Основные размеры поворотных клапанов

Примечание: Условное обозначение поворотного клапана включает буквы КП (клапан поворотный) и цифру, соответствующую номинальной величине проходного сечения (в дм²).

ОСНОВЫ МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ТЕХНИКИ

Управление технологическим процессом в металлургических агрегатах можно представить в виде последовательности логических действий, реализующих цели управления. Поэтому в АСУ ТП давно широко применяются логические элементы: триггеры, счетчики, сумматоры, шифраторы.

Логические устройства дискретного действия оперируют лог. 0 и лог. 1, которые физически представляют собой, соответственно, пассивное и активное состояние линии передачи или ячейки памяти. При этом лог. 0 соответствует напряжению на линии в диапазоне 0…0,4 В (которое интерпретируется как отсутствие сигнала), а лог. 1 – 2,4…6,0 В (наличие сигнала).

В соответствии с правилами математической логики логический элемент формирует выходные сигналы, однозначно связанные с возможными комбинациями входных сигналов.

Развитие промышленной электроники привело к созданию принципиально новых ТСА – микроконтроллеров, которые основаны на микропроцессорах и предназначены для управления сложными технологически­ми агрегатами.

Микроконтроллеры (МК) используются в составе многих КИПиА, на основе которых создаются децентрализованные САУ. МК встраиваются в станки с ЧПУ, установки промышленного телевидения, устройства технологической диспет-черизации и т.п. В настоящее время МК широко применяются не только в промышленности, но и в быту: в телевизорах, видеомагнитофонах, СВЧ-печах, стиральных машинах, часах, калькуляторах, мобильных телефонах.

В широком смысле микропроцессор (МП) представ­ляет собой функционально законченное программно-управляемое уст­ройство, осуществляющее прием, арифметико-логическую обработку и выдачу цифровой информации.

МП состоит из интегральных микросхем или представляет собой монокристалл. По сути, МП – простой конечный автомат, который выполняет операции с информацией в виде электрических сигналов в соответствии с заложенной в него программой. Для хранения программ используются ПЗУ (ROM). Для хранения промежуточных результатов и вспомогательных величин используется оперативная память – ОЗУ (RAM). Но при выключении питания информация в ОЗУ, как правило, пропадает.

Ядром микропроцессора является арифметико-логическое устройство (АЛУ), в котором выполняются простейшие операции: сложение и вычитание двоичных чисел, логические операции И и ИЛИ, переадресация данных.

Микроконтроллер (МК) – это МП-система с уст­ройствами ввода-вывода информации, прерывания, таймерами, компараторами и т.п. МК используются в составе многих КИПиА, на основе которых создаются децентрализованные САУ.

Процессор работает с портами ввода/вывода (port I/O) практически так же, как и с ячейками памяти. У каждого порта есть свой собственный адрес. Причем ячейки памяти и порты находятся в разных адресных пространствах.

Порты вывода предназначены для управления внешними устройствами (цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП), индикаторы, принтеры). К этим портам можно подключать электронные ключи, которые позво­ляют МП системе управлять более мощными устройства­ми – электромагнитными реле, лампочками, светодиоды, мотор­чиками, соленоидами и т.п.

При помощи портов вывода можно делать переключения в самой схеме микропроцессорного устройства для его автоматической подстройки под выполняемую задачу.

Порт ввода – это специальная схема, при помощи которой МП может принимать внешние данные, например, информацию о ходе технологического процесса или состоянии оборудования. Для ее преобразования в цифровой код применяются специальные модули, например, ADAM фирмы ADVANTECH. К портам подклю­чают средства ручного ввода (клавиатуру, различные кнопки), дискретные и RS интерфейсы приборов, АЦП и т.д.

Главным управляющим элементом всей микропроцессорной системы является процессор (рис. 1). Остальные же устройства – «периферия» – являются ведомыми. Все узлы микропроцессорной системы соединены между собой при помощи трех основных шин. Каждая шина представляет собой набор проводников (разрядов), по которым происходит параллельная передача двоичных чисел в электронной форме.

Рис. 1. Принципиальная схема микропроцессорной системы

Шина данных (DATA bus)

Эта шина предназначена обмена данными микропроцессора с периферийными устройствами. Она должна иметь не менее 8-ми разрядов для передачи информации по байтам (1 байт = 8 бит, 1 байт / с = 1 бод, 1 Кбайт = 1024 байт). 16-тиразрядная шина данных может за один такт пере­давать 2 байта, 32-разрядная шина – 4 байт, 64­-разрядная – 8 байт.

Шина адреса (ADDR bus)

В отличие от шины данных, двоичные числа, передаваемые по шине адреса представляют собой адрес ячейки памяти или порта ввода/вывода, к которому в данный момент об­ращается процессор. Минимальное количество разрядов адресной шины – 16.

Шина управления (CONTROL bus)

В шину управления условно объединяют набор линий, передающих управляющие сигналы от процессора к периферийным устройствам и обратно. В любой шине управления присутствуют линии, передающие сигналы:

RD (Read) – чтение

WR (Write) – запись

MREQ – инициализация устройств памяти (ОЗУ или ПЗУ)

IORQ – инициализация портов ввода/вывода

READY – готовность

RESET – сброс

По отношению к любым периферийным устройствам, центральный процессор может выполнять в каждый момент времени одну из четы­рех основных операций: чтение или запись в ячейку памяти, чтение из порта ввода и запись в порт вывода.

