Ж. Мишель, К. Лоржо,
Б. Эспьо
ПРОГРАММИРУЕМЫЕ
КОНТРОЛЛЕРЫ
Ж. МИШЕЛЬ, К. ЛОРЖО, Б. ЭСПЬО
ПРОГРАММИРУЕМЫЕ
КОНТРОЛЛЕРЫ
ПЕРЕВОД С ФРАНЦУЗСКОГО
А. П. СИЗОВА
МОСКВА
« МАШИНОСТРОЕНИЕ »
1986
Les automates
programmables
industriels
Gilles MICHEL
Docteur Ingenieur
Ingenieur ESE
Professeur a I’ENSTA
Claude LAURGEAU
Docteur cs-Sciences
Maitre de Conferences
Bernard ESPIAU
Docteur Ingenieur
Ingenieur ENSM
Chercheur a 1’1 NR 1A
Dunod
ББК 32.973
М71
УДК 681.326:62-52
Мишель Ж., Лоржо К., Эспьо Б.
М71 Программируемые контроллеры/Пер. с франц. А. П. Си-
зова. — М.: Машиностроение, 1986. — 176 с., ил.
75 к.
Изложены принципы построения и функционирования программируемых конт-
роллеров (ПК) и области их применения. Описаны технические средства, их архи-
тектура, программное обеспечение, методология использования и критерии выбора.
Для инженеров-конструкторов и операторов, обслуживающих ПК.
м
2404000000-170
038(01)-86
170-86
www.kipiasoft.su
КИПиА СОФТ
ББК 32.973
6Ф7.3
© Bordas, Paris, 1979
© Перевод на русский язык, Машиностроение, 1986
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие к русскому изданию........................................ 6
Предисловие П. Саю д’Изара	.	.	.	.	8
Предисловие Р. Мальгуара ......	.....	11
Предисловие авторов ................................................. 13
Глава 1. Программируемые устройства логического управления .	14
1.1.	Назначение автоматических устройств управления ...	14
1.2.	Характеристика программируемых устройств логического
управления....................................................19
1.3.	Программируемые контроллеры в промышленном производ-
стве .........................................................25
Глава	2. Архитектура ПК .	........	30
2.1.	Общая организация ПК.....................................30
2.2.	Центральный процессор ...................................31
2.3.	Работа центрального процессора...........................36
2.4.	Понятие цикла............................................41
2.5.	Запоминающее устройство..................................46
2.6.	Входы-выходы .	  54
2.7.	Устройства обеспечения безопасности......................65
2.8.	Устройство программирования ............................ 67
2.9.	Периферийные и вспомогательные устройства ....	71
Глава 3. Программное обеспечение ПК	.	...	80
3.1.	Характеристика языков............................... .	80
3.2.	Функциональный анализ программного обеспечения .	81
3.3.	Проблемно-ориентированная машина ....................... 83
3.4.	Типы языков..............................................84
3.5.	Базовый язык............................................ 88
3.6	Расширение базового языка	 94
3.7.	Последовательный язык...................................102
3.8.	Понятие структурной схемы...............................106
3.9.	Язык для вычислений ....................................107
3.10.	Совместимость и распространенность языков ,	.	.	.	114
Глава 4. Методология использования ПК................................115
4.1.	Оснащение базовыми функциями............................115
4.2.	Граф типа этап — переход: графсет.......................128
4.3.	Расширенные команды и разработка автоматизированной
системы ............................................... ...	140
Глава 5. Оценка и выбор ПК...........................................143
5.1.	Технико-экономические аспекты выбора....................143
5.2.	Параметры, определяющие выбор структуры автоматизиро-
ванной системы...............................................149
5.3.	Критерии оценки	ПК....................................161
5.4.	Выбор ПК ...............................................168
Список литературы .................................................. 171
ПРЕДИСЛОВИЕ К РУССКОМУ ИЗДАНИЮ
В 1968 г. научным советом Института по исследованиям в об-
ласти информатики и автоматики (INRIA) был создан Центр
практических разработок в области информатики и автоматики
(CEPIA). По существу он является неформальной ассоциацией,
не преследующей коммерческих целей. Его задачей является со-
действие рациональному использованию новой техники с помощью
различных форм распространения знаний в области теоретической
и прикладной информатики.
Процесс внедрения автомобиля в повседневную жизнь челове-
ка был бы иным, если бы с момента изобретения было тщательно
продумано его рациональное использование. Тогда бы и сам ав-
томобиль, и связанные с его эксплуатацией проблемы (дороги,
безопасность и др.) выглядели бы сегодня совершенно иначе.
Зачем же применительно к средствам информатики повторять
ошибку, допущенную с автомобилем? Своими методами и в меру
своих возможностей Центр стремится способствовать оптималь-
ному использованию средств информатики и автоматики. Именно
поэтому Центр занимается распространением знаний в области
информатики и автоматики, а также разрабатывает учебные по-
собия для подготовки эксплуатационного персонала.
Обучение информатике и автоматике позволяет подготовить
специалистов, которые, используя в своей работе полученные зна-
ния, будут создавать новые средства. Подготовленный эксплуата-
ционный персонал обеспечит оптимальное применение этих
средств на практике. Разработчики знают, из чего состоит сред-
ство, а эксплуатационники умеют воспользоваться им наилучшим
образом. Эти два направления всегда отличали деятельность
Центра, соответствующим образом строившего свою работу.
Для подготовки разработчиков потребовался квалифицирован-
ный состав преподавателей, а для обучения эксплуатационников —
опытные практики. Вот почему 600 работников Центра являются
представителями самых различных учреждений.
Особенно высоким качеством преподавательской работы отли-
чаются среди них Мишель, Лоржо и Эспьо. Втроем они представ-
ляют собой одновременно и университет и техническое учебное
заведение, т. е. являются носителями знаний, находящихся на
пересечении науки с практикой. Именно они, рассматривая одно-
временно оба аспекта новых проблем, готовят в рамках Центра
работы, представляющие интерес для упомянутых выше двух ка-
тегорий специалистов. Это очень важно: если новая технология
6
плохо вписывается в производственную среду, если ее развитие
и контроль недостаточны, то причина этого явления кроется чаще
всего в отсутствии тесного взаимодействия науки с практикой.
Выход книги «Программируемые контроллеры» на русском
языке делает честь как ее авторам, так и Центру. Приветствуя
советских читателей этой книги, мне хотелось бы выразить им от
имени Центра чувства дружбы и готовности к дальнейшему со-
трудничеству.
Июнь 1985 г.
Р. Мальгуар,
Председатель Центра
практических разработок
в области информатики
и автоматики
ПРЕДИСЛОВИЕ П. САЮ Д'ИЗАРА,
ГЕНЕРАЛЬНОГО ДИРЕКТОРА
ПРОМЫШЛЕННОЙ КИБЕРНЕТИКИ
Тема «Программируемые контроллеры» позволяет осветить
один из конкретных аспектов автоматизации в промышленности.
Польза данной книги этим далеко не исчерпывается. Помимо то-
го, что она представляет безусловный интерес для специалистов,
в ней раскрываются возможности решения широкого круга задач
с применением лишь азов теории. Как показывают авторы книги,
сегодня в программируемых контроллерах (ПК) применяются
цифровые вычислительные устройства. Специалисты по примене-
нию электронно-вычислительных средств в управлении найдут в
этой книге интересный подход к решению задач с применением
элементарных формул.
Программируемый контроллер обладает исключительно инте-
ресными особенностями: его задачи четко поставлены, параметры
однозначно определены, а решения, направленные на достижение
цели, можно измерять и сравнивать.
Заслуга авторов в том, что им удалось все это раскрыть и на-
глядно проиллюстрировать с помощью необходимых схем. Назва-
ние книги и содержащийся в ней графический материал свиде-
тельствуют о том, что авторы попытались создать своего рода
инструмент для решения целой серии алгоритмических задач.
Это касается так называемых типовых прикладных программ, при-
меняемых, например, для начисления заработной платы или для
производства бухгалтерских расчетов. Но их применение ограни-
чено.
Программируемый контроллер интересен тем, что может ис-
пользоваться в самых различных случаях и позволяет создавать
«типовую систему», т. е. объединять технические средства и про-
граммное обеспечение, что без особой сложности дает возмож-
ность получить параметрируемые решения. Такое направление в
использовании вычислительной техники для целей производства и
управления представляет большой интерес, поскольку путем со-
здания серии «типовых систем» можно снизить стоимость произ-
водства и конструкторских работ.
Это, пожалуй, единственный реальный путь широкого внедре-
ния вычислительной техники в промышленность, особенно на не-
больших предприятиях. Программируемый контроллер уже сегод-
ня является примером рентабельного использования цифровых
8
вычислительных средств, дошедших до небольших установок на
мелких предприятиях. Это является еще одним подтверждением
лого, что книга представляет интерес для самого широкого круга
читателей.
Описывая различные ПК, авторы книги показывают, что поль-
юватель не программирует (и не должен программировать) на-
ходящееся в контроллере цифровое вычислительное устройство,
а лишь описывает свою задачу в привычной для него форме.
В этой связи термин «программируемый» в сочетании со словом
«контроллер» не вполне пригоден, хотя и применяется повсемест-
но. Правильнее было бы говорить о параметрируемом контрол-
лере.
Естественно, что применение ПК имеет большое экономиче-
ское значение. Важно также понять, что, когда серия задач чет-
ко описана, нет необходимости прибегать к дорогостоящим услугам
ЭВМ. для программирования каждого частного случая примене-
ния.
Организаторы серии изданий Центра практических разрабо-
ток в области информатики и автоматики, несомненно, были бы
рады, если бы эта книга могла повлиять на принятие решений и
в других случаях использования вычислительной техники, хотя
это и не входило в задачу, которую ставили перед собой ав-
торы.
Авторы четко выявили синхронный характер работы вычисли-
тельных устройств, используемых в промышленности. Такой ха-
рактер работы становится все более и более необходимым и в
других случаях с учетом различных трудностей, вызываемых про-
должительностью обработки данных, и целесообразности созда-
ния многопроцессорных ПК. Описанная методология разработки
и реализации последовательных и комбинаторных процессов, по-
зволяющая хорошо понять работу ПК, может также применяться
при создании специфических устройств. Это делает книгу очень
ценным пособием, необходимым при создании новых вычислитель-
ных систем.
Заслуживает внимания стремление авторов показать на при-
мере ПК, что цифровые решения могут увеличить надежность си-
стем. Это очень важно при их использовании в различных отрас-
лях промышленности. Именно ПК с цифровым вычислительным
устройством является в этом смысле удачным примером, который
позволяет показать, что вычислительное устройство может быть
надежным, даже если централизация обработки данных вызыва-
ет опасение возможных сбоев, сказывающихся на работе всей си-
стемы.
Внедрение микропроцессоров, которым авторы дают самую вы-
сокую оценку, с учетом низкой себестоимости их производства
лишь усиливает интерес к такой точке зрения. Важность рассмот-
рения этой темы очевидна, поскольку, как указано в книге, 80 %
пользователей ПК никогда не имели дела с электронной вычис-
ли тельной техникой.
9
В этой книге они найдут начальные сведения, необходимые
для того, чтобы ознакомиться в целом с промышленной инфор-
матикой. Применение вычислительных средств в промышленно-
сти имеет много общего с их использованием и в других обла-
стях.
Мне хотелось бы также отметить, что авторы уделили внима-
ние и конкретной, практической стороне вопроса. Потенциальные
пользователи ПК найдут в книге информацию об имеющемся на
рынке оборудования, а также о критериях, которыми нужно руко-
водствоваться при его выборе. На мой взгляд, книга является
пособием, которое одним поможет освоить новую дисциплину,
а другим — решить конкретную проблему. Это следует отметить
особо, поскольку в технической литературе такие книги встреча-
ются нечасто.
ПРЕДИСЛОВИЕ Р. МАЛЬГУАРА,
ПРЕДСЕДАТЕЛЯ ЦЕНТРА ПРАКТИЧЕСКИХ РАЗРАБОТОК
В ОБЛАСТИ ИНФОРМАТИКИ И АВТОМАТИКИ
Мне доставляет удовольствие представить седьмую книгу из
серии изданий Центра практических разработок в области инфор-
матики и автоматики, опубликованную в издательстве «Дюно».
Книга представляет особый интерес в связи с тем, что она по-
священа ПК, новой теме, по которой еще очень мало публикаций.
Появление этой книги свидетельствует о том, что Центр, ко-
торый в течение почти 11 лет специализировался в разработке
вычислительных устройств для решения задач организации про-
изводства и управления, проявляет теперь интерес к средствам
промышленной информатики. Это актуальное техническое изда-
ние подтверждает переориентацию деятельности Центра, которая
длится вот уже четыре года.
Что такое «программируемые контроллеры»? Это контролле-
ры в смысле автоматики, но программируемые, если использо-
вать терминологию информатики. Это «гибридное» понятие воз-
никло недавно в результате пересечения направлений исследова-
ний двух дисциплин. Через 10 лет после появления в 50-х годах
первых электронных вычислительных устройств была создана
мини-ЭВМ, с 1974 г. это понятие вышло за пределы узкого кру-
га специалистов.
Образно говоря, ПК являются своего рода интерфейсом меж-
ду автоматикой и информатикой. Характерным свойством ПК яв-
ляется быстрый циклический характер работы, который опреде-
ляет их способность вести обработку данных в «реальном мас-
штабе времени». Этим определяется целесообразность использо-
вания ПК в качестве инструмента для управления различными
процессами. Применять их в этом случае гораздо легче, чем дру-
гие средства, например, такие более совершенные, как ЭВМ и
мини-ЭВМ, или менее совершенные, как микроЭВМ и жесткие
логические схемы.
Двойная ориентация исследовательской мысли приведет, веро-
ятно, к изменению направлений аналитических поисков научных
работников в области информатики. Зачастую специфические за-
дачи, связанные с использованием вычислительных средств для
управления или производства, интересно решать с позиций авто-
матики, получая выигрыш во времени, большую гибкость и про-
стоту решения. Чтобы убедиться в этом, читателю следует ознако-
миться с разделом, посвященным программному обеспечению ПК.
11
При этом нельзя не отметить оригинальную простоту языка, не
имеющего ничего общего с языком, которым обычно пользуется
программист.
Речь, конечно, не идет о решении крупных управленческих или
технологических задач, но в более узких специальных случаях
применение ПК оказывается весьма целесообразным. Я хочу ска-
зать, что классическая информатика испытывает потребность в
упрощении, а для этого она не должна оставаться обособленной
отраслью. И в этой связи мне представляется весьма полезным
изучение ПК, их технических средств и программного обеспече-
ния. Вот почему я как бывший руководитель Центра и сменив-
ший меня на этом посту Аржантье пришли к выводу о целесооб-
разности ориентировать нашу работу именно на это многообеща-
ющее направление.
Для реализации такой технической и научной ориентации нам
потребовались специальные знания. Мы вынуждены были искать
специалистов, которые смогли бы помочь Центру на этом новом
пути. С этой точки зрения чрезвычайно полезной оказалась встре-
ча с Ж. Мишелем. Специалист высокой квалификации, человек
строгого логического мышления, Ж. Мишель оказал нам очень
большую помощь, и мы не можем не выразить ему благодар-
ность, тем более, что он относился к работе с такой редкой доб-
росовестностью.
Жиль Мишель, Клод Лоржо и Бернар Эспьо написали эту
книгу в тесном сотрудничестве. Аналитический образ мышления,
критический подход и строгость педагога отличали работу Клода
Лоржо. Бернар Эспьо обогатил книгу своей компетентностью ис-
следователя, постоянным стремлением к точности и интересом к
решению промышленных задач. Эту работу невозможно было бы
выполнить без искренних чувств дружбы и ощущения коллектив-
ности труда. Книга заполнила пробел, который, к сожалению,
имел место до настоящего времени. Благодаря авторам серия из-
даний Центра и издательства «Дюно» пополнилась книгой, необ-
ходимой для совершенствования знаний в области информатики
и автоматики.
План этой книги очень прост: описание технических средств,
их область применения, архитектура, программное обеспечение,
методология использования, критерии для выбора.
Книга должна привлечь внимание читателей двух категорий:
специалистов в области информатики и автоматики, желающих
познакомиться с новой техникой, и профессионалов, которым не-
обходимы справочные данные. Кстати, именно для последних в
книге даны объяснения и комментарии решений, принятых тем
или иным производителем ПК. Несомненно, такая информация
окажет помощь при разработке новых ПК.
ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРОВ
Программируемый контроллер — это устройство, предназна-
ченное для автоматизации наиболее часто встречающихся в про-
мышленности комбинаторных и последовательных процессов, по-
этому он представляет интерес практически для любого случая
автоматизации.
Программируемый характер устройства ставит его в один ряд
со средствами информатики. Таким образом, ПК является суще-
ственным шагом в развитии технологии и методов создания тако-
го рода средств. Он заполняет собой пробел в гамме устройств
автоматического управления, которые могут оказаться слишком
сложными, чтобы применять в них жесткую логику, а использо-
вание в них мини-ЭВМ может оказаться неоправданным по эко-
номическим соображениям.
Будучи специфичным по архитектуре и программному обеспе-
чению, ПК доступен в эксплуатации персоналу, не имеющему
знаний в области программирования.
В книге ПК сравнивается с традиционными устройствами с
жесткой логикой и мини-ЭВМ с учетом преимуществ и недостат-
ков программируемых устройств вообще. Анализируются техниче-
ские характеристики этих устройств (технические средства, про-
граммное обеспечение, процесс программирования) и технико-эко-
номическое состояние рынка. Особое внимание уделяется методо-
логическим аспектам, значение которых возрастает с усложнени-
ем оборудования. В книге предложено несколько определений по-
нятий и предпринимается попытка стандартизации терминологии,
касающейся ПК.
В подготовке книги большую помощь оказали производители
ПК, которым рукопись книги была представлена на одобрение.
Авторы благодарят их за плодотворное сотрудничество, без ко-
торого было бы очень трудно прийти к успешному завершению
работы.
Главную роль сыграл Центр практических разработок в обла-
сти информатики и автоматики, оказавший материальную помощь
в подготовке этой книги и ставший ареной изучения различных
концепций, дискуссий и практических испытаний.
Авторы выражают горячую признательность Председателю
Центра Мальгуару и уполномоченному директору Центра Аржан-
тье, которые благоприятно встретили и поддержали идею напи-
сания книги, а также Генеральному директору Компании по раз-
работке систем промышленной кибернетики П. Саю д’Изару. Ав-
торы благодарят также руководителей отдела подготовки кадров
в области автоматики и промышленной информатики Центра Фор-
тена и Гийемо за их ценную помощь.
13
Глава 1
ПРОГРАММИРУЕМЫЕ УСТРОЙСТВА
ЛОГИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
1.1. НАЗНАЧЕНИЕ АВТОМАТИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ УПРАВЛЕНИЯ
Автоматизация объекта управления (машины, группы машин
или любого технологического оборудования вообще) заключается
в обеспечении его работы с помощью устройства управления. Со-
зданная таким образом автоматизированная система функциони-
рует с учетом параметров состояния объекта управления. Опера-
тор осуществляет лишь общий контроль за ходом процесса (оп-
ределяет уставки), наблюдает за работой машин и при необходи-
мости берет на себя управление работой всей системы или ее ча-
сти. Структурная схема автоматизированной системы показана на
рис. 1.1.
Измерение параметров процесса производится с применением
датчиков, которые собирают информацию и придают ей нужную
форму, зачастую преобразуя физическую природу измеряемых
величин.
Управлящие команды передаются к объекту управления орга-
нами воздействия (исполнительными механизмами или устройст-
вами привода). Как правило, передача сопровождается измене-
нием физической природы информации и усилением мощности уп-
равляющих команд.
На базе введенных уставок и результатов производимых изме-
рений устройство управления формирует сигнал воздействия в
соответствии с алгоритмом управления объектом. Применительно
Информация Параметры
Оператор
Рис. 1.1. Структурная схема «замкнутой» автоматизированной производственной
системы
14
(1.1)
к логическим процессам управления, информация в которых носит
дискретный, или двоичный, характер, алгоритм управления объ-
ектом описывается системой булевых уравнений *:
х (t + Д/) = f (х, и; t);
y(t) = g(x, и\ t).
Эта'система уравнений отражает связи между функциями вхо-
да u(t)y состояния x(t) и выхода y(t).
Специалист, решающий задачу автоматизации, должен сделать
выбор между устройством управления с жестким алгоритмом ра-
боты и программируемым устройством управления. В последнем
случае ему придется подбирать соответствующий ПК. Прежде
чем рассмотреть эти вопросы, напомним цели автоматизации и
функции устройств управления.
Цели автоматизации. Условия острой конкуренции современного
рынка вынуждают промышленные фирмы строго выдерживать па-
раметры производства, необходимые для удовлетворения спроса,
т. е. производить изделия стабильного качества, выпускать их в
необходимом количестве (адаптивность), снижать себестоимость
изделий. Иными словами, очень важно не только сохранить ры-
нок, но и приспособиться к его изменениям (снижению стоимости,
возрастающей технологической сложности изделий).
К этим факторам следует также отнести улучшение условий
труда, поскольку оно все настойчивее становится одной из глав-
ных целей автоматизации.
Функции автоматических устройств управления. Степень авто-
матизации объекта управления в значительной степени зависит
от его природы, сложности, знаний, которыми мы о нем распола-
гаем, а также от целей, предусмотренных проектом. Например,
задача обеспечения безопасной работы шахты выглядит совер-
шенно иначе, чем задачи автоматизации управления лифтами
или устройствами кондиционирования воздуха в шахте. Различа-
ют три степени автоматизации.
Контроль параметров дает возможность знать технико-эконо-
мические параметры объекта управления. В этом случае можно
говорить лишь о пассивной функции по отношению к объекту, по
крайней мере, в течение короткого промежутка времени. Управ-
ляющее устройство собирает и анализирует информацию, ведет
рабочие журналы и подводит итоги работы.
Операторный режим в дополнение к предыдущей степени ав-
томатизации обеспечивает более совершенную обработку инфор-
мации и выработку конкретных предложений, направленных на
решение задач управления в соответствии с определенным крите-
рием. Полученная таким образом система является все еще ра-
* Для непрерывных процессов, описываемых аналоговыми величинами (в
химической и других отраслях промышленности), это были бы функциональные
уравнения (дифференциальные уравнения, уравнения состояния, передаточные
функции).
15
зомкнутой системой, т. е. непосредственного воздействия на объ-
ект управления она не оказывает. Замыкание контура системы
осуществляет сам оператор.
При автоматическом управлении создается замкнутая си-
стема. За счет получения информации, ее обработки и воздей-
ствия на объект управления обеспечивается полная автоматиза-
ция определенных функций. Оператор не участвует в процессе уп-
равления и осуществляет лишь функции наблюдения. В случае
неполадок оператор берет управление на себя. При необходимо-
сти он использует операторный режим, соответствующий работе
системы с более низкой степенью автоматизации (табл. 1.1).
1.1. Функции устройств управления
Степень автоматизации	Получение информации	Обработка информации	Управля- ющее воздейст- вие	Структура
Контроль параметров	+	—	—	Разомкнутая
Операторный режим	+	+	—	
Автоматическое управление	+	+	+	Замкнутая
Для полноты описания устройств управления введем еще по-
нятие „уровень автоматизаци и“, поскольку указанные
выше функции могут быть простыми и сложными в зависимо-
сти от характера автоматизируемого объекта или его части.
Элементарный уровень автоматизации предпо-
лагает автоматизацию работы простой машины или ее части. Это
может быть обеспечение безопасности оператора, последователь-
ность выполнения операций, наблюдение за машиной в период
ее работы на холостом ходу или же автоматизация процесса уста-
новки заготовок. Чаще всего элементы автоматики такого рода
предусматриваются на этапе создания самой машины.
Следующий, более высокий уровень автоматиза-
ции касается более сложной машины или комплекса простых
машин. Поскольку речь идет об управлении работой этих машин,,
то разработка и внедрение средств автоматизации осуществляют-
ся пользователем. Это традиционная сфера внедрения средств
промышленной автоматики.
Третий уровень автоматизации охватывает техно-
логический процесс или весь комплекс технологического оборудо-
вания. В этом случае процесс автоматизации может оказаться
достаточно сложным и потребовать использования весьма совер-
шенной техники. Он может затронуть не только технические па-
раметры, но и экономические факторы, такие, как наличие зака-
зов на продукцию, конкретные характеристики изделий, оптими-
зация экономических показателей деятельности предприятия.
И, наконец, уровень интегрального управления,
когда решается задача осуществления связи производства с уп-
16
Рис. 1.2. Схема решения задачи автоматизации
равлением предприятием (или заводом) с учетом экономических
факторов.
Типы автоматических устройств управления. Специалист по ав-
томатизации располагает различными средствами для создания
устройства управления системой (рис. 1.2). Обычно эти средства
делятся на две основные категории: жесткой (или монтажной) и
программируемой логики.
Устройство жесткой логики отличается тем, что для его
реализации необходимо и достаточно создать материальные связи
(выполнить проводку) в соответствии с разработанной теоретиче-
ски или полученной опытным путем принципиальной схемой.
В электротехнике или электронике эти связи выполняются
электрическим проводом. В пневмогидравлических системах —
это трубопроводы, связывающие различные элементы. Каждая
функция уравнений (1.1) физически представляется в виде цепи.
Пример. Реализовать функцию у=их + и2- ^з, где знак «•» озна-
чает И, а знак «+» означает ИЛИ.
Это функция комбинаторной логики, представляемая цепью
без запоминающего устройства, поэтому в ней отсутствует пара-
метр состояния х, а система уравнений (1.1) сведена к одному
уравнению выхода.
Соответствующие схемы логики приведены на рис. 1.3.
www.kipiasoft.su
КЗФЙиА. СОФТ
Рис. 1.3. Схемы логики:
а — релейная; б — бесконтактная
Эти схемы, как и булево уравнение, отображают решение за-
дачи управления. Однако они не предопределяют варианта прак-
тического воплощения, который может быть реализован, напри-
мер, в виде пневматического устройства.
Простота приведенного примера не позволяет показать уро-
вень сложности соединений, применяемых в распространенных
схемах. Стремительно развивающаяся полупроводниковая техно-
логия предоставляет в распоряжение конструктора, работающе-
го над созданием устройств управления, интегральные микросхе-
мы, выполненные на кристалле небольших размеров и осущест-
вляющие такие функции, как прямой и обратный счет и дрь
Высокое качество устройств управления с жесткой логикой
различных видов, способствовало их широкому внедрению в про-
мышленность (50 % всех устройств управления). Однако они име-
ют ряд недостатков: большие габариты и массу; недостаточную
гибкость при редактировании и доводке программ (при внесении
изменений, введении новых функций и др.); трудность использо-
вания для решения сложных задач управления; сложность диаг-
ностирования, а следовательно, и ремонта; низкую рентабельность
при реализации сложных функций (20—30 реле), в этом случае
целесообразнее применять программируемые устройства логиче-
ского управления.
Порог рентабельного применения программируемых устройств
логического управления постоянно снижается, их можно исполь-
зовать в небольших системах, содержащих около 20 реле. Расхо-
ды на программируемые устройства логического управления со-
ставляют в настоящее время 50 % суммы расходов на устройства
управления, т. е. столько же, сколько и расходы на устройства
жесткой логики.
Программируемые устройства логического управления отно-
сятся к числу средств информатики, т. е. к машинам, пред-
назначенным для обработки информации (информатика —
наука об обработке информации). Их использование в управле-
нии и при выполнении расчетов для научных целей общеизвестно.
Применение программируемых устройств логического управления
в технике относится к сфере промышленной информатики.
Промышленная информатика соединяет теорию ав-
томатики с информатическими средствами для решения производ-
ственных задач. Информатика дает специалисту по автоматиза-
ции возможность альтернативного выбора вычислительных
средств и открывает для него новые возможности, связанные с
18
их высокой вычислительной мощностью и легкостью сохранения
информации.
Раньше для того, чтобы уметь пользоваться указанными сред-
ствами, специалист по автоматике вынужден был приобретать
специальные знания и в области информатики. Примерно в
1970 г. в его распоряжении появилось специализированное устрой-
ство — программируемый контроллер.
Программируемый контроллер — это электронная
машина, доступная для программирования неспециалисту в обла-
сти информатики и предназначенная для управления последова-
тельными логическими процессами в условиях промышленной сре-
ды в реальном масштабе времени.
1.2. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОГРАММИРУЕМЫХ УСТРОЙСТВ
ЛОГИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
Основные определения. Устройства жесткой логики позволяют
производить параллельное решение уравнений, описываю-
щих алгоритм управления объектом, за счет одновременного ис-
пользования всего комплекса логических операторов, связанных
проводкой. Программируемые устройства логического управления
(рис. 1.4) отличаются последовательным подходом к
решению той же задачи с использованием процессора, которому
с помощью соответствующих команд можно сообщить, какие опе-
рации он должен выполнять в данный момент и на каких сигна-
лах.
В любой момент времени процессор выполняет только одну
команду. Данные должны находиться в памяти, чтобы ими можно
было воспользоваться, когда они потребуются. Указания о том,
каким образом нужно работать с данными, т. е. весь набор ко-
манд, управляющих работой процессора, также хранятся в памя-
ти и последовательно выдаются процессору. После отработки ко-
манды результат, содержащийся в ячейке памяти процессора, на-
зываемой аккумулятором, передается в память, если это
промежуточный результат, или выдается из машины.
Генератор тактовых импульсов (на схеме не показан) позво-
ляет синхронизировать
этапы отработки команд и
их последовательное че-
редование.
Рис. 1.4. Принципиальная схе-
ма устройства логического уп-
равления с жестким алгорит-
мом работы (а) и программи-
руемого устройства логическо-
го управления (б)
19
Команда — это> распоряжение, выполняемое программируе-
мым устройством логического управления.
Процессор выполняет не любые команды, а только те, которые
входят в набор команд, заложенных в его память. Любая булева
функция может быть реализована с помощью операторов {И,
ИЛИ, НЕ}, поэтому следовало бы полагать, что набор команд
ПК может быть ограничен этими тремя операторами (далее мы
увидим, что это не так и почему). Можно было бы также пред-
положить возможность создания машины лишь с одним из опе-
раторов И — НЕ или ИЛИ — НЕ, каждый из которых сам по се-
бе является функционально полным, т. е. эквивалентным группе
операторов {И, ИЛИ, НЕ}.
Память — это функциональная часть ПК, предназначенная
для хранения информации. Устройства памяти будут рассмотрены
далее (см. гл. 2), пока же запомним, что для хранения информа-
ции можно использовать триггер, ферритовое кольцо или обык-
новенное реле.
Устройство логического управления называется программируе-
мым, если при его использовании в работе выполняются записан-
ные в его память команды. Такое устройство отделяет процесс
работы объекта управления от процесса обработки данных, осу-
ществляемого выполнением последовательности команд, соответ-
ствующих решению уравнений управления.
Программа — это последовательность команд, обеспечива-
ющая необходимую обработку информации.
Структура (или формат) команд. Команда должна четко пред-
писывать процессору, «что» и «с чем» делать. Одна часть коман-
ды, называемая кодом операции (КО), указывает, «что»
нужно делать, а другая часть, адрес операнда (АО), уточ-
няет, «с чем» это нужно делать. Код операции находится в набо-
ре машинных команд (И, ИЛИ и др.). Данные, к которым отно-
сится определенная кодом команда, указываются адресом памя-
ти, т. е. участком памяти (в виде последовательности ячеек с но-
мерами от нуля до п), где они хранятся (рис. 1.5). Этим обеспе-
чивается косвенный доступ к информации, что позволяет в соот-
ветствии с одним и тем же алгоритмом осуществлять обработку
различных данных.
Команды такого типа (КО,
Рис. 1.5. Структура одноадресной
команды
АО) называются одноадрес-
ными. Именно они в основном
и применяются в программиру-
емых устройствах логического
управления. Лишь в отдель-
ных крупных ЭВМ использу-
ются команды с двумя или
тремя адресами (первый опе-
ранд, второй операнд, адрес
результата).
Одноадресная структура
является достаточной для пред-
20
ставления таких односложных функций, как ДОПОЛНЕ-
НИЕ, СДВИГ, СТЕПЕНЬ при данном основании (например, х->
->2Х). При реализации более сложных функций, т. е. при выполне-
нии операций с двумя операндами, возникает необходи-
мость косвенной адресации памяти, содержащей второй
операнд. Речь идет об аккумуляторе процессора, где производится
операция и хранится ее результат после выполнения команды. Та-
ким образом, в наборе команд имеются коды (возможно, косвен-
ного свойства), позволяющие загрузить аккумулятор содержимым
памяти или же, наоборот, переслать содержимое аккумулятора в
память.
