Proiectarea automatelor cu stari finite in logic. cablata si logica

Proiectarea automatelor cu stari finite in logic cablata si logica

programata

Sistemele de conducere cu stari finite pot fi realizate in logic cablata sau in logic. Programata. Sistemele realizate in logic cablata se caracterizeaza prin:

- functia de conducere realizata depinde de conexiunea dintre module, deci de cablaj;orice modificare a functiei realizata de sistemul de conducere necesita modificari hardware.

O abordare fundamental deosebita de sinteza sistemelor de conducere cu stari finite poarta denumirea de logic programata. In aceasta categorie intra toate sistemele ce functioneaza pe baza unui program inscris intr-o memorie.

Sistemele care opereaza pe baza de program sunt universale, in sensul ca pot

implementa orice functii fara a necesita modificari de hardware. In acest caz pentru fiecare tema de proiectare activitatea consta in programarea memoriei sistemului.

Sistemele care lucreaza pe baza de program contin:

- unitatea centrala care executa instructiile programului;

- memorie in care se pastreaza programul;

- circuite de interfata cu ajutorul carora sistemul de conducere comunica cu procesul.

Etapele procesului de proiectare a sistemelor de conducere

Desi logica programata se extinde tot mai mult in raport cu logica cablata, fiecare dintre ele prezinta avantaje si dezavantaje ceea ce face ca alegerea intre ele sa nu fie o problema usoara. Sistemele in logica programata pot rezolva probleme de mare complexitate pentru care se prelucreaza un volum mare de date cu algoritmi complecsi. Sistemele in logica cablata permit obtinerea vitezei maxime de raspuns. Acolo unde apar ambele cerinte se pot realiza sisteme mixte care sa contina atat parte de logica cablata, cat si parte de logica programata

Etapele proiectarii unui astfel de sistem pot fi reprezentate intr-o diagrama impartita in doua parti: o parte de proiectare a sistemului in logica cablata si o parte de proiectare a sistemului in logica programata

In faza de definire a problemei se determina semnalele de intrare si de iesire din sistem, viteza de variatie a acestora, cantitatea si viteza de prelucrare ceruta, tipul de erori si modul lor de tratare. In divizarea sistemelor in logica cablata si logica programata se pot intalni 3 situatii:

1. Exista un nr mic de semnale de intrare si de iesire si logica de prelucrare a acestora este simpla, astfel ca un sistem cu logica cablata special construit este mai economic decat un sistem cu logica programata in configuratie minima

2. Cerintele de performanta ale sistemului nu sunt deosebite si pot fi satisfacute de un sistem in logica programata

3. Logica de prelucrare a semnalelor este complexa si volumul de prelucrat este suficient de mare pentru a impune utilizarea unui sistem in logica programata, dar performantele cerute nu pot fi satisfacute de acesta. Se impune in acest caz ca o prelucrare partiala a semnalelor sa fie realizata cu circuite logice specializate. In acest caz, se cauta sa se atribuie sistemului cu logica programata cat mai multe functii de indeplinit, astfel incat parte de logica cablata si fie cat mai simpla cu putinta

In cazul proiectarii in logica cablata se parcurg urmatoarele etape:

1. Sistemul se imparte in blocuri folosind criterii functionale sau pozitionale. Se urmareste pe de o parte ca blocurile sa fie de complexitate redusa pentru a putea fi mai usor realizate si testate, iar pe de alta parte se urmareste ca numarul blocurilor si fie mic, astfel incat sa nu apara probleme la interconectarea lor.

2. Etapa de sinteza a blocurilor se face cu una din metodele prezentate in cadrul cursului de ASDN, in functie de circuitele ce urmeaza a fi utilizate.

3. Celelalte componente se realizeaza utilizand placi universale cu socluri de vrapare sau placi cu circuite imprimate. Inainte de implantare, circuitele electronice sunt testate. Se realizeaza ulterior legaturile dintre placi.

