выходе появится соответствующий сигнал (например, логической единицы). Таким образом, если в регистр 17 будет записано некоторое ож цаемое значение какоголибо параметра и если данный параметр объекта управления достигнет этого значения, то схема 16 сравнения выдает сигнал, свидетельствующий о наличии подобной ситуации. Сигналы на выходах С,...С схем сравнения являются по сути дела дискретной информацией типа "да-нет" и имеют ту же природу, что и сигналы на выходах блока 1 датчиков, Сигналы с выходов блока 2 сравнения поступают на соответствующую группу входов запросов прерывания. блока 3 обработки запросов .

Входы запросов прерываний блока обработки запросов имеют разный уро-, вень приоритетов. В зависимости от конкретной задачи необходимо определенные выходы блока 1 датчиков и блока 2 сравнения подсоединить к входам блока 3 обработки запросов с соответствующим приоритетом. Выбор режима функционирования блока 3 обработки запросов также решается применительно к конкретной задаче.

При поступлении сигнала запроса прерывания на любой из входов блок 3 обработки запросов анализируют его приоритет. Если в настоящее время запросов с более .высоким приоритетом нет, блок обработки запросов на одном из выходов формирует сигнал прерывания, который поступает на один из входов IR< ° ..IR> êoíòðoëëåðà 21 прерываний блока 4 обработки программ (фиг. 4). Если этот сигнал на данное время для контроллера 21 прерываний имеет наивысший приоритет, последний формирует сигнал 1 Т (запрос на прерывание) для центрального процессорного элемента 18 (фиг. 4).

По сигналу ПСА (разрешение запроса, 1605211 разрешение прерывания) с системного контроллера 19 (фиг. 4) контроллер

21 прерываний (фиг. 4) выдает на шину

13 данных первый байт команды CALL (переход к программе), а на входы

CAS ...GAS блока 3 обработки запросов (фиг. 4) — номер обслуживаемого контроллера внутри блока обработки запросов. С приходом последующих сиг налов на вход INTA блока 3 обработки запросов выбранный ведомый контроллер прерываний, номер которого совпадает с номером на линиях GAS 1-,,CAS, выдает на шину 13 данных последователь- 15 но 2 байта адреса подпрограммы обработки прерывания (или, другими словами, обработки запроса на прерывание от объекта управления), Подачей сигнала шины 14 управления 20

ХИТА обеспечивается выдача на шину 13 данных вектора прерывания. Вектор прерывания является адресом или указателем, определяющим некоторую точку входа в программу обработки прерываний. 25

Прежде чем приступить к выполнению программы обработки прерывания, начало которой определяется вектором прерывания, в стек помещается адрес возврата.

Последнее действие выполняется подоб- 3О но тому, как это делается при обращении к подпрограмме. Воспринимая по шине 13 данных вектор прерывания, цент-. ральный процессорный элемент 18 выставляет данный адрес на шинУ 12 адре- 3 сов устройства и производит чтение ячейки памяти блока 5 памяти программ и данных (фиг. 1) с этим адресом. По этому адресу может находиться некоторое управляющее слово, которое затем 4О по шинам 13 данных устройства передается на блок 7 селективного управления исполнительными механизмами. Так, например, пусть ранее на блок 7 селективного управления исполнительными ме-45 ханизмами была подана команда включения реле под номером К. В результате этого некоторый элемент объекта принял новое положение, о чем поступил запрос на блок 3 обработки запросов. Блок обработки запросов сформировал вектор прерывания, который поступил на блок

4 обработки программ. Блок обработки программ перенел в режим обработки данного прерывания. По адресу, указанному в данном векторе прерывания, в блоке 5 памяти хранится программа, анализирующая ситуацию и формирующая ! управляющее слово с требованием отключить реле под номером К. Это управляющее слово поступает на блок 7 селективного управления исполнительными механизмами, и необходимое требование исполняется.

В случае, если какой-либо .запрос от объекта управления требует исполнения через определенный промежуток времени (технологической задержки), функционирование устройства происходит следующим образом. По адресу данного вектора прерывания будет находиться подпрограмма обслуживания таймера 23 блока 4 обработки программ.