Пример. Реализовать функцию у=^их-\-и^и^ Обозначим UXy
U2 и (73 ячейки памяти, где хранятся значения соответствующих
переменных, т. е. Ui —- адрес переменной uiy получаемой маши-
ной. Тогда программа будет иметь вид:
Адрес	Команда		Комментарии
команды	ко	АО	
0	ЗАГРУЗИТЬ		Переслать содержимое ячейки памяти с адресом U2 в аккумулятор А
1	И	и3	Выполнить операцию И с содержимым ячейки U3 и А; результат поместить в А
2	или		Выполнить операцию ИЛИ с содержимым ячейки и А; результат поместить в А
3	ПОМЕСТИТЬ	Y	Переслать содержимое А в ячейку с адре- сом У, где должно в итоге оказаться значе- ние у
При написании программ проявляется последовательный ха-
рактер обработки информации (сравните с приведенным выше
примером жесткой логики). Последняя команда (ПОМЕСТИТЬ
У) необходима для сохранения результата у, поскольку аккуму-
лятор может потребоваться при последующей обработке данных,
что приведет к стиранию содержащейся в нем информации.
Сами команды программы записаны в зону памяти, называе-
мую программной памятью. Как и данные, команды име-
ют свои адреса. В рассматриваемом примере первая команда на-
ходится по первому адресу памяти, но это не обязательно. Тем
более необязательно располагать использованные в примере ко-
манды по последовательным адресам, поскольку свободные меж-
ду двумя командами адреса содержат код NOP (по operation —
нет команды) и, таким образом, порядок команд, определенный
алгоритмом решения задачи, выдерживается.
Развитие программируемых устройств логического управления
обязано быстродействию процессора, который, выполняя отдель-
ные операции примерно за 1 мкс, создает в сравнении с продол-
жительностью производственного процесса впечатление, что все
логические функции решаются одновременно.
Отсутствие непосредственной связи между физическими (Ui)
и логическими (Ui) переменными обеспечивает большую гибкость
21
Рис. 1.6. Двоичная структура 16-битовой команды
использования программируемых устройств логического управ-
ления.
Внутренний код команд и данных. Внутренние структуры про-
граммируемой и жесткой логики подобны. Физическая перемен-
ная дискретного (двоичного) типа становится в ПК двоичным
элементом, или битом (binary digit — двоичная цифра). Бит
является единицей измерения количества информации.
Известно, что п бит позволяют закодировать 2П комбинаций.
Чтобы отобразить машинную команду, необходимо соединить не-
сколько бит в логическую цепочку, называемую словом. Длина
слова, выраженная числом содержащихся в нем бит, является од-
ной из характеристик логики. Большинство современных машин
работают с 16-битовыми словами. В этом случае команда прини-
мает форму, показанную на рис. 1.6, где КО определен 4 бит
(16 команд); а 12 бит резервируются для адреса, что позволяет
иметь доступ непосредственно к 2048 позициям памяти (иными:
словами, к 2К слов, поскольку 1К=210). Программная память и
различные элементы, которые должны хранить или отрабатывать
команды или их части, должны иметь соответствующие размеры.
Если машина предназначена для решения только логических
задач, память данных организуется в битах с индивидуальной
адресацией. Однако пользователь может работать и с более слож-
ной информацией, производя группирование определенного числа
бит в слова. В противном случае, по крайней мере, часть памяти
организуется в словах. При этом адрес определяется не отдель-
ным битом, а целым словом.
Представление буквенно-цифровых данных. Код дает симво-
лам (цифры от 0 до 9, буквы от А до Z, специальные знаки и зна-
ки пунктуации) двоичное представление в нескольких битах. В за-
висимости от числа элементов, которое нужно закодировать, тре-
буется больше или меньше бит. При ограниченном наборе сим-
волов достаточно 6 бит для кодирования каждого из них. Имен-
но из этих соображений большая часть средств вычислительной
техники организована в байтах, или 8-битовых словах. Дово-
дами в пользу байтовой структуры являются возможное число ко-
дов, возможность разместить две десятичные цифры в одном бай-
те (для каждой цифры требуется 4 бита) и то, что 8 = 23 (см.
п. 3.5).
Наиболее широкое распространение получили коды ASCII
(американский стандартный код обмена информацией), EBCDIC
22
(расширенный двоично-десятичный код обмена данными) и
HOLLERITH (перфокарточный код Холлерита).
Представление чисел. Целые числа представляются в двоич-
ной форме очень просто. Числа с десятичной дробью кодируются
двумя словами. В первое слово заносится целая часть числа, а во
второе — дробная. Отрицательные числа представляются «допол-
нением до 2» *.
Для кодирования слишком больших или слишком малых чисел
с помощью одного или двух слов используется так называемое
представление с плавающей запятой, которое заключается в том,
что это число представляют в виде мантиссы и показателя степе-
ни. Например, число 425 записывается как 0,425 • 103 и представ-
ляется в двоичном коде в виде мантиссы 0,425 в одном слове и
+3 в битах, зарезервированных для показателя степени.
Применяются и другие коды. Код Грея, или циклический дво-
ичный код, наиболее пригоден для предотвращения неоднозначно-
сти преобразования двух последовательных значений (два после-
довательных значения отличаются друг от друга только в одном
бите кодовой комбинации). Двоично-десятичный код (BCD)
переводит цифру за цифрой десятичного числа в двоичное выра-
жение. Таким образом, из расчета 4 бит на цифру число 325 бу-
дет представлено следующим образом: 001100100101. Десятично-
двоичный и двоично-десятичный переводы не вызывают трудно-
стей, но чрезвычайно усложняют арифметические расчеты.
Различные коды ориентированы на удовлетворение специфи-
ческих требований. При необходимости перехода от одного кода
к другому используются функции преобразования ко-
дов.
Связь с внешней средой. Обмен информацией между програм-
мируемым устройством логического управления и внешними
устройствами предъявляет жесткие требования к однозначности
представления информации, т. е. к «информатическому языку», и
создает ряд технических проблем (необходимость изоляции, обес-
печения безопасности, согласование мощности и др.).
Рассмотрим связи типа программируемое устройство логиче-
ского управления — объект управления и программируемое
устройство логического управления — оператор.
Связь программируемое устройство логического управления —
объект управления. Эта связь устанавливается наиболее просто,
поскольку задача состоит в обеспечении диалогового режима
между двумя машинами. Для воздействия на объект управления,
или, как говорят специалисты, «для возбуждения выхода», про-
граммируемому устройству логического управления нужно с по-
мощью соответствующего КО определить операцию (т. е. указать
выход), а также назначить орган воздействия, который должен
произвести отработку сигнала. В действительности обращение
* Если х — целое положительное число (левый крайний бит равен нулю) из
п бит, то х+ (—х) = 2п.
23
производится не к самому органу воздействия, а к связанному
с ним модулю машины, называемому выходным адапте-
ром. Определенная таким образом выходная команда,
имеет ту же одноадресную структуру, что и команда программы
обработки информации. Предполагается, что к моменту пересыл-
ки данные находятся в аккумуляторе. Выходная команда обеспе-
чивает пересылку содержимого аккумулятора в адаптер, который
эту информацию запоминает и в соответствии с ней управляет
органом воздействия на объект управления до получения другой
выходной команды.
Процесс сбора информации (измерение параметров) програм-
мируемым устройством логического управления аналогичен опи-
санному выше процессу. Входная команда определяет с по-
мощью КО операцию и путь следования сигналов, адресованных
с помощью входного адаптера. Информация всегда проходит че-
рез аккумулятор.
В то время как объект управления всегда готов выполнить ко-
манды программируемого устройства логического управления, по-
следнее, когда к нему приходит информация от объекта управле-
ния, может быть занято выполнением каких-либо операций по об-
работке данных. Такая ситуация допустима, если поступающая к
устройству управления информация обрабатывается достаточно*
быстро. Если очень важно определенную информацию принять
немедленно, необходимо, чтобы объект управления мог предупре-
дить программируемое устройство логического управления о
срочном характере такого сообщения. Эту задачу выполняет
устройство приоритетных прерываний, которое по
команде прерывания логического управления временно прекраща-
ет выполняемую работу, чтобы принять и обработать поступаю-
щую информацию.
Для реализации описанных выше процедур программируемые?
устройства логического управления снабжены набором входных и
выходных команд. Программируемый контроллер является един-
ственной машиной, где такого рода обмен информацией, за исклю-
чением отдельных случаев, носит неявный характер. Управле-
ние этим обменом осуществляет система, поставляемая произво-
дителем ПК и не требующая программирования со стороны поль-
зователя.
Связь программируемое устройство логического управления —
оператор. Обмен информацией основан на использовании описан-
ных выше процедур. Основное различие заключается в кодирова-
нии информации. Чтобы облегчить задачу программиста, выра-
жающего с помощью команд алгоритм управления объектом, или
задачу оператора, управляющего машиной и наблюдающего за
ее работой, машина должна воспринимать и сама воссоздавать,
коды высокого уровня, т. е. такую информацию, с которой чело-
веку было бы просто обращаться. Группы бит здесь уже неприем-
лемы за исключением тех, что отражают состояние определенной
последовательности логических переменных. Гораздо удобнее за-
24
менить их естественными эквивалентами * (буква, символ или де-
сятичная цифра вместо двоичного кода).
Команда, в частности, представляется мнемоническим кодом
(см. программу выше), в эквивалентной форме более высокого
уровня (см. схему выше) или булевым уравнением
Ui + Uz-U3 = Y.	(1.2)
Цифровые данные, значения различных параметров или кон-
станты представляются в десятичной форме или, по крайней ме-
ре, в восьмеричном или шестнадцатеричном коде с основаниями
соответственно 8 или 16. В процедуры обмена информацией вклю-
чаются операции перевода в условный формат или же в формат,
определенный пользователем машины (число цифр, место распо-
ложения запятой и т. д.).
Сложность диалога оператор — программируемое устройство
логического управления определяется необходимостью решения
практических задач и проявляется с фазы анализа проблемы до
этапа программирования и отладки программ. Программы долж-
ны включать в себя все функции, необходимые для обеспечения
простого диалога при эксплуатации системы.
Программируемый контроллер — это, пожалуй, единственное
средство промышленной информатики, которым могут пользо-
ваться лица, не обладающие знаниями в области вычислительной
техники. В целях достижения такого результата разработаны
устройства программирования, которые по уровню
сложности в эксплуатации не превосходят программируемые кар-
манные микрокалькуляторы.
1.3. ПРОГРАММИРУЕМЫЕ КОНТРОЛЛЕРЫ
В ПРОМЫШЛЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Причины появления ПК. Программируемые контроллеры появи-
лись в США в 1969 г. для организации автоматизированного кон-
вейерного производства в автомобилестроении таким образом, что-
бы технологический процесс можно было постоянно совершенст-
вовать и быстро^ перестраивать на выпуск других моделей авто-
мобиля. Программируемые контроллеры, обладающие высокой
гибкостью при внедрении и последующем совершенствовании, за-
менили шкафы с релейно-контактной аппаратурой. К тому же
стоимость создания и отладки устройств логического управления
•с жестким алгоритмом работы для сложных технологических про-
цессов становилась слишком высокой. Потребность в ПК пред-
определила появление в США двух таких крупных фирм, как
«Модикон» (Modicon) и «Аллен Бредли» (Allen Bradly).
* Речь идет об «исходном язык е», т. е. о языке программирования,
на котором работает программист и который воспринимается машиной, а не о
„литературном языке, где информация принимает форму фраз.
25
Во Франции за исключением некоторых видов специального»
оборудования (фирмы «СИТ Алькатель» объединения ЕДФ
С IT-Alcatel chez Е. D. F.) первые ПК появились на рынке в
1971 г. (фирмы «Мерлэн — Жерэн», Merlin — Gerin и «Альспа»,.
Alspa).
В задания на проектирование ПК входили требования по обес-
печению их пригодности к эксплуатации в неблагоприятной про-
мышленной среде, многообразия и большого числа входов-выхо-
дов, доступности их для имеющегося на предприятии персонала
и, естественно, включались ограничения относительно стоимости
дальнейшего совершенствования всей системы управления объек-
том. Таким образом, традиционные варианты программируемых
устройств логического управления (мини-ЭВМ и др.) были ото-
двинуты на второй план.
Негативные факторы промышленной среды. На негативных,,
иногда проявляющихся чрезвычайно остро факторах промышлен-
ной среды, в которЪй могут быть установлены устройства логиче-
ского управления, следует остановиться особо. Различают три ти-
па этих факторов.
Физические и механические факторы. К ним относятся темпе-
ратура, влажность, вибрация и удары. Расположение в непосред-
ственной близости от нагревателей, химических реакторов, домен-
ных печей, а также тяжелые климатические условия могут нега-
тивно отразиться на работоспособности элементов устройств уп-
равления (откуда вытекает необходимость создания систем есте-
ственной или принудительной вентиляции ПК). Высокий уровень
влажности (более 80%) вызывает конденсацию паров и ускоряет
коррозию. Уровень влажности менее 35 % способствует возникно-
вению электростатических зарядов, вызывающих случайные сра-
батывания логических схем. При установке устройств рядом с аг-
регатами, являющимися источниками вибрации и ударов, сварные,,
контактные и другие соединения подвергаются опасным воздей-
ствиям.
Химические факторы. К ним относятся вызывающие коррозию*
газы (Cl2, H2S, SO2), углеводородные пары, металлическая (ли-
тейный, сталеплавильный цеха) или минеральная (цементный за-
вод) пыль. Являющаяся следствием действия этих факторов кор-
розия поражает контакты и микросхемы. Для ее предотвращения
чаще всего покрывают лаком платы с печатными схемами и уста-
навливают фильтры, препятствующие попаданию пыли или агрес-
сивных газов. Иногда ПК делают полностью герметичными (фир-
ма «Модикон»).
Электрические факторы. Обычно энергия электрической про-
мышленной помехи может достигать 100 мкДж. Энергия переклю-
чения схемы ТТЛ при напряжении 5 В, токе 2 мА и продолжи-
тельности переключения 10 нс равна 10~4 мкДж, т. е. в 106 мень-
ше. Отсюда следует, что уровень помех должен быть снижен на
120 дБ. Основными источниками помех являются: термоЭДС
(эффект Пельтье) в несколько милливольт, разность потенциалов
26
в зоне контакта металлов с различной химической активностью,
электростатические влияния и электромагнитные влияния, вызы-
ваемые включением индуктивностей и емкостей (расположение
вблизи трансформаторов, сварочных агрегатов и др.).
Помехи от источников двух первых типов могут внести по-
грешность в результаты измерений аналоговых величин низкого
уровня или вызвать коррозию элементов; для защиты от помех
от источников двух последних типов необходимо соответствующее
исполнение входов-выходов, например обеспечение эффективной
гальванической развязки (оптрон, реле, разделительный транс-
форматор).
Роль ПК в автоматизированной системе. Рассмотрим роль ПК в
реализации проекта автоматизации и области его применения.
Этап разработки и внедрения. Программируемый контроллер
призван быть инструментом, наиболее доступным для пользова-
теля. Однако при решении вопросов, связанных с внедрением ПК,
зачастую целесообразно воспользоваться помощью проектной ор-
ганизации или фирмы, специализирующейся в области автомати-
зации. Одно из преимуществ ПК по сравнению с устройством с
жестким алгоритмом работы состоит в том, что разработка кон-
струкции ПК может проводиться отдельно от оборудования, с ко-
торым он будет работать.
Двойственный характер оборудования ПК (технические
средства и программное обеспечение) способствует
успешной реализации проекта благодаря возможности раздельно-
го ведения работ по каждому типу оборудования. Поскольку
технические средства имеют модульную структуру, ПК может
быть легко перестроен с учетом изменившихся требований. П р о-
граммное обеспечение, т. е. программы, поставляемые из-
готовителем и разрабатываемые проектировщиком потребителя,
также могут быть легко приспособлены к новым требованиям.
Параллельная работа над техническими средствами и про-
граммным обеспечением на конечной фазе моделирования слива-
ется воедино, что особенно эффективно при доводке системы.
И только после этого ПК проходит проверку на месте, в резуль-
тате чего сводятся до минимума затруднения, возникающие в экс-
плуатации объекта управления.
Простота ПК позволяет легко и быстро переучивать обслужи-
вающий персонал, уже знакомый с релейно-контактными или бес-
контактными устройствами логического управления. Внедрение
программируемых устройств логического управления не создает
каких-либо трудностей в работе соответствующих служб пред-
приятия. В этом заключается одно из преимуществ ПК по срав-
нению с применяемыми для решения тех же задач микро- или ми-
ни-ЭВМ, для обеспечения бесперебойной работы которых требу-
ется подготовка специализированных бригад обслуживания. При
этом переобучение персонала значительно усложняется, поскольку
очень трудно быстро освоиться с режимом «реального масштаба
времени» промышленной информатики.
27
Промышленный контроллер можно считать первым этапом на
пути к более сложным проектам информатического характера. На
этом этапе можно освоить методологию (или, по меньшей мере,
пробудить к ней интерес) реализации проектов с программирова-
нием (анализ, разработка программы, отладка и т. д.). Специа-
листы в области информатики знакомятся при этом с управляе-
мыми технологическими операциями, которые в конечном счете
определяют оптимальную конфигурацию ПК-
Однако для реализации проекта с использованием ПК необ-
ходимо знать возможности ПК и уметь выбрать оборудование^
отвечающее потребностям пользователя.
Этап эксплуатации и обслуживания. Четкое распределение
функций между работающими совместно с ПК устройствами ав-
томатики последовательного действия обеспечивает гармоничную
работу всего комплекса технологического оборудования. С помо-
щью стандартных устройств (устройство программирования, ли-
нейный диалоговый модуль и др.), которые рассмотрены в гл. 2,
или с помощью специализированных модулей можно организовать
операторный диалог различного уровня. При этом очень важны
возможности изменения программы в соответствии с новыми ус-
ловиями и ведения эксплуатационного журнала с помощью ди-
станционного печатающего устройства или пишущей машинки,
что невозможно при использовании устройств логического управ-
ления с жестким алгоритмом работы.
Обслуживание систем управления облегчается вследствие то-
го, что машины имеют модульную конструкцию. Различные
устройства сигнализируют о наличии неисправности системы и по-
могают отыскать ее причину. Устранение неполадок заключается
в замене модуля, т. е. печатной платы. Неисправная плата отправ-
ляется для ремонта на завод-изготовитель.
Области использования ПК. Программируемые контроллеры на-
ходят применение в различных отраслях промышленности. Их ис-
пользуют также в области просвещения и в системе постоянной
профессиональной подготовки.
Черная и цветная металлургия. Особое значение в этих отрас-
лях имеют требования безопасности. Программируемые контрол-
леры применяются для управления транспортными операциями
на коксовых батареях, загрузкой доменных печей, для автомати-
зации литейных цехов. Их используют также для решения задач,
связанных с анализом газов и с контролем качества.
Металлообработка и автомобильная промышленность. Это
как раз те отрасли, где ПК нашли широкое применение. Их мож-
но встретить на автоматических линиях и сборочных конвейерах,
на стендах для испытания двигателей, а также на прессах, токар-
ных автоматах, шлифовальных и агрегатных станках, сварочных
установках, автоматических станках для разрезки. В некоторых
работах исследователи делают вывод о том, что с 1986 г. 50 %
металлообрабатывающих станков будут оснащены ПК или ми-
ни-ЭВМ.
28
Химическая промышленность, В настоящее время ПК исполь-
зуются для управления технологическими установками, устройст-
вами дозирования и смешивания продуктов, очистки отходов хи-
мического производства, а также на установках по переработке
пластмасс и некоторых агрегатах в производстве резины.
Нефтедобыча. Кроме областей применения, аналогичных пре-
дыдущей отрасли, ПК используются на перекачивающих и рас-
пределительных станциях, для управления работой и наблюде-
ния за магистральными трубопроводами.
Сельское хозяйство и пищевая промышленность. Программи-
руемые контроллеры применяются на установках для смешива-
ния консистентных и порошкообразных продуктов на сушильных
агрегатах, а также при контроле и расфасовке различных про-
дуктов.
Транспортные и погрузочно-разгрузочные операции. Програм-
мируемые контроллеры используются при сортировке посылок,,
почтовых отправлений, механизированном управлении складски-
ми операциями, упаковке, конвейерной пересылке, комплектова-
нии изделий на поддонах, в лифтовом хозяйстве, грузоподъемных:
механизмах и др.
Другие области применения. Все случаи использования ПК
перечислить невозможно. В текстильной промышленности они мо-
гут применяться для управления операциями автоматического рас-
кроя тканей и контроля нитей, на транспортных конвейерах.
В стекольной промышленности, в производстве хрусталя ПК уп-
равляют операциями отрезки и упаковки. Устройства логического
управления используются при решении задач, связанных с охра-
ной (зданий, заводов) и обеспечением безопасности (ядерная
энергетика). Функциональные возможности и легкость внедрения
позволяют использовать ПК как учебное пособие. Возможно ис-
пользование ПК в системе образования (последовательная и ком-
бинаторная логика).
Глава 2
АРХИТЕКТУРА ПК
2.1. ОБЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПК
Для работы ПК, подключенного к объекту управления, не тре-
буется каких-либо особых устройств помимо входов-выходов. На
рис. 2.1 показано более полное оснащение, которое может оказать-
ся необходимым при дальнейшем развитии или отладке конкрет-
ного варианта автоматизированной системы с использованием ПК-
Периферийными называют устройства ПК, не являющие-
ся его составной частью, но связанные с ним непосредственно.
Вспомогательными называют периферийные устройст-
ва пульта программирования ПК.
Единственными постоянными связями ПК с внешней средой
являются связи с объектом управления (промышленные входы-
выходы). Иногда на ПК устанавливаются модули для регулиро-
вания рабочих параметров, таких, как выдержка времени и устав-
Рис.2.1. Программируемый контроллер и его вспомогательные устройства:
— постоянные связи;
— временные;-----------возможные
30
Рис. 2.2. Структура центрального процессора ПК
ка счетчиков. Это позволяет следить за параметрами или осущест-
влять опрос модулей. Пульт программирования подключается
лишь при создании программ. Иногда допускается подключение
печатающего устройства, устройства перфорирования и считыва-
ния бумажной ленты или предусматривается возможность орга-
низации более сложной структуры типа мульти- или мини-ПК.
2.2. ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР
Программируемое устройство логического управления должно
запоминать вводимые в него данные, обрабатывать их и обеспе-
чивать возможность обмена информацией. Структура центрально-
го процессора (рис. 2.2) очень сильно напоминает структуру ми-
ни-ЭВМ.
Обмен информацией. Понятие шины. В центральный процессор
поступают различные потоки информации. Наряду с текущей
информацией, состоящей из данных и команд, производится
обмен служебной информацией, которая обеспечивает
работу машины. К служебной информации относятся сигналы син-
хронизации, предназначенные для упорядочения различных фаз
работы: загрузки команды, декодирования КО и АО, поиска и за-
грузки операнда, исполнения команды (отдельными блоками в
случае сложных команд); сигналы адресации памяти или входов-
выходов; сигналы управления вспомогательными и периферийны-
31
Рис. 2.3. Размещение плат на шине ПК:
1 — шасси (рама или стойка для монтажа аппа«
ратуры); 2 — шина, по которой идет обмен ин-
формацией между платами и внешней средой;
3 — гнезда для плат; 4 — печатная плата (цент-
рального процессора, памяти и др.)
ми устройствами. Весь объем информации идет по шине, органи-
зованной в виде двух блоков, предназначенных для двух катего-
рий сигналов. К шине подключены центральный процессор, цен-
тральная память и все адаптеры. Конструктивно шина выполнена
в виде печатной платы, закрепленной на несущем элементе шас-
си (рис. 2.3).
Большинство ПК имеет единственную шину, по которой про-
ходит вся информация. Такая архитектура называется одно-
шинной. Для отделения внутренних потоков информации от по-
токов сигналов входов-выходов необходимо к упомянутой выше
главной шине добавить шину входов-выходов. Такая архитектура
называется многошинной.
Быстродействие шины в значительной степени определяет до-
стоинства центрального процессора.
Процессор, называемый иногда устройством обработки инфор-
мации, или арифметико-логическим устройством, выполняет две
функции: контроль за работой всех органов ПК и обработку ин-
формации в соответствии с командами программ; он организован
вокруг нескольких регистров.
Регистр — это элемент памяти, обеспечивающий выполне-
ние некоторых функций по обработке информации или служебных
функций.
Контрольные функции. Они выполняются специализиро-
ванными регистрами. Счетчик, или указатель ко-
манд, постоянно содержит адрес команды, находящейся в про-
цессе выполнения. После отработки команды содержащийся в ре-
гистре адрес изменяется автоматически. По окончании отработки
обычной команды производится приращение на +1, а после ко-
манды, запрашивающей переход через и адресов, — на +« (см.
гл. 3). Регистр команд загружается командой, подлежа-
щей исполнению. Он должен декодировать КО и выполнить пред-
писываемые командой операции. Адресный регистр содер-
жит часть АО команды и обеспечивает непосредственно или через
индексный регистр доступ ко второму операнду (если та-
ковой имеется). Первый (или единственный) операнд находится
в аккумуляторе.
Функция аккумулятора. Аккумулятор относится к числу
регистров общего назначения, в которых производят-
ся логические, арифметические и другие операции обработки дан-
32
ных. Некоторые процессоры
имеют и другие регистры
общего назначения, к кото-
рым пользователь имеет
доступ для выполнения от-
дельных команд. Бывают
также регистры, не допуска-
ющие прямую адресацию из
программы. Их роль заклю-
чается прежде всего в вы-
полнении функций распре-
делителя в обмене информа-
цией между элементами про-
цессора, а также между
самим процессором и внеш-
ней средой (память, адап-
теры входов-выходов и др.).
Такое устройство обра-
ботки информации относит-
ся к средствам монтажной
логики. Для реализации
центрального процессора
программируемого устройст-
^Программа
(центральная память)
Команда1
Исполнение ।
логическими >
схемами I
Процессор
устройства
\монтажной логики ]
Программа
(центральная память)
Командас
Идентифика-
ция соотдет-
стду to щей мик-
ропрограммы
а)
Исполнение
микропрог-
раммш(па-
мять команд)
I Проиоссор микро 38М (логика, ।
। программируемая производителем^
Рис. 2.4. Функциональные схемы уст-
ройств логического управления с мон-
тажной (а) и микропрограммируемой
(б) технологией
ва логического управления
применяется программируемая логика. Поэтому отработка коман-
ды программируемым устройством логического управления — это
не просто использование логических цепей (вентилей или микро-
схем), а выполнение элементарной программы, или микропрог-
раммы (рис. 2.4). Программируемые центральные процессоры
снабжены дополнительной управляющей памятью, содержащей
микрокоманды, выполнение которых обеспечивает обработку ин-
формации в соответствии с программой.
Микропроцессоры позволяют успешно использовать техноло-
гию микропрограммирования. Она применяется все чаще в ущерб
характеристикам ПК, но пользователем это практически не ощу-
щается. Эта технология обеспечивает значительную гибкость в
создании гамм ПК. Самые простые ПК, предназначенные для вы-
полнения логических операций, имеют однобитовые регистры. Бо-
лее совершенные ПК, позволяющие производить арифметические
операции, оснащаются многоразрядными регистрами.
Известны другие варианты исполнения устройств логического
управления, в том числе применение несложных мини-ЭВМ, при-
способленных с помощью программного обеспечения и соответст-
вующих входов-выходов для решения конкретных задач управ-
ления.
Центральная память. Она содержит данные и программы, уп-
равляющие работой ПК и поставляемые изготовителем (см.
рис. 2.2). В отличие от других устройств программируемой логи-
ки центральная память ПК специализирована. Она разде-
:2 Зак. 762
33
Таблица 2.1
2.1. Разметка входов-выходов
Функция	Вход	Выход
Пуск	UOlx	YOlx
Останов	U10x	Y10x
Наблюдение	Ullx	Yllx
Безопасность	UOOx	YOOx
лена на зоны, используемые
для хранения конкретных ти-
пов информации. Такая орга-
низация памяти является ха-
рактерной чертой ПК.
Зона данных разделяется
на участки, в один из которых
заносятся полученные ПК
значения переменных, в дру-
гой — промежуточные перемен-
ные, которые получаются пос-
ле обработки данных и долж-
ны быть использованы в дальнейшем, и в третий — значения вы-
ходных величин, которые необходимо передать к органам воздей-
ствия. В ПК, выполняющих только логические функции, зона
данных организована в битах. При необходимости слово фор-
мируется из группы бит. У более совершенных машин часть этой
зоны памяти организована в словах.
Расположение бит зон входа и выхода соответствует размеще-
нию зажимов для подключения внешних кабелей к ПК. Поэтому
логическую переменную Ui или Уг- ассоциируют с физической ве-
личиной входа или выхода, соответствующей щ или уг-. Перемен-
ная определяется кодом, состоящим из типового идентификатора
(вход, выход) и числа, указывающего для логической переменной
ее адрес, а для физической величины — место расположения со-
ответствующего ей зажима. Изготовители ПК внесли гибкость в
описанный порядок, обеспечив пользователю возможность при-
сваивать каждому зажиму нужный номер в соответствии с логи-
кой конкретного процесса.
Пример. Допустим, что процесс описывается логическими пере-
менными пуска, останова, наблюдения за работой и обеспечения
безопасности. Предположим, что мы работаем с ПК, код пере-
менных которого имеет следующую структуру:
[тип] [номер зажима] [номер переменной],
где [тип] = {С/, X, Y} — для переменных входа, промежуточной,
выхода; [номер зажима] — две десятичные цифры; [номер пере-
менной] — одна десятичная цифра.
Возможная разметка входов-выходов приведена в табл. 2.1,
где «х» означает цифру от 0 до 9 (для упрощения предполага-
ется, что число переменных каждого типа не более 10).
Две первые цифры относятся к функциям, выполняемым
устройством управления, например переменная U 115 — это пя-
тый вход функции наблюдения за работой. В табл. 2.1 можно бы-
ло бы указать наименование соответствующей физической величи-
ны: например Wns «конец погрузки», если речь идет о транспорт-
ных операциях. Логическая переменная U 115 принадлежит кон-
кретному биту памяти, адрес которого зависит от того, каким об-
34
разом осуществляется управление машиной (с помощью монито-
ра). На практике пользователю нет необходимости знать адрес
этого бита, поскольку доступ к нему осуществляется путем запро-
са переменной U 115. Машина сама находит соответствующую
ячейку памяти.
Специализация памяти позволяет полностью освободить поль-
зователя от операций управления входами-выходами. Эти опера-
ции ПК выполняют следующим образом.
Если в уравнении встречается переменная U ххх, ПК загружа-
ет в память соответствующее ей значение; если переменная
X ххх — ПК находит в памяти ее значение; если результат ре-
шения уравнения присвоен переменной X ххх, ПК загружает эту
величину в память; при переменной с кодом У ххх ПК возбудит
выход.
Команды входов-выходов ПК носят неявный характер,
что является значительным преимуществом ПК по сравнению с
другими программируемыми устройствами логического управле-
ния.
Зона программной памяти организована в словах, поскольку
она должна содержать команды. В одной и той же зоне памяти
могут быть записаны одновременно несколько программ.
В зоне монитора (см. п. 3.2) заложен весь комплекс программ,
созданных изготовителем для управления машиной и, в частно-
сти, входами-выходами.
Оыходод
Рис. 2.5. Принципиальная схема центрального процессора ПК типа СМК-101
2*	35
Рис. 2.6. Структурная схема ПК типа «Модикон-1084»
Описанные выше особенности непосредственно отражаются на
выборе технических средств, используемых для создания блоков
памяти, используемых в ПК.
Примеры. Упрощенная схема центрального процессора ПК ти-
па СМК-Ю1 фирмы «Рено» (SMC-101 de Renault) отражает ти-
повую структуру центрального процессора ПК (рис. 2.5).
Недавно появился многопроцессорный ПК типа «Моди-
кон-1084» (рис. 2.6). Он может включать в себя до 10 пар про-
цессоров с блоками командной памяти. Общая память данных
позволяет выборочно загружать различные блоки памяти, при-
надлежащие каждому процессору. Преимуществом такой систе-
мы является возможность передачи функций от одного процессо-
ра к другому в случае возникновения неполадок.