4. Testare blocurilor componente consta in verificarea functionarii separate

a acestora. Pentru aceasta:

a. se vor simula blocuri ce nu au fost inca realizate

b. se recomanda ca testarea sa se faca in conditii cat mai apropiate de cele de lucru.

5. Testarea prototipului. In aceasta etapa pot sa apara conexiuni gresite datorate unor erori de sinteza. Orice modificare care trebuie adusa in aceasta etapa va afecta o parte din sistem. Nu este exclus sa apara necesitatea reproiectarii intregului sistem.

6. Proiectarea produsului final poate necesita o perioada de timp relativ indelungata in special daca in faza de executie a prototipului s-au utilizat placi universale, iar produsul final se executa pe placi cu circuite imprimate.

Adeseori tot ciclul trebuie parcurs de mai multe ori pana se obtine un produs final acceptabil.

La proiectarea si realizarea sistemelor in logica programata se parcurg etapele:

1. Alegerea configuratiei microcalculatorului, care se va face pe baza analizei de sistem. In aceasta etapa se determina nr porturilor de intrare si a celor de iesire, nr dispozitivelor de transmisie a informatiilor, capacitatea memoriei, tipurile si nr dispozitivelor de interfata cu procesul. Tot in aceasta faza se face o analiza preliminara a performantelor cerute sistemului si a masurilor speciale care se iau in vedere obtinerii acestora.

2. Proiectarea programului, ce consta dintr-o descriere schematica a operatiilor pe care sistemul de calcul trebuie sa le execute pentru a rezolva sarcinile ce-i revin.

3. Scrierea programului sursa se face in limbaj de asamblare sau in limbaj de asamblare superior.

4. Asamblarea programului se executa    automat intr-un sistem de calcul si are drept rezultat obtinerea programului in cod masina

5. Testarea programului este o faza ce are drept scop asigurarea ca programul executa corect sarcinile ce i-au fost impuse. Ciclul de scriere, asamblare si testare a programului se parcurge de obicei de mai multe ori pana

la obtinerea unui program in cod masina care functioneaza corect.

In final trebuie verificat daca programul scris satisface performanteleimpuse prin tema de proiectare. Se verifica indeosebi viteza de raspuns a sistemului. Daca sistemul nu corespunde, in anumite conditii, cerintelor impuse, se incearca optimizarea sistemului. Daca nici in aceasta situatie nu se obtin rezultatele dorite, se reia analiza sistemului si se determina ce sarcini ale sistemului in logica programata pot fi relativ usor rezolvate in logica cablata

Clasificari ale automatelor programabile

Automatele programabile sunt structuri destinate conducerii proceselor industriale la realizarea carora s-a urmarit eliminarea in cat mai mare masura a structurilor logice cablate si inlocuirea acestora cu structuri logice programabile, cum ar fi: memoriile semiconductoare, retelele logice programate, microprocesoarele si circuitele specializate programabile, compatibile cu acestea.

Datorita utilizarii ei in aplicatii industriale, o configuratie de automate programabile contine in sectiunea dedicata aplicatiei o zona de interfata realizata cu circuite de tip multiplexare/demultiplexare, memorare, separare galvanica si nivelului de semnal.

Pe de alta parte, structurile de automat programabil asociaza configuratiei de conducere o interfata de dialog cu operatorul, permitandu-i acestuia configurarea regimurilor de lucru si interventii in situatii speciale.

Exista mai multe criterii de clasificare a automatelor programabile. Cel mai utilizat este cel al dimensiunii magistralei de date. Dupa acest criteriu automatele programabile se clasifica in:

- Automate programabile cu programare la nivel de bit, la care magistrala de date are capacitatea de un bit, iar prelucrarea se efectueaza asupra unor operanzi de un bit

- Automate programabile cu prelucrare a informatiei la nivel de cuvant, care efectueaza prelucrari logice si aritmetice asupra unor operanzi de "n" biti, unde n>8. Magistrala de date e dimensionata corespunzator.

- Automate programabile mixte, care contin doua unitati aritmetico-logice ce pot lucra cu operanzi de un bit sau de un cuvant (n biti).

