Введение. 
Промышленные контроллеры (характеристики, программное обеспечение, области применения)

Повышение надежности, быстродействия и функциональной насыщенности, а также уменьшение габаритов современной вычислительной техники и потребляемой ею электроэнергии привело к широкому ее использованию для управления сложными технологическими объектами с большим количеством датчиков физических величин и управляемых агрегатов [1].

Но системы управления, в случае построения их на базе персональных компьютеров, как наиболее универсальных средств вычислительной техники, имеют ряд существенных недостатков.

Во-первых, возникает необходимость оснащения компьютеров специальными дополнительными устройствами, позволяющими подключать к ним технологическое оборудование и соответствующим образом преобразовывать сигналы, как поступающие на компьютер, так и вырабатываемые компьютером для управления технологическими объектами.

Во-вторых, в большинстве случаев однажды настроенный компьютер на управление конкретным технологическим объектом длительное время не требует вмешательства оператора, а поэтому нет необходимости иметь такие компоненты, как дисплей и клавиатуру, приводы дисков и сами диски.

В-третьих, принцип управления из единого центра (от одного компьютера) подразумевает наличие общего алгоритма управления, что отрицательно может сказаться в процессе модернизации отдельных составляющих технологического оборудования при непрерывном технологическом процессе.

Для устранения вышеуказанных недостатков применения компьютеров в системах управления технологическим оборудованием было разработано специальное устройство-микроконтроллер. Первый микроконтроллер был разработан в 1976 г. [2] и представлял собой большую интегральную схему (БИС), выполненную на одном кристалле. Микроконтроллер включал как основные элементы системной платы компьютера, так и устройств ее сопряжения с технологическим оборудованием: микропроцессор, генератор тактовых импульсов, постоянное и оперативное запоминающие устройства, порты ввода/вывода информации, таймеры, аналогово-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, каналы широтно-импульсной модуляции сигналов и т. д.

Микроконтроллеры нашли широкое применение для интеллектуального управления различными объектами на транспорте, в машиностроении, энергетике и других отраслях промышленности.

Для управления технологическим оборудованием микроконтроллеры устанавливаются на платы с разъемами для подключения технологических объектов и локальной вычислительной сети. В некоторых случаях для увеличения функциональных возможностей микроконтроллеру придаются дополнительные интегральные схемы электронной памяти, которые также помещаются на этой же плате. В этом случае такую плату называют промышленным контроллером (ПК).

Современные промышленные контроллеры при малых габаритах плат (порядка 60×90) имеют от 10 до 24 каналов аналого-цифровых преобразователей, 7−10 таймеров, от 1 до 32 устройств формирования сигналов с широтно-импульсной модуляцией, сетевой CAN-контроллер для подключения промышленного контроллера к локальной вычислительной сети, до двух последовательных каналов передачи информации, от 23 до 110 линий ввода/вывода цифровой информации. Время выполнения одной команды в микроконтроллере колеблется от 80 до 500 нс при тактовой частоте 20 МГц [1].

Выпуском микроконтроллеров и промышленных контроллеров занимаются такие известные фирмы, как MOTOROLA, MICROCHIP, MITSUBISHI, HITACHI, SIEMENS, PHILIPS и др.

В данной работе рассматриваются общие принципы построения и типовые технические и программные решения промышленных контроллеров на примере модели М-167−1 фирмы SIEMENS на базе микроконтроллера 80С167.

В приложении 1 приведены технические характеристики некоторых микроконтроллеров фирмы SIEMENS.