2.3.	РАБОТА ЦЕНТРАЛЬНОГО ПРОЦЕССОРА
Чтобы проследить поток информации в центральном процессо-
ре, нужно последовательно рассмотреть процессы отработки еди-
ничной команды и решения логического уравнения. Для этого
воспользуемся описанным ниже ПК.
Программируемый контроллер СЗП (считывание—запись—па-
мять). Представим себе* небольшой ПК со следующими характе-
ристиками.
Набор команд. Программируемый контроллер СЗП имеет
10 команд, приведенных в табл. 2.2.
На рис. 2.7 для примера показана 13-битовая команда.
Организация памяти и входов-выходов. Поскольку зона адре-
сов команд позволяет адресовать 29 = 512 бит, предположим, что
ПК СЗП может обрабатывать 128 входов [7г-, 128 выходов и
* Естественно, что воображать «идеальный» ПК нет смысла. Речь идет
лишь о примере, который должен обеспечить ясность изложения.
36
2.2. Команды контроллера СЗП
Характер команды	Мнемокод	Внутренний код	Выполняемая функция
Команда загрузки Логическая команда Команда присвоения Специальная команда	S1 si/ ЕТ ЕТ/ OU ои/ OUT OUT/ ТЕМ СОМ NOP	0001 0010 ООН 0100 0101 оно 0111 1000 0000	Тестирование переменной Тестирование дополнения переменной Функция И И с дополнением переменной Функция ИЛИ ИЛИ с дополнением переменной Присвоение значения переменной Присвоение дополнения Задержка переменной Счет Нет операции (код нуль)
имеет 256 бит памяти для хранения промежуточных переменных
Хк. Память данных, или память-блокнот, имеет 512 бит с восьме-
ричной нумерацией от '0 до '777 * в соответствии с рис. 2.8. Про-
граммная память вмещает 1024 слов по 13 бит с адресами от '0
до '1777.
Архитектура процессора. Центральный процессор состоит из
счетчика, или указателя команд (10-битового регистра), который
адресует команду, находящуюся в процессе отработки или сле-
дующую 13-битового регистра команды, логического аккумулято-
ра, который своим единственным битом участвует в выполнении
всех логических операций, и 4-битового стека типа ЛИФО (по-
следний пришел, первый вышел), позволяющего выполнять после-
довательность операций.
Стек создается организованным массивом информации в соче-
тании с определенным порядком ее загрузки и выдачи.
КО (9 бита)
АО (9бит)
Рис. 2.7. Формат команды
* Восьмеричное значение, помеченное штрихом перед левой крайней циф-
рой, получается путем расчленения адреса операнда на блоки по 3 бита и
присвоения соответствующего восьмеричного значения каждому блоку, напри-
мер:
'Ш(десятичное
представление) Повоичное
^представление
{восьмеричное
представление)
0	0	1	1	1	1	/	1	1
1	7	7
777
37
}l28 входов UL
’177*
\128вЬ/ХОвовУ;
’377*
1 256элементов
, [внутренней
777} памяти
Рис. 2.8. Организация памяти данных
Стек может быть организо-
ван из соединенных соответ-
ствующим образом регистров
(как в данном случае) или
формироваться из слов памя-
ти, управляемых специальной
программой (см. гл. 3).
При организации стека по
схеме ЛИФО (рис. 2.9, а) заг-
рузка производится через вершину, а вся информация сдвигается
вниз. Выдача информации из стека производится также через
вершину с соответствующим сдвигом.
При организации стека по схеме ФИФО (первый пришел, пер-
вый вышел) информация вводится через вершину стека и уклады-
вается в его нижней части, откуда и извлекается (рис. 2.9,6).
Отработка команды. Ниже рассмотрена отработка команды за-
грузки аккумулятора значением переменной входа (£73) :SI £73.
Предполагается, что команда хранится в слове с адресом '1000.
Переменная £73 определяет вход 3. Операция отрабатывается в
три этапа (рис. 2.10).
Поиск команды. По окончании отработки предыдущей коман-
ды содержимое счетчика команд увеличивается на единицу и со-
держит, таким образом, адрес новой команды, которая должна
быть выполнена: '1000 (счетчик команд, содержащий 10 бит, до-
полняется слева двумя фиктивными битами с нулевым значением
для обеспечения возможности восьмеричного представления:
'1000 соответствует 001 000 000 000). Схема управления работой
процессора запрашивает и осуществляет передачу соответствую-
щего содержимого в регистр команд, в который в итоге записы-
вается слово:
000 1 000000011
SI	из
Поиск операнда. Декодированием 4 бит КО (0001) идентифи-
цируется команда загрузки SI, после чего процессор должен за-
грузить в аккумулятор содержимое ячейки памяти с адресом, оп-
Рис. 2.9. Стеки ЛИФО (а) и ФИФО (б) управления загрузкой информации:
1 — до загрузки: 2 — после загрузки; 3 — после выборки; 4 — занятые ячейки; 5 — свобод-
ные ячейки
38
Рис. 2.10. Отработка команды
ределенным частью АО. Этот адрес записан в адресном регистре,
который разрешает обращение к соответствующей памяти: зона
переменных входа, бит 3. Затем содержимое этой ячейки пере-
сылается в аккумулятор. Другой обработки данных код SI не вы-
зывает.
Приращение значения счетчика команд. Содержимое счетчика
команд увеличивается на единицу для адресации следующей ко-
манды (случай с использованием операторов перехода не рас-
сматривается).
Решение полного логического уравнения, роль стека ЛИФО.
Роль аккумулятора и стека показана на примере решения урав-
нения
Этому уравнению соответствует схема, приведенная ниже:
Приведенное выше логическое уравнение программируется сле-
дующим образом:
Номер команды	Код	Комментарии
0	SI и\	Тестирование входа U\
1	OUt/2	ИЛИ со входом U2
2	SI/L73	Тестирование дополнения входа U3
3	ЕТХ1	И с памятью XI
4	SI Х2	Тестирование памяти Х2
5	ЕТД78	И с дополнением входа U8
39
6	OU	U3X1 ИЛИ X2{/8
7	ЕТ	И между результатом ИЛИ из предыдущей строки
и выражением U1+U2
8	OUT Y1 Вывод результата И на выход Y1
С учетом описанной выше структуры памяти переменные мож-
но разместить, например, по следующим адресам:
Переменная................U1	U2	U3	U8	Х\	Х2	У1
Адрес...................'001	'002	'003	'010	'401	'402	'201
2.3. Содержимое программной памяти
Адрес	ко				АО								
'0	0	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	1
'1	0	1	0	1	0	0	0	0	0	0	0	1	0
'2	0	0	1	0	0	0	0	0	0	0	0	1	1
'3	0	0	1	1	1	0	0	0	0	0	0	0	1
'4	0	0	0	1	1	0	0	0	0	0	0	1	0
'5	0	1	0	0	0	0	0	0	0	1	0	0	0
'6	0	1	0	1									
'7	0	0	1	1									
'10	0	1	1	1	0	1	0	0	0	0	0	0	1
2.4. Отработка программы
Номер команды	0	1	2	3	4
Адрес команды	'0	'1	'2	'3	'4
Код	SI (71	OU и 2	SI/U3	ЕТ XI	SI Х2
Содержимое акку- мулятора*	и\	U1+U2	/из	/из XI	Х2
Содержимое стека ЛИФО (4 позиции)*			U1+U2	UI+U2	/U3 XI
					(71+(/2
					
					
40
Продолжение табл. 2.4
Номер команды	5	6	7	8
Адрес команды	'5	'6	'7	'10
Код	ET/U8	OU	ЕТ	оитп
Содержимое акку- мулятора*	X2/U8	X2/U8+/U3 XI	(X2/U8+ +/U3X1)X Х(£/Ц-[/2)	(X2/U8+ +/U3XV)X X (£/1+1/2)+ +У1
Содержимое стека ЛИФО (4 позиции)* * U i — содержим	/[/3X1	U1+U2		
	U\+U2			
				
	ioe Ui, обознач	аемое иногда [СЛ].		
Если предположить, что программа записана в память, начи-
ная со слова с адресом х0, содержимое первых девяти слов памя-
ти может быть получено из табл. 2.3.
Отработка программы производится последовательным выпол-
нением команд в соответствии с принципом, описанным выше. Ре-
зультат отработки каждой команды попадает в аккумулятор. Ес-
ли пересылка в аккумулятор запрашивается без предварительной
отработки команды OUT и OUT/, то содержимое его заводится
в стек ЛИФО, чтобы обеспечить место для поступающей инфор-
мации (в случае третьей команды; табл. 2.4). Для выполнения
операции между аккумулятором и содержимым вершины стека
ЛИФО используются коды операций с неявной адресацией стека
(см. команды с адресами '6 и '7). Весь процесс выполнения про-
граммы показан в табл. 2.4.
2.4.	ПОНЯТИЕ ЦИКЛА
Когда пользователь хочет запустить программу, он должен
ввести в ПК информацию для монитора в форме директив,
т. е. команд. В самом простом случае ему достаточно с помощью
пульта управления загрузить регистр — счетчик команд адресом
41
начала программы и зап-
росить ее выполнение. По-
следней командой прог-
раммы является КОНЕЦ
ОТРАБОТКИ. Эта ко-
манда возвращает управ-
ление оператору или мо-
нитору или останавливает
ПК.
Если программа вы-
полняется по запросу, ра-
боту машины называют
асинхронной, пони-
Рис. 2.11. Циклическая работа центрального
процессора ПК
мая при этом асинхронность относительно тактового генератора
или присущего машине ритма работы.
Специфической характеристикой ПК является цикличность
работы центрального процессора. Механизм его ра-
боты можно представить в виде вращающегося с постоянной ско-
ростью цилиндра, играющего роль программной памяти. Каждая
из п его образующих содержит команду. Устройство считывания
обеспечивает доступ к команде, чтобы затем ее можно было пере-
слать в соответствующий регистр.
Время, за которое цилиндр совершает полный оборот, являет-
ся циклом работы центрального процессора, а время прохож-
дения одной образующей перед считывающим устройством —
временем выполнения команды (рис. 2.11).
В действительности программа неподвижна, а счетчик команд
обходит последовательно (за исключением случаев «пропуска»)
все слова программной памяти от первого до последнего и начи-
нает снова с первого, обеспечивая тем самым циклическую (или
синхронную) работу центрального процессора. Вычислитель-
ная мощность центрального процессора находится в прямой зави-
симости от его быстродействия.
Периодом работы ПК считается время отработки 1К логиче-
ских команд.
В течение одного цикла ПК обменивается информацией с
внешней средой и производит обработку данных, предписанную
программой. Реальный цикл машины имеет две фазы: фазу
входов-выходов и фазу обработки информации.
Цикл пользователя ограничивается этой второй фазой,
поскольку фаза входов-выходов никаким образом не прояв-
ляется.
Анализ цикла работы ПК. Реальный цикл работы ПК «Проскон»
фирмы «Филипс» (Proscon de Philips) позволяет увидеть чередо-
вание различных фаз цикла. Предположим, что машина имеет
следующую архитектуру: 256 входов (16 плат по 16 входов);
256 выходов (16 плат по 16 выходов); 4К слов программной па-
мяти.
42
Вход Выход
Выполнение программы
0,928 мс
(роза
входов-дыходод
1/>мс
Рис. 2.12. Пример рабочего цикла ПК
Полное время доступа к плате входа или выхода равно
29 мкс (выборка или пересылка 16 бит информации). Время вы-
полнения программы из 1К команд (1024 слова) равно
1,85 мс.
Полный цикл (8,3 мс) состоит из двух частей, показан-
ных на рис. 2.12. Длительность цикла зависит в основном от чис-
ла входов-выходов, длины программы и быстродействия ПК. Об-
мен информацией между различными модулями ПК в процессе
цикла синхронизируется тактовым генератором и управляется кон-
трольными сигналами (рис. 2.13 и 2.14).
Фаза «Вход-выход», находящаяся в самой вершине цикла, на-
чинается, когда на выход С1 центрального процессора поступает
сигнал уровня +1. Модули входа и выхода подключены к объ-
екту управления с помощью кабелей К/, К2. Центральный про-
цессор адресует входы через адресную шину Ш1. Пять из девя-
ти разрядов этой шины используются для адресации одной из
Рис. 2.13. Обмен информацией между модулями ПК
Рис. 2.14. Временная диаграмма контрольных сигналов цикла:
С1 — сигнал, определяющий период выборки содержимого входов-выходов; Ш1 — шина
адресации входов-выходов; С2 — сигнал опознания, выдаваемый входным модулем; Ш2 —
шина пересылки состояния входа в память-блокнот (память, отражающая состояние вхо-
дов и выходов); ШЗ — шина пересылки состояния выхода из памяти-блокнота в энерго-
независимую память на плате выхода; СЗ— тактовый импульс от центрального процес-
сора, разрешающий передачу на выходной модуль; С5 — сигнал, определяющий фазу логи-
ческих операций; Ш4 — адресная шина программной памяти; С6 — сигнал разрешения
цикла выполнения команды; Ш5 — шина команд; I — выборка входов; // — пересылка вы-
ходов; III— отработка программы
—4I
Рис. 2.15. Типовые циклы отработки программ ПК:
а — элементарный цикл; б — цикл сгруппированных входов при выходах, распределяемых
по запросу; в — распределенный цикл (возбуждение входов-выходов при каждом запросе);
г — распределенный цикл с ©дополнительным тактированием (выходы возбуждаются по
запросу); / — входы; 2 — выходы; 3 — обработка
25 = 32 печатных плат, а четыре оставшиеся — для одного из
24= 16 входов адресованной платы.
После того как был адресован конкретный вход, плата входа
выдает центральному процессору импульс С2, сигнализируя о
том, что вход опознан. По этому сигналу осуществляются выбор-
ка и пересылка содержимого по шине Ш2 в память-блокнот цен-
трального процессора. Память-блокнот представляет собой мат-
рицу операндов, с которыми будет работать ПК в цикле обработ-
ки информации. Центральный процессор последовательно адресу-
ет все платы входа и заполняет предназначенную для входов зо-
ну памяти-блокнота, которая отражает состояние объекта управ-
ления в момент времени /. После этого центральный процессор
адресует каждый выход, а импульс СЗ тактового генератора раз-
решает пересылку бита выхода, вычисленного во время предыду-
щего цикла, из памяти-блокнота в энергонезависимую память
платы выхода по шине ШЗ. После опроса последнего выхода ге-
нерируется импульс С4 окончания фазы «Вход-выход» цикла и
начала фазы «Обработка». Во время фазы «Обработка» счетчик
команд последовательно проходит по 4К слов командной памяти.
Каждое слово командной памяти адресуется 12-разрядной шиной
Ш4, которая позволяет адресовать 212=4096 команд. После от-
работки последней команды сигнал С5 перестает действовать и
сигналом С1 вновь инициализируется следующий цикл.
Различные типы циклов. Структура цикла, т. е. соотношение его
различных фаз, определяется следующими факторами: дисципли-
ной обращения к входам-выходам; применением операторов безу-
словного перехода; возможностью выполнения вычислительных
операций.
При выполнении чисто логических операций с использованием
единственного оператора безусловного перехода для возврата к
команде 1 можно выделить четыре типа циклов, которые показа-
ны на рис. 2.15. Организация цикла может быть жесткой или
пользователю дается возможность выбора из нескольких вари-
антов:
44
Рис. 2.16. Изменение циклов в ходе выполнения программы:
а—изменение длительности цикла в зависимости от запрограммированных переходов:
7 —первый проход, длительность цикла т=10 мс; 2 — последующие циклы (Е1=0), *=
=9 мс; 3 — последующие циклы (Е1 = 1), т=5 мс; / — зона, проходимая один раз при за-
пуске (инициализация); б — создание подциклов: 1 — первый проход, т=10 мс; 2 — после-
дующие проходы (создание подцикла, т= <»)
а)	в самом начале цикла производится выборка всех входов,
а выходы возбуждаются лишь по окончании решения всех урав-
нений;
б)	входы выбираются как и в случае «а», но выходы возбуж-
даются, например, по окончании решения каждого уравнения;
в)	в цикле осуществляется поочередное решение уравнений,
включая считывание значений переменных и проведение вытека-
ющей отсюда логической обработки данных. Это наиболее удоб-
ный случай для введения произвольных значений, поскольку пере-
менная может быть использована с двумя различными значения-
ми в двух последовательных уравнениях одного и того же цикла;
г)	опрос входов производится каждые п мс вне зависимости
от продолжительности цикла, выходы возбуждаются по запросу.
Применение в программе операторов перехода усложняет ор-
ганизацию цикла.
Оператор перехода — это команда, воздействующая
на содержимое регистра — счетчика команд.
Условный переход в отличие от безусловного зависит от вы-
полнения логического условия перехода. Операторы перехода по-
зволяют организовать ход программы.
Длительность циклов может быть различной (рис. 2.16,а),
а ошибка при программировании может привести к появлению
подциклов, подобных циклам программ ЭВМ (рис. 2.16,6).
Показанное на рис. 2.16,6 затруднение можно предотвратить,
45
применив устройство, измеряющее время, истекшее между двумя
проходами через «обязательный пункт» программы. Когда это
время превышает заданное значение, «сторожевое устройство» вы-
дает сигнал тревоги. Это позволяет также исключить возмож-
ность нарушения цикла, обусловленного выполнением цифровых
расчетов, продолжительность которых может быть весьма высо-
кой (несколько сотен миллисекунд). Очень важно восстановить
последовательный характер цикла до окончания этих расчетов,
а это в еще большей степени усложняет структуру цикла, свойст-
венную высокосовершенным ПК.
2.5.	ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
Некоторые определения. Запоминающее устройст-
во — это технологический элемент, позволяющий записывать,
стирать или считывать информацию. В единичный элемент, или
ячейку памяти, можно записать двоичную цифру, или бит (0 или
1). Восьмеричная цифра (группа из трех бит) позволяет закоди-
ровать восемь состояний, т. е. в общем виде п бит дают возмож-
ность различать 2П состояний. Для кодирования обычного набора
буквенно-цифровых символов (26 букв алфавита+Ю цифр+спе-
циальные знаки) необходимо 6 бит (так как 26=64). Для коди-
рования буквы или специального знака группа из 6 бит не явля-
ется избыточной, а при кодировании цифры 2 бита не исполь-
зуются. Группа же из 8 бит, или байт, приводит к потере 2 бит
при кодировании буквы или специального знака, но позволяет
закодировать две цифры (2X4 бит). Если известно, что цифры
используются чаще, чем другие символы, то для снижения потерь
объема памяти применяют байтовую организацию. Кроме того,
в машине, работающей с числами в двоичном коде, число 8 пред-
ставляется единственным образом. Группа бит, составляющая ин-
дивидуально адресуемый блок, называется словом. Длина слова
ЭВМ чаще всего равна 12, 16, 18 и 32 бит (рис. 2.17).
Сочетание большого числа слов составляет память машины..
Объем памяти определяется числом слов, которое она содержит.
Единицей измерения объема памяти, как правило, является 1 ки-
лослово (1К слово), равное не 1000, а 1024 словам, поскольку
Рис. 2.17. Размерность памяти:
I — бит; // — восьмеричная цифра; /// —
байт (две шестнадцатеричные цифры, воз-
можность кодирования двух десятичных
цифр); IV—16-битовое слово
46
это число является наиболее близкой
степенью двойки (210) *: 1К=1024 сло-
ва; 2К=2048 слов; 4К=4096 слов;
8К=8192 слова и т. д.
Каждая ячейка памяти, или слово,
однозначно идентифицируется номером,
который является адресом слова. На-
пример, память объемом 1К слов имеет
1024 адреса от 0 до 1023. Не следует пу-
тать адрес слова с содержимым этого
слова. Манипуляция с содержимым сло-
Рис. 2.18. Обработка слова
памяти:
1 — считывание; 2 — запись;
3 — стирание; 4 — разрешение
ва производится с использованием адреса и цепей считывания, за-
писи и стирания (рис. 2.18).
Сказанное выше относится к структуре внутренней памяти
ПК (центральная, или главная, память), а не внешней, или па-
мяти больших массивов информации (магнитофонная кассета,
магнитный диск, гибкий диск и др.), которая будет рассмотрена
при знакомстве с периферийными устройствами. Известны различ-
ные типы памяти.
Энергозависимая и энергонезависимая память. Одним из пер-
вых элементов памяти является реле с самоудерживанием
(рис. 2.19).
Его можно представить в виде «черного ящика» с двумя вхо-
дами (Д — установка памяти в состояние 1; В — установка па-
мяти в состояние 0) и одним выходом (X — состояние памяти).
Такую память можно стереть (воздействие на В), прочитать
(с X) и записать в нее (воздействие на Л). Это так называемая
память для чтения и записи. Предположим, что во время работы
устройства промышленной автоматики произошел отказ в элек-
троснабжении. Тогда обмотка X лишается питания, следователь-
но, теряется информация X. Такая память называется энерго-
зависимой.
С помощью электромагнитного реле можно создать элемент
памяти, который будет сохранять информацию и после отключе-
ния напряжения питания. Такая память называется сохрани е-
Рис. 2.19. Реле с самоудерживанием (а) и его условное обозначение (б)
* В научной информатике или информатике управления слова, как правило,
имеют длину п байт (от 2 до 8). Единицей измерения объема памяти является
^килобайт.
47
Рис. 2.20. Электромагнитный
энергонезависимый элемент
памяти
мой, или энергонезависимой.
Принцип ее действия состоит в следу-
ющем (рис. 2.20).
При подаче напряжения на обмот-
ку XI и действии постоянного магни-
та элемент памяти устанавливается в
состояние 1. При этом воздушный за-
зор становится равным нулю, поэтому
состояние 1 сохраняется даже при от-
ключении обмотки XI. Для установки
в состояние 0 подают напряжение на
обмотку Х0, действие которой противоположно действию постоян-
ного магнита.
Энергонезависимая память играет важную роль в обеспечении
безопасности работы автоматизированных промышленных систем.
Оперативная и постоянная память. Различие этих двух видов
памяти определяется возможностью записи и стирания с помощью
команд от центрального процессора. Как следует из табл. 2.5,
оперативная память нейтральным процессором может быть счи-
тана, записана и стерта. Постоянная память может быть только
считана. Стереть ее или записать можно только вне ПК.
Оперативная память может быть энергозависимой или энерго-
независимой, а постоянная память должна быть обязательно энер-
гонезависимой.
Конструкции запоминающих устройств. Оперативные запоми-
нающие устройства. Иначе они называются RAM (англ. Random
Access Memory — память произвольного доступа) и бывают двух
типов.
Энергонезависимое оперативное запоминающее устройство на
тороидальных ферритовых кольцах состоит из элементов, выпол-
няемых в виде небольших ферритовых колец, через которые про-
ходят проводники для считывания, записи и повторной записи,
поскольку после считывания информация теряется. Такие запоми-
нающие устройства широко использовали в ЭВМ. Они до сих пор
остаются надежным, но довольно дорогим вариантом запомина-
ющих устройств (см. гл. 5).
Полупроводниковые запоминающие устройства могут выпол-
няться на интегральных микросхемах с использованием:
2.5. Различные виды памяти
Тип памяти	Считывание процессором	Запись и стирание	
		процессором	вне процессора
Постоянная	+	—	+
Оперативная	+	+	
48
Рис. 2.21. Постоянная память на диодах:
Адрес	Содержимое
00 01 10 11	1010 1100 0100 0001
а — плата памяти (четыре слова по 4 бита); б — содержимое памяти
биполярной технологии (емкость ограничена до 256 бит слож-
ностью масок-трафаретов, используемых при изготовлении инте-
гральных микросхем; время выборки 80 нс);
МОП-технологии (емкость 1024 или 4096 бит, время выборки
около 1 мкс).
Постоянные запоминающие устройства. Разнообразие типов
постоянных запоминающих устройств определяется способом за-
писи информации. В постоянных запоминающих устройствах на
диодах диод устанавливается в том месте печатной платы запо-
минающего устройства, где нужно записать 1. Отсутствие диода
дает 0 (рис. 2.21). Запоминающие устройства в виде диодных мат-
риц уже не применяются.
В постоянных запоминающих устройствах на интегральных мик-
росхемах ROM (англ. Read Only Memory — память только для чте-
ния), диодную матрицу формируют на кремниевой пластине ин-
тегральной микросхемы. Информация записывается раз и навсег-
да в момент изготовления микросхемы, что приемлемо лишь при
крупносерийном производстве (например, интегральная микро-
схема СИ 7488 фирмы «Интел», SN 7488 d'Intel).
В программируемом постоянном запоминающем устройстве
(PROM) пользователь получает незаписанную микросхему и сам
ее программирует. Изготовитель «чистой» микросхемы создает на
каждом пересечении строки матрицы со столбцом последователь-
ное соединение из плавкой вставки и диода. Программирование
единицы или нуля осуществляется пользователем путем сжигания
соответствующих вставок (рис. 2.22), т. е. единицы записываются
окончательно. Примерами таких микросхем являются микросхе-
мы 1601, 1602 фирмы «Интел»: 2048 бит (256 слов по 8 бит, вре-
мя выборки 1 мкс).
В перепрограммируемом постоянном за-
поминающем устройстве (REPROM) ис-
пользуется более современный тип памяти
многократного пользования. Запись произ-
водится подачей повышенного напряжения,
чтобы сделать проводящим МОП-транзи-
стор, заменяющий диоды в устройствах
Рис. 2.22. Программируемая постоянная память:
1 — считываемые данные; 2 — адрес
2
2.6. Характеристика запоминающих устройств
Запоминающее устройство	Считывание	Запись	Стирание	Память
Оперативное: на ферритах полупроводниковое Постоянное: на интегральных микро- схемах программируемое непрограммиру емое Примечание. С — счит И — изготовитель; НЗ — энергоь	С с с с с ывание; СП — с ^зависимая пам	СП СП и вп вп ' помощью проц ять; 3 — энерго	СП СП вп ессора; ВП — в зависимая памя!	НЗ 3 НЗ НЗ пз не процессора; и>.
памяти типа PROM. Стирание памяти проводится засвечиванием
с помощью кварцевой лампы через отверстие в верхней части
интегральной микросхемы. После стирания интегральная микро-
схема готова к перепрограммированию. Эти операции могут вы-
полняться многократно и не отражаются на работоспособности
-схемы. Однако следует отметить, что память стирается полно-
сью; длительность этой операции 10—20 мин. Для записи в
устройства памяти REPROM и PROM необходимо соответствую-
щее оборудование. Примеры микросхем с памятью REPROM:
микросхемы 1701, 1702 фирмы «Интел», емкость 2048 бит
(256 слов по 8 бит), время выборки 1 мкс (табл. 2.6).
Особенности технических средств и программного обеспечения
ПК. Организация памяти ПК. Обычно емкость памяти ПК весьма
невелика. Например ПК СМК-101 может работать с 1024 входами
и 1024 выходами и имеет максимальную емкость памяти 8К.
Пользователю обычно требуется память емкостью 128—16К слов.
Поскольку число команд невелико (4—30), то зона кодирова-
ния команды не превышает 2, 3, 4 или 5 бит. Другая зона кодиро-
вания из 2 или 3 бит позволяет задать тип операнда: вход, вы-
ход, вспомогательная память, выдержка времени, счет и др. Наи-
более длинная зона служит для идентификации адреса операнда.
Блок кода операнда (тип+адрес) представляет собой действи-
тельный адрес операнда. Формат команды в виде 16-битового
слова представлен на рис. 2.23.
В информатической системе память служит для хранения про-
граммы (набора команд) и операндов (данные, или входы; ре-
зультаты, или выходы; вспомогательные переменные, или внут-
15 Н И 12 11 10 9 8 7	6	5 0 3 Z 1	0
															
КО
Тип
операнда
АО
Рис. 2.23. Структура 16-битового слова
50
ренняя память). Если команды и операнды могут занимать в па-
мяти любое место и перемешиваться, то такую организацию па-
мяти называют примитивной.
Существуют программы, в которых изменяются не только опе-
ранды, но и сами команды. Такие программы называются само-
изменяющимися. Программы систем промышленной автоматики
сами никогда не изменяются. Их называют инвариантными. Со-
стояние выхода зависит лишь от состояния входа (устройство
промышленной автоматики комбинаторного типа) или же от со-
стояния входа и момента времени (устройство последовательного
типа), но не от состояния программы, которая всегда остается
неизменной.
Именно поэтому память команд может быть оператив-
ной, или постоянной, а память операндов — обязательно
оперативной. С учетом этих соображений память ПК зачастую *
имеет достаточно сложную организацию (см. рис. 2.2), а команды
входов-выходов отсутствуют (см. п. 2.3).
Изготовитель ПК выбирает для своего изделия тот или иной
тип памяти, вследствие чего пользователь, оказавшись в усло-
виях многообразия предлагаемых решений, вынужден при выборе
руководствоваться определенными критериями. Чаще всего зада-
ча сводится к анализу трех следующих факторов: надежность,
связанная с безопасностью эксплуатации, простота внедрения и
стоимость.
Запоминающие устройства на ферритовых кольцах. Не будучи
слишком распространенным, этот вариант памяти встречается в
ПК типов СПАК/ПС и АПС-30/20 фирмы «Альспа» (SPAC/PS
и APS-30/20), «Модикон-184», «Апилог», фирмы «Сен Гобен тек-
ник нувель» (Apilog de Sent Gobin Technique nouvelle'), ПБ-6/20
фирмы «Мерлэн Жерэн» (PB-6/20 de Merlin Gerin). Необычен ПК
типа ПЛК (PLK) фирмы «Аллен Бредли» с памятью на литиевых
кольцах, допускающих работу при температуре 60 °C. С техниче-
ской точки зрения память на тороидальных кольцах можно счи-
тать идеальной, поскольку для считывания и записи она является
энергонезависимой, если не считать сбои вследствие возможных
перебоев в питании при перезаписи. Она не требует энергозави-
симого выхода. Однако это решение является громоздким и до-
рогим и встречается довольно редко, только в ПК верхней части
гаммы (понятие «гамма ПК» см. в гл. 5).
Оперативное запоминающее устройство на полупроводниках.
Этот вариант может быть очень простым и обеспечивать в то же
время все преимущества оперативной памяти (в основном — лег-
кость программирования). Кроме того, он стал теперь гораздо
более дешевым, чем вариант памяти на ферритовых кольцах. Но
* Встречается различный уровень сложности организации памяти. Она раз-
деляется на жесткие зоны, страницы или путем программирования резервиру-
ется нужный участок (ПК типа АПС-30/20). При этом программная зона защи-
щается с помощью бита защиты слова или блока.
51
в то же время это энергозависимая память, и в случае перебоев
в питании информация (команда или операнд) утрачивается. Та-
кое решение применяется довольно часто в ПК типов 5ТИ фирмы
«Тексас Инструменте» (577 de Texas Instruments), ТСП-100 фир-
мы «Телемеканик» (TSP-100 de Teletnecanique), ПЛС фирмы «Бе-
ти» (PLS Betea), ИПК-300 фирмы «Команд Электроник»
(IPC-300) и ИСП фирмы «Жемон Шнейдер» (ISP de Jeumont
Shneider), «Ложитрол» фирмы «Дженерал Электрик» (Logitrol
de General Electric). В качестве резервного источника питания ис-
пользуется аккумуляторная батарея.
Продолжительность питания t от никелево-кадмиевой батареи
в зависимости от температуры Т центрального процессора (по ма-
териалам фирмы «Дженерал Электрик») приведена ниже:
Т, °C	................ 25	35	45	55	60
сут	. . ............ 72	51	36	29	23
Однако батареи громоздки и ухудшают производственную сре-
ду (необходимость обслуживания, коррозия вследствие выплес-
ков кислоты и др.). Память RAM может быть построена с исполь-
зованием полупроводников МОП-технологии, которые отличают-
ся небольшим нагревом, допускают высокий уровень интеграции,
а следовательно, имеют низкую себестоимость. Оснащенные ми-
ниатюрными батарейками с желеобразным электролитом такие
устройства памяти обладают функциональной гибкостью и надеж-
ны в работе.
Память типов ROM — PROM. Это решение используется фир-
мами «Аллен Бредли» (ПК типа ПМК) и «Тексас Инструменте»
(ПК типа 5ТИ) в небольших ПК зачастую в качестве параллель-
ного варианта, совместимого с памятью	(ПК типа 5ТИ).
Доводка устройства логического управления осуществляется на
памяти RAM. При вводе его в эксплуатацию память ROM заме-
няется памятью RAM. Для этого необходимо специальное устрой-
ство программирования постоянной памяти (например, PROM-
программатор фирмы «Тексас Инструменте», рис. 2.24).
В центральном процессоре применяется также память ROM
в виде микропрограмм (например, ПК типа ИСП фирмы «Жемон
Шнейдер»). Это уже не память пользователя, а память процессо-
ра (выполнение микрокоманд).