Automate programabile cu prelucrare la nivel de bit

Configuratii de baza

Automatele programabile cu prelucrare la nivel de bit implementeaza

structuri complete de automate finite permitand o serie de extensii functionale

de tipul: calcul aritmetic, temporizari, contorizari, etc.

Rezulta ca automatele programabile de acest tip indeplinesc sarcini de

conducere proprii echipamentelor de comanda discreta a proceselor industriale,

permitand detectarea schimbarilor valorilor unor semnale furnizate de elemente

de tipul: butoane cu mentinere, butoane cu autorevenire, comutatoare

basculante, limitatoare de cursa, etc. si prelucrarea informatiilor furnizate de

aceste elemente pe baza unui program inscris intr-o memorie in vederea

emiterii semnalelor de iesire care comanda elemente de tipul: contactoarelor,

releelor, electroventilelor, elementelor de semnalizare, etc.

Modul de conectare al unui automat programabil cu prelucrarea informatiei la nivel de bit, la un proces, este urmatorul:

Memoria program Consola de programe

Procesor logic

Modul de intrare Modul de iesire Modul de temporizare/contorizare

Structura minimala a unui sistem de conducere a proceselor cu automate

programabile cu prelucrari la nivel de bit este formata din trei unitati de baza

1. Procesorul central de prelucrare logica a programului rezident in

memoria program.

2. Modulele de intrare-iesire ce realizeaza cuplarea cu procesul condus.

3. Consola de programare ce permite configurarea sistemului de

conducere

Procesorul central (logic) de prelucrare a informatiilor e compus dintr-o unitate centrala, memoria program, memoria pentru stocarea temporara a datelor, module de temporizare/contorizare si din blocurile de multiplexare si demultiplexare a canalelor de intrare, respectiv iesire. Unitatea centrala, ce cuprinde: circuite de prelucrare logica a informatiei, acumulatorul si bistabile de conditie (fanioanele), este realizata fie cu componente discrete, fie cu ajutorul microprocesoarelor si prelucreaza operanzi pe un bit conform instructiunilor din memoria program.

Memoria program este o memorie fixa de tip PROM sau EPROM, avand o modularitate de 1kcuvant. Memoria de date este de tip RAM si este protejata impotriva caderii tensiunii de alimentare, fiind alimentata in tampon, pe baterie de acumulatori, cu autonomie de 36-72 ore.

Modulele de temporizare/contorizare au la baza numaratoare programabile sau circuite de tip monostabil si asigura temporizari de la valori de ordinul milisecundelor pana la valori de ordinul orelor, sau contorizari de evenimente din proces.

Modulele de intrare/iesire realizeaza o adaptare statica cu izolare galvanica a semnalelor vehiculate de automatele programabile la canalele informationale asociate procesului condus si sunt echipate, in general, cu elemente octoelectronice de vizualizare a starii acestor canale.

Modulele de intrare/iesire accepta, respectiv genereaza, semnale in curent continuu sau curent alternativ standardizate in functie de nivelul de tensiune (5, 24, 48, 110V in curent continuu sau 110 si 220V in curent alternativ), de curentul asociat fiecarui canal (treptele fiind de: 6mA, 0,15A, 0,5A, 1A, 2,5A) si de numarul de canale de intrare sau iesire (8, 16, 24, 32), dar pot exista in structura acestor module si circuite specializate ce permit schimbari de formate de date, conversii serie-paralel, afisari alfa-numerice, etc.

Modulele de intrare transforma semnalele referitoare la starea procesului condus si comenzile operatorului in semnale logice (nivele TTL), filtreaza aceste semnale si efectueaza, daca este cazul, conversii de tip serie-paralel sau paralel-serie.

Modulele de iesire convertesc semnalele logice in nivele de tensiune cuprinse, in general, intre 24-220V si efectueaza, la randul lor, daca este cazul, conversie de tip serie-paralel.

Consola de programare are in structura sa o memorie de tip RAM in care e memorat programul in faza de experimentare. Programul validat este apoi transferat in memoria program a automatului.