Программируемый логический контроллер

 

Изобретение относится к устройствам программного управления и предназначено для использования в составе автоматизированных систем управления и регулирования с использованием ЭВМ вышестоящего уровня. Технический результат заключается в повышении надежности работы устройства, который достигается за счет того, что контроллер содержит микропроцессор, локальную шину, двухпортовое статическое ОЗУ, интерфейсы шин типа VME и ISA, ПЗУ, EEPPOM, часы реального времени, контроллер клавиатуры, системный контроллер, универсальный программируемый сторожевой таймер, интерфейсы последовательных каналов типа RS 232 и RS 485, периферийную шину. При этом контроллер снабжен интерфейсом субмодулей, а соединение отдельных элементов контроллера осуществляется через буферные усилители адреса и приемника/передатчика данных. 2 ил.

Изобретение относится к устройствам программного управления и предназначено для использования в составе автоматизированных систем управления и регулирования технологическими объектами в качестве локального программируемого контроллера, непосредственно связанного с объектами контроля и управления, может быть также использовано в составе ЭВМ вышестоящего уровня.

В настоящее время известны программируемые логические контроллеры: CPUI, DMS DORCH MICROSYSTEM; AMP-386SX, EMSYS LTD; VRG 386SX, INTERGON; VATO, MICROSYS GMBH; (см. Каталог: Программируемый логический контроллер VME, VXI Futurebus + Compable Products Direktory, second ed, 1992, VFEA, Internataonal Irade Association, p. 76, 96, 132, 171. патент Японии N 5-250150, кл. G 06 F 9/06, 1992 г. патент США N 4328539, кл. G 05 B 19/04, 1979 г. авт.свид. СССР N 1497616, кл. G 06 F 9/00, 1984 г.

Все эти контроллеры выполнены, как правило, на основе микропроцессора типа 386 SX, содержит ОЗУ емкостью от 2 до 16 мб, часы реального времени, два последовательных канала RS232, контроллер клавиатуры и в зависимости от назначения разные типы контроллеров содержат один из интерфейсов шин типа ISA, VME либо электрически программируемую стираемую постоянную память EEPROM.

Основной недостаток всех этих контроллеров их ограниченные функциональные возможности. Как правило, они осуществляют контроль и управление объектами через специализированные модули ввода/вывода, т.е. не могут непосредственно осуществлять управления объектом, что снижает их надежность. Кроме того рабочий интервал температур их составляет от минус 40 до 85^oC.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому техническому решению является программируемый логический контроллер V386, Pep modular Computers [1] Контроллер содержит микропроцессор 80386 SX, локальную шину (лок. ш.), линии адреса и данных которой подсоединены соответственно к выходам адреса и входам/выходам данных микропроцессора, локальную шину (лок.ш.), системный контроллер (СИС.к.), статическое двухпортовое ОЗУ, интерфейсы шин типа VME и ISA, ПЗУ, EEPROM, часы реального времени (ЧАСЫ Р.В.), контроллер клавиатуры (КОНТР. КЛ.), универсальный программируемый сторожевой таймер (УПС ТАЙМЕР), интерфейсы последовательных каналов типа RS232, RS485, периферийную шину (ПЕР.Ш.), при этом линии адреса и данных системного контроллера подсоединены к входам адресов и входам/выходам данных ОЗУ, и линиям адреса и данных интерфейсов шин типа VME, ISA. Линии адреса и данных периферийной шины подсоединены соответственно к линиям адреса и данных ПЗУ, EEPROM и системного контроллера, а линии данных периферийной шины подсоединены к линиям данных часов реального времени, контроллера клавиатуры. Входы/выходы универсального сторожевого таймера и интерфейсов последовательных каналов типа RS232 RS485 подсоединены к периферийной шине (см. фиг.2).

По сравнению с описанными выше аналогами контроллер, выбранный в качестве прототипа, обладает более широкими функциональными возможностями за счет одновременного использования двух различных системных интерфейсов (ISA и VME), что расширяет его область использования. Однако жесткая (но конфигурируемая) связь системного контроллера с отдельными элементами программируемого логического контроллера приводит к тому, что вся система обладает большой интегральной сложностью, что не позволяет использовать контроллер для непосредственного контроля и управления технологическими объектами, что делает его ненадежным. К тому же определяемая конструкцией контроллера элементная база позволяет проводить работы в диапазоне температур от минус 40 до 85^oC.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состояла в создании программируемого логического контроллера для использования его в составе автоматизированных систем управления и контроля в реальном времени, способного осуществлять непосредственный контроль и управление в диапазоне температур от минус 55 до 125^oC.

Для решений этой задачи программируемый логический контроллер, содержащий микропроцессор, локальную шину, линии адреса и данных которой подсоединены соответственно к выходам адреса и к входам/выходам данных микропроцессора, двухпортовое статическое ОЗУ, интерфейсы шин типа VME и ISA, ПЗУ, EEPROM, часы реального времени, контроллер клавиатуры, системный контроллер, универсальный программируемый сторожевой таймер, интерфейсы последовательны каналов типа RS232 и RS485, периферийную шину, линии адреса и данных которой подсоединены соответственно к линиям адреса и данных ПЗУ и EEPROM, а линии данных периферийной шины подсоединены к линиям данных контроллера клавиатуры и часов реального времени, снабжен интерфейсов субмодулей, подключенным через буферные усилители адреса и приемники/передатчики данных соответственно к линиям адреса и данных периферийной шины. Входы адресов и входы/выходы данных статического ОЗУ подсоединены соответственно через буферные усилители адреса и приемники/передатчики данных к линиям адреса и данных локальной шины, а к входам адреса и к входам/выходам данных статического ОЗУ подсоединены через приемники/передатчики адреса и данных соответственно линии адреса и данных интерфейса шины типа VME, при этом линии адреса и данных интерфейса шины типа ISA подсоединены соответственно через буферные усилителя адреса и приемники/передатчики данных к линиям адреса и данных локальной шины, к тому же линии адреса и данных периферийной шины соединены соответственно через буферные усилители адреса и приемники/передатчики данных с линиям адреса и данных локальной шины, а входы/выходы интерфейсов последовательных каналов типа RS232 и RS485 и универсального сторожевого таймера подсоединены непосредственно к микропроцессору, при этом линии адреса и данных системного контроллера соединены с линиями адреса и данных периферийной шины. Введение в контроллер интерфейса субмодулей и вызванное этим соединение особым образом элементом контроллера через буферные усилители адреса и приемники/передатчики данных позволило создать схему малой и средней интегральной сложности, решить задачу по использованию программируемого логического контроллера для непосредственного контроля и управления промышленными объектами. К тому же введение интерфейса субмодулей и описанных выше связей позволяет подключать к контроллеру специализированные устройства ввода/вывода (АЦП, ЦАП), связывающие объект управления с контроллером и использовать элементную базу, соответствующую условиям эксплуатации, а именно расширить диапазон рабочих температур от минус 55 до 125^oC.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого программируемого логического контроллера: на фиг.2 блок-схема известного контроллера.

Контроллер содержит микропроцессор 1, локальную шину 2, двухпортовое статическое ОЗУ 3, интерфейс шины VME 4, интерфейс шины ISA 5, ПЗУ 6, электрически программируемая постоянная память EEPROM 7, часы реального времени 7, контроллер клавиатуры 8, системный контроллер 10, универсальный программируемый сторожевой таймер 11, интерфейсы последовательных каналов RS232 RS485 12, периферийную шину 13, интерфейс шины субмодулей 14, буферные усилители адреса и приемники/передатчики данных шины субмодулей 15, буферные усилители и приемники/передатчики данных ОЗУ 16, приемники/передатчики адреса и приемники/передатчики данных интерфейса шины VME 17, буферные усилители адреса и приемники/передатчики данных интерфейса шины ISA 18, буферные усилители адреса и приемники/передатчики данных периферийной шины 19.

В 1995 году в г. Москве в КБ "Корунд-М" и в г. Воскресенске были проведены лабораторные и промышленные испытания программируемого контроллера. Был собран модуль PLC386EX программируемого логического контроллера на основе микропроцессора I386EX, 25 МГц Embedded Microprocessor фирмы Intel, выполненный в соответствии с требованиями спецификации шины VME. Модуль собран в соответствии со схемой (см. фиг.1).

Функциональные устройства в составе модуля имели следующие характеристики: ОЗУ емкостью 4 МБайта; системное ПЗУ емкостью 128 КБайт; энергонезависимое ЗУ (Flash) емкостью 4 МБайт;
интерфейс субмодулей мезонинного типа Modpacks;
часы реального времени Me146818A;
контроллер клавиатуры 8042.

Собранный модуль обеспечил программно-аппаратную совместимость с PC AT и позволил использовать его при эксплуатации АСУ программного обеспечения на базе операционных систем:
MS DOS 6.0, OS 9000, VX Works.

При проведении испытания собранный модуль был установлен в автоматизированной системе контроля и управления газокомпрессорной станцией (г. Воскресенск).

Программируемый логический контроллер осуществлял непосредственное управление газокомпрессорной станцией по таким параметрам, как давление газа, расход, скорость подачи, температура.

Испытания проводили при температуре -55, -40, 80, 125^oC.

Результаты испытания показали надежную работу контроллера для непосредственного управления объектом в диапазоне температур от минус 55 до 125^oC.

Формула изобретения

Программируемый логический контроллер, содержащий микропроцессор, локальную шину, линии адреса и данных которой подсоединены соответственно к выходам адреса и к входам-выходам данных микропроцессора, двухпортовое статическое ОЗУ, интерфейсы шин типа VМЕ и ISA, ПЗУ, ЕЕРRОМ, часы реального времени, контроллер клавиатуры, системный контроллер, универсальный программируемый сторожевой таймер, интерфейсы последовательных каналов типа RS232 и RS485, периферийную шину, линии адреса и данных которой подсоединены соответственно к линиям адреса и данных ПЗУ и ЕЕРRОМ, а линия данных периферийной шины подсоединена к линиям данных контроллера клавиатуры и часов реального времени, отличающийся тем, что программируемый логический контроллер снабжен интерфейсом субмодулей, подключенным через буферные усилители адреса и приемники-передатчики данных соответственно к линиям адреса и данных периферийной шины, при этом входы адресов и входы-выходы данных статического ОЗУ подсоединены соответственно через буферные усилители адреса и приемники-передатчики данных к линиям адреса и данных локальной шины, а к входам адреса и к входам-выходам данных статического ОЗУ подсоединены через приемники-передатчики адреса и данных соответственно линии адреса и данных интерфейса шины типа VМЕ, линии адреса и данных интерфейса шины типа ISA подсоединены соответственно через буферные усилители адреса и приемники-передатчики данных к линиям адреса и данных локальной шины, к тому же линии адреса и данных периферийной шины соединены соответственно через буферные усилители адреса и приемники-передатчики данных с линиями адреса и данных локальной шины, линии адреса и данных системного контроллера соединены с линиями адреса и данных периферийной шины, а входы-выходы интерфейсов последовательных каналов типа RS232 и RS485 и универсального сторожевого таймера подсоединены непосредственно к микропроцессору.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2