Память REPROM. Чаще всего память для записи команд ПК
бывает именно такого типа. В качестве примера можно назвать
ПК типа «Проконтик С» фирмы «Браун Бовери» (Procontic-S de
Broun Bovery), СД-77/64 фирмы «Крузе» (SD-77/64 de Crouzet),
микро- и макроПИП фирмы «Мак Электроник» (Micro- и тас-
ro-PIP de Macq Electronique), «Модикон-284», СМК-101 и
ТСП-100.
Достоинствами такого варианта памяти являются низкая стои-
мость и высокая надежность. Будучи однажды запрограммиро-
ванной, эта память становится энергонезависимой, а, кроме того,
52
Рис. 2.24. Устройство программирования памяти PROM (ПК типа 5ТИ)
блок постоянного запоминающего устройства может работать в
условиях повышенной температуры. В то время как обычные вы-
числительные средства работают при температуре 15—35 °C, ПК
довольно часто оказываются в зоне с температурой до 50° и даже
60 °C. В таких условиях надежность работы ферритовых элемен-
тов снижается.
Но такие запоминающие устройства весьма неудобны в экс-
плуатации, поскольку память нужно стирать полностью. При
ошибке в записи хотя бы одного бита необходимо целиком сте-
реть всю командную память, содержащуюся в интегральной мик-
росхеме. Делается это с помощью лампы ультрафиолетового из-
лучения и занимает не менее 10 мин. Длительность записи 2—
3 мин. Это затрудняет использование таких запоминающих
устройств в целях обучения, поскольку расходовать жестко ли-
митированное время урока на стирание памяти REPROM нецеле-
сообразно.
Кроме того, поскольку память для записи операндов всегда
должна быть оперативной, неудобство применения описанного вы-
ше типа памяти в этом случае состоит в потере информации при
отказах питания схемы. Для сохранения состояния системы при
отказе необходимо запомнить значения некоторых переменных
входов-выходов или промежуточных переменных цикла. Это до-
стигается путем возбуждения ограниченного числа реле с само-
53
удерживанием (ПК типов СМК-101, «Модикон-184» и «Моди-
кон-384») или даже за счет использования ферритовой памяти
(СД-77/64).
2.6.	ВХОДЫ-ВЫХОДЫ
В связи с тем что ПК ориентированы на создание логических
автоматизированных систем, они оснащаются двоичными входа-
ми-выходами; некоторые ПК имеют входы-выходы, работающие
с информацией в виде слов, а иногда и аналоговые входы-выхо-
ды. В гл. 5 показано, что стоимость входов-выходов ПК с архи-
тектурой средней сложности зачастую превышает половину об-
щей стоимости ПК- Поэтому имеет смысл этот вопрос рассмот-
реть более подробно.
Архитектура системы входов-выходов. Интерфейс между объек-
том управления и внутренней логикой ПК обеспечивается элек-
тронными платами-модулями, называемыми адаптерами. В боль-
шинстве вариантов конструкции ПК на шасси или в стойке (см.
рис. 2.3) адаптеры входят в состав блока центрального процессо-
ра в виде плат-модулей. Иногда они выполняются отдельно от
центрального процессора в индивидуальном корпусе (ПК типов
ПЛ К, СПАК/ПС, ИПК и др.), в частности когда центральный
процессор имеет герметичный кожух.
Адаптер присоединяется с одной стороны к шине, а с другой —
к сборке зажимов, находящейся с лицевой (СМК-101) или тыль-
ной стороны ПК (ПБ-3 и ПБ-6). Он должен быть защищен, но в
то же время легко доступен (рис. 2.25). Конструкция зажимов
(винт, разъем, кабельный наконечник и др.), их расположение и
маркировка очень важны для пользователя, который стремится
совместить ПК с имеющимся оборудованием и обеспечить удоб-
ство его практического использования.
Традиционные входы-выходы позволяют подключать ПК к объ-
Рис. 2.25. Входы-выходы ПК типа TSX-80
ектам управления, рас-
положенным на расстоя-
нии до нескольких десят-
ков метров. При необхо-
димости для расширения
архитектуры входов-вы-
ходов используются до-
полнительные модули,
связанные между собой
шиной входов-выходов.
Они располагаются вбли-
зи центрального про-
цессора, чем обеспечи-
вается возможность со-
здания быстродействую-
щих параллельных свя-
зей между различны-
ми модулями.
54
Рис. 2.26. Модули фирмы «Жёмон Шнейдер» для организации мультиплексиро-
ванной передачи информации, развязки по мощности и контроля процесса
обмена информацией
Рис. 2.27. Модуль ТСИ-80 для организации различной архитектуры системы
промышленной автоматики (документ фирмы «Телемеканик»):
« — параллельная местная связь; б — параллельная связь большой протяженности; в —
последовательная асинхронная связь
55
Для управления объектами большой протяженности применя-
ются ПК с выносными модулями входов-выходов, расположенны-
ми на расстоянии 100—300 м от ПК. Для управления скоростны-
ми технологическими процессами в этом случае необходимы бы-
стродействующие параллельные связи. Как и в предыдущем слу-
чае, они работают в синхронном режиме.
Передача информации сигналами низкого уровня (5 или 15 В)
в условиях производственной среды не всегда надежна, поэтому
некоторые производители ПК предлагают входы-выходы, децент-
рализованные с помощью модема (модулятора-демодулятора)
цифровой передачи «Сикодис-06», «Альспа», «Модикон-184»
И др.).
Если же автоматизированная система занимает большую пло-
щадь, к технологическим трудностям добавляется высокая стои-
мость связей. Для такого случая фирма «Жемон Шнейдер» раз-
работала специальную систему передачи информации (СПИ)
(рис. 2.26). Мультиплексированная система пересылает 64 дискрет-
ных элемента информации в форме 8 байт за 10 мс. Скорость
передачи информации по линии 9600 бит/с. Сигнал с параметра-
ми 24 В и 300 мА имеет высокую помехоустойчивость. Максималь-
ное расстояние между объектом управления и ПК — 1000 м.
Фирмой «Телемеканик» создан модуль ТСИ-80 (TS/-80), ре-
шающий проблемы, связанные с архитектурой независимых про-
мышленных входов-выходов, которые нашли применение в гамме
ПК 7SX-80.
В состав системы ТСИ-80 (рис. 2.27) входят микропроцессор
и промежуточная память в блоке адаптера. Такая система позво-
ляет получить параллельную связь длиной от нескольких метров
до нескольких сотен метров и последовательную асинхронную
связь. В последнем случае стоимость проводки и установки сни-
жается в ущерб скорости передачи информации. Этот вариант
пригоден для управления объектами большой протяженности.
Служебные сигналы (режимы работы) и данные передаются по
линии одновременно. Модуль ТСИ-80 осуществляет предваритель-
ную обработку передаваемой информации, освобождая от этого
центральный процессор ПК.
Дискретные входы-выходы. В ПК используются различные
конструкции помехоустойчивых дискретных входов-выходов, обес-
печивающие надежный обмен информацией. Электрическая раз-
вязка входов-выходов необходима в связи с различием энергетиче-
ских характеристик сигналов ПК и объекта управления. Входы-
выходы могут выполняться по току или напряжению (постоянно-
му или переменному).
Двоичные входы. Кроме собственно приема информации, дво-
ичные входы производят предварительную обработку сигнала
(формирование сигнала, выделение помех, развязка сигналов с
различным уровнем мощности).
Формирование используется для получения калиброванного
сигнала. В случае сигналов переменного тока первой операцией
56
Рис. 2.28. Примеры устройств
защиты двоичных входов:
а — изменение постоянной времени;
б — оптрон; в — реле (время сраба-
тывания 0,1 с); г —триггер
обработки является двухпо-
лупериодное выпрямление.
Затем следует выделение по-
рогового напряжения (как
правило, 70—130 % логиче-
ского уровня 1) и фильтра-
ция при прохождении сиг-
налов через ограничитель-
ные устройства (МО В — ме-
таллоокисный варистор) или
триггер Шмитта (рис. 2.28)
Откалиброванный таким об-
разом сигнал имеет фор-
му прямоугольного импуль-
са в соответствии с логиче-
отфильтровка им-
скими уровнями ПК.
К описанной выше обработке добавляется
пульсных помех, причем не по уровню сигнала, а по его энергии.
Это достигается с помощью фильтра нижних частот с экспонен-
циальной характеристикой и соответствующей постоянной време-
ни (5—20 мс в зависимости от типа ПК). Чаще всего постоянная
времени задается примерно равной двойному периоду работы
ПК, что соответствует двукратному получению информации. Экс-
поненциальная фильтрация замедляет процесс получения инфор-
мации. Этим и объясняется тот факт, что в некоторых ПК, воз-
действуя на перемычку или переключатель, пользователь может
ввести фильтр в работу или отключить его.
Развязка внешних и внутренних цепей ПК обязательна. Она
служит фильтром и защитой центральных органов ПК в слу-
чае неисправностей в объекте управления (датчики) или в кана-
лах передачи информации (кабелях, разъемах и др.). Для раз-
вязки применяются оптроны в виде интегральной микросхемы,
содержащей светодиод и фототранзистор. Для электрической раз-
вязки используют также реле, экранирующие элементы и зазем-
ляющие металлизированные зоны на печатных платах (рис. 2.29).
индикация
220В
Рис. 2.29. Принципиальная схема типового входа
57
Рис. 2.30. Структурная схема двоичного
входа ПК типа ИПК
Структура, приведенная
на рис. 2.29. характерна для
любых ПК. В качестве при-
мера на рис. 2.30 показана
структурная схема систе-
мы входа ПК типа ИПК-
300.
Наиболее часто уровень
постоянного или переменно-
го напряжения входного сиг-
нала равен 24, 48, ПО и
220 В, значительно реже 5
или 15 В.
Индикация состо-
яния каждого входа с по-
мощью светодиода или нео-
новой лампочки, располо-
женных возле соответствую-
щего разъема, позволяет
следить за изменением со-
стояния объекта управле-
ния.
Некоторые производители обеспечивают возможность подклю-
чения или отключения входов-выходов на работающих ПК.
Модульная конструкция входов является для потребителя
важным параметром с учетом их высокой стоимости. Для неболь-
щих ПК устройства входа можно покупать поштучно (ПК типов
5ТИ ПС-30/05 фирмы «Альспа») или по 4 шт. (ПК типов ПМК
фирмы «Аллен Бредли», СД-77/64). Не считая некоторых особых
случаев (8 шт. для ПК ИПК-300; 10 шт. для «Модикон-285»;
20 шт. для СПАК/ПС; 16 и 32 шт. для «Проконтик-С» и «Про-
контик-Е»), наиболее часто встречается модуль из 16 входов
(ПЛК, ПИП, «Модикон-184», «Апилог», СМК, ТСП-100, ПБ-3Г
РБ-6, ПЛС). Обычно число выходов меньше числа входов («Мо-
дикон-284» имеет 80 входов и максимум 40 выходов). Входы и
выходы часто имеют свободное перераспределение в пределах
общего числа, поэтому при оценке мощности ПК совместно с ем-
костью программной памяти и периодом работы ПК нужно рас-
сматривать это общее число.
Двоичные выходы. Проблема электрической развязки возни-
кает и применительно к выходам. Выходы должны обеспечивать
выдачу определенной мощности, необходимой для управления
объектом. Чаще всего встречаются следующие параметры выхо-
дов: напряжение постоянное 5, 24, 48, 125 В или переменное 24,.
48, 120, 220 В при токе от нескольких миллиампер до нескольких
ампер. Нагрузкой выхода является реле или симистор при пере-
менном и транзистор при постоянном токе. При переменном токе
развязка обеспечивается разделительным трансформатором,
а при постоянном токе — оптроном (рис. 2.31).
58
Рис. 2.31. Структурная схема
двоичного выхода
Важно, чтобы пользователь имел возможность обеспечить пи-
тание выходов по своему усмотрению с управлением от ПК или
вне зависимости от него. Выходная мощность является основным
параметром выхода. Часто она оказывается достаточной для не-
посредственного привода в действие задвижек или небольших
электродвигателей. Если для управления производственными про-
цессами необходима значительная мощность, используют релей-
ную аппаратуру (табл. 2.7).
Чтобы обеспечить безопасную работу объекта управления, ино-
гда бывает необходимо защитить, по крайней мере, некоторые
выходы на случай возможных отказов питания ПК- Для этого со-
здают энергонезависимые выходы с использованием реле с меха-
низмом самоудерживания магнитного или механического типа,
ферритовых колец (фирма «Крузе») и двустабильные ртутные
реле (фирма «Мак Электроник»).
Как и входы, выходы имеют модульную конструкцию, указа-
тели состояния, расположенные около зажимов и допускают под-
ключение органов воздействия к объекту управления под напря-
жением.
На рис. 2.32 показаны типовые схемы входов-выходов, приме-
няемые в ПК типа ИПК-300.
Моделирование входов-выходов. При отладке автоматизиро-
ванной системы, выполнении профилактических работ или устра-
нении неисправностей желательно смоделировать поведение вхо-
дов-выходов ПК.
В первом случае достаточно воспользоваться устройством про-
граммирования, а при эксплуатации целесообразнее применять
несложные автономные устройства с ручным управлением. В этом
случае оказываются полезными световые указатели, которыми ос-
нащены входы и выходы. Для исключения ошибочных манипуля-
ций, которые могли бы вызвать повреждение установки, иногда
2.7. Допустимая нагрузка на релейные выходы
Тип реле	Напряжение, В	Ток, А	Мощность, В-А	Число включений
Ртутные герметичные	=500	2	100	109
Сухие герметичные (герко- новые)	= 100	0,5	10	5»106
Сухие	-250	2	1300	10в
59
Развязна с по-
мощью германа
Регистр Логическая
памяти схема [
»—гЛоточник тока
пользователя
Развязка с
помощью геркона б)
Развязка с по-
Регистр Логическая мощью геркона Выходу
памяти схема | /	|
I / I U	Источник тока
П р П ГТТ IТ ^обатёля^
' Тактовый генератор Выход
50 мне
Рис. 2.32. Схемы выходов:
а — на переменном токе без развязки; б — на постоянном токе без развязки; в — на
переменном токе с развязкой
применяются защитный экран со штыревым разъемом и
тестовая перемычка, которые обеспечивают доступ к вхо-
дам-выходам, позволяют разорвать соответствующую связь с объ-
ектом управления и задать значение 0 или 1 определенному
входу.
Необходимо иметь возможность подключать тестовый модуль
при работающем ПК. Модуль чрезвычайно прост в обращении,
не требует соблюдения особых предосторожностей и не затраги-
вает связей с объектом управления (рис. 2.33).
Трудности цикла. Для предотвращения взаимных влияний вхо-
дов-выходов в некоторых ПК опрос входов производится в мо-
менты, когда напряжение сети достигает амплитудного значения,
а активация выходов — при прохождении напряжения через нуль
(ПК типов SD и 577). Недостаток такого решения состоит в том,
что длительность цикла должна быть постоянной и независимой
от программы. Чтобы максимально сократить запаздывания сра-
батывания автоматизированной системы и реализовать преиму-
щества программирования, пользователь должен знать, каким об-
разом осуществляются считывание входов и активация выходов.
Считывание входов и активация выходов в строго определен-
ные моменты, например в начале или конце цикла, определяют
синхронный режим работы ПК. Работа в течение всего цикла при
жесткой конфигурации входов-выходов позволяет избежать слу-
чайностей, но приводит к увеличению запаздывания срабатыва-
ния. Поэтому в некоторых конструкциях ПК предусмотрено дву-
кратное уточнение состояния входов-выходов (ПК типа АПС
30-10) в течение одного цикла.
60
Рис. 2.33. Плата входов со сборкой зажимов для подключения блока
моделирования ПК типа ПЛС
Считывание каждого входа по выбору пользователя, когда эта
потребность заложена в команде, позволяет решить одно и то же
логическое уравнение несколько раз в течение цикла и, таким
образом, искусственно ускорить опрос той части объекта управ-
ления, которой необходимы более быстрые ответы.
Цифровые входы-выходы. Они имеются лишь в ПК средней и
верхней частей гаммы, производящих цифровую обработку дан-
ных. Длина числовых операндов, как правило, равна длине сло-
ва памяти ПК, т. е. чаще всего 16 битам; одна плата вмещает
16 входов или выходов. Применение средств электрической раз-
вязки увеличивает стоимость платы до 2000 франков за 16-бито-
вое слово. Для уменьшения средней стоимости входа можно ог-
раничиться лишь одной цифровой платой и мультиплексировать
нужные цифровые входы с помощью двоичных выходов
(рис. 2.34).
С этой же целью можно мультиплексировать двоичные входы
или демультиплексировать выходы, что эквивалентно увеличению
61
1
2
3
Рис. 2.34. Мультиплексирование цифровых входов:
1 — ввод цифровых данных через кодирующие кольца, буферные регистры и др.; 2 —
двоичные выходы ПК; 3 — цифровой вход
Рис. 2.35. Мультиплексирование входов (а) и демультиплексирование выхо-
дов (б):
а — ип = “г, если г/й=0; ип=и., если	б — У^Уп.
если yh—Q\ У}=Уп> если	= 1
числа входов-выходов машины без изменения их физического на-
личия (рис. 2.35).
В некоторых ПК двоичные цифровые входы-выходы упроще-
ны. Иногда цифровые входы-выходы образуются из двоичных пу-
тем объединения необходимого числа бит. В некоторых ПК дво-
ичные входы-выходы являются по существу цифровыми, в кото-
рых биты «независимы» друг от друга при обмене информацией
между ПК и объектом управления. Связь между техническими
средствами входов-выходов, определяемыми конструкцией ПК и
логической интерпретацией информации в соответствии с програм-
мой осуществляется с помощью монитора по командам пользова-
теля. Последние зависят от кода, присвоенного входам-выходам.
Например, £721 определяет двоичный вход № 21, a UN2\ — циф-
ровой вход № 21 (например, 16-битовый). В соответствии с иден-
тификацией кодов t/xx или UNxx монитор производит соответст-
вующую обработку всего комплекса бит, поступающих к нему от
адаптеров.
Например, в ПК фирмы «Модикон» (рис. 2.36) входы-выходы
организованы в 16-битовых словах, пересылка которых всегда
осуществляется параллельно. Интерпретация блока из 16 бит за-
висит от кода, использованного программистом для идентифика-
ции каждого входа-выхода. Код запоминается в таблице рас-
пределения входов-выходов, опрашиваемых монитором
62
для определения логического
свойства информации (двоичная
или цифровая) и соответствую-
щей ее обработки: выбор пути пе-
ресылки, возможное перекодиро-
вание.
Специальные входы-выходы.
К ним относятся устройства, яв-
ляющиеся элементами програм-
много обеспечения (счетчики, уст-
ройства выдержки времени), т. е.
не имеющие непосредственного
отношения к основным функциям
Рис. 2.36. Схема пересылки инфор-
мации входов-выходов ПК фирмы
«Модикон»
ПК (аналоговые входы-выходы).
Счетчики и устройства выдержки времени. Функции таких
устройств обычно выполняются программно. Более подробно они
рассмотрены в гл. 3, а здесь отметим, что в ПК применяются спе-
циальные платы счета и выдержек времени.
Необходимость в технических средствах *, реализующих функ-
цию счета, возникает при очень высокой производительности уп-
равляемого технологического процесса. Например, в производст-
ве сигарет на фирме «СЕНТА» (SEITA) невозможно обойтись без
электронного счетчика. При этом нужно всегда сопоставлять стои-
мость модуля, с одной стороны, и число счетчиков на плате,
а также число самих взаимозаменяемых плат, с другой.
Технические средства, реализующие функцию таймера, иногда
применяются для экономии объема памяти. При этом точность
регулирования длительности выдержки с помощью переменного
резистора весьма невысока.
Логические входы с регулируемым порогом. Их иногда непра-
вильно называют «аналоговыми входами». Эти входы выявляют
превышение порогового значения непрерывной физической вели-
чиной (рис. 2.37). Они являются целесообразным дополнением к
логическим устройствам автоматики, когда приходится иметь де-
ло с несколькими аналоговыми пе-
ременными, значения которых необ-
ходимо исчислять относительно ус-
тавки. Такие устройства применяют-
ся при автоматизации процесса
взвешивания, когда нужно сформи-
ровать предварительно заданные
одинаковые по массе партии мате-
риала.
Рис. 2.37. Логический вход с ре-
гулируемым порогом:
А — аналоговый вход; П — порог;
Б — логическая переменная
* В отличие от реализации функций с
помощью программного обеспечения.
63
Выбор номера канала
(например,
„ Интел -6255”)
Рис. 2.38. Схема аналогового входа
Иными словами, эти входы облегчают автоматизацию процес-
сов дискретного регулирования.
Аналоговые входы-выходы. Они преобразуют аналоговую ве-
личину в цифровой код, состоящий из И бит и 1 бита для указа-
ния знака, и наоборот. Такие входы-выходы встречаются в ПК
довольно редко. Некоторые ПК верхней части гаммы обеспечи-
вают регулирование аналоговых величин.
Все аналоговые входы за счет мультиплексирования (рис. 2.38)
обслуживаются одним аналого-цифровым преобразователем, по-
скольку он стоит относительно дорого. Каждый аналоговый выход
оснащен своим цифроаналоговым преобразователем.
Аналоговые входы-выходы характеризуются амплитудой на-
пряжения аналогового сигнала (0—10 В; —10 В; 4-10 В), значе-
нием тока, скоростью преобразования, определяющей запаздыва-
ние передачи информации, и точностью цифрового представления
(число уровней, связанных с числом бит соответствующего слова).
Частота выделения дискретных значений сигнала непосредст-
венно связана С периодом работы ПК. В этой связи всегда долж-
на быть уверенность в том, что эта частота по крайней мере в
2 раза выше самой большой частоты аналогового сигнала (теоре-
ма Шеннона).
Сигнальные выходы. С помощью звукового сигнала сообщают
пользователю о наличии неисправности и световым указателем
уточняют ее характер. Цикл сигнализации выглядит следующим
образом:
Сигнал
световой звуковой
Сигнал оповещения..........
Восприятие звукового сигнала
Обнаружение неисправности .
Снятие сигнала** оповещения .
Мигание	Включен
Мигание	Выключен
Включен	Выключен
Выключен	Выключен
64
2.7.	УСТРОЙСТВА ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ
Одним из наиболее важных требований является обеспечение
безопасности автоматизированной системы. Уровень энергетиче-
ских параметров ПК приводит пользователя к необходимости
предусматривать различные процедуры защиты системы в случае
возникновения неисправностей в объекте управления. Сам ПК
должен быть надежным и всегда работоспособным устройством.
Любой сбой в его работе должен выявляться и немедленно ана-
лизироваться. В зависимости от серьезности неполадок автомати-
зированную систему переводят на более низкий уровень автома-
тизации, т. е. выполнение лишь основных функций, или останав-
ливают полностью и передают управление другому ПК или опера-
тору для управления объектом вручную.
Устройства общего назначения. Они предназначены для выявле-
ния и устранения неисправностей центрального процессора. Все
неполадки можно разделить на три типа: неисправности процес-
сора, ошибки в обработке и передаче информации, отказы пита-
ния.
Надежность работы процессора. От безупречной работы про-
цессора зависит правильное выполнение команд и программ в це-
лом. С учетом высокой надежности электронной элементной базы
и стоимости системы обеспечения надежности за счет дублиро-
вания органов с помощью устройства наблюдения и принятия ре-
шения для гарантии правильности выполнения каждой команды
очень часто ограничиваются контролем продолжительности дан-
ного процесса. Включенный в работу в начале фазы отработки
команды сторожевой элемент подает сигнал тревоги, если
по истечении соответствующего времени процессор не выдает сиг-
нал конца команды. При необходимости выполнения более слож-
ных команд (например, арифметических) соответствующие ПК
оснащаются такими дополнительными элементами контроля, как
бит переполнения в случае превышения емкости регистров или
схема защиты от деления на нуль.
Наблюдение за циклом производится также с помощью сто-
рожевого элемента. Чрезвычайно длительный цикл может явить-
ся следствием неправильной работы центрального процессора или
«зацикливания» программы. Кроме того, в некоторых ПК с нача-
лом каждого цикла производится систематическое тести-
рование центрального процессора.
Незначительный дефект программы сигнализируется, и пользо-
ватель должен предусмотреть соответствующие меры. Серьезная
же неполадка вызывает полное или частичное отключение ПК,
о чем пользователь ставится в известность световыми указателя-
ми, которые позволяют локализовать неисправность и принять не-
обходимые меры к ее устранению.
Достоверность информации. Для обеспечения достоверности
информации, находящейся в памяти и в процессе обмена между
модулями центрального процессора, в простейшем случае к ней
3 Зак. 762	65
присоединяется дополнительный бит, бит четности, значение кото-
рого определяется числом бит с состоянием 1 в передаваемой ин-
формации. В случае четной (нечетной) четности сумма бит с со-
стоянием 1 в передаваемой информации и самого бита четности
должна быть четной (нечетной).
Предположим, что осуществляется пересылка информации из
памяти в аккумулятор. Данные заносятся в память со своим би-
том четности. Дополненная таким образом информация переда-
ется в центральный процессор, который заново вычисляет бит
четности и сравнивает его с битом, сопровождающим информа-
цию. Если эти биты идентичны, то предполагается, что ошибки
в содержании передаваемой информации нет, поскольку вероят-
ность одновременно двух ошибок чрезвычайно мала (10~9).
Поскольку память на полупроводниках менее надежна, чем на
ферритовых кольцах, вводят несколько дополнительных бит (ког-
да буквенно-цифровая информация организуется в словах). Са-
моконтролируемый код в этом случае обеспечивает не менее вы-
сокий уровень надежности. Возможные сбои индицируются.
Надежность системы питания. Неисправности в системе пита-
ния негативно отражаются на работе ПК и надежности выполне-
ния операций с данными. Сигнал об уровне напряжения питания
подается на внутреннюю систему приоритетного прерывания, ко-
торая активируется в случае недопустимого понижения напряже-
ния. При этом приоритетно отрабатывается процедура защиты
информации, а буферная батарея обеспечивает временное пита-
ние в течение нескольких миллисекунд. Это время используется
для пересылки содержимого регистров центрального процессора
в память. Если память энергозависимая, то используют батарею
аварийного питания, которая позволяет удерживать информацию
в течение нескольких дней.
В некоторых ПК предусмотрена возможность автоматическо-
го пуска при восстановлении питания. Пуск осуществляется с са-
мого начала программы (фаза инициализации) либо с прерван-
ной команды с восстановлением ситуации, имевшей место до от-
ключения (восстановление состояния регистров).
Уровень защиты ПК от сбоев в питании целесообразно повы-
шать, несмотря на трудности, которые могут при этом возникнуть.
Надежность входов-выходов. Практика показывает, что от 80
до 90 % неисправностей ПК приходится на входы-выходы. Хотя
объект управления имеет свои защитные устройства, необходи-
мо принимать дополнительные меры, чтобы отказы ПК не отра-
жались на работе объекта управления. Эти меры можно разбить
на две категории.
Предупредительные меры. Выявить и устранить неисправность
или определить отказавший вход или выход довольно сложно.
Наиболее простой проверкой является сравнение логически
связанной информации. Для этого, например, можно произвести
выборку переменной и ее дополнения, переслать эту информацию
порознь в центральный процессор и сравнить (ПК типа
66
СМК-101). Известны ПК, в которых для проверки производится
многоразовая выборка. Сначала сравниваются результа-
ты двух последовательных опросов, и пересылка осуществляется,
если значения совпадают. В противном случае проверка произво-
дится вновь, но уже при пяти последовательных опросах и срав-
нениях. Если все эти операции положительного результата не да-
ют, то вход считается вышедшим из строя (ПК типа «Модикон»).
Тогда принимают в расчет предыдущее значение или производят
сброс.
Так же поступают и с выходами. Элемент, получающий выход-
ную информацию, возвращает ее в центральный процессор, кото-
рый сравнивает ее с той информацией, которую он выдал (такой
маршрут информации называют пересылкой с эффектом «эхо»).
Работоспособность выхода определяется по совпадению значений.
В противном случае операция повторяется 5 раз (ПК типа «Моди-
кон»). При отрицательном результате выход оставляют в преды-
дущем состоянии или сбрасывают на нуль, если это состояние
более надежное.
Для повышения надежности передачи информации между
адаптером и центральным процессором при работе с числовыми
значениями применяют биты четности.
Операции входов-выходов контролируются «сторожевой» схе-
мой, в особенности при аналого-цифровых преобразованиях или
перекодировании информации.
Для надежной работы входов-выходов обеспечивают изоля-
цию, развязку и раздельное питание.
Защита внешних устройств. При возникновении неисправности
очень важно информировать об этом пользователя и принять ме-
ры, необходимые для защиты объекта управления. Для оповеще-
ния пользователя применяется система сигнальных элементов со-
ответствующих входов-выходов и указателей общего назначения,
работающих, например, совместно с* сигналом тревоги.
Практические меры определяются характером объекта управ-
ления. Как было показано выше, здесь возможны различные ре-
шения. Безопасным состоянием выходов может быть
их предшествующее состояние или общий сброс на нуль. В первом
случае особенно велика роль энергонезависимых выходов.
2.8.	УСТРОЙСТВО ПРОГРАММИРОВАНИЯ
Наличие устройства программирования в ПК позволяет отне-
сти их к устройствам вычислительной техники. Основное назначе-
ние устройства программирования состоит в переводе команд
пользователя с мнемокода в команды, которые могут быть выпол-
нены ПК.
В микроЭВМ роль интерпретатора в диалоге человек — ма-
шина выполняется одним единственным процессором, который с
помощью программного обеспечения реализует функции компиля-
ции и интерпретирования (см. гл. 3). В ПК задачи по созданию
3*	67
Рис. 2.39. МикроЭВМ (а) и ПК с уст-
ройством программирования (б):
1 — центральный процессор микроЭВМ; 2 —
программное обеспечение для компиляции
или интерпретации; 3 — процессор ПК; 4 —
периферийное устройство входа (устройство
считывания карт, ленты, телетайп и др.);
5 — процессор устройства программирования
и выполнению программы решаются двумя различными процессо-
рами. Один из них принадлежит устройству программирования,
а другой — ПК (рис. 2.39). Если ПК создается на базе мини-
ЭВМ, устройство программирования становится как бы модулем
расширения памяти вычислительного устройства. Наиболее широ-
кое распространение получил двухпроцессорный вариант испол-
нения, в котором устройство программирования является интел-
лектуальным периферийным устройством.
Зачастую устройство программирования стоит дороже цент-
рального процессора (см. гл. 5), однако его можно использо-
вать для обслуживания нескольких ПК. Высокой стоимостью
устройств программирования объясняется появление служб их
проката, а также наличие устройств программирования упрощен-
ного и более совершенного типов.
Функции устройства программирования можно разделить на
пять групп.
Интерактивная интерпретация и моделирование. Устройство
программирования обеспечивает переход от языка программиро-
вания к машинному языку на различных уровнях:
при вводе программы (устройство программирования может
иметь собственную память и принимать всю программу или ее
часть);
при визуализации (перевод с языка высокого уровня на ма-
шинный язык и обратно);
при изменении или перемещении отдельной команды или зоны
программы;
при выявлении синтаксических ошибок и сигнализации опера-
тору.
Для выполнения этих задач устройство программирования мо-
жет успешно работать в локальном режиме, т. е. независимо от
ПК. Это дает возможность программисту писать программу, на-
ходясь в бюро, а не в производственном цехе, т. е. в обстановке
более благоприятной для творческого процесса. Возможность
моделирования значительно облегчает процесс отладки про-
граммы и улучшает организацию труда в конструкторском бюро.
Загрузка данных. Устройство программирования позволяет
вводить или изменять используемые в программе операнды вне
зависимости от их характера (булев, цифровой или в виде мат-
риц) и даже в процессе выполнения программы.
68
Контроль выполнения программы. Эта функция устройства
программирования дублирует роль тестового блока. Устройство
программирования может контролировать покомандное выполне-
ние программы с выводом на дисплей информации, например,
о состоянии логического аккумулятора и о команде в исходном
коде. Устройство программирования управляет отработкой блока
программы, остановкой на определенном операторе, позволяет из-
менять программу в процессе ее выполнения, назначать и визуа-
лизировать операнды. В выполнении этих функций устройство
программирования значительно превосходит отладочные програм-
мы мини-ЭВМ, поскольку вмешательство программиста происхо-
дит в процессе выполнения программы. Не следует забывать, что
при выполнении на практике указанных операций возникает риск
повреждения объекта управления.
Сохранение программы. Выполнение этой функции становится
возможным вследствие того, что зачастую устройства программи-
рования оснащаются адаптерами и интерфейсами для управления
традиционными периферийными устройствами, такими, как нако-
пители на мини-кассетах, гибком диске, ленте или телетайп.
Переход от памяти RAM к памяти REPROM. В устройствах
программирования имеется система пересылки информации из
его памяти RAM в память PROM или REPROM ПК. Прежде чем
произвести пересылку, следует убедиться в работоспособности
программы, т. е. в том, что ПК сможет выполнить команды, со-
держащиеся в оперативной памяти устройства программирования.
Однако объем буферной оперативной памяти устройства програм-
мирования не всегда достигает объема памяти ПК. Поэтому
пересылка осуществляется блоками (чаще всего по 256 слов дли-
ной 2X8 бит).
Реализация этих функциональных возможностей предопреде-
ляет высокий уровень совершенства устройств программирования
наряду с простотой использования, вот почему устройства про-
граммирования конструктивно сложны и стоят весьма дорого.
Типы устройств программирования. Упрощенные устройства
программирования обеспечивают выполнение основных функций,
т. е. редактирование программы, вывод на дисплей части или все-
го уравнения в зависимости от его длины и формата (фиксиро-
ванный или свободный) и запись в память REPROM (рис. 2.40).
Такие устройства программирования очень просты в эксплуа-
тации, поскольку команды вводятся последовательно с указанием
их номера (счетчик команд) и типа (код операции), а также ти-
па операнда (вход-выход, внутренняя память, счетчик, таймер)
и его номера.
На дисплей выводится лишь одна команда или строка про-
граммы. В процессе ввода команды возможны исправления. По-
иск команд производится пошаговым образом или с переходом
через 10 или 20 команд. Если запись осуществляется непосредст-
венно в память REPROM, то всякая ошибка вызывает необходи-
мость стирания всего модуля (256 слов) или нейтрализации сло-
69
Рис. 2.40. Типовой пульт упрощенного устройства программирования:
/ — кодирующие кольца индикации номера строки или команды; 2 — интегральная микро-
схема памяти REPROM; 3 — различные функции (засылка в память, считывание, исправ-
ление); 4 — строка световой индикации «сегментного» типа; 5 — клавиши функций (код
операции); 6 — кодирующие кольца адресации (адрес и код операндов)
ва кодом «Нет операции», что возможно лишь в том случае, ког-
да код «Нет операции» состоит из одних единиц. Нужное слово
взамен нейтрализованного может быть записано в конце про-
граммы.
Стоимость таких устройств программирования, как правило,
4000—7000 франков. На рис. 2.41 представлен пульт программи-
рования ПК типа 5ТИ.
Совершенные устройства программирования. Американские
фирмы, использующие в основном язык релейно-контактных сим-
волов (см. гл. 3), выпускают устройства программирования, по-
зволяющие воспроизводить на экране непосредственно электри-
ческую схему. В режиме программирования на экран может быть
выведена значительная часть схемы в масштабе. Такое устрой-
ство позволяет стирать, перемещать и встраивать в текст програм-
мы отдельные команды (рис. 2.42).
«Мониторная» функция устройства программирования обеспе-
чивает в процессе работы ПК визуализацию возбужденных вхо-
дов-выходов путем увеличения яркости их изображения, а также
отражение динамики работы таймеров или счетчиков.
Рис. 2.41. Пульт программирования ПК
типа 5ТИ:
/ — индикация номера элемента входа-вы-
хода, таймеров, содержимого счетчиков, чис-
ла пропущенных ветвлений; 2—4 — выбор
функций соответственно «Главное управляю-
щее реле»; «Выдержка времени»; «Счетчик»;
5 — световые указатели типа выбранного
элемента (8 шт.);	6 — клавиша «Засылка»,
позволяющая перейти к новой строке; 7 —
световой указатель, используемый для выяв-
ления ошибки или неисправности в работе;
8 и 9 — выбор внешнего входа и выхода;
10—выбор внутренних управляющих реле
(до 512 шт.); // — световые указатели вхо-
дов-выходов (3 шт.); /2 — выбор десятичных
переменных от 0 до 9; 13 — индикация пози-
ции памяти, занятой элементом диаграммы;
14 — внутренний (CR) или внешний (Г) вы-
ход; 15 — дополнение; 16 и /7 — параллель-
ное и последовательное соединение элемен-
тов; 18 — встраивание шага программы; 19 —
вход регистра памяти; 20 — сдвиг регистра
памяти; 21 — считывание содержимого па-
мяти; 22 — сброс индикации
70
Рис. 2.42. Программируемый контроллер «Директор-1001» фирмы «Крузе» (а)
и устройство программирования для него (б)
Несмотря на то, что в целом явно ощущается тенденция к ис-
пользованию микропроцессоров, некоторые устройства програм-
мирования мощных ПК («Модикон-184», «Модикон-384») весьма
просты, их работа основана на использовании логики и памяти
центральных процессоров ПК.
2.9.	ПЕРИФЕРИЙНЫЕ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
Периферийные устройства ПК можно разделить на три группы.
1.	Вспомогательная память большой емкости:
диски с фиксированными или подвижными головками, гибкие ди-
ски, магнитные барабаны, магнитные ленты, листы и т. д.
71
2.	Коммуникационные модули входа и выхода:
устройство считывания перфокарт, печатающее устройство, блок
вывода на дисплей, перфоратор ленты, графопостроитель и т. д.
3.	Дополнительные блоки обработки информа-
ции: аналоговый модуль, мини-ЭВМ, другой ПК.
В прилагаемых к ПК инструкциях по эксплуатации к перифе-
рийным устройствам относят также кассетные магнитофоны, ди-
станционные печатающие устройства и др. В реальных рабочих
условиях ПК обмениваются информацией, как правило, лишь с
управляемым объектом. Все эти устройства являются периферий-
ными для устройств программирования и вспомогательными для
ПК- К ним относятся: устройства записи-считывания с использо-
ванием кассет, устройство считывания и (или) изготовления пер-
фоленты, дистанционное печатающее устройство (со своим адап-
тером), моделирующее устройство; устройства диагностики неис-
правностей.
Моделирующее устройство. После того как специалист в об-
ласти автоматизации проанализировал стоящую перед ним зада-
чу, составил уравнения и написал программу, целесообразно пу-
тем моделирования убедиться в правильности функционирования
создаваемой автоматизированной системы.
Для этого можно воспользоваться устройством форсирования
входов-выходов или моделирующим устройством (рис. 2.43). Дво-
ичные входы моделируются с помощью кнопок, а состояние вы-
ходов указывается с помощью индикаторных ламп. Моделирую-
щее устройство должно сочетаться с уже имеющимися на техно-
логическом оборудовании входами-выходами. В этом случае поль-
зователь будет иметь возможность доводить и совершенствовать
систему без остановки объекта управления.
Рис. 2.43. Моделирующее устройство 5ТИ (32 входа —
16 выходов)
72
Память больших массивов информации. Программа ПК, управ-
ляющего промышленным объектом с несколькими сотнями вхо-
дов-выходов, может быть весьма громоздкой. Ввод программы из
многих сотен строк достаточно длителен. Для хранения таких
программ и обеспечения возможности тиражирования для после-
дующего использования на аналогичных объектах управления не-
обходимо, чтобы входы-выходы были оснащены памятью большой
емкости. Традиционные устройства управления с монтажной ло-
гикой должны быть укомплектованы четкими чертежами, в кото-
рые вносят исправления при доводке системы управления. Это
же относится и к программируемым устройствам логического уп-
равления с тем лишь различием, что кроме технической докумен-
тации, которую необходимо тщательно корректировать при вне-
сении в программу малейших изменений при отладке, сами про-
граммы нужно хранить на бумажных или магнитных носителях.
Обмен информацией между устройством програмирования и ПК
осуществляется в этом случае через кассетное устройство ввода-
вывода на перфо- или магнитную ленту.
Устройство ввода-вывода на перфокарты. Это периферийное
устройство имеет, как правило, свой адаптер, и, будучи подклю-
ченным непосредственно к ПК, позволяет перфорировать на лен-
ту программу, содержащуюся в его памяти, или же считывать с
ленты программу и вводить ее в память. Третий режим работы
этого устройства — копирование, т. е. считывание программы с
ленты и синхронное копирование ее на перфораторе с помощью
одного и того же аппарата.
Типовые характеристики устройств ввода-вывода на перфокар-
ты: скорость перфорирования 10 слов по 16 бит; скорость считы-
вания 60 слов (т. е. 4К слов загружаются в 1 мин); скорость ко-
пирования 10 слов.
Кассетные устройства. Для создания памяти большой емкости
чаще всего применяются кассетные устройства ввода-вывода на
магнитную ленту. Нередко их встраивают в устройство програм-
мирования. Кассетное устройство не обменивается информацией
с центральным процессором в процессе работы ПК. Пользователь
может прервать выполнение программы ПК и записать на магнит-
ный носитель программу или часть ее, убедиться в том, что про-
грамма в памяти полностью совпадает с программой на кассете,
загрузить программу в память. Для этих целей используются не-
дорогие кассеты общего назначения, не отличающиеся однако
высокой надежностью.
Средства редактирования программ. Устройство программиро-
вания позволяет прочитать команду за командой содержимое
программы, находящейся в памяти; однако при отыскании оши-
бок эта процедура становится утомительной, поскольку не позво-
ляет видеть программу целиком. Необходимо специальное устрой-
ство для редактирования исходной программы. Чаще всего при-
меняют печатающее устройство дистанционного типа с клавиату-
рой и устройством ввода-вывода на перфоленты. При этом одно-
73
Рис. 2.44. Печатающее устройство «Модикон» (до
100 сообщений, вводимых в память изготовителем;
21 символ в строке)
временно решаются проблемы редактирования и памяти большой
емкости. Нельзя забывать, что эта аппаратура не предназначена
для работы в производственных условиях. Предусматриваемый
разработчиком аппаратуры адаптер позволяет производить рас-
печатку программы с указанием адреса каждой команды, а иног-
да и с комментариями, и воспроизводить схему в определенном
масштабе. Однако не все разработчики ПК, в том числе создате-
ли высокосовершенных приборов, считают необходимым оснащать
свою продукцию средствами редактирования.
Печатающее устройство параллельного типа. Программируемые
контроллеры не имеют системы управления входами-выходами.
Однако пользователю иногда бывает нужно вывести на печать не-
которые результаты (состояние счетчиков, таймеров, различные
значения в случае ПК с цифровыми входами-выходами) или со-
общения об ошибках непосредственно в ту зону, где работает
ПК, т. е. на участок цеха, где размещен объект управления.
С учетом этого некоторые производители ПК комплектуют свои
изделия печатающим устройством параллельного действия, т. е.
аппаратом построчной печати сообщений, предварительно зало-
женных в память ROM или PROM. Распечатка производится пос-
ле активации соответствующего бита (рис. 2.44).
Интерфейсы ЭВМ. Поскольку ПК не имеют средств управления
74
Рис. 2.45. Оказание технической помощи пользователю по телефону (фирма
«Модикон»):
1 — ПК; 2 — телефон-интерфейс; 3 — телетайп; 4 — ЭВМ
входами-выходами, то при создании систем управления с приме-
нением ПК и ЭВМ необходимы соответствующие интерфейсы. Это
электронные блоки, обеспечивающие возможность обмена инфор-
мацией между ПК и ЭВМ. Кроме того, если расстояние между
устройствами слишком велико, приходится применять модемы. Об-
мен информацией обычно производится в коде ASCII, и интео-
фейс обеспечивает перекодирование.
Указанные средства могут использоваться для записи операн-
дов (биты или слова) или для их считывания. Операция, выпол-
няемая за один цикл *, должна быть «прозрачна» для ПК и уп-
равляться от ЭВМ. Скорость передачи информации в известных
системах — около 110 бит-с-1.
ЭВМ должна быть в состоянии изменить программу, выпол-
няемую ПК, а это предполагает запись команд в оперативную
память. ЭВМ, управляющая работой цеха, может принять реше-
ния об изменении номенклатуры изготовляемой продукции. Ввод
программы должен осуществляться с высокой скоростью, а обмен
информацией — со скоростью около 9600 бит « с-1.
Адаптер ЭВМ иногда имеет свой собственный набор команд.
Типовыми командами являются обычно команды записи уставки
счетчика или таймера, перевода центрального процессора в ре-
жим «Работа» или «Программирование», ввода содержимого па-
мяти и др.
Некоторые производители ПК организуют с помощью цент-
ральной ЭВМ систему оказания технических услуг по телефону
для потребителей своей продукции (рис. 2.45). В число оказывае-
мых услуг входят: дистанционное обслуживание, т. е.
ввод программ диагностики и исправления ошибок; дистанцион-
* При таком режиме передачи информации исключается слишком длитель-
ное задействование центрального процессора. Речь здесь идет не о цикле ПК,
а о цикле процессора (несколько микросекунд).
75
ная отладка рабочей программы пользователя; запись программы
пользователя в целях ее сохранения и выполнение распечаток.
Тестовый блок. К памяти ПК обычно можно получить доступ с
помощью устройства программирования. Многие фирмы предла-
гают более простое, а значит, и менее дорогое устройство для
обнаружения возможных ошибок. Его называют те-
стовым блоком или тестовым модулем. Оно является
своего рода комбинированным прибором, предназначенным для
обслуживающего персонала.
Обычный тестовый блок обеспечивает: индикацию с набором
вручную номера подлежащей проверке строки программы; отобра-
жение на дисплее команды (код операции и адрес операнда);
отображение на дисплее содержимого логического аккумулятора
после выполнения команды, что позволяет шаг за шагом локали-
зовать зону, где значения переменных не удовлетворяют условиям
уравнения, и определить причину неисправности; определение со-
стояния управляющего реле (если таковое имеется), обусловли-
вающего принятие логического уравнения к решению, индикацию
состояния любого входа, выхода или содержимого внутренней па-
мяти.
Линейный диалоговый блок. Линейные диалоговые блоки появи-
лись недавно. Целесообразность их создания была подсказана
опытом эксплуатации ПК. Эти блоки как бы расширяют собой
понятие «тестовый блок». Хотя в процессе эксплуатации ПК не-
обходимости в устройстве программирования нет, оператору хо-
чется все же иметь его в непосредственной близости от машины,
чтобы иметь возможность изменить константу, получить доступ к
текущим значениям параметров, следить за показаниями счетчи-
ков, регулировать уставку реле, вводить различные программы и
т. д. Некоторые из этих функций могут быть выполнены отдель-
ными средствами устройства программирования, например, коди-
рующими кольцами, позволяющими предварительно набирать зна-
чения уставок счетчиков или таймеров. Выполнение большинст-
ва подобных функций требует подключения устройства програм-
мирования. При этом возникают проблемы в связи с высокой
стоимостью устройства программирования и безопасностью, по-
скольку оно дает доступ ко всем функциям ПК.
Для удовлетворения указанных потребностей в условиях безо-
пасной эксплуатации и приемлемой стоимости производителями
ПК были предложены специальные блоки с более или менее пол-
ным набором функций. Это, например, линейный диалоговый блок
ТКАМ (ТСАМ: Timer/Counter Access Module) фирмы «Тексас
Инструменте», а также диалого-тестовый блок фирмы «Телеме-
каник».
Линейные диалоговые блоки являются периферийными средст-
вами ПК и работают независимо от УП. Они предназначены для
оператора, который является специалистом в области производ-
ственной технологии, а не в области ПК. Предусмотрены блоки-
ровки, защищающие систему от ошибочных манипуляций.
76
Рис. 2.46. Линейные диалоговые блоки 5ТИ (а) и ПМ-550, РЛ4-550 (б)
Например, замок с ключом не позволяет лицам без права досту-
па воздействовать на параметры системы.
Блок ТКАМ фирмы «Тексас Инструменте» обеспечивает до-
ступ к различным счетчикам и таймерам ПК типа 5ТИ с возмож-
ностью индикации уставок и текущих значений. Уставки можно
изменить лишь в том случае, если пользователь с помощью со-
ответствующего ключа выводит блокировку; модули счетчиков и
Кросс-
ассемблер
Параллельное
печатающее
устройст во
/7/Г
Обь в кт
управле-
ния
! 1ПГ
| ПК или
। супервизор
Рис. 2.47. Внешние связи ПК:
===== — постоянные;
— временные;----------возможные
77
таймеров остаются недоступными. К одному ПК можно подклю-
чить несколько блоков ТКАМ (рис. 2.46), но лишь один из них
работает в режиме ведущего, обеспечивая возможность воздейст-
вия на параметры (доступ к центральной памяти).
Диалого-тестовый блок для ПК типа TSX-80 фирмы «Теле-
меканик» имеет более широкий набор функций. С помощью него
можно изменять константы, принудительно возбуждать входы-вы-
ходы, выполнять части программ, переписывать программы с кас-
сет в память. Таким образом, с помощью ПК можно управлять
объектом вручную (отладка, наладочный режим).
Линейные диалоговые блоки выполняются в виде модуля, сты-
куемого с помощью разъемов или смонтированного на отдельной
от центрального процессора плате, и имеют клавиши функций,
цифровые клавиши, цифровую индикацию и защитное устройст-
во. В их состав входит микропроцессор, реализующий необходи-
мые функции.
Внешняя среда ПК. На рис. 2.47. приведены периферийные и
вспомогательные устройства ПК, рассмотренные ранее. При от-
ладке программ без применения устройства программирования
целесообразно использовать ЭВМ или мини-ЭВМ. Кросс-модуля-
тор и кросс-ассемблер позволяют смоделировать ПК и генериро-
вать выполняемый им код.
Соединения ПК—ПК и ПК—супервизоры. При наличии сов-
местимости уровней два ПК могут быть соединены друг с другом
с помощью входов-выходов. Это означает, что путем возбуждения
выхода Выхи контроллера ПК! можно через вход Bx2j вызвать
выполнение задачи контроллером ПК2 (рис. 2.48).
Целесообразность подобного соединения определяется харак-
тером объекта управления, для которого такого рода развязка
может оказаться вовсе невозможной. Работа двух ПК с п вхо-
дами-выходами во времени не эквивалентна работе одного ПК с
2п входами-выходами, поскольку два цикла идут параллельно.
Можно использовать каналы, по которым ПК2 будет иметь
доступ ко всем входам-выходам ПК1 и занесет их в рабочую па-
мять, не используя при этом свои собственные входы-выходы. Од-
нако, имея доступ к входам-выходам 77К7, ПК2 не может акти-
вировать выходы ПК! без риска создания конфликтной ситуации
с центральным процессором ПК!.
78

	
ПК, мини- или
микроЗвм N i
------Т . .
--------—-г-п Y ГТ
\Супер6изор I
ПК, мини- или
микроЗвМЫ+1
=3—
Рис. 2.49. Система с многоуровневой
структурой на базе ПК
Соединения типа ПК — супервизоры применяются при много-
уровневой структуре системы управления (рис. 2.49). При этом
сам супервизор может представлять собой совершенную информа-
тическую систему (высокосовершенный ПК или мини-ЭВМ).
«Ведомый» ПК может иметь команды, позволяющие активи-
ровать супервизор, который, в свою очередь, будет сканировать
входы, выходы и внутреннюю память ПК. Если для выполнения
каждой задачи в ПК предусмотрена своя структура средств, то
супервизор может изменить функцию ПК, разрешая или запре-
щая выполнение тех или иных задач. Если номера зажимов счет-
чиков или таймеров находятся в памяти данных, то супервизор
может, приняв решение, предписать ПК выполнение той или иной
задачи, предусмотреть координацию работы между различными
ПК, выполнить более сложную обработку данных (расчеты) и
обеспечить управление объектом (распечатка значений парамет-
ров, характеризующих состояние системы, подведение итогов, со-
ставление хронологических отчетов).
В отличие от систем с многоуровневой структурой на базе ми-
ни-ЭВМ супервизор в связи с неизменным характером програм-
мы ПК, обусловленным технологией программной памяти (как
правило, память REPROM), не может в некоторых случаях вве-
сти в ПК новые программы в процессе работы.
Глава 3
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПК
3.1.	ХАРАКТЕРИСТИКА ЯЗЫКОВ
В работе автоматизированной системы управления объектом
используются два типа обмена информацией: постоянный обмен
между объектом и комплексом средств управления (входы и вы-
ходы данных); обмен по мере необходимости между оператором
и системой управления (назначение операций по обработке дан-
ных, изменение уставок, частичное или полное переключение
управления на себя и др.).
Для осуществления этих обменов информацией необходимы
языки, которые были бы понятны для передатчика и приемника
сообщений. В первом случае необходимо обеспечить в основном
физическую совместимость передаваемых данных, во втором об-
мен информацией осуществляется на настоящем языке, который
определяется применяемыми при этом техническими средствами.
В случае использования традиционных аналоговых и цифровых
средств — это неявный язык, при работе же информатиче-
ских систем — явный язык, называемый языком програм-
мирования. Он дает программисту возможность обращения
к машине для назначения необходимых операций по обработке
данных и обеспечивает рациональное использование ее ресурсов *.
С помощью специальной программы машина считывает информа-
цию с внешнего носителя, придавая ей необходимую форму.
Язык — это способ однозначного представления информа-
ции.
Прекрасным примером являются языки, на которых говорят
люди. Четкость и богатство этих языков определяется качеством
их словарного состава и грамматики. Тем не менее практика
показывает, что точность передачи информации с помощью раз-
личных языковых форм неодинакова. Очевидно, что разговорный
язык в большинстве случаев уступает по точности письменному.
Недостаток письменного языка в том, что передатчик не может
послать приемнику дополнительную информацию в режиме реаль-
* Чтобы программа могла выполнить задачу, возложенную на нее прог-
раммистом, ей должно быть отведено время пользования центральным процес-
сором, памятью, периферийными устройствами, сигналами синхронизации.
80
ного времени, т. е. когда приемник в такой информации нужда-
ется. Вот почему письменное сообщение до его передачи должно
быть тщательно сформулировано и проверено.
В диалоге человек — машина возникают трудности
еще большего порядка. Как и в случае с письменным языком, со-
общение должно быть ясным и недвусмысленным до его передачи
(после ввода сообщения в машину его правка становится дорогой
и сложной). Кроме того, язык непосредственно зависит от совер-
шенства машины. При современном уровне развития электронной
технологии речь не идет об использовании в диалоге с машиной
слишком богатого языка, сравнимого с человеческим. Пока на-
ходят применение весьма ограниченные языки, приспособленные
к требованиям диалога с машиной и ориентированные на реше-
ние доступных задач.
3.2.	ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
Базовое программное обеспечение состоит из
комплекса программ, поставляемых с техническими средствами и
предназначенных для решения вопросов, связанных с эксплуата-
цией последних. Базовое программное обеспечение отличается от
прикладного программного обеспечения пользо-
вателя и включает в себя программы, необходимые для составле-
ния и выполнения прикладных программ.
Эксплуатационное программное обеспечение. Из предыдущих
глав мы узнали, что работа ПК проста и состоит в последователь-
ном выполнении в цикличном режиме заложенных в память про-
грамм. Отрабатываться могут лишь программы, внесенные в па-
мять. Возможность использования кодов, записанных на внешнем
магнитном носителе, пока не предусматривается. Функция управ-
ления заданиями в большинстве современных ПК ограни-
чивается стыковкой отработок программ с возможностью пропу-
ска незаполненных ячеек памяти. Эта организация несколько
усложняется введением системы приоритетных прерываний
В каждый конкретный момент времени ПК работает в режиме
подготовки программ или в режиме их выполнения и не может
производить одновременно оба типа работ. Такой процесс в ин-
форматике называют монопрограммированием. Это так-
же одна из особенностей, упрощающая структуру ПК.
Эксплуатационная программ а-м о н и т о р при этом сво-
дится к минимуму. Ее функции ограничиваются наблюдением за
правильностью работы ПК (см. п. 3.2.7) и управлением входами-
выходами. Эта небольшая программа постоянно содержится в
центральной памяти ПК-
Программное обеспечение для подготовки программ. Разработ-
ка программ основана на использовании устройства программи-
рования совместно с центральным процессором или без него в
зависимости от степени его совершенства (см. п. 3.2.8). Соответ-
ствующее программное обеспечение, находящееся в центральной
81
памяти или в памяти устройства программирования, играет роль
супервизора и выполняет функции составления программы. В этой
связи оно организовано в виде нескольких модулей, описываемых
ниже.
Задачей программиста является составление программы, т. е.
последовательности команд, определяющей необходимую обра-
ботку данных. При этом он использует команды языка програм-
мирования и коды переменных, свойственные конкретной маши-
не. Всякая команда дополняется адресом, который она имеет в
центральной памяти, и комментарием, если он необходим для
обеспечения ясности.
Составленная и проверенная программа вводится в машину
команда за командой с помощью клавиш функции устройства про-
граммирования. Сначала вводят адрес команды (только для пер-
вой команды, поскольку в дальнейшем счетчик команд автомати-
чески производит приращение, освобождая программиста от этой
операции за исключением случаев перехода), а затем саму коман-
ду, используя необходимые клавиши команд, переменных и циф-
ровую клавиатуру для ввода операндов.
Набор команд сам по себе не позволяет программировать.
Программа организуется (начало, конец, адреса и др.) за счет
указаний, передаваемых машине (это своего рода псевдоко-
манды фазы подготовки программы, которые в режиме эксплуа-
тации не выполняются). Таким образом, язык программи-
рования состоит из набора команд и соответствующих ука-
заний.
Введенная в машину команда находится в памяти в двоичном
виде в соответствии с прямым кодированием каждого ее симво-
ла. Следующим этапом является перевод исходного кода в
двоичный объектный код в формате машинного языка, т. е.
языка, воспринимаемого центральным процессором. Функцию
транслятора выполняет программное обеспечение. Для этого
оно прежде всего производит синтаксический анализ,
целью которого является проверка формальной корректности ко-
манды, т. е. ее соответствия особенностям языка (отсутствие ор-
фографических ошибок). При синтаксическом анализе проверяет-
ся также своевременность введения в машину всех имен пере-
менных.
Программист должен исправить все ошибки, о наличии кото-
рых он немедленно информируется. При этом говорят, что
транслятор работает в диалоговом режиме. Правильный
код переводится затем в последовательность команд, выражен-
ных на машинном языке. По мере ввода команд в машину транс-
лятор оптимизирует объектный код за счет ликвидации избыточ-
ности представления.
Ввод объектного кода в центральную память осуществляется
автоматически (при пользовании упрощенными устройствами про-
граммирования) или по запросу (в случае более совершенных
устройств программирования). Запрос может быть явным или не-
82
явным. Отлаженная таким образом программа для ПК становит-
ся выполнимой.
Для большей комфортности работы программиста при чтении
программы, для вставки или стирания команд, реорганизации
(перемещения) модулей программы применяется служебное
программное обеспечение. Оно позволяет также пере-
писать содержание центральной памяти на магнитные носители
и обратно и облегчает процесс отладки программы за счет моде-
лирования и принудительного возбуждения входов-выходов. Кро-
ме того, становятся возможными различные режимы выполнения
программы: пошаговый (команда за командой), помодульный и с
остановкой на определенном операторе.
Контроль и управление этими операциями осуществляет мони-
тор подготовки программ. Он обеспечивает автоматическую по-
следовательность определенных фаз, транслирует и выполняет
указания программиста. Его схемное, а иногда и конструктивное
решение отличается от эксплуатационного монитора.
3.3.	ПРОБЛЕМНО-ОРИЕНТИРОВАННАЯ МАШИНА
ЭВМ — это универсальная машина. Набор машинных команд,
которые она может выполнять, достаточно богат для того, чтобы
удовлетворять необходимым условиям логической обработки ин-
формации. Машинный язык позволяет определить языки высо-
кого уровня, называемые также развитыми языками,
применяемыми для решения самых различных типов задач. Язык
ФОРТРАН (Formula Translator), например, очень широко при-
меняется для выполнения научных расчетов. На этом языке до-
вольно просто можно записать алгоритмы решения большинства
научных задач. Программисту нет необходимости детально знать
работу и особенности машины. Это же в полной мере относится
и к языку КОБОЛ (Common Bussiness Oriented Language), на-
шедшему применение при решении задач управления.
Разделение средств на технические и программные проявляет-
ся также и при использовании электронно-вычислительной техни-
ки в промышленности, хотя все еще сохраняется тенденция к ис-
пользованию языков, наиболее близких к машинному, чтобы уве-
личить быстродействие и снизить габариты запоминающих
устройств. Однако для более полного удовлетворения потребно-
стей наряду с языками относительно общего характера, позволя-
ющими работать в реальном масштабе времени *, применяются
проблемно-ориентированные языки, т. е. языки весь-
ма совершенные, но специализированные** и поэтому вполне до-
ступные специалистам в области автоматики, но не информатики.
* Например, ЛТР фирмы «Ека-Отомасьон» (LTR d’Eca-Automatiori),
ПРОКОЛ фирмы «Стериа» (PROCOL de Steria), ЦПЛ/1 фирма «КАП-Сожети»
(CPLI1 de Cap-Sogeti) и др.
** ОТОЛ фирмы «Содетег ТАИ» (OTOL de Sodeteg TAI), ЛПА (LPA)
фирмы «Рено», ИФАКТ (IFACT) фирмы «Филипс» и др.
83
Язык ПК также проблемно-ориентированный. Кроме того, са-
ма конструкция ПК специализирована с учетом необходимости
решения конкретных задач. Таким образом, можно сказать, что
ПК — это проблемы о-о риентированная машина.
3.4.	ТИПЫ ЯЗЫКОВ
ПК европейских и американских производителей различаются
типом используемых языков. До появления ПК в США задачи
логического управления решались с применением релейно-кон-
тактной аппаратуры, а позднее, когда это стало экономически оп-
равданным, с помощью мини-ЭВМ. В Европе же до применения
программируемой логики получила развитие промежуточная тех-
нология — бесконтактная логика. Этим и объясняется тот факт,
что в первом случае в настоящее время применяются релейные
схемы, а во втором — утвердилась практика составления булевых
уравнений.
Релейный язык. Опыт работы с релейными схемами привел к
созданию языка программирования ПК, основное достоинство ко-
торого состоит в том, что он понятен программисту, который толь-
ко начинает знакомиться с программируемой логикой.
Релейные схемы состоят из пяти компонентов (табл. 3.1):
переменная и ее дополнение, начало и конец ветвления парал-
лельной цепи и символ присвоения результата.
84
Логическая функция (И, ИЛИ) создается соответствующей
стыковкой компонентов и соответствует понятию «команда». Од-
нако для того, чтобы релейный язык был более совершенным, его
сторонники создают машины таким образом, чтобы была возмож-
ность программировать непосредственно более полное логическое
уравнение.
Цепь — это соединение элементов релейных схем, в том чис-
ле хотя бы одного символа присвоения, представляющее собой по-
следовательность команд, выполняемых ПК.
Таким образом, цепь — это элемент программирования релей-
ных языков и, как мы увидим позднее (см. п. 3. 4), элемент буле-
вых языков, точно так же как команда является элементом ин-
форматическнх языков. Ее конструкция отвечает жестким требо-
ваниям, поскольку она должна быть переведена с помощью
устройства программирования в последовательность выполняемых
команд. Формат цепи может быть фиксированным или перемен-
ным. В первом случае цепь должна состоять из определенного
числа компонентов. Символ присваивания позволяет идентифици-
ровать строку программы и назначить промежуточную перемен-
ную или соответствующий выход. Логические компоненты прида-
ются входам или промежуточным переменным (выходам). Отдель-
ные цепи можно соединять в единую линию.
Пример. Формат цепи ПК «Модикон» предполагает наличие
пяти компонентов: четыре первые позиции цепи А, В, С и D от-
водятся для логических компонентов, а последняя — для символа
присвоения, указывающего с помощью номера цепь и промежу-
точную (рабочая память) или выходную (управление объектом)
переменную в соответствии с логикой управления.
Цепь 0100 устанавливает ячейку промежуточной памяти с но-
мером 0100 в состояние 1, если входы 1010 и 1011 находятся со-
ответственно в состоянии 1 и 0, или если 1012 находится в состоя-
нии 1, а 1013 — в состоянии 1. Эта первая цепь соответствует бу-
леву уравнению
(ЛВ + С)О = [0 1 0 0],
где в прямых скобках находится содержимое ячейки памяти с
данным адресом. Для компенсации ограничения числа компонен-
тов в цепи была предусмотрена возможность слияния. В приве-
85
Рис. 3.1. Представление булева
уравнения	y=(ab + c)d средствами
бесконтактной логики
Рис. 3.2. Выдержка времени т (а)
сигнала u(t) при включении (/) и
выключении (2) и накопленная вы-
держка времени т=2/г- при включе-
нии (б)
денном выше примере промежуточная переменная 0100 обуслов-
ливает состояние 1 выхода 0016, который управляет объектом.