При этом в таймер 23 записывается по шине 13 данных устройства код временной задержки, который хранится в блоке 5 памяти программ и данных, таймер запускается для подсчета импульсов по входу CLK, с окончанием счета выходе OVT таймера формируется внутренний запрос на прерывание по входу IR ф контроллера 21 прерываний.

По этому запросу устройство формирует управляющее слово, которое поступает на блок 7 селективного управления исполнительными механизмами.

Блок 4 обработки программ и блок

5 памяти программ и данных образуют блок 6 управления. В общем случае данная схема управления представляет собой законченное технологическое изделие: мини- или микро-3ВМ, технологический контроллер на базе средств вычислительной, в частности микропроцессорной, техники, и т,д., техническая реализация которых стандартна.

Как уже говорилось, с блока 4 обработки программ на блок 7 селективного управлепия исполнительными механизма-. ми поступает управляющее слово по шине 13 данных устройства. Поскольку в общем случае формат управляющего слова, а другими словами количество исполнительных механизмов, может превышать разрядность шины данных (например, в данном конкретном случае разрядность шины данных равна 8, однако исполнительных механизмов может быть больше, например 8,16,24 и т.д.), то в регистр 25 (фиг. 5) управляющее слово по шине 13 данных заносится побайтно под воздействием индивидуальных сигналов CS< CSп нины 12 адресов устройства (выбор области внутри регистра), а также сигнала Г шины

14 управления устройства. Сформированное таким образом параллельное уп1605211 равляюцее слово на выходе регистра 25 поступает на соответствующие информационные входы D группы 2б мультиплексоров. Индивидуальный сигнал на входе

V мультиплексоров разрешает прохожде- ние информации с информационных входов D мультиплексоров на один из трех выходов. Выбор требуемого выхода осуществляется при помощи комбинации сиг-10 налов на адресных входах А и А мульо типлекс оров .

В соответствии с этой комбинацией выбирается один из режимов функционирования блока 7. При режиме селектив!

5 ной установки (00) входной код (управляющее слово) проходит на установочные входы S триггеров 28. 1...28.п. Те разряды входного кода, где была записана

70 единица, устанавливают в единичное со- 0 стояние по входам S соответствующие триггеры, состояние остальных триггеров остается без изменений. При режиме селективного сброса (10) входной код проходит на третьи выходы мультиплексоров. Те разряды входного кода, где быпа записана единица, по входам

P. сбрасывают соответствуюцие триггеры. Состояние остальных триггеров ос30 тается без изменений. Таким образом, для того, чтобы установить или сбросить какой-нибудь триггер, достаточно в соответствующий разряд кода управления записать единицу, а во все остальные — нули. В режиме неселективного приема (01) входной код поступает с второго выхода мультиплексоров на

D-входы триггеров и по сигналу с выхода селектора 27 строб-импульса

Х= С8 А,-А, И,=1, поступающего на входы С, производится запись информации в данные триггеры. 45

В зависимости от уровня логического сигнала на выходах триггеров 28 транзисторы 30 находятся в открытом или закрытом состоянии, производят включение-отключение исполнительных механизмов типа реле или электромагнитов.

Таким образом, управление исполнительными механизмами блока 8 (фиг.1) осуществляется при помоци управляющего слова, которое через входную шину данных устройства за несколько тактов работы записывается в промежуточный регистр 25 (фиг. 5), а далее через мультиплексоры при следующем такте работы параллельно записывается в некий регистр, образованный триггерами

28.1...28.п. Пусть необходимо установить все триггеры в исходное состояние (на выходах всех триггеров уровень логического нуля).В этом случае код управляющего слова будет содержать все нули, а режим функционирования будет следующий: 01 — неселективная установка.

По этой команде все восемь триггеров установятся в нулевое состояние, а восемь соответствующих исполнительных механизмов будут отключены. Пусть теперь согласно программе (или программам) необходимо произвести установки первых четырех триггеров в единичное состояние. В этом случае необхо- . димо использовать режим 00 — селективной установки, а код команды будет выглядеть: 11110000 00.