Например, процесс записи данных в память происходит следующим образом:

а)  сначала центральный процессор выставляет на адресную шину адрес ячейки памяти;

б)  затем на шину данных выстав­ляется байт информации, предназначенный для записи в эту ячейку;

в) после чего акти­визируется сигнал MREQ, дающий доступ к модулю памяти;

г)  затем процессор устанавливает сигнал WR в активное состояние. Происходит запись байта в адресованную ячейку памяти.

Для того, чтобы прочитать байт из ячейки памяти, процессор сначала устанавливает на шине данных адрес нужной ячейки. Затем он устанавливает в активное состояние сигнал MREQ, который поступает на устройства памяти и служит разрешением для их работы. При этом сигнал IORQ остается равным лог. 1, поэтому порты ввода/вывода микропроцессор­ной системы остаются неактивными.

Далее, процессор переводит в активное состояние сигнал RD. Этот сигнал поступает как на устрой­ства памяти, так и на порты ввода/вывода. Однако порты не реагируют на него, так как они отключены высоким уровнем сигнала IORQ. Уст­ройство памяти, напротив, получив управляющие сигналы RD и MREQ, выдает на шину данных байт информации из той ячейки памяти, адрес которой присутствует в этот момент на шине адреса.

Операции чтения из порта и записи в порт происходят аналогично операциям чтения/записи ОЗУ. Различие лишь в том, что вместо сиг­нала MREQ в активное состояние переходит сигнал IORQ, разрешаю­щий работу портов.

Обобщенную структурную схему микроконтроллера рассмотрим на примере одного из самых распространенных однокристальных микро- конт­роллеров американской фирмы ATMEL – АТ89С2051 (рис. 2). Эта микросхема выполнена в стандартном DIР-корпусе и имеет 20 выво­дов. Напряжение питания микросхемы +5 В. Допускается разброс пи­тающего напряжения от 2,7 В до 6 В, что обеспечивает высокую помехоустойчивость МК.

Рис. 2. Обобщенная структурная схема микроконтроллера

ППЗУ программ. Встроенное перепрограммируемое ПЗУ объемом 2 кБ выполнено по технологии электрически стираемого ПЗУ (так называемая «Флэш-память»). В эту память записывается программа, которую микроконтроллер начинает выполнять сразу после включения питания и окончания сигнала сброса.

Технология флэш-памяти допускает перепрограммирование, то есть повторную запись. Для этого информацию в ППЗУ сначала стирают. Стирание производится при помощи того же самого программатора. При этом используется повышенное напряжение (12 В). После этого в ППЗУ можно «зашивать» новую программу. Допускается до 1000 циклов записи/стирания.

ОЗУ данных состоит из 128 восьмиразрядных ячеек памяти. Как и в большинстве однокристаль­ных МК, в микросхеме АТ89С2051 применяется принцип совме­щения ОЗУ с регистрами общего назначения процессора и двумя восьмиразрядными портами ввода/вывода Рl и РЗ.

Арифметико-логическое устройство (АЛУ) заменяет здесь централь­ный процессор. Регистры для временного хранения данных, как уже говорилось, совмещены с ячейками ОЗУ.

Таймеры. В микросхеме имеются два встроенных 16-разрядных тайме­ра/счетчика Тl и Т2. Они могут использоваться программистом для задания любых интервалов времени. Каждый счетчик может рабо­тать в двух режимах: режиме отсчета временных интервалов (в этом случае он считает импульсы внутреннего тактового генератора) и в режиме подсчета внешних импульсов.

Последовательный канал. Это канал специального типа для последова­тельной «побайтовой» передачи информации по одной линии. В любом компьютере всегда имеются последователь­ные интерфейсы (например, СОМl и СОМ2). Один из этих интерфейсов раньше часто используется для подключения манипулятора «мышь». А второй предназначен, в основном, для подключения модема. Подобный канал реализован и в микросхеме АТ89С2051. В результате имеется возможность создания микропроцессорных устройств, управляемых при помощи компьютера по последовательному каналу.

Порты Рl и РЗ – параллельные восьмиразрядные порты ввода/вывода.

Встроенный контроллер прерываний. Способен обрабатывать шесть ис­точников прерываний. Два внешних входа для запро­сов на прерывание. Два прерывания от обоих счетчиков/таймеров ТI и Т2. Запрос прерывания таймера посту­пает в тот момент, когда соответствующий счетчик/таймер досчитает до нуля (счетчик работает в режиме обратного счета). И, наконец, пос­ледние два источника прерывания – от последователь­ного канала ввода/вывода. Один от передатчика этого канала. Он сра­батывает в тот момент, когда процесс отправки очередного байта закончился. И один – срабатывает от приемника, когда тот при­нял очередной байт.

Аналоговый компаратор. Сравнивает величину двух аналоговых сигналов. На его выходе появляется сигнал лог. 1, когда напряжение на входе «+» превысит напряжение на входе «–».