Так же используется и промежуточная переменная [ОНО], опре-
деляемая иным, не приведенным здесь уравнением, которая дает
значение дополненному входу 1021 (в ПК типа «Модикон» проме-
жуточные переменные или выходы кодируются Оххх, а входы
1ххх).
При использовании языка релейно-контактных символов про-
грамма вычерчивает в определенном масштабе легко читаемые
схемы. Выполнение программы производится по цепям цикловым
образом. Каждая цепь отрабатывается слева направо. Это
дает возможность программисту сделать какой-то определенный
сигнал приоритетным по сравнению с другими, например в целях
обеспечения безопасности (приоритет команды на отключение
двигателя относительно команды включения).
Булев язык. Работая с бесконтактной логикой, европейские
программисты имеют дело с булевыми уравнениями и схематиче-
скими изображениями цепей (рис. 3.1). Европейские производите-
ли ПК предпочитают использовать более совершенные языки ти-
па булева и даже язык мнемокодов, напоминающий язык ассем-
блера для мини-ЭВМ, который рассмотрен ниже.
Булев язык позволяет непосредственно написать уравнение,
поэлементно соединяя операнды или операторы. При этом воз-
можны фиксированный (ПК типа ПС-30/20 имеет шестиэлемент-
ный формат) и переменный форматы (ПК типов СМК-101 и
СМК-500 и др.). Целесообразность примененения переменного
формата состоит во вводе лишь значащих промежуточных пере-
менных.
В данном случае мы имеем дело с цепью, состоящей из бу-
левых операторов (и соответствующих переменных). Символ при-
своения эквивалентен знаку равенства.
Уравнение, описывающее схему, показанную на рис. 3.1, про-
граммируется (с учетом имен переменных) следующим образом:
{АВ -\-C)D —Y.
86
3.2. Програмирование уравнения (AB-\-C)D=Y для некоторых ПК
ПБ-З и ПБ-6		«Апилог»		СД77-64*	
Код	Комментарии	Код	Комментарии	Код	Комментарии
SI/A	Загрузить А**	SIX	Загрузить А	LDACB	Загрузить В
SI/B		ЕТ^В		ANDA	
ЕТ X	Х=АВ	ALX	Х=АВ	(STOX1)	Х1=АВ
SIX		SIX		[LDAX1]	
SIC		оис		OR С	Х1А-С=АВА-С
OUZ	Z=X+C=AB+C	ALZ	Z=X+C=AB+	(STO Х2)	
SIZ		SIZ	+с	[LDAX2]	
SIZ)		ЕТ D		ANDZ)	X2D=(AB+C)D
ET Y	Y=ZD=(AB+C)D	ALY	Y=ZB=(AB+ +C)D	STOK	Y=(AB-I-C)D
	* В командах, заключенных в круглые скобки, нет необходимости, поскольку резуль-				
тат в аккумуляторе сохраняется, за			исключением тех случаев, когда		промежуточные ре-
зультаты Л1 и л2 вновь используются в дальнейшем. Команды, заключенные в прямые скоб-					
ки, приведены для ясности.					
*	* Записать в аккумулятор.				
Вычисленное значение первого элемента присваивается второ-
му, в отличие от того, как это принято в информатике и матема-
тике.
Мнемонические языки. В мнемонических языках используются
формальные соответствия, свойственные языку ассемблера (мне-
моническая форма «машинных языков»). В качестве примера
рассмотрим программирование предыдущего уравнения (рис. 3.1)
для трех различных ПК (табл. 3.2).
Эти языки просты для пользователей, владеющих булевой ло-
гикой или языком ассемблера, однако уступают языкам более
высокого уровня. В частности, возможность использования скобок
делает запись уравнений и их кодирование более гибкими (ПК
типа СМК-101).
При компиляции программы с помощью УП на ПК некоторых
типов (исключая ПК типа СМК-101) можно вводить промежу-
точные переменные. Будучи прозрачным для пользователя, этот
прием вызывает однако дополнительный расход памяти, что в
некоторых все более редких случаях вызывает определенные
трудности. Управление стеком позволяет обойтись (5ТИ) без про-
межуточных переменных (см. п. 2.3).
Выбор типа языка. Наличие американской и европейской школ
усложняет выбор типа языка, поскольку высказаться однозначно
в пользу того или иного языка затруднительно. Нужно принимать
во внимание не только технические факторы (жесткость, гиб-
кость, возможность расширения), но и социальные, такие, как
квалификация персонала, сложность внедрения новой техники.
Не останавливаясь на этой проблеме подробно, следует заме-
тить, что любой тип языка ПК не исключает использования раз-
87
личных форм представления алгоритма управления объектом.
В конструкторском бюро применяется более компактная форма
представления (уравнения, мнемокоды), чем в службе эксплуа-
тации (техническая документация со схемами в соответствующем
масштабе). Это четкое разграничение, являющееся следствием
различий между технологией и логической перемен-
ными, и является, как было сказано выше, главным преимуще-
ством использования ПК при создании программируемых
устройств логического управления.
3.5.	БАЗОВЫЙ ЯЗЫК
Под базовым языком ПК подразумевают «словарный запас»
и «грамматику», с использованием которых программист обраща-
ется к ПК, чтобы последний выполнил необходимые функции. Не
следует путать этот язык с языком символов, которым програм-
мист пользуется для представления алгоритма решения задачи.
Этап работы, завершающийся составлением системы булевых
уравнений, не предопределяет тип языка, на котором будет про-
граммироваться ПК *.
Идентификаторы. Они предназначены для обозначения элемен-
тов, к которым обращается программа, чтобы обеспечить возмож-
ность управления ими с помощью базового программного обес-
печения (соответствие между логическим и физическим элемен-
тами, обращение, соединение).
Применяются идентификаторы переменных и
идентификаторы команд. Первые из них определяют
тип переменной и конкретную переменную среди переменных это-
го типа, к которым осуществляется обращение. Переменные бы-
вают шести типов: переменные дискретных входа и выхода, дво-
ичная промежуточная переменная (память), цифровые перемен-
ные входа и выхода, промежуточная цифровая переменная.
В ПК типа «Модикон» (в примере, рассмотренном выше) вхо-
ды кодируются 1ххх, а двоичные выходы и промежуточные пере-
менные — Оххх. В ПК фирмы «Мерлэн-Жерэн» входные и выход-
ные переменные кодируются цифрами, и код зависит от адреса
адаптера (от 01 до 99), не определяя его физического наличия.
16 каналов адаптера обозначаются от 0 до F (шестнадцатерич-
ный код). Например, операнд 129 означает 9-й канал адаптера
12. Промежуточные переменные имеют код Дхх.
Идентификатор обозначает также логическую переменную.
Когда это переменная типа вход-выход, то с помощью адреса
адаптера она присваивается технологической переменной.
И д е н т и ф и к а т о р ы команды (или цепи) применяются лишь
в отдельных ПК. В ПК типа «Модикон» они аналогичны проме-
* Этот этап не определяет и технологии исполнения устройства управления.
ПК при этом является одним из возможных вариантов решения (ре-
ле, бесконтактная логика, мини-ЭВМ).
88
жуточной или выходной переменной. В ПК типа СМ.К-101 логи-
ческие команды обозначаются Sx, а вычислительные цепи Lx.
В ПК других фирм эти идентификаторы носят неявный характер
(физический адрес цепи или инструкции) и в символьной форме
программисту не доступны (физический адрес всегда доступен).
Команды присвоения и инициализации. В языках с жестким
форматом представления присваивание значения переменной (или
выходу) является неявной командой (см. пример в § 5.4). В бу-
левых языках применяется обычный знак равенства. На языке
мнемокодов присваивание неявное, например для ПК типа ПБ-3
или ПБ-6:
SIA
SI/B
ЕТ X присваивание X значения АВ или явное присваивание:
команда AL у (присвоить полученное значение переменной у)
в ПК типа «Апилог»,
команда STO у (поместить содержимое аккумулятора в у) в
ПК типа 5ТИ.
Команды инициализации можно интерпретировать как коман-
ды присваивания начальных значений. Заметим, что вследствие
примитивности языков ПК не всегда можно с помощью програм-
мы ввести константу в память. В некоторых случаях для этого
нужно пользоваться устройством программирования. Можно про-
извести выборку значений особых входов дискретного типа, со-
стояние которых задано постоянно, но больший интерес представ-
ляет возможность использования команд принудительного пере-
вода элемента в состояние 0 или 1 (ПК типов ПБ-6 и ПБ-3):
MU А перевод бита А в состояние 1,
MZ В перевод бита В в состояние 0.
Логические команды. Базовые логические команды должны
обеспечить возможность выражения трех элементарных булевых
операций: И, ИЛИ, НЕ. Эти операторы позволяют решать весь
комплекс логических задач. В табл. 3.3 показаны различные ва-
рианты их представления.
Помимо операторов, обозначаемых группой символов {•, +,
/}, в некоторых ПК применяются дополнительные базовые ко-
манды. По существу будучи избыточными, они, однако, оказыва-
ются весьма полезными. Например, если решение нужно принять
лишь в случае, когда результат логического перехода а равен
входу Ь, оператор исключающее ИЛИ, Ф, дает с=0 при
а = Ь, а в противном случае с=1:
с = ab + ab = а ф Ь,
Исключающее ИЛИ является также генератором бита четной
четности и основным компонентом двоичного сумматора:
S = а ф b (сумма);
R — ab (перенос).
а + b =
89
3.3 Представление булевых операторов				
Булев оператор	и	или		НЕ
Математический язык Математическая символика Булева символика Логическая символика, стан- дарт СЕН (CEI) Французский вариант, стан- дарт НФК 95821—НФ К 95832 *FC) Американский вариант, стан- дарт НЕМА (NEMA) Французский вариант (реле), стандарт НФК 45255 (NFK)	Конъюнкция Л» А II	|1	Дизъюнкция и, V		Дополнение а, /а а, /а ZZ^^ZZ
		।			11		—U—
	II II '	—	—1|_	Al
		и		
Этот оператор используется, наконец, в некоторых операциях
перекодирования (двоичный код-е-жод Грея). Вот почему, не-
смотря на то что его можно легко программировать, этот опера-
тор иногда является составной частью кода базовых команд (ПК
типа СД-77/64).
Перечисленные команды дают пользователю возможность ре-
шать целый комплекс комбинаторных и последовательных задач.
Однако для расширения возможностей базовый набор оснащают
рядом дополнительных более сложных команд.
Команды входа-выхода. Программируемый контроллер должен
иметь эффективную связь с внешними устройствами. В режиме
создания или обслуживания программ эту связь обеспечивает
устройство программирования (см. гл. 2). В операционном режи-
ме необходимо, чтобы ПК получал информацию, поступающую от
объекта управления, и, в свою очередь, мог посылать ему коман-
ды. В большинстве ПК входы-выходы обычно выполняются н е-
явными. Управляются они ПК (точнее, монитором) в процессе
каждого цикла применительно к переменным, которые закодиро-
ваны как переменные входа-выхода, и при условии, что имеется
необходимый для осуществления обмена информацией адаптер-
ный модуль. Использование переменной выхода, код которой не
соответствует физическому размещению, приводит к тому, что она
принимается за промежуточную переменную (рабочая память)
или же выдается сигнал об ошибке.
90
Явные команды входа позволяют фиксировать момент выбор-
ки информации (ПК типа ТСП-100) в начале цикла или пои каж-
дом использовании переменной.
Выбор того или иного варианта определяется такими парамет-
рами, как эффективная продолжительность цикла, часть ресурса
памяти, приходящаяся на входы-выходы, постоянные времени
фильтров и объекта управления и т. д.
Явные команды выхода применяются лишь в особых случа-
ях: команда OUT в ПК типа 5ТИ (напомним, однако, что выпол-
нение команды OUT не соответствует обязательно непосредствен-
ному выходу, поскольку входы-выходы обрабатываются в блоке
один раз за цикл) или команда импульсного выхода IMP в ПК
типа «Апилог», полезная особенно при управлении шаговыми дви-
гателями.
Команды управления циклом. Чтобы в полной мере управлять
системой, программист должен воздействовать на цикл ее рабо-
ты. Как правило, наиболее простые ПК не обеспечивают такую
возможность, вследствие чего пользователь вынужден создавать
свои собственные средства управления.
Прежде всего требуется резервировать инициализацию
системы в целях соответствующего позиционирования внутрен-
ней (постоянной) памяти и, может быть, выходов. Инициализация
производится один раз при запуске системы, поскольку в даль-
нейшем управление объектом обусловливают реальные входы,
принимающие информацию. Поэтому весьма полезным оказывает-
ся одноадресный оператор абсолютного перехода, т. е.
оператор начала цикла. Этот переход (команды J, JUMP в ПК
типа ПИП) исключает необходимость проходить всю память, если
программа находится лишь в части ее. Это укорачивает цикл
(см. рис. 2.17). Но чаще всего в ПК предусматривается возмож-
ность задания определенного адреса в операторе абсолютного
перехода, что позволяет определить нужную длину зоны инициа-
лизации.
Не все ПК допускают в равной степени переход вперед или
назад. В некоторых случаях переход охватывает лишь часть па-
мяти. Для перехода в следующую зону нужно выполнить второй
переход. Переход назад является типичным случаем оформ-
ления цикла или части его, если это условный переход. В момент
программирования перехода производится обращение к известной
зоне программ ПК. Напомним, что трансляция производится ко-
мандами или отдельными цепями в зависимости от типа языка.
В этом случае физический (реальный адрес памяти) или симво-
лический (номер цепи или блока программы) адрес а перехода
должен входить в программное обеспечение, используемое для
создания программы ПК. Команда может быть транслирована и
введена в память.
Переход вперед, если он адресует физическую память,
выполняется очень просто. Но если он обращается к номеру стро-
ки или номеру блока строк (в случае блочной конструкции про-
91
граммы), то этот номер еще неизвестен транслятору. Чтобы пре-
дотвратить возможность опасных переходов, базовое программное
обеспечение устройства программирования такие переходы обыч-
но не принимает. В этом случае трансляцию нужно произвести
«вручную», введя вместо оператора перехода вперед нулевую ко-
манду или оператор перехода назад с последующей заменой не-
обходимым переходом по окончании составления программы. Так
решается проблема «адресации вперед», что обычно невозможно
сделать до полной трансляции программы.
Оператор относительного перехода, т. е. перехо-
да на п позиций относительно текущей позиции, если он употреб-
ляется совместно с командой условного перехода, позволяет осу-
ществлять обработку информации с учетом различных условий.
Относительный переход оказывается полезным во многих случа-
ях. Однако с ним нужно обращаться осторожно в случае измене-
ния программы в зоне между оператором перехода и пунктом его
назначения (стирание или вставка команды).
Пример. Абсолютный переход к адресу памяти (ПК типа ПБ-6):
SAUT СЗО переход к шестнадцатеричному адресу СЗО.
Переход к символьному адресу (ПК типа СМК-500):
S 10 = J 130	----1
.	! Переход вперед
S 130 Е 10(£ 11 +5 40) + А 15 = В 41 —
В этом случае переход вперед должен быть выполнен вруч-
ную. При составлении программы в строку S10 нужно записать
приемлемую команду, а переход к строке S130 ввести лишь после
ее написания (разрешение обращения вперед).
Пример. Условный переход (ПК типа СМК-500) можно было бы
записать:
S 10 Е 16(£ 40 + А 60) = J 130.
Переход к S130 был бы действительным, если бы вход £16
находился в состоянии 1, также как и бит £40 или бит элемента
воздействия А60 (выход) на объект управления. В противном
случае будет выполнена строка, идущая непосредственно за стро-
кой S10.
Переходы более сложные, чем простой возврат к началу про*
граммы, возможны лишь в ПК средней и высшей сложности за
исключением ПК типа 5ТИ (см. определение «перехода» ПК типа
5ТИ в п. 4.1) и СМК-ЮО.
Альтернативное относительно условного перехода решение реа*
лизовано формой «Крузе» в ПК типа СД-77/64. Здесь использу*
92
ется прием, близкий к созданию блока программы, хорошо изве-
стного в информатике (языки АЛГОЛ, ПЛ-1, КОБОЛ, ЛТР и др.).
Он состоит из команды назначения блока (EN) и команды конца
назначенного блока (CEN).
Пример. Если Х1=^Х2, то ХЗ нужно перевести в состояние 1.
В противном случае нужно выполнить определенные действия
(сравнение двух бит и соответствующая операция в зависимости
от результата этого сравнения).
Код	Комментарии
LDAX1
XOR Х2
EN
STO хз
CEN
Загрузка XI в аккумулятор
XI ®Х2
Начало условного блока
Х3=1 если Х1фХ2=1, т. е. Х1=£Х2
Конец условного блока
Продолжение операции, если XI фХ2=0, Х1=Х2
Пример. Пусть Xi — очередной шаг последовательности произ-
водственных операций. Последующий шаг выбирают в зависимо-
сти от двух элементов внешней информации Л и В по следующей
таблице истинности:
А	В	Следующий шаг
0	0	*г+1
0	1	Xk
1	0	Хт
1	1	Хт
Шагу, который нужно отработать, присваивается номер 1, и
программа записывается следующим образом:
Код	Комментарии
1.	LDAXi 2.	ANDCA 3.	AND В 4.	EN 5.	STO ХА: 6.	STOCXi 7.	LDAXi 8.	ANDA 9.	EN	Загрузка в аккумулятор значения Xi XiA XiAB в то время, когда Хг=1, А=0, В=1 Если XiAB=l Задать Xk=l Вернуть Xi в состояние 0 Если XiAB=0, перейти с 3 на 7, загрузив Х/ = 1 Если XiA=\, перейти к шагу Хт. В противном случае перей- ти к 12
10. STOXm	Хт
93
11.	STOCXi Xi=0
12.	LDA Xi
13.	ANDCA
14.	ANDCB
U5. EN
‘6. STOXr+1
+ 7. STOCXi
8. CEN
Если XiAB=l, перейти к 16, в противном случае к 18
Переход к шагу Хг’+1 = 1
Xi=0
Конец условных переходов
Производители ПК предлагают и другие команды (переходы
с индексацией переменных, подпрограмма), которые нельзя отне-
сти к базовым командам. Они рассмотрены далее.
3.6.	РАСШИРЕНИЕ БАЗОВОГО ЯЗЫКА
Большинство ПК имеет функции выдержки времени Т и сче-
та С. Они реализованы в виде отдельных модулей или решены
программно с помощью базового программного обеспечения ПК.
Тем не менее они должны программироваться пользователем, ко-
торый задает условия их работы.
Ниже рассмотрены способы самоудержания и конструкции ре-
ле с самоудерживанием, поскольку их программирование имеет
некоторые особенности.
Таймеры. Это устройства, характеризуемые выдержкой времени
т, управляемые изменениями двоичного сигнала u(t), сохраняю-
щего уровень 1 в течение периода а и уровень 0 в течение периода
а', и выдающие сигнал (1)
f u(t)u(t— т), если а>/;
У(Г) = \
| 0,	если а < t
с выдержкой времени при включении и сигнал (2)
,. __ ( и (t) + u(t — т), если а' >
V ( 1,	если а' < t
с выдержкой времени при отключении.
В случае (1) через промежуток времени т (выдержка) после
того, как сигнал u(t) получит уровень 1, y(t) переводится также
в состояние 1. Возврат u(t) и y(t) в состояние 0 осуществляется
одновременно. В случае (2) переходы u(t) и y(t) в состояние 1
совершаются одновременно, а переход y(t) в состояние 0 проис-
ходит через промежуток времени т после возврата u(t) в состоя-
ние 0 (см. рис. 3.2, а). Заметим, что можно было бы воздейство-
вать также на выходную переменную с дополнением y(t).
Одной из разновидностей рассматриваемого понятия является
накопленная выдержка, обусловливаемая дополни-
тельным разрешающим входным сигналом v(t).
Когда v(t) = l, периоды задержки суммируются. При v(t) = O на-
копление периодов приостанавливается без сброса текущего вре-
94
Рис. 3.3. Дискретное регулирование уровня жидкости
в резервуаре с использованием выдержки времени:
1 и 2 — верхний и нижний уровни; 3 — ветер
мени. И, наконец, при достижении накопленной выдержкой значе-
ния т функция y(t) принимает значение 1 (см. рис. 3.2,6).
Типичным примером использования накопленных выдержек яв-
ляется хронометраж. К предыдущему случаю, т. е. к случаю без
накопления выдержек, можно вернуться, выполнив условие
v(t) = u(t).
Легко можно представить себе практическую пользу возмож-
ности отсрочки команды. Очень часто, например, из соображений
безопасности бывает необходимо какие-либо воздействия на объ-
ект управления производить с некоторым запаздыванием. Выдерж-
ка времени в конце производственного цикла позволяет до нача-
ла нового цикла выполнить контрольные операции.
Пример. Уровень жидкости в резервуаре дискретно регулирует-
ся по сигналам от датчика нижнего уровня, который включает
питающий насос (рис. 3.3). Отключение насоса производится по
сигналу от датчика верхнего уровня. Задача заключается в том,
чтобы избежать включения насоса, когда уровень жидкости бли-
зок к минимальному, поскольку в этом случае датчик срабатыва-
ет при кратковременных изменениях уровня под действием волн
на поверхности жидкости.
Управление с помощью сигнала, подаваемого с выдержкой вре-
мени, зависящей от периода волн (например, т=5 с), относи-
тельно сигнала датчика нижнего уровня u(t) обеспечивает свое-
временное включение насоса.
Выдержка времени т выражается целым числом временных
дискрет. Обычно это 0,01; 0,1; 0,2 или 1 с. Таким образом, само
устройство является счетчиком числа интервалов времени. Интер-
вал времени, кратный частоте генератора тактовых импульсов
ПК, задается программой или техническими средствами (с помо-
щью перемычки) и присваивается в качестве уставки группе оп-
ределенных таймеров.
Выдержка времени является очень важным и действенным
средством в руках программиста. Широко используется возмож-
ность программного считывания текущего времени таймеров си-
стемы управления объектом.
Программирование выдержки времени. При программировании
выдержки времени используются следующие параметры: иденти-
фикатор (с явным или неявным кодированием), позволяющий ма-
шине интерпретировать соответствующим образом команду и вы-
95
делить для ее выполнения необходимые ресурсы; значение вы-
держки времени т, обычно выражаемое числом тактов генерато-
ра; управляющая переменная u(t)\ задерживаемая переменная
y(t)\ разрешающая переменная v(t).
В зависимости от используемого в ПК языка синтаксически
выдержка времени может выглядеть по-разному. Однако вне за-
висимости от способа представления выдержки: несколькими
командами на языке мнемокодов, одной строкой в символическом
языке или релейной схемой (в американском варианте), всегда
для команды выдержки времени требуется несколько слов па-
мяти.
Пример. Символьное написание в строчку для ПК типа ПС-30/05.
Логическая схема выглядит следующим образом:
Е007
Е020
Е021
Строка записывается так:
003 £007 £020 £021 70001 =£012
Символьное написание в строчку для ПК типа СМК-500:
S8. 75. £50. 25. = £10
Блок программы S8 соответствует выдержке времени 75, уп-
равляемой переменной входа £50. Уставка т=(25/5)=5 с воз-
действует на внутренний бит £10.
Пример. Релейный язык для ПК типа «Модикон-184» или
«Модикон-384». Цепь релейной схемы имеет следующий формат:
4
-IF
В
Выход
В этой цепи А — управляющая переменная; £ — переменная
сброса на нуль; С — индикация времени; D — адрес текущего
времени, метка выдержки времени; Выход — переменная с вы-
держкой времени, номер блока программы.
Пример. Язык мнемокода для ПК типа ПБ-6 или ПБ-3.
Для реализации выдержки времени необходимы следующие
команды:
Программа	Комментарии
SI	Д01	Д01—управляющая переменная выдержки времени
ТР	129	129 —задерживаемая переменная выхода
TDE	010	Запрос выдержки 10 с, если базовая дискрета равна	1	с
ТЕЕ	000	Внутренняя переменная, равная времени, прошедшему
с начала выдержки
В ПК «Модикон» реализован принцип накапливаемой выдерж-
96
Рис. 3.4. Временная диаграмма работы счетчика с накоплением
ки времени. Переменная А (когда контакт В замкнут) управляет
выдержкой по уровню, но не по переходному состоя-
нию. Когда значение А проходит через нуль, устройство оста-
навливается, но в памяти остается информация об истекшем вре-
мени. Эту информацию можно считать программным образом по
адресу 4ххх (позиция D). По возвращении А в состояние 1 вы-
держка времени продолжает суммироваться. Переменная В по-
зволяет произвести сброс вне зависимости от достижения устав-
ки времени, индицированной в С. После возбуждения выхода лю-
бая другая выдержка времени до сброса на нуль невозможна.
Гибкость системы выдержки времени зависит от размещения
параметра т. Если выдержка занесена в память программ, то
изменение значения т возможно с помощью программы или
устройства программирования.
Очевидно, что каскадное расположение таймеров необходимо
в случае больших значений т. Отметим также, что отдельные про-
изводители ПК предусматривают внешние устройства выдержки
времени (платы выходов с выдержкой времени с помощью анало-
говых схем) с регулировкой переменным резистором.
Счетчики. Это устройства, работающие по сигналу разрешения
v(t), позволяющие измерять число однотипных переходов пере-
менной u(t) и переводить переменную y(t) в состояние 1 при до-
стижении заранее заданного числа у.
Классический счетчик обычно имеет сигнал сброса. В случае
счетчиков с накоплением (рис. 3.4) этот сигнал отличается от сиг-
нала разрешения v и, как и в схемах выдержки времени, обеспе-
чивает различные варианты работы, в том числе: счет по перед-
нему или заднему фронту импульсов, счет тех же переходов, но
с вычитанием, перевод переменной счета y(t) в состояние 1 или
О, когда число переходов достигло значения у или нуля при сче-
те с вычитанием (см. п. 3.4).
При автоматизации производственных процессов счетчики на-
ходят самое широкое применение. Их используют для учета го-
товой продукции, счета числа различного рода событий, при взве-
шивании грузов и т. д. Возможность применения счетчиков осо-
бенно расширяется, когда для их организации используются как
внутренние переменные, так и переменные входа-выхода. Напри-
4 Зак. 762	97
мер v(t) может быть переменной входа-выхода или внутренней
переменной.
Максимальное значение у зависит от размера слова, которое
ему выделяется, и может быть в пределах 255 — 9999. Если нуж-
но задать еще большее значение у, то включают каскадно п счет-
чиков: Vk+i(t) =yh(t) при k=l, 2,..., п—1, чтобы получить
Уп max^^Ymax, ИЛИ Uh+i(t)=yk(t) при k=l, 2,..., п— 1, чтобы
ПОЛУЧИТЬ уп max = ynmax«
Программирование счетчиков. Счетчики и таймеры являются
разновидностями одного и того же устройства, поэтому для них
предусматриваются идентичные зоны расположения в ПК. В вы-
деленной зоне можно установить счетчик или таймер, но не оба
устройства одновременно. Программирование счетчиков аналогич-
но программированию таймеров.
Встречаются счетчики, работающие не по промежуточным зна-
чениям функции u(t), а по ее уровню, т. е. при переходе функ-
ции u(t) от 0 к 1 счетчик с каждым циклом увеличивает значе-
ние на +1. В этом случае нужно считать промежуточную пере-
менную, которая должна принимать форму импульса длительно-
стью 1 цикл. Этот сигнал, описываемый функцией u(t), может
быть получен с помощью схемы, приведенной ниже.
Релейная схема Временная диаграмма
Механизм самоудерживания, реле с жесткой памятью. Это очень
сходные понятия. Механизм самоудерживания фикси-
рует значение переменной в состоянии 1, даже если она переве-
дена в это состояние временно. Если программа не защищена от
отказов в подаче напряжения питания, то при прекращении пи-
тания переменная принимает значение 0. Реле с жесткой памятью
сохраняет свое состояние в любом случае.
Самоудерживание программно реализуется очень просто (уп-
равляющая переменная М позиционирует У, сохраняющую свое
значение, А — здесь приоритетная команда сброса на нуль):
98
Реле с жесткой памятью имеются далеко не во всех
ПК. Рассмотрим два варианта. Один из них легко доступен, а дру-
гой требует более детального знания ПК.
В первом случае реле с жесткой памятью просто указывается
машиной, а язык должен быть достаточно высокого уровня. В ПК
типа СМК-500 реле с жесткой памятью идентифицируется с по-
мощью Ri, где i — номер соответствующего элемента. Управле-
ние им осуществляется аналогично управлению дискретным вы-
ходом или внутренним битом:
S 10 Е 20 В \Ь/В 30 - £ 8
S 11 £ 21 В 7/В 25-/ R 9
Первое уравнение устанавливает R8 в состояние 1, если вход
£20 и бит В15 находятся в состоянии 1, а ВЗО — в состоянии 0.
Второе уравнение устанавливает в 0 переменную R9 и расшифро-
вывается аналогично.
Язык предусматривает также тест состояния реле с жесткой
памятью:
S 12 В 10 В 11 R9/A 10- Л 20
Широкие возможности в этом плане имеют ПК фирмы «Мо-
дикон». Их реле с жесткой памятью имеют код 2ххх от 2001 до
2304 в зависимости от типа монитора *. Эти реле могут встраи-
ваться только в цепи от 001 до 304. Они обеспечивают самоудер-
живание при продолжительной работе исполнительного органа.
Программа реле с жесткой памятью приведена ниже (В — са-
моудерживание; С — реле с жесткой памятью):
Состояние реле с жесткой памятью регенерируется лишь в кон-
це цикла вне зависимости от расположения использующей его
цепи. Регенерация производится значением, которое приняла эта
цепь в начале цикла (рис. 3.5).
Рис. 3.5. Позиционирование реле с
жесткой памятью в конце цикла в со-
ответствии со значением соответствую-
щей цепи в начале цикла:
в первом цикле от [005]=0 до [2005]=0; во
втором цикле от [005] = 1 до [2005]= 1; 2005
срабатывает с выдержкой времени ДГ5; / —
цепь 005, управление реле с жесткой памятью
2005; II — реле с жесткой памятью 2005;
Т — длительность цикла
/7	п+?
* Производители ПК иногда предлагают несколько типов монитора в за-
висимости от сложности решаемой задачи автоматизации с тем, чтобы добиться
высокого качества управления при минимальных габаритах ПК.
4*
99
Если команда А поддерживается на уровне 1 в течение более
двух последовательных циклов, можно быть уверенным, что реле
сработает. В самоудерживании нет необходимости. Если же это
условие не выполняется, то при отсутствии самоудерживания мо-
гут возникнуть колебания выходной функции с частотой цикла.
Пример. Программирование импульса с помощью реле с жест-
кой памятью.
Релейная схема
Временная диаграмма
57-
2057-
42-
цикл
Повторения, индексация. В булевых языках допустима сокра-
щенная запись операций с группой переменных. В совершенных
релейных языках такая возможность обеспечивается введением
понятия «таблица», или «матрица».
Символические языки, С использованием кода DE можно за-
писать:
ПК типов ПБ-6 и
DE 001
SI 005
ЕТ 100
ПБ-3
Комментарии
Выполнить логическую операцию И для переменных от
001 до 005 и передать результат переменной 100
001 -002. . . . -005=100
Такой прием целесообразен, если со всеми переменными дан-
ной группы осуществляются одинаковые операции. В частности,
это упрощает инициализацию параметров.
В языке релейных схем специальный код позволяет также по-
лучить сокращенную запись (ПК типа СМК):
S97 7?8 £2 + ^26/520 7?26 = Л20
Эта команда транслируется в машину в развернутой форме:
S97 Е2 £З...Е8 + В20...В26 = Л20 = Л21 = ... = Л26
100
Сокращенная запись представляет особый интерес в програм-
мировании сложных систем управления и предусматривается в
совершенных ПК.
По особому заказу для ПК типа СМК предусматривается си-
стема индексации переменных, распространяющая описанной вы-
ше прием повторения на группы переменных, не зависимых друг
от друга.
Пример. Запрограммировать
£20(£Т0 В9 + Л21 £19) = Л 30
£ 52 (£42 £ 41 4- Л 53 £ 51) = Л 62
£ 84 (£74 £ 73 + Л 85 £ 83) = Л 94
Все три уравнения идентичны, но касаются независимых пере-
менных, результаты ЛЗО, Л62 и Л94 не обязательно должны при-
нимать одинаковые значения.