В соответствии с этим кодом команды на S-входы первых четырех триггеров поступают сигналы, устанавливающие их в единичное состояние. Пусть теперь согласно программе необходимо установить четыре оставшихся триггера в единичное состояние. Если бы не было средств селективной установки и сброса, то управляющее слово должно было бы иметь вид: 11111111, поскольку на первые четыре триггера должен вновь поступить сигнал их установки, чтобы не изменить их предьдущее состояние, и новый сигнал установки должен поступить на оставшиеся триггеры. Следовательно, в этом случае, когда нет средств для селективной установки и сброса, при обращении к отдельным триггерам или группам триггеров для изменения их состояния необходимо каждый раз учитывать текущее состояние всех без исключения триггеров, т.е. необходимо наличие программных средств, осуществляющих обмен данными между локальными программами, что позволяет каждой локальной программе учитывать действия остальных программ.

В нашем случае код команды будет выглядеть следующим образом: 0000 1111 00. !

Таким образом, преимущества предлагаемого управления исполнительными механизмами при помощи блока селективного управления особенно ощутимы при работе с несколькипж группами исполнительных механизмов в асинхронном

1605211

12 режиме по нескольким локальным независимым программам.

Формула изобретения

1. Устройство для программного управления объектом, содержащее блок сравнения, подключенный информационными входами к шине контролируемых jp параметров, блок датчиков, блок памяти программ и данных, блок обработки программ, блок исполнительных механизмов, о.т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия в устройство введены блок обработки запросов и блок селективного управления исполнительными механизмами, выходы блока датчиков и блока сравнения соединены с соответствующими входами 2р запроса прерываний блока обработки запросов, группа информационных выходов и группа входов расширения которого соединены с соответствующими группой входов прерываний и группой 25 выходов расширения блока обработки программ, группа адресных выходов блока обработки программ соединена с группами адресных входов блока сравнения, блока обработки запросов, 3р блока памяти программ и данных .и блока селективного управления исполнительными механизмами, группа входоввыходов данных блока обработки программ подключена к группам .входов-. выходов данных блока обработки запросов блока памяти программ и данных, а также к группам входов данных блока сравнения и блока селективного управления исполнительными механизмами группа выходов управления прерыванием, записью и чтением блока обработки программ соединена с группами соответствующих входов управления записью блока сравнения, группами соответствующих входов управления прерыванием программ и данных блока обработки запросов, блока памяти программ и данных и входом управления записью блока селективного управления исполнительными механизмами, группа выходов команд блока селективного управления исполнительными механизмами соединена с группой информационных входов блока исполнительных механизмов.

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что блок селективного управления исполнительными механизмами содержит регистр, селектор строб-импульса,. группу мультиплексоров на три выхода, группу D-триггеров с входами установки и сброса, группу диодов, группу ограничительных резисторов и группу элементов коммутации, выполненных на транзисторах, эмиттеры которых соединены, коллекторы образуют группу выходов команд блока, а также соединены через встречно включенные диоды с источником питания, прямые выходы D-триггеров соединены через ограничительные резисторы с базами транзисторов, первые выходы мультиплексоров группы соединены с установочными входами соответствующих триггеров группы, вторые выходы мультиплексоров группы соединены с информационными входами соответствующих

D-триггеров группы, третьи выходы мультиплексоров группы соединены с входами сброса соответствующих тригге" ров группы, входы данных мультиплексоров группы подключены к соответствующим выходам регистра, группа информационных входов регистра подключена к группе входов данных блока, входы разрешения регистра, адресные входы и входы разрешения селектора строб-импульса, а также адресные входы и входы разрешения мультиплексоров группы подключены к соответствующим адресным входам блока, вход записи регистра соединен с входом записи селектора строб-импульса и подключен к входу ,управления записью блока, выход селек;тора строб-импульса соединен с входамн синхронизации D-триггеров группы.

1605211

160521 1

6FfH5 U роллер ер сноц иы иЕер

1605211

Составитель Е. Волков

Редактор В. Данко ТехРед l1.0лиднык Корректор Л. Пилипенко

Заказ 3452 Тираж 685 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101