(812) 466-57-84 /
Новости Продукция Номенклатура Статьи О фирме Контакты Вакансии
Архитектура серий С167 и ST10x167
Применение контроллеров
Распределенные системы управления
Проектирование распределенных систем управления
О стандарте PC/104
Изделия в стандарте PC/104 для жестких условий
Одноплатные компьютеры-контроллеры в стандарте PC/104
CAN-интерфейс
Микропроцессорные контроллеры CS, M, 167х
Новые 16-разрядные DSP-микроконтроллеры
Краткое описание микроконтроллера C16x
Краткая система команд C16x/ST10
Полная система команд C16x/ST10x
Дополнительные команды для XC16x и ST10F269
Параллельные порты микроконтроллеров C167 и ST10F269
Блоки формирования импульсных сигналов C16x/ST10x
Формирование ШИМ с повышенным разрешением
Универсальные блоки таймеров
Интерфейс АТ96 (Евростандарт)
Подключение контроллеров
Процессоры цифровой обработки сигналов
Архитектура микроконтроллера TMS320C32
Архитектура микроконтроллера TMS320C33

Распределенные системы управления

Резкое уменьшение габаритов современных электронных устройств и повышение их функциональной насыщенности во многом изменило идеологию проектирования крупных систем. В настоящее время наблюдается переход от интегрированных систем, в которых один мощный процессор управляет большим количеством пассивных периферийных устройств, к распределенным - когда каждый элемент системы является активным устройством.

В первом случае в системе используется мощный процессор с большим количеством пассивных устройств, а передача информации осуществляется по параллельной шине(например VME, PCI, ISA, PC/104 и т.д.).

Такая организация системы имеет следующие недостатки:

  • Hеобходимость применения мощных процессоров. Поскольку все задачи решаются одним процессором при большом количестве периферийных устройств и плат ввода-вывода, то он должен иметь большую производительность. Применение нескольких процессоров, работающих на одной шине без использования стандартных протоколов, усложняет разработку программ.
  • Большие трудности, связанные с расширением системы. При расширении или модернизации требуется замена конструктива и модификация или полная замена программного обеспечения.
  • Hизкая надежность. Количество соединений на современной производительной шине достигает 100 и более. Замыкание или обрыв одной из них приводит к отказу всей системы. Ситуация дополнительно осложняется применением разъемов с большим количеством контактов. При дублировании в этом случае требуется применение такой же дополнительной шины, что резко увеличивает габариты, вес и стоимость всей системы, но не решает проблему. Поскольку электронные блоки системы при таком подходе сосредоточены в одном месте, то к ним приходится прокладывать большое количество силовых и сигнальных цепей (от датчиков и исполнительных устройств), что при больших габаритах системы также снижает надежность и увеличивает стоимость (большой расход кабеля).
  • Большие сроки разработки. При разработке системы заново создаются аппаратная и программная части. Применение стандартных конструктивов, плат и блоков облегчает, но не решает проблему.

Стыковка элементов распределенной системы управления осуществляется с помощью cтандартных сетевых интерфейсов на аппаратном уровне и с помощью стандартных протоколов - на программном. Данный подход стал активно применяться в промышленности с середины 80-х годов с появлением малогабаритных компьютеров и контроллеров, обладающих невысокой стоимостью. В настоящее время даже активные датчики и исполнительные устройства стали снабжаться сетевыми интерфейсами.

Китайский грузовик DONGFENG DFL - китайские грузовики.;Реальные проститутки Екатеринбург только с реальными фото, контактами и отзывами! Досуг +18!

Элементом системы может быть плата универсального контроллера, содержащая стандартный сетевой интерфейс или промышленный контроллер с набором модулей или плат (не более 5-ти), стыкующихся через локальную шину (VME, PC/104 и т.д.). Элементы системы, соединенные стандартными сетевыми интерфейсами, могут находиться в одном конструктиве или могут быть распределены по объекту.

Распределенные системы обладают следующими преимуществами:

  • Легкая расширяемость. Cтандартные протоколы верхнего и нижнего уровней позволяют строить системы с автоконфигурацией, а также обеспечивают совместимость с оборудованием, производимым другими фирмами. Например для CAN-интерфейса можно использовать спецификацию CiA/DS 201-207, CAN Physical Layer for Industrial Applications и т.д.
  • Высокая надежность. Для подключения к сетевому интерфейсу требуется небольшое количество проводов и используются разъемы с небольшим количеством контактов. Например для подключения к CAN или Profibus необходимо 3 провода - два сигнальных и один общий, если использовать дополнительный канал для резервирования, то требуется 6 проводов и соответствующее количество контактов разъема. При таком количестве сигналов легко обеспечивается гальваническая развязка элементов системы. Ряд сетевых интерфейсов осуществляет коррекцию ошибок на аппаратном уровне, для передачи и приема используются дифференциальные приемопередатчики, которые подавляют синфазные помехи. Поскольку в такой системе все элементы активны, то легко обеспечивается дублирование функций другими элементами системы.
  • Малые сроки разработки. Наибольший выигрыш достигается при разработке крупных систем, поскольку большая часть аппаратных средств и программного обеспечения не требует модификации.
  • Легкость тестирования и отладки. Поскольку все элементы системы активны, легко обеспечить самодиагностику и поиск неисправности.
  • Возможность распределения системы по объекту. Система может находиться в одном конструктиве, а также может быть распределена по объекту, что позволяет уменьшить затраты на монтаж и на использование медного провода.
  • Использование компьютеров и контроллеров меньшей мощности. Задача распределяется по активным элементам системы - метод декомпозиции, активно используется программистами для разработки эффективных программ. Поскольку при решении задачи используется несколько процессоров, каждый из них может иметь небольшую производительность.

Стационарные системы

В стационарных системах чаще всего используются компьютеры в стандарте IEEE-996 (офисный и промышленные варианты), компьютеры и контроллеры в Евростандарте. В распределённой системе управления с использованием, например, Ethernet- и CAN-интерфейса, узлы и электронные блоки могут быть скомпонованы в одном или нескольких конструктивах разного формата, что обеспечивает гибкую архитектуру системы. Например, в системе с большим количеством датчиков и исполнительных устройств распределение системы по объекту позволяет существенно уменьшить количество кабелей, повышая её надёжность и простоту эксплуатации.

Схема подключения устройств с CAN-интерфейсом.
Рис. 1. Схема подключения устройств с CAN-интерфейсом.

На рисунке ниже приведена структурная схема одноуровневой системы управления c использованием платы CANPC527D (ISA шина, 2 оптоизолированных CAN-канала) и серии микропроцессорных контроллеров 167-3U (Евростандарт, формат 3U). В случае использования микропроцессорных контроллеров без дополнительных модулей ввода-вывода, задняя объединительная панель евроконструктива используется только для подключения напряжения питания контроллеров.

Структурная схема одноуровневой системы управления.
Рис. 2. Структурная схема одноуровневой системы управления.

Каждый из контроллеров может иметь дополнительные пассивные модули ввода-вывода, которые подключаются через системную шину контроллеров (в данном случае, шину AT96). Системный блок в этом случае может содержать несколько объединительных панелей, каждая из которых соединяет через шину группу модулей и контроллер.

В случае использования разных типов контроллеров в одном конструктиве могут применяться короткие объединительные панели с разными шинами (например VME и AT96, PCI и т.д.).

Изделия в формате PC/104 в промышленных системах могут использоваться для обслуживания удалённых датчиков и исполнительных устройств, а также в малогабаритных встраиваемых электронных блоках станков или другого промышленного оборудования.

Бортовые системы

Основными отличиями бортовых систем от промышленных являются повышенные требования к механическим воздействиям и температуре эксплуатации.

Вариант распределенной бортовой системы.
Рис. 3. Вариант распределенной бортовой системы.

В современных бортовых системах чаще всего используются компьютеры и контроллеры в Евростандарте и в стандарте PC/104(IEEE-P996.1).

Конструкция в Евростандарте чаще всего используется при построении крупных бортовых систем. Наиболее популярным конструктивом в Евростандарте в настоящее время является формат 3U(размер платы 100х160 мм).

Достоинством конструкции в Евростандарте является наличие большого количества готовых стандартных корпусов, возможность использования разного типа шинных интерфейсов VME, PCI, AT96, MULTIBUS и т.д., конструкция обеспечивает возможность быстрой замены модулей и плат. Недостатком - низкая плотность упаковки электроники. Современные электронные компоненты позволяют разместить на плате 100х160 мм целые системы, при этом для установки выходных разъёмов в Евростандарте используется только одна сторона платы(в формате 3U - 100мм). Использование внутренних разъёмов и переходных кабелей позволяет располагать выходные разъёмы на лицевой панели конструктива, но при этом неэффективно используется внутренний объём, а также возникают трудности с обеспечением жёстких требований к механическим воздействиям.

Стандарт PC/104 позволяет получить высокую плотность упаковки электронных модулей и, следовательно, получить малые габариты готовых блоков, обеспечивает различные варианты компоновки электронных модулей. К недостаткам относятся более сложная замена модулей(что не очень важно для встраиваемых систем), наличие всего 2-х шинных интерфейсов - PC/104 и PC/104+(ISA и PCI).

Комбинированное использование различных сетевых интерфейсов (например Ethernet - на верхнем уровне, а CAN - на нижнем) позволяет строить сложные многоуровневые распределённые системы управления. Структура такой системы может задаваться, исходя из требований максимальной надежности, минимальной стоимости или максимального быстродействия.

Вариант компоновки с использованием базовой платы.
Рис. 4. Вариант компоновки с использованием базовой платы.