Индексация позволяет сжать предыдущую запись, используя
внутренний регистр X ПК типа СМК:
£20 X 2
£21 £20(£10 £9 + Л 21 £19) = А 30
£22/Х21
£20 устанавливает Х=2; £21 отрабатывается; £22 уменьшает
значение X на единицу и пересылает результат в £21. Цикл за-
канчивается при Х=0.
Эти операции, напоминающие команду D0 в языке ФОРТРАН,
возможны, однако, лишь при условии нумерации переменных че-
рез 32 (т. е. £20, £52, £84; £10, £42, £74 и т. д.).
Релейные языки. Формат команд не допускает повторений
сложных комбинаций операций. Распространение базовых опера-
ций на обработку матриц также относится к приемам индекса-
ции, и комбинация команд релейных языков практически в такой
же мере, как и в рассмотренном выше случае, расширяет возмож-
ности ПК.
Не останавливаясь подробно на всех командах этого типа, пре-
дусмотренных в ПК типа «Модикон», рассмотрим лишь отдель-
ные, чтобы получить представ-
ление об их возможностях.
Пересылка таблицы в
память. Пересылка комп- »
лекса 16-битовых слов, орга- '
низованных в виде таблицы
данной длины, в определенную
зону памяти, осуществляется
с помощью команды, приве-
денной на рис. 3.6.
По этой команде происхо-
дит загрузка счетчика, тайме-
ра или 16-битовые слова подаются на цифровые выходы.
Код операции записан в позиции С (Юхх) и означает длину
матрицы (хх=50) с адресом начала в позиции В. Позиция D оп-
ределяет указатель, который следит за текущим адресом матри-
цы. £>4-1 — это слово, в которое переводятся последующие зна-
чения.
Реле А управляет пересылкой по переднему фронту импульса
(0->1). По окончании операции выход активирован. Дезактиви-
руется он после последней пересылки, когда А возвращается в
состояние 0.
При этом возможны различные варианты: управление А по
уровню; пересылка из памяти в матрицу (по фронту или по
уровню); пересылка из одной матрицы в другую; загрузка, счи-
тывание из стека ФИФО.
Операции с матрицами. Матрица — это последова-
тельный массив 16-битовых слов (максимум 99 слов, т. е.
1584 бита). ПК типа «Модикон» дает возможность выполнять с
ними логические операции {•, + , —, Ф}, операции сравнения
или вращения влево или вправо.
При выполнении таких операций с каждым циклом работы
центрального процессора обрабатывается неявный цикл програм-
мы: при наличии разрешающей команды матрица обрабатывает-
ся полностью до перехода к следующей цепи.
Пример.
ЮМ
BCD
4100	2030	4200
А: команда (уровень);
2030: 20хх код логической операции И двух матриц; ..30 длина
матриц, выраженная числом слов;
4100: адрес начала первой матрицы (В);
4200: адреса начала второй матрицы (D);
Выход 315 остается в состоянии 0.
В результате этой операции матрица В сохраняется, a D раз-
рушается: BDn = Dn+i> где п — номер цикла. Если А все еще в
состоянии 1, то в следующем цикле BDn+i = Dn+2 и т. д.
3.7.	ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ЯЗЫК
Базовые команды любого ПК позволяют успешно решать по-
следовательные задачи. Однако, как и в монтажной логике, про-
ще работать с триггерами, нежели с элементарными булевыми
операторами. Совершенные команды языка ПК оптимизируют
процесс программирования последовательных функций.
Помимо счетчиков, таймеров и условных команд управления
102
Рис. 3.7. Движение детали:
1 — магазин; 2, 3 — резервуары; 4 — конвейер
циклом в некоторых ПК предусмотрены типичные последователь-
ностные операции или легко приводящие к ним коды.
Шаговая функция. Она состоит в разметке (за счет придания
биту состояния 1) различных фаз работы автоматизированной си-
стемы. Это могут быть фазы обработки изделий или этапы их
транспортирования. Особый интерес эта функция представляет в
системах выпуска продукция партиями.
Пример. На рис. 3.7 показан маршрут движения деталей из ма-
газина 1 через две последовательно расположенные закалочные
ванны 2, 3 к ленточному конвейеру, который подает их на меха-
ническую обработку.
Для решения этой задачи с помощью ПК типа ПБ-6 можно
воспользоваться шаговой функцией:
/77/ FTR1 FB1 FTR2 FB2 FTR3
START | . I . i . i . I II
РАМ	2	3	4	5	6	7
CH TRI Bl TRZ BZ TR3 JTCH
Шаговая функция инициализируется пусковой командой
START=1 и устанавливает первый бит в состояние 1, если в ма-
газине есть детали (STK=1). На выходе СН=1 управляет по-
грузкой детали.
Сигнал окончания погрузки FCH=1 совместно с PAS1 = 1 вы-
зывает PAS2=1 и сброс PAS1. При этом с помощью TR1 = 1
начинается транспортирование детали к ванне 2. Окончание
транспортирования (FTR1 = 1) и PAS2=1 определяют значения
PAS3=1 и PAS2=0. Этим обеспечивается также состояние пере-
менной Bl = 1. Она может управлять, например, заранее выбран-
ной уставкой времени закалки. По окончании этой операции
FBI = 1 и т. д. По окончании транспортирования 3 (FTR3=1) вы-
зывается операция выгрузки (DCH=1) на ленточный конвейер.
По окончании выгрузки (FDCH=1) PAS7 сбрасывается.
Таким образом, шаговая функция ПК типа ПБ-6 обеспечива-
ет засылку бита 1 в последовательные пункты памяти с одновре-
менным сбросом предыдущих пунктов. Это логический, а не фи-
зический компонент, поскольку любой комплекс последовательных
пунктов памяти (бит) позволяет организовать такой регистр. Его
особенность определяется лишь наличием кода AV (подача):
103
Код	Комментарии
SI FBI Если FB1A
AV TR2 Если PAS3-1 (т. е. если бит, представляющий РЛ53 и В1, ра-
вен 1) и если = тогда^перевести бит P4S4 и TR2 в состоя-
ние 1, a PAS3—в состояние О
Инициализация первого шага производится с помощью MU
(перевод в состояние 1), а последний шаг заканчивается MZ
(сброс).
Для представления последовательности шагов можно вос-
пользоваться структурной схемой (см. п. 3.8) или Графсетом
(см. гл. 4).
Сдвиговый регистр. Операция сдвига близка к описанной выше
с тем лишь различием, что позиции памяти заполняются бита-
ми 0 и 1 иным образом. В мини- и микроЭВМ широко использу-
ются различные сдвиговые операции (табл. 3.4), ПК ограничи-
ваются применением лишь некоторых из них.
Сдвиг обусловливает выполнение последовательных фаз рабо-
ты системы управления. Он интерпретируется так же, как двоич-
ное деление на 2 (сдвиг на 1 шаг вправо) или двоичное умноже-
ние на 2 (сдвиг на 1 шаг влево). С помощью сдвига можно про-
извести двоичное сложение двух слов произвольной длины (это
связано с числом бит, принимаемых в расчет). Для этого доста-
точно ввести 2 бита низшего разряда в операцию Ф, чтобы по-
лучить сумму, и в операцию И, чтобы получить перенос до кон-
ца операции. Сдвиг применяется также при реализации опера-
ций перекодирования, например, из чистого двоичного кода в дво-
ично-десятичный или в код Грея и наоборот.
3.4 Сдвиговые операции на примере 6-битового слова (каждая операция
осуществляется из исходного положения)
Тип сдвига		Выход влево	Номер бита						Выход вправо	Комментарии
			0	1	2	3	4	5		
Исходное положение			1	0	1	0	1	1		
Открытый вправо 1 шаг	на	1—		1	0	1	0	1—	+1	Вышедший бит теряет- ся. В нулевую позицию записывается 0
Открытый вправо 2 шага	на	1 —	—>0	0	1	0	1	0—	->1	То же
Открытый влево 1 шаг	на	1^-	—0	1	0	1	1	0ч—		Вышедший бит теряет- ся. В позицию 5 запи- сывается 0
Закрытый вправо 1 шаг (вращение)	на		1 t_	1	0	1	0	1—	->1 1.	Вышедший бит вводит- ся в начало слова
Закрытый влево на шаг (вращение) Закрытый влево 2 шага (вращение)	1	1ч- 1	—0	1	0	1	1	1 t		То же
	на	0ч-	—1	0	1	1	1	0		
104
Рис. 3.8. Закрытый сдвиг на
одну позицию:
1—	В остается неизменным; II —
D=-B со сдвигом влево на одну
позицию (закрытый сдвиг)
I
Очень немногие ПК имеют такую команду. Например, ПК ти-
па «Модикон» производит закрытый сдвиг на одну позицию впра-
во или влево.
Пример. Вращение влево.
В матрице В с адресом 4100 длиной хх слов при Л = 1 осуще-
ствляется закрытый сдвиг на 1 шаг влево. Матрица В остается
без изменений, а в D содержится матрица после сдвига. При
сдвиге первый бит В занимает место последнего бита В, т. е. вся
матрица принимается за цепочку бит (рис. 3.8).
Стек. Это чрезвычайно полезное в информатике устройство
памяти в ПК применяется редко. Стек центрального процессора
ПК типа 5ТИ организован по типу ЛИФО. В ПК типа «Моди-
кон-184», «Модикон-384» при использовании некоторых мониторов
возможны коды управления стеками ФИФО.
Пример.
Первая команда — загрузка стека, вторая — выборка
(рис. 3.9). Сигнал генерируется по переднему фронту А. Выход
W[
Счет-
чик
Стек
fpftVQ
4100
4101
4102
1620
1------14211
Рис. 3.9. Схема управления
стеком ФИФО:
4011 — адрес загружаемого в стек
ФИФО слова; 1520 — загрузка:
код 15ХХ, длина стека 20 слов;
1620 — выборка: код 16ХХ, длина
стека 20 слов; 4211 — адрес сло-
ва, получающего выбранную ин-
формацию
^20'
105
возбуждается при заполненном стеке (вне зависимости от значе-
ния А).
Библиотека функций. Число последовательных функций в ПК
ограничено. В некоторых ПК этот недостаток компенсируют ис-
пользованием стандартных модулей программ (ПК типа
СД-77/64).
3.8.	ПОНЯТИЕ СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ
Программируемые контроллеры высокого класса позволяют
производить базовые арифметические расчеты, хотя вычислитель-
ные задачи всегда остаются вторичными по отношению к после-
довательным. При решении различных проблем автоматизации
производства возникает необходимость вычисления отношения,
суммы, среднего значения или сравнения результатов с констан-
тами, заложенными в память или индицированными на кодирую-
щих кольцах.
Рис. 3.10. Элементы структурной схемы
(стрелки указывают последовательность вы-
полнения операций)
Рис. 3.11. Структурная схема шаговой функ-
ции:
I — ожидание выполнения условия; // — ожидание
пусковой команды; /// — если магазин пуст, пуско-
вая команда не воспринимается
Нет
Нет
106
Программируемые контроллеры с вычислительными функция-
ми используются при решении таких задач управления, как под-
ведение итогов и составление статистических справок.
Так же как таблица истинности, диаграмма Карно, диаграмма
фаз или временная диаграмма позволяют описать логическую,
комбинаторную или последовательную задачу, структурные схемы
отображают операции над числовыми величинами. Они полезны
при описании последовательных фаз.
Структурная схема состоит из блоков вычислительных дейст-
вий и блоков проверки условий (рис. 3.10). Приведенная на
рис. 3.11 структурная схема описывает часть примера шаговой
функции, приведенного на рис. 3.7.
3.9.	ЯЗЫК ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЙ
В зависимости от типа языка ПК команды вычислительных
операций имеют более или менее совершенную форму. В менее
развитых языках (релейные схемы) счетная часть определяется
в формате базовых логических команд. Идентичность символики
облегчает процесс усвоения расширенного языка, но ухудшает
читабельность команд, а следовательно, и понимание программы.
Этих недостатков лишены языки высокого уровня. Они содержат
мощные команды, каждая из которых соответствует лишь одной
конкретной функции.
Доступ к счету. Когда для работы автоматизированной системы
управления необходима последовательная и числовая обработка
информации, в программу вводят логические и счетные команды.
В ПК эти функции могут быть совмещены, либо логическая часть
выполняется отдельно от счетной, и между ними устанавливают-
ся связи. Первый вариант находит применение в ПК с релейны-
ми языками, а второй — в ПК с б
(рис. 3.12).
В этом случае транслятор устрой-
ства программирования становится бо-
лее сложным и дорогим; его разделя-
ют на два транслятора — «логичес-
кий» и «числовой». Программа офор-
мляется структурно в виде логической
и числовой зон, что позволяет под-
ключать к работе указанные трансля-
торы порознь.
Для обеспечения надежной работы
программы ее зоны разделяются логи-
ческой чертой, записанной в памяти
ПК. Эту границу могут пересекать
лишь привилегированные ко-
манды доступа к счету и
возврата в последователь-
ную часть.
развитыми
языками
t
Л t
Л
Ц
л
л
л
Ц
Ц
л
л
Л

t
Ц
Ц
Л 4 а)
41 б)
Рис. 3.12. Структура смешан-
ных программ для логических
и счетных операций:
а — релейный язык; б — более
совершенный язык
107
Логическая
часть
Цикл
Счетная
часть
Последовательная
'инициализация
’ < Запрос
— счета
Обработка
н запроса
счета
"Счет
____Запрос возврата
в логическую часть
Рис. 3.13. Пример наложения логичес-
кой и счетной частей программы (ПК
типа СМК-500)
В ПК типа СМК-500 ко-
манда доступа к счету имеет
вид:
S ппп Логическое условие=
= L ттт,
где S ппп указывает соответ-
ствующую последовательную
строку, a L ттт—строку сче-
та, к которой будет осущест-
влен переход при выполнении
логического условия. В этом
логическом условии могут фи-
гурировать все базовые команды ПК. Запрос перехода регистриру-
ется в стеке ФИФО, содержащем до восьми позиций и отрабаты-
вается в конце последовательного цикла, когда все предыдущие
запросы будут удовлетворены.
По окончании вычислений возврат осуществляется с помощью
команды Аш->255, которая отсылает к началу последовательной
части программы. Получающийся при этом цикл изображен
на рис. 3.13. Многие строки Snnn последовательной части могут
запрашивать выполнение одних и тех же счетных команд Lmmm,
которые становятся при этом своего рода подпрограммой
(см. ниже).
Типы переменных, их назначение. Несмотря на то что на любом
ПК можно работать со словами, которые программист определя-
ет сам, начиная с последовательных адресов внутренних перемен-
ных (бит), важно, чтобы ПК имели команды счета, работающие
со словами. Эти слова, называемые «ячейками памяти» или
(ошибочно) «регистрами», обозначаются и адресуются в зависи-
мости от модели ПК одним адресом или одним символом.
Примеры. ПК типа «Модикон»:
Регистр входа: ЗОхх, например 3012 и т. д.
Регистр памяти или регистр выхода: 4ххх, например 4100.
Таблицы и матрицы идентифицируются адресом начала и дли-
ной, указанной в коде операции.
ПК типа СМК:
Слово памяти: М., например 7И10. Счетчик (цифровой): С,
Таймер (цифровой): Т. Значение (таблица или матрица): V.
V10 означает десятое слово матрицы. Вход-выход цифровой:
EN/SN. Вход-выход аналоговый: EA/SA.
Из этих примеров можно видеть, что язык, применяемый в ПК
типа СМК, обеспечивает явное различие типов переменных. В язы-
ках менее совершенных это различие носит неявный характер
(ПК типа «Модикон»). Например, слово 4ххх, не соответствую-
щее какой-либо реальной перемычке в аппарате, является, одна-
ко, внутренним словом. Необходимо, чтобы программист знал ар-
хитектуру своей системы и программу-монитор, управляющую ее
работой.
108
Операторы присвоения позволяют инициализировать перемен-
ную или присваивать ей значение результата вычислений:
LIO М 15<-129.
ЛИ Л50ч-7И17.
После выполнения команды ЛЮ в слове АН 5 находится зна-
чение константы 129. Элемент воздействия Л50 получает бит чет-
ности слова 7И17, т. е. он возбуждается при нечетной четности
[ЛИ 7]. Могут присваиваться значение константы, слово, резуль-
тат выполнения счетных операций и др. В качестве переменной,
получающей информацию, может выступать слово, счетчик или
таймер. В случае двоичной информации (типа В или 4) осущест-
вляется передача бита четности слова (см. команду ЛИ). Упро-
щенные языки используют в качестве операторов присвоения ко-
манды цифровых входов кодирующие кольца, матрицы бит и др.
Значения констант можно переслать также в память с помощью
устройства программирования.
Команды перекодирования. Обмен информацией в виде слов с
внешними устройствами предполагает кодирование значений. Од-
на и та же последовательность бит может восприниматься в ка-
честве информации в двоичном, двоично-десятичном или еще бо-
лее совершенном коде. Иногда возникает необходимость изменить
код информации. Двоичный код наиболее пригоден для выполне-
ния вычислительных операций, а для вывода информации на
устройства индикации предпочтителен код двоично-десятичный.
Пример представления информации в различных кодах:
Десятичный	| 7	j	2	j	S’]
Двоично-десятичный	0111	0010	0101
Двоичный	0010	1101	0101
Операция перевода информации из одного кода в другой назы-
вается перекодированием.
Некоторые модели ПК обеспечивают возможность перекоди-
рования типа:
Двоичный код t	~	* Двоично-десятичный код
| |---------^Двоичный циклический код *----| |
Другие варианты перекодирования в ПК встречаются крайне
редко.
Команды на выполнение булевых операций со словами. Про-
грамма записывается более лаконично, а иногда обеспечивает и
более высокую скорость обработки информации, когда в языке про-
граммирования предусмотрены такие элементарные операции, как
{•; +, /}, а также иные операции обработки данных в виде слов
(Ф, четность). Соответствующие команды воспринимают слова в
качестве последовательности бит, из которой они производят вы-
борку парами параллельно или последовательно в зависимости
от логики центрального процессора.
109
Арифметические команды. Базовыми арифметическими коман-
дами являются команды сложения и вычитания. В развитых язы-
ках запись носит явный характер (ПК типа СМК):
L8 М 10+-М5 + М27.
В строке L8 программы осуществляется присвоение слову ЛПО
результата сложения содержимого слов 7И5 и 7И27.
В некоторых языках код операции не может быть выражен
явно (ПК типа «Модикон»):
В С D
зохх мАШ	оххх шшЗОХХ шш40ХХ	4ххх
где В и С — адреса первого и второго операндов; D — адрес ре-
зультата.
Команда может быть как В-|-С->7), так и В — C-+D. Код опе-
рации передается с помощью клавиши функции УП и присваива-
ется внутренним образом. В зависимости от типа программы-мо-
нитора выход возбуждается при переполнении или равенстве опе-
рандов.
В случае отсутствия команд присвоения предусмотрены коман-
ды пересылки содержимого типа [В]+0->[£)]. Для инициализа-
ции нулевого значения можно воспользоваться этой операцией,
которая эквивалентна команде STO (Store): [В] — [В]~>[В].
В ПК некоторых типов предусмотрены команды умножения
и деления, а в ПК типа ПС-30/20 они заменены «правилом
т р е х». Кроме того, в этом ПК предусмотрена функция среднего
1 п
арифметического: —	.
п i=\
«Правило трех» и среднее арифметическое оказываются осо-
бенно полезными, например, при управлении химическими процес-
сами (ядерные реакторы, процессы дозирования и т. д.). Бит пере-
полнения регулирует условия окончания тех или иных технологи-
ческих операций. Более редко встречается функция квадратного
корня, особенно полезная при управлении процессами, связанны-
ми с течением жидкости (закон Бернулли). Эта функция реали-
зуется в ПК типа ИПК 300.
Функция арифметического сравнения играет роль
двоичного Ф. Совместно с кодами пропуска строк они применя-
ются для управления ходом отработки программы.
Когда пользователь хочет произвести вычисления с двойной
точностью (т. е. на словах двойной длины, чтобы получить
больше значащих десятичных цифр), то он должен сам преду-
смотреть в программе соответствующие переходы. На практике
такие случаи встречаются редко, поэтому было бы экономически
нецелесообразно закладывать такую возможность в стандартное
программное обеспечение ПК. Большинство ПК работают с 16-би-
110
товыми словами, обеспечивая точность до трех десятичных зна-
чащих цифр. В некоторых ПК предусмотрены арифметические
операции с матрицами слов, а также возможность индекса-
ции переменных и операции сдвига.
Специальная команда: (пропорционально-интегрально-диффе-
ренциальный) регулятор ПИД. Несмотря на то что ПК предназна-
чены для использования в системах логического управления, рас-
смотренные арифметические команды позволяют им производить
операции с числовыми или аналоговыми обратимыми величина-
ми. Эта особенность используется при решении некоторых част-
ных проблем. Фирма «Модикон» предложила использовать ПК
для решения проблем регулирования. С этой целью ПК был ос-
нащен командой цифрового регулирования пропорционального,
интегрального и дифференциального действия (регулятор ПИД).
Этот случай является примером внедрения ПК в сферу традици-
онного использования мини-ЭВМ: цифровое управление аналого-
выми процессами.
Если обозначить е(/) мгновенное значение разности между
уставкой регулируемого параметра и его действительным значе-
нием, то выдаваемый регулятором ПИД сигнал можно выразить
уравнением
t
+ Се(т)Л + К3-^- + ^,
J	at
О
где ит — отработка регулятора, т. е. управляющий сигнал в ус-
ловиях режима без воздействия возмущающих факторов [е(/) =
= 0]; Ki — коэффициент усиления пропорционального воздейст-
вия; Къ — величина, обратная постоянной времени интегрирова-
ния; Кз — постоянная времени дифференцирования (рис. 3.14).
Для обеспечения пропорционального воздействия в регуляторе
ПИД используется мгновенное значение отклонения величины; ин-
тегральное воздействие зависит от изменений сигнала за опреде-
ленный период; дифференциальное воздействие учитывает тенден-
цию в изменении сигнала (предвидение).
Путем программирования можно обеспечить лишь необходи-
мые воздействия регулятора, исключив ненужные (например, при
Кз=0 регулятор становится пропорционально-интегральным).
111
Команды управления циклом. Как и при решении последова-
тельных задач, применяются операторы абсолютного или
условного перехода. Выполнение условного перехода свя-
зано с результатом сравнения двух операндов. Программист мо-
жет выбрать один из следующих типов сравнения, определяемых
двоичными отношениями *: <,	=.
Знаки неравенства означают сравнение какой-либо величины
(слово, уставка счетчика или таймера) с постоянным значением
О, 1, 2, 3:
Lnnn[a9 b, cf d]9
Мх
Су
Tz
Например, если Л4х=0, то будет выполнен переход на а, при
значении Мх, равном 1, 2 или 3, переход совершится соответствен-
но на Ь, с или d. Во всех остальных случаях программа будет
продолжаться со следующей строчки. Эта команда, близкая к
расчетной команде GOTO языка ФОРТРАН, значительно облег-
чает процесс подготовки программы, делая ее более гибкой и по-
нятной.
Команды входа-выхода. При выполнении вычислений информа-
ция на входах-выходах ПК представляется в виде двоичных слов.
Входы-выходы в этом случае называют цифровыми. Однако в
процессе счетных операций дискретные выходы могут быть соот-
ветствующим образом позиционированы (бит), а использоваться
будут дискретные входы, состояния которых были получены на
этапе выполнения последовательной части программы. Кроме то-
го, аналоговые измерительные цепи и аналого-цифровые преобра-
зователи (или цифро-аналоговые для выходов) позволяют полу-
чить доступ к аналоговым переменным.
Применительно к языкам, используемым для программирова-
ния арифметических операций, команды управления являются не-
явными и выражаются загрузкой выходного регистра, содержи-
мое которого будет считано программой-монитором.
В более совершенных языках применяются явные выраже-
ния.
Большинство ПК не имеют команд вывода информации на за-
пись с помощью печатающего устройства, а также и самого печа-
тающего устройства. ПК отличаются многообразием входов-вы-
ходов, но не обеспечивают возможность записи сообщений, ито-
гов, автоматического ведения журналов наблюдений за работой
оборудования.
Традиционные средства отображения информации (устройство
программирования, дисплей, тестовый блок) не обеспечивают
возможность сохранения в памяти некоторых данных.
* Под «двоичным отношением» следует понимать отношение двух перемен-
ных.
112
Подпрограммы и прерывания. Циклический характер процесса
выполнения программ ПК предопределил негативное отношение
большинства производителей этой аппаратуры к подпрограммам
и приоритетным прерываниям. Однако на этих двух понятиях сле-
дует остановиться несколько подробнее.
Подпрограммы. Если какой-либо блок команд в программе
повторяется, целесообразно запрограммировать его один раз и за-
тем обращаться к нему при необходимости. Последовательность
команд от оператора ввода в память адреса вызова до оператора
возврата в вызывающую программу, называется подпрограммой.
Основной программой является та, что не выступает
в качестве подпрограммы какой-либо другой программы.
Подпрограммы снижают трудоемкость и время, затрачиваемое
на программирование, а также облегчают исправление ошибок и
подготовку документации. Программа становится легко читаемой
и более короткой, что очень важно при работе с ней. При этом
длительность цикла остается прежней и даже несколько увели-
чивается за счет операторов перехода к подпрограм-
ме и возврата в основную программу.
В информатике понятие «подпрограмма» имеет чрезвычайно
широкий смысл. Любая подпрограмма может вызывать другую
подпрограмму и так далее до определенных пределов возможно-
сти обращения. Такой уровень совершенства для ПК избыточен.
Некоторые ПК имеют возможность вызова подпрограммы в пре-
делах одной ступени. Например, в ПК типа ТСП-100 существуют
оператор безусловного вызова подпрограммы + $ [адрес перехо-
да] и оператор условного вызова $ [адрес перехода], зависящий
от выполнения предшествующего условия.
В этом случае машина сама управляет адресом возврата, т. е.
адресом команды на переход +, обозначаемой кодом , заканчи-
вающим всякую подпрограмму. Например, в ПК типа «Лого-
мат-8000» имеются две клавиши функций на устройстве програм-
мирования, с помощью которых осуществляется вызов подпро-
граммы с указанием ее конца, т. е. момента возврата в основную
программу.
Если описанная выше возможность в ПК не предусмотрена, то
для создания подпрограммы необходимы, по крайней мере, сред-
ство для запоминания адреса возврата из подпрограммы (или
адреса вызова) и команда косвенного, индексированного или ус-
ловного перехода.
Приоритетные прерывания. Не считая приоритетных прерыва-
ний, предназначенных для управления работой самого ПК, дру-
гие приоритетные прерывания каких-либо ощутимых преимуществ
пользователю не дают. Эта функция, по существу нарушающая
нормальный ход выполнения программы вследствие необходимо-
сти срочной отработки какой-либо подпрограммы, противоречит
основному принципу работы ПК, т. е. его цикличному характеру.
Приоритетные прерывания были бы оправданы лишь в случае
чрезмерно длительных циклов работы объекта управления, т. е.
5 Зак. 762	11S
в буквальном смысле слова в исключительных случаях (ядерные
реакторы). Использование приоритетных прерываний в подобных
ситуациях предполагает принятие соответствующих мер предосто-
рожности.
Однако в тех случаях, когда ПК предоставляют такую воз-
можность, прерываниями следует пользоваться, например, для
предварительного выбора операций быстрого счета.
3.10.	СОВМЕСТИМОСТЬ И РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ ЯЗЫКОВ
Будучи очень важным элементом обеспечения гибкости ПК,
язык программирования является в то же время фактором, сдер-
живающим совершенствование и развитие ПК. Замена одного ПК
другим, например, возможна лишь при полной совместимости язы-
ков, так как прикладные программы могут быть отработаны на
новом ПК только при этом условии.
Можно надеяться (однако всегда следует проверить), что язы-
ки различных ПК одного и того же производителя в достаточной
мере совместимы (если не полностью, то, по крайней мере, сов-
местимы по восходящей, т. е. программы, составленные
для ПК низшего класса, пригодны для ПК более высокого клас-
са). Устройства программирования также должны быть совме-
стимы между собой или приспособлены для обслуживания всей
гаммы ПК.
Что касается языков программирования ПК, то в ближайшем
будущем они будут различными. В этих условиях, за исключением
случая внедрения новых разработок, производитель ПК в своем
регионе становится своего рода рантье, статус которого создает-
ся высокой стоимостью прикладного программного обеспечения
(примерно 1/3 полной стоимости системы управления).
Для более широкого применения языков следовало бы при-
нять дополнительные меры по нормализации программного обес-
печения и технических средств и, в частности, устройств програм-
мирования.
Глава 4
МЕТОДОЛОГИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПК
Трудность внедрения является прежде всего следствием про-
граммируемой природы ПК, не привычной для специалистов в
области традиционных технологий. Для специалистов в области
информатики ПК необычны своим циклическим характером ра-
боты.
Новизна ПК предопределила появление особой методологии
проектирования и реализации автоматизированных систем. В этой
главе сделана попытка выявить составные части указанной ме-
тодологии. Сначала рассмотрены некоторые базовые функции,
свойственные большинству автоматизированных систем. Более
совершенные, чем команды простейших ПК, эти функции являют-
ся, однако, элементарными «компонентами» систем, как и их элек-
тронные аналоги (сдвиговый регистр, шаговое реле, компаратор,
сумматор и др.).
Во второй части кратко изложен метод представления проект-
ного задания на автоматизированную систему, названный «граф-
сет» *. Этот метод отражает более широкий, систематический под-
ход к решению задачи автоматизации и составлению логических
уравнений закона управления объектом. В качестве примера рас-
смотрена разработка проектного здания на автоматизацию трех-
позиционного агрегатного станка с поворотным столом.
4.1. ОСНАЩЕНИЕ БАЗОВЫМИ ФУНКЦИЯМИ
Функциональные части встраиваются в логику управления как
составные части механического устройства. При создании неслож-
ных устройств управления можно довольствоваться прагматиче-
ским подходом в сочетании с использованием расширенных стан-
дартных функций. Однако чаще всего применяется довольно про-
стой набор команд, характерный для наименее совершенных ПК.
Набор команд. За основу был взят ПК типа 5ТИ **. Производи-
* Метод графсета является результатом совместных работ исследователей,
производителей и пользователей во Французской ассоциации экономической и
технической кибернетики и в Ассоциации по развитию автоматизированного
производства. Предложенный метод был передан в компетентные органы для
разработки нормы.
** Выбор этот явился предметом спора, и его нельзя считать единодушно
принятым. За основу можно было бы с таким же успехом принять и другие
несложные аппараты.
5*
115
4.1. Логические команды ПК типа 5ТИ
Код операции	Переменная	Обозначение на схеме		Содержание команды
				
STR (STORE)	Xi, Ki, CRi		II	Загрузка переменной в аккумулятор
AND	Xi, Yi, CRi Xi, Yi, CRi	—IL-			11	Функция И Функция ИЛИ
OR		li —IL	II	
		::		
NOT	Xi, Yi, CRi		IL	Дополнение (НЕ)
			41	
OUT	Yi, CRi	——	"O—'	Возбуждение выхода или выделение внутреннего бита
тель этого ПК идентифицирует переменные следующим образом
(в скобках приведены обозначения, принятые в книге):
Двоичные входные переменные.................... Xt	(Ui)
Двоичные выходные переменные  ................. Yt	(Yi)
Промежуточные (внутренние) переменные...........CRi	(Control Relay) (Xi)
Логические команды. Логические команды (их всего пять)
сведены в табл. 4.1.
Пример. Управление лампочкой У] с помощью выключателей
XI и Х2.
Булево уравнение имеет вид: У1=Х1Х2+Х1Х2=Х1®Х2.
Программа, записанная со слова с адресом 0, выглядит следу-
ющим образом:
Адрес
команды
Команда
Комментарии
О	STR	XI	Загрузить XI в аккумулятор А
1	AND	NOTX2 А;Х1/Х2
116
2	STR	NOT XI	Загрузить /XI в Л. Содержимое Л оформле- но в стек ЛИФО*
3	AND	X2	Л.7X1X2
4	OR	STR	Операция ИЛИ с содержимым Л( Х1Х2) и содержимым первой позиции стека /ЛИФО (Х1/Х2)
5	OUT	Y1	Присваивание У1=/Х1Х2+Х1/Х2
* Работа центрального процессора со			стеком ЛИФО описана в п. 2.3.
Функция управляющего реле. Функция управляющего реле
MCR (Master Control Relay) применяется для того, чтобы поста-
вить работу части автоматизированной системы в зависимость
от одной и той же булевой переменной.
Эта функция может быть представлена схемой, приведенной
на рис. 4.1.
Пример.
Эта программа эквивалентна:
Г1-Х0 XI
У2 = Х0 Х2
УЗ-ХЗ
Функция «перехода». Эта функция имеет аналогичную струк-
туру, но совсем иной смысл (рис. 4.2). Если Х=1, то п последу-
ющих выходов обрабатываются. Если Х=0, то п по-
следующих выходов пропускаются. В отличие от некото-
рых ПК на аппарате типа 5ТИ обход не уменьшает длительность
цикла (см. п. 2.6) и касается лишь выходов.
Рис. 4.1. Функция управляющего ре-
ле:
1 — переменная или булева функция на
разрешение работы управляющего реле;
2 — число последовательных выходов, уп-
равляемых реле MCR
Рис. 4.2. Функция перехода:
1 — переменная или булева функция,
определяющая переход
117
Комментарии
Если ХО—1:У1=Х1 и Г2=Х2
Если ХО=О:УТ и Y2 сохраняют прежние значения
вне зависимости от XI и Х2
Y3—X3 вне зависимости от значения ХО
Функция счета с нарастанием-убыванием. Функция счета CTR
применяется для выполнения счета с нарастанием и убыванием.
В наиболее общем виде она выглядит следующим образом:
Релейная схема
Адрес Команда
0	STR	ХО
1	STR	XI
2	STR	Х2
3	CTR	1
4	N	
5	/—\	
6	OUT	Y1
Комментарии
Команда счета с нарастанием-убы-
ванием
Просчитываемая переменная
Разрешение и сброс на О (CTR в
случае простого счета)
Предварительный выбор счета
Текущее значение
Выход, возбужденный по заверше-
нии отработки
В программе ХО — переменная, управляющая счетом с нара-
станием (Х0=0) или с убыванием (Х0= 1); XI — просчитывае-
мая переменная или булева функция; Х2 — переменнная или бу-
лева функция сброса и разрешения (счета с нарастанием и убы-
ванием); У1 — выход, возбуждаемый при достижении N (или О
в случае счета с убыванием).
Код CTR1 (слово с адресом 3) позволяет интерпретировать
ХО. При простом счете от 1 до N в ХО нет необходимости, и ко-
манда 3 записывается как CTR (т. е. без 1). Пустое слово с ад-
ресом 5 в программе будет содержать текущее значение счетчика.
Пример. Счет с нарастанием-убыванием при N = 6.
Х0=0 XI
-®--------1----1------j------И
7	2	J	4
~хо=1
Функция таймера. Эта функция подобна функции счетчика.
Вместо счета внутренней переменной (прохождение детали, за-
крытие отверстия и др.) осуществляется счет импульсов тактово-
го генератора. Функция TRM реализует таймер с накоплением.
Дискреты (пачки импульсов, или периодические сигналы генера-
ле
Рис. 4.3. Каскадное
соединение таймеров (а) и временная
диаграмма (б)
ъ~(м+м)ь
тора) приняты &о=10 мс и &i=100 мс. Функция используется
следующим образом (/ — переменная, управляющая счетом вре-
мени; 2 — булева переменная разрешения таймера):
Адрес Команда
Комментарии
2
STRX1 Управляющая переменная u(t)
STRX2 Разрешающая переменная
TMR Функция таймера
N	Выдержка времени x=Nbt
а	Хранение текущего времени
OUT Y1 Возбужденный выход по истечении
выдержки y(t)
Для увеличения выдержки можно несколько TMR соединить
каскадно (рис. 4.3).
Второй таймер управляется У1. Разрешающая переменная Х2
неявного свойства. В этих условиях уставки ti и т2 складываются.
Сочетание таймера с уставкой М (импульсы Ь) и счетчика
(с предварительной уставкой 7V) позволяет получить выдержку
времени x—NMb (рис. 44).
Считывание перехода сигнала на входе. Единичный генератор.
Циклическая работа ПК задается генератором с периодом, рав-
ным продолжительности двух циклов.
п+1
Х~х
Такой генератор будем называть единичным, чтобы показать,
что временной базой является цикл ПК.
119
Рис. 4.4. Соединения таймера и счетчика (а) и временная диаг-
рамма (б)
Единичный импульс. Работа многих устройств основана на
считывании переходов сигналов, а не их уровней. Различие в ско-
рости работы объекта управления и ПК приводит к необходимо-
сти того, чтобы передний или задний фронт перехода считывался
и отрабатывался в течение цикла, в то время, как само физиче-
ское явление может продолжаться.
Единичный импульс — это логический сигнал, создаваемый
передним или задним фронтом и принимающий значение 1 в те-
чение одного единственного цикла (рис. 4.5).
Суть операции состоит в детектировании изменения уровня
сигнала X(t) * при переходе от цикла к циклу (рис. 4.6). Фронт
сигнала выражается уравнением:
Х(п)фХ(п+1) = 1,
Рис. 4.5. Единичный импульс, соответствующий переднему фронту:
1 — детектируемый фронт; 2 — единичный импульс
Рис. 4.6. Принцип получения единичного импульса:
Г И,— генерирование импульса
* Здесь индексы t, п, п+1 указывают время, и не являются идентифика
торами переменной или бита.
120
CR X
CR X
Рис. 4.7. Релейные схемы:
a — передний фронт; б — задний фронт; в — переход
Для выполнения операции нужно запомнить Х(п) в С7?(п),
чтобы вход был на уровне, готовом к восприятию Х(/г-]-1) во
время следующего цикла. Считывание Х(-) производится в нача-
ле цикла, занесение в память — в конце цикла, а выполнение
операции сравнения, вырабатывающей единичный импульс, —
в промежутке между ними. При этом можно использовать следу-
ющие уравнения:
Yl=CR(n)X(n-}-l) — детектирование переднего фронта на Х(-) (рис. 4.7, а);
У2=С7?(п)Х(п+1) — идентификация заднего фронта на Х(-) (рис. 4.7, б);
Y3==CR(n)(-QX(n-\-l)—считывание перехода на Х(-) (рис. 4.7, в).
Схема единичного импульса в сочетании с другими схемами
(таймеров, счетчиков, сдвиговых регистров и др.) позволяет со-
здавать импульсы длительностью п циклов или выдержку време-
ни, равную временной базе т.
Программирование сдвигового регистра. Сдвиговый регистр
(см. табл. 3.3) является важным средством создания некоторых
последовательных логических устройств для управления следую-
щими друг за другом синхронизированными функциями. В маши-
не сдвиговый регистр организуется из и последовательных внут-
ренних бит в сочетании с входной переменной и сдвиговым им-
пульсом (рис. 4.8).
В сочетании с командой перехода, функцией управляющего или
шагового реле каждый бит регистра может являться своего рода
замком, разрешающим или запрещающим выполнение одной или
Рис. 4.8. Сдвиговый регистр (открытый вправо):
©—единичные биты; значения выдаются на выходы Yit где i=l, 2. 6
121
Рис. 4.9. Функция шагового реле (третий шаг: бит 3=1, бит i=0, /¥=3)
нескольких функций. Вход XI и команда Х2 могут, в свою оче-
редь, зависеть от более высокой ступени логической структуры.
Программирование этого регистра осуществляется следующим
образом (предполагается, что в исходном состоянии все биты на-
ходятся в состоянии 0).
Временные диаграммы
Релейная схема
Программирование единичного импульса (С/?2) необходимо,
если Х2 — уровень, а не импульс в интервале времени, равном
продолжительности цикла.
Программирование шагового реле. Когда в ПК такая команда
не предусмотрена, шаговое реле может быть легко запрограмми-
ровано (рис. 4.9), причем исходные условия (бит 1 в состоянии 1)
выражаются отношением
Y1 = У2 + УЗ + ...+ Уп = У1 У2...Уп.
Программа записывается следующим образом (предполагает-
ся, что в исходном состоянии все биты находятся в состоянии 0):
122
Комментарии
Релейная схема
1.	С7?2=1
2.	Переход, если CR2 = О
3.	Сдвиг на шаг вправо
4.	Условие пуска
Иногда целесообразно использовать шаговое реле в сочетании
с функцией повторной инициализации ХО, что позволяет любую
конфигурацию {О,..., О, 1, 0,..., 0} вернуть в первоначальное
состояние {1, 0,.... 0}:
Комментарии
1.	Единичный импульс CR3 на инициализа-
цию ХО
2.	Единичный импульс на сдвиг Х2
3.	Переход, если CR2 = CR4=0
4.	Сдвиг на шаг вправо, сброс, если С7?4=1
5.	Г1 = 1
6.	Единичный импульс на Х2
7.	Единичный импульс на ХО
Двоичный сумматор. Необходимость в сложении двух двоичных
чисел, закодированных в п битах (например, в виде слова), воз-
никает в различных случаях применения устройств логического
управления: взвешивание, дозирование, сортировка деталей и др.
Сумматор представляет собой комплекс «ступеней», на кото-
123
рых производятся операции с битами at и Ь{ слагаемых, а также
с переносом гг_] от всякого предыдущего расчета для получения
соответствующей суммы и переносом г,, который будет просум-
мирован со значениями ai+I и Ь;+1 ступени (i-f-1):
( s£ = а£ ®Ь£®	= (а£Ь£ + afii) rt_i + (аД + аД)
I ri == aibt + CLt?i—1 + Ь£Гt—i.
Приведенная ниже программа представляет ступень i сумма-
тора, работающего с двумя числами из п бит, считанными с вхо-
дов от 0 до (п— 1) и от п до (2п — 1) соответственно, и выдаю-
щего результат в УО,..., Y(п—1). Переносы запоминаются
в CRO.
Релейная схема
Комментарии
1.	Биты старших разрядов нумеруются
О, п, 2п и т. д.
2.	С7?0: перенос ступени (t—1)
Yi: сумма X/, X(n+1), CR0
3.	Новый перенос CR0 для использования
при (i+1)
Здесь особенно пригодилась бы функция исключающее ИЛИ
(XOR: ®.). Возможность определить ступень i в качестве под-
программы позволяет сэкономить место, обеспечив хорошую чи-
табельность программы, и допустить сложение слов переменной
длины.
Аналогичным образом производится и двоичное вычитание.
Компаратор. Потребность в функции сравнения (рис. 4.10) воз-
никает при необходимости принятия решения на основе количест-
венных показателей: операции погрузки, отрезки по длине и др.
Эта функция программиру-
А		-—Y1
	Компаратор	-	^yz
в с=ф		УЗ
Рис. 4.10. Компаратор:
У1 = 1, если 4>В; У2=1, если Д=В; У3=1,
если А<В
ется непосредственно с ис-
пользованием базовых ко-
манд, но с учетом значимос-
ти ее, как правило, органи-
зуют схемно или путем мик-
ропрограммирования, в осо-
бенности в сложных ПК.
124
Процесс сравнения выражается в тестировании слов бит за
битом, начиная со старших разрядов. Ниже приведена програм-
ма сравнения двух слов Л[Х0, XI,..., Х(л— 1)] и В[Хп,
Х(п+1),..., Х(2п— 1)] длиной п\ ХО и Хп — биты старших раз-
рядов
Комментарии
Релейная схема
1.	Л>В=>У1 = 1
2.	Д<В=>УЗ = 1
3.	Если У1 = 1 или УЗ = 1, конец срав-
нения, обход 2 (п—1) последующих
выходов, т. е. переход к концу про-
граммы. Если Y1 = УЗ = 0, сравнение
XI и Х(п+1)
4.	Если XI = X (n+ 1), сравнение Xi и
X(n+ 1), как описано выше
5.	Если У1 = 1 или У3= 1, конец срав-
нения
6.	Если предыдущие биты равны, сравне-
ние последних бит
7.	А —В
Управление параметром времени в ПК. Устройства логического
управления служат в основном для управления повторяющимися
циклами работы объекта. Различные фазы цикла работы объек-
та управления характеризуются длительностью, поэтому параметр
времени является одним из самых важных. В замкнутой системе
последовательность фаз обеспечивается в соответствии с информа-
цией, поступающей в ПК (сигнал конца хода исполнительного ор-
гана и т. п.). Управление временем выходит на первый план, ког-
да ПК работает в разомкнутой системе, т. е. в режиме про-
граммирования.
Интервал времени определенной длины называют горизонтом.
Генерирование горизонтов с помощью таймеров. Управление
последовательными или одинаковыми фазами известной продол-
жительности осуществляется с помощью серии импульсов, полу-
чаемых с использованием функции таймера:
Релейная схема
Временная диаграмма
T=^Nb	V	Z
125
Начальные условия У 1=0 приводят к включению таймера в
течение времени %=Nb (b — выбранная временная база). Спу-
стя время т изменение У1 переводит У1 в состояние 0, после чего
таймер вновь включается на выдержку при переходе к следующей
команде.
Описанный цикл может быть разделен на интервалы времени
контролируемой продолжительности, позволяющие разрешать или
запрещать выполнение заданий, с возможностью взаимного ис-
ключения.
Пример. Создание двухэлементного цикла.
Временная диаграмма
Релейная схема
CR1
XI
Y2
Y1
Zl=NTb
T2=N2b
Пример. Создание трехэлементного цикла.
Релейная схема
Временная диаграмма
126
Такая процедура создания цикла применима в большинстве
случаев. Для уменьшения длительности цикла можно ввести пере-
хлестывание в выполнении последовательных заданий, если при
этом не встает проблема взаимоисключения заданий.
Пример управления разомкнутой системой — управление све-
тофором. Для регулирования городского автомобильного движе-
ния используются все более сложные схемы, однако до сих пор
светофоры применяются на отдельных перекрестках малонаселен-
ных пунктов (или в системах с низким уровнем автоматизации).
Будем считать, что перекресток образован пересечением двух
улиц и что два светофора А и В работают по традиционному для
Франции циклу переключения цветов: зеленый, оранжевый, крас-
ный, зеленый. Пусть У1, У2, УЗ для А и У9, У10, У11 для В-ко-
Релейная схема
Временная диаграмма
127
Рис. 4.11. Временная диаграмма работы светофора
манды соответствующих фаз длительностью ть Т2 и т3. Из сооб-
ражений безопасности светофор В срабатывает с запаздыванием
Т4 относительно светофора А (рис. 4.11). Программа, соответст-
вующая этой диаграмме, приведена выше.
Применение сдвиговых регистров. Цикл профильного кулачка
в механическом устройстве аналогичен циклу кольцевого (или
«закрытого») сдвигового регистра. При этом генератор горизонтов
выдает с нужной частотой временные сигналы, управляющие вра-
щением бит регистра.
Кулачок может иметь и еще более сложный профиль, если он
работает в системе регулирования аналоговых параметров (тем-
пературные циклы печей на операциях термической обработки).
Программируемый эквивалент этого устройства состоит из комп-
лекса синхронных сдвиговых регистров (рис. 4.12).
4.2. ГРАФ ТИПА ЭТАП — ПЕРЕХОД: ГРАФСЕТ
Рассмотренные выше функции представляют собой элементар-
ные основы знаний, необходимых пользователю ПК так же, как
понятие реле с самоблокировкой или основы техники безопасно-
сти, без знания которых не может работать электрик. Разумное
использование таких устройств позволяет решать различные за-
дачи.
В устройствах управления используется от десяти до несколь-
ких тысяч входов-выходов. Методы синтеза, успешно используе-
мые для устройств управления с меньшим числом входов-выходов
(например, метод Гоффмана), оказываются совершенно непригод-
ными для решения сложных задач. Применяемые на практике
интуитивные методы требуют определенных практических знаний
и трудно передаются от одних специалистов другим.
Рис. 4.12. Кулачок сложного профиля
(а) и синхронные сдвиговые регис-
тры (б)
128
Необходимо учитывать резкое измене-
ние технико-экономических условий, в том
числе постоянное снижение стоимости ком-
понентов и растущую степень интеграции
(степень интеграции электронного компо-
нента измеряется плотностью, выраженной
числом транзисторов или диодов, приходя-
щихся на единицу поверхности, т. е. на
1 мм2). В этих условиях традиционные
методы выражения закона управления, ре-
а)	5)
Рис. 4.13. Обозначения
промежуточного (а) и
начального (б) этапов
ализуемого с минимальным числом «портов», уже неприемлемы,
так как стоимость минимизации значительно превышает выигрыш,
ожидаемый на уровне схемы. Современные устройства выполняют
функции, которые раньше входили в обязанность оператора (сум-
матор, сдвиговый регистр, счетчик с нарастанием-убыванием и Др.).
Создаваемые сегодня схемы более просты для понимания, а следо-
вательно, и для обслуживания. Использование метода графсета
для представления логических систем особенно целесообразно в
этих условиях.
Основные понятия. Этап — это положение системы, при ко-
тором орган управления или часть его инвариантны по отноше-
нию к входам-выходам автоматизированной системы.
Этап обозначается квадратом с номером в верхней части. Этап
инициализации обозначается двойной рамкой (рис. 4.13).
Воздействия, связанные с этапом. На каждом этапе на систе-
му могут быть оказаны воздействия. Они приведены в прямоуголь-
Рис. 4.14. Пример этапа воздействия
Рис. 4.15. Пример активного этапа:
управление лампой L1
Рис. 4.16. Пример этапа с двумя
воздействиями
129
Рис. 4.17. Пример этапа истечения
выдержки времени
ной рамке-этикетке, расположенной справа от символа этапа
(рис. 4.14).
Этап называется активным, когда он в действительности
управляет сопряженными с ним воздействиями (реальными или
виртуальными, если рамка отсутствует или пуста).
Неактивный этап является либо пассивным, либо активи-
руемым (см. п. 2.2).
Активный этап (рис. 4.15) отмечают точкой-жетоном в нижней
части квадрата. Такая маркировка используется, в частности, для
указания этапов, становящихся активными после инициализации.
Одно или несколько воздействий могут быть обусловлены бу-
левой функцией входных переменных, другими этапами или внеш-
ними параметрами.
Пример (рис. 4.16). При активном этапе 17 включается опера-
ция фрезерования. Подача охлаждающей жидкости включится
лишь при х=1. Условие х блокирует это воздействие.
Переходом называется «барьер», непременно разделяющий
два последовательных этапа.
Преемственность, сопряженная с переходом, является
булевой функцией, выражающей логическое условие, при выпол-
нении которого разрешается пройти через переход (необходимое
условие).
Однако выполнение условия преемственности не является до-
статочным для прохождения через переход. В дополнение к нему
предыдущий этап должен быть активированным.
Примеры преемственности: значение счетчика С=18; нажали
3 раза подряд на кнопку М; сработал концевой выключатель;
передний или задний фронт переменной; истечение выдержки
времени (рис. 4.17).
Связка — это ориентированный отрезок прямой, соединяю-
щий этап с переходом или переход с этапом, но не два перехода
или два этапа между собой.
Вертикальные связки сверху вниз стрелками не снабжают (не-
явная ориентация).
Графсет — это графическое представление системы с ис-
пользованием этапов, связок, переходов, этикеток и преемствен-
ностей.
Правила эволюции графсета. Рассмотрим динамику графсета,
т. е. правила, которые регулируют перемещения жетонов, для слу-
130
Рис. 4.18. Состояния этапов, определяющие переход:
а — запрещенный; б — разрешенный; в — пройденный
чая, когда несколько этапов связаны с одним и тем же перехо-
дом, что на схеме отображается двумя параллельными линиями
(рис. 4.18).
Переход называется разрешенным, когда все непосредст-
венно предшествующие ему этапы активированы. Тогда последу-
ющие этапы называются активируемыми.
Переход может быть пройден, лишь когда он разрешен, а ус-
ловия преемственности выполнены. Прохождение перехода вызы-
вает активацию всех непосредственно следующих этапов и дезак-
тивацию всех непосредственно предшествующих. Могут быть пре-
дусмотрены переходы, прохождение через которые осуществляет-
ся одновременно.
В случае, если этап должен одновременно активироваться и
дезактивироваться, он остается активным.
Этап находится в одном из трех состояний (рис. 4.19): актив-
ном, пассивном или активируемом. Активируемое состояние мо-
жет рассматриваться в качестве псевдопассивного, по-
скольку оно отличается лишь условием разрешения предыдущего
перехода (t — 1). Далее показано, почему целесообразно разли-
чать лишь два состояния.
Рассмотрим эти правила применительно к некоторым простым
структурам (рис. 4.20).
Этап 2 становится активным, если при активированном эта-
пе 1 переход А пройден (расходимость по схеме ИЛИ). Этап 6
становится активным, если при активированном этапе 4 и 5 вы-
полняется условие С или D соответственно (сходимость по схеме
ИЛИ). Этапы 8 и 9 становятся одновременно активными, если
при активированном этапе 7 выполняется условие 9 (расходи-
мость по схеме И). Этап 12 становится активным, если при акти-
вированных этапах 10 и 11 выполняется условие F, G (сходи-
мость по схеме И).
Переход с этапа 3 на этап 18 осуществляется, если 7=0. Ес-
ли 7=1, этапы с 4 по 17 выполняются обычным образом (услов-
ный переход, рис. 4.21, а). Этапы 4—17 повторяются, если 7=0
(условное повторение, рис. 4.21, б).
Если одна и та же последовательность этапов повторяется в
131
Рис. 4.19. Состояния этапа й
I — выполнение условия преемственности (i—1): про-
хождение через переход; II — переход в активное со-
стояние (i—1); III — переход в активное состояние
(й-1)
Рис. 4.20. Различные структуры этапов:
а — расходимость по схеме ИЛИ; б — сходимость по
схеме ИЛИ; в — расходимость по схеме И: г — схо-
димость по схеме И
графсете несколько раз, то явным образом ее можно обозначить
только один раз. Во всех других случаях эту последовательность
этапов обозначают квадратом с двойными вертикальными черта-
ми с указанием номеров этапов.
На рис. 4.22 последовательность этапов 20—24 не фигурирует
явным образом. Предполагается, что она была определена выше.
Неявный этап без сопряженного с ним воздействия (например,
этап 7) называют этапом разрешения.
Условные переходы и повторения последовательности этапов
напоминают команды перехода и подпрограммы. Их не следует
путать, поскольку далеко не всегда последовательность логиче-
ских операций соответствует физическому потоку соответствую-
щих сигналов. Например, условное повторение последовательно-
сти этапов (см. рис. 4.21, а) соответствует понятию «цикл»: по-
следовательность этапов с 4 по 17 повторяется (логически), если
132
1=0. Если графсет реализован в ПК программно, то цикл опи-
сывает в действительности (физически) последовательность эта-
пов 3, 4, 5,. .., 17, 18,..., 3, 4, 5,..., и т. д. Но разрешены будут
лишь этапы с 4 по 17, пока 1=0.
Аналогично выполнение на ПК повторяющейся последователь-
ности 20—24 (см. рис. 4.22) соответствует блоку команд в памя-
ти машины который будет сканироваться при каждом цикле ра-
боты. Но выполнение операций обработки и выдача соответству-
ющих воздействий обусловливаются разрешениями и соответству-
ющими преемственностями.
Повторяющаяся последовательность аналогична «логической»
подпрограмме. Однако при кажущейся аналогии значение счетчи-
ка команд не меняется, как в случае перехода в подпрограмму
и возврата к следующей команде.
Технические средства и программное обеспечение графсета.
Итак, логика управления системой представлена с помощью
графсета. Рассмотрим теперь ее исполнение с использованием
монтажной или программируемой технологии.
Модуль последовательности. Очевидно, что двоичная память
идентична понятию этапа графсета, поскольку она может быть
&	Цво очная память
Модуль
контроля
последова-
тельности
Рис. 4.23. Структура модуля этапа:
/ — входы установки в состояние 1; 2— входы сброса на X); 3 —управление этапом п;
4 — разрешение этапа
Рис. 4.24. Модуль контроля последовательности п:
/ — разрешение (n—1); 2 —вход п; 3 —разрешение (п+1);	4 —выход п- 5 —команда
сброса на 0, поступающая от (п+1)	’
133
Рис. 4.25. Этап £, и переходы Тг-ь
Е1-1
-г—I активной или пассивной в зависимости от того, что в ней
—I ^хранится: I или 0 (если считать активируемое состояние
в качестве псевдопассивного). Преемственность этапа
организуется с помощью функции И на входе приведе-
ния к состоянию I.
При прохождении через переход, вызывающий пере-
вод в состояние 0 предыдущего этапа, соответствующие
входы будут связаны функцией ИЛИ переводом памяти
в состояние 0.
Модулем этапа является составной элемент, об-
разованный ячейкой двоичной памяти (как правило^
/?3-триггером или триггером с приоритетом на включение или от-
ключение), связанной через элемент И с входами перевода в со-
стояние 1, а через элемент ИЛИ с входами перевода в состояние 0
(рис. 4.23).
Модулем контроля последовательности явля-
ется технологический элемент с тремя входами и двумя выхода-
ми, например для модуля п: первый вход — разрешение, посту-
пающее от предыдущего этапа (и—1); второй вход — активи-
рование этапа п; третий вход — разрешения сброса на 0 этапа п\
этапом (п+1); первый выход — команда управления этапом п;
второй выход — команда разрешения этапа (п+1).
Модуль контроля последовательности п (этап п) становится
активируемым с помощью модуля (и—1), а затем активным за
счет прохождения через переход. Его переход в активное состоя-
ние делает активируемым модуль (п+1) и пассивным модуль
(п-1).
Модули контроля последовательности (рис. 4.24) выпускают-
ся в настоящее время в пневматическом, электромагнитном и
электронном исполнениях на шасси со штыревым разъемом, сво-
дящим к минимуму внешнюю проводку. Сборка модулей контро-
ля последовательности позволяет непосредственно реализовать
аппаратное решение графсета, а значит, и устройство логическо-
го управления.
Программирование графсета. На каждый этап выделяется
ячейка памяти или внутренняя переменная. Определим условия
активации этапа £г-, приведенного на рис. 4.25:
В случае памяти с приоритетным отключением
Et =	i—1 + Ei)\
в случае памяти с приоритетным включением
17\_i + EtEi+i.
Эти выражения позволяют написать программу непосредст-
венно на ПК. В этих уравнениях можно учесть и частные экс-
плуатационные условия.
134
Пример. Ввод команды Z общего сброса на 0 (или частичного)
может быть записан следующим образом для соответствующих
этапов i:
Ei = Еi4-iZ (Еl—]Ti—i 4~ Ei),
При описании более сложных логических структур (условный
переход, условное повторение) необходимы меры предосторожно-
сти в написании уравнений, определяющих начальные и конечные
этапы.
Пример. Повторяющаяся последовательность программируется
следующим образом (см. рис. 4.21, б):
Ещ = £21 (£3^3 + ЕД\ -|- £20),'
£24 — Е^Е3 (Е23Т23 + £24)*
В первом уравнении показано, что осуществляется управление
последовательностью до этапа 3 или 6. Последнее уравнение обу-
словливает активное состояние этапа 24 при пассивном состоя-
нии выходных этапов последовательностей 6 и 8.
Автоматизация трехпозиционного агрегатного станка. Агрегат-
ные станки с передачей заготовки по круговой или прямолиней-
ной траектории имеют зачастую большое число входов-выходов.
В рассматриваемом случае имеются 21 вход, 20 выходов и 20 яче-
ек внутренней памяти. Станок (рис. 4.26) оснащен тремя рабо-
чими позициями, на которых выполняются последовательно опе-
рации штамповки, механической обработки и маркировки, и од-
ной погрузочно-разгрузочной. Начиная цикл с Dcy, оператор
включает погрузочно-разгрузочный этап. Рабочий стол станка
разблокируется (В~), поворачивается на 90° (А+), после чего
вновь блокируется (В+), что позволяет силовому цилиндру вер-
нуться в исходное положение (А~). По окончании операции за-
грузки-выгрузки штамповка, механическая обработка и марки-
ровка начинаются одновременно и выполняются независимо друг
от друга (параллельные переходы). Однако операция перехода
к следующему циклу будет получена лишь после того, как на всех
трех позициях обработка закончится. Подробности технологиче-
ских операций, производимых на каждой позиции станка, видны
из оснащения станка (см. рис. 4.26) и из графсета (рис. 4.27).
Синтез Графсет. Упрощенный вариант, который мы рассматри-
ваем в качестве примера, не предусматривает различные режимы
работы станка (независимая работа отдельных позиций для ре-
гулирования, цикличная или автоматическая работа), а также
моменты, связанные с безопасностью (срочный останов с запоми-
нанием состояния). Графсет, состоящий из 20 этапов, получается
непосредственно из проектного задания и очень легко интерпре-
тируется (рис. 4.27).
135
Рис. 4.26. Трехпозиционный агрегатный станок с поворотным столом
Соответствие между физическими и логическими переменны-
ми. Упрощенный графсет. Второй этап заключается в присваива-
нии каждой физической переменной (вход, выход, память этапа)
соответствующей переменной ПК (Ui> Yj, Xk) и в записи графсе-
та с новыми переменными (рис. 4.28).
Написание программы ПК. Используя условие активации эта-
па для памяти с приоритетным отключением и упрощенный граф-
сет, можно сразу же написать программу. Она состоит из трех
крупных частей: инициализации, булевых уравнений, управляю-
щих памятью состояния этапов, и выходных уравнений.
136
Рис. 4.27. Графсет системы
Вхо- ды	Осу ио	и\	al U2	ЬО из	аО U4	cl U5	dl из	dO in	сО U8	el U9	л t/10
Выхо-	в—	Л4-	В+	А-	С4-	D+	D~	с—	Е+	F+	G+
ды	УО	У1	Y2	Y3	Y4	У5	У6	Y7	У8	Y9	У10
Па-	Р00	Р01	Р02	РОЗ	Р04	Р11	Р12	Р13	Р14	Р15	Р16
мять	хо	XI	Х2	ХЗ	Х4	Х5	Х6	Х7	Х8	Х9	ХЮ
Продолжение
Входы	fo £711	£1 £712	go £713	еО £714	hl U13	И £716	/1 £717	£0 £718	/0 £719	hQ U2Q
Выходы	Е- У11	F~ У12	G- У13	/74- У14	1+ У15	74- УЮ	/- У17	7- У18	Н- У19	
Память	Р21	Р22	Р23	Р24	Р25	Р31	Р32	РЗЗ	Р34	Р100
	XII	Х12	Х13	Х14	Х15	Х16	Х17	Х18	Х19	Х20
Рис. 4.28. Упрощенный вариант графсета
138
Программа	Комментарии
X25cz2
Х20 = Х20 + Х20	Инициализация
Х25 = Х20
ХО = XI (ХО U0 + ХО)
XI = Х2 (ХО £70 + XI)
Х2 = ХЗ (XI Ш + Х2)
ХЗ = Х4 (Х2 U2 + ХЗ)
Х4 = Х5 ХП ХТб (ХЗ U3 + Х4)
Х5 = Х6 (Х4 U4 + Х5)
Х6 = Х7 (Х5 U3 + Х6)
Х7 = Х8 (Х6 U3 + Х7)
Х8 = Х9 (Х7 U7 + Х8)
Х9 = ХЮ (Х8 U3 + Х9)
ХЮ = Х20 (Х9 U7 + ХЮ)	Эволюция памяти
XI1 = Х12 (Х4 U4 + XI1)	состояния этапов
Х12 = ХТЗ(Х11 Г/9 + Х12)
Х13 = Х14(Х12Ш0 + Х13)
Х14 = Х15 (Х13 Ul 1 U12 + Х14)
Х15 = Х20 (Х14 U13 + Х15)
Х16 = Х17(Х4 (74 + Х16)
Х17 = Х18(Х16Ш5 + Х17)
Х18 = Х19 (Х17 U16 U17 + Х18)
Х19 = Х20 (Х18 18 (У 19 J-Х19)
Х20 = ХО (ХЮ Х15 Х19 U3 U14 U23 + Х20)
УО = XI
У1 = Х2
Y2 = ХЗ
УЗ = Х4
У4 = Х5
У5 = Х6 + Х8	Возбуждение выходов
Уб = Х7 + Х9
У7 = ХЮ
У8 =Х11
У9 = Х12
УЮ= Х13
139
У11 = Х15
У12 = Х13
У13 = Х14
У14 = Х16
У15 = Х17
У16 = Х17
У17 = Х18
У18= Х18
У19= Х19
Возбуждение выходов
4.3. РАСШИРЕННЫЕ КОМАНДЫ И РАЗРАБОТКА
АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ
Расширенные команды. Описанная выше методология примени-
ма к наиболее простым ПК. Дополнительные возможности более
совершенных ПК предопределены специальными расширенными
командами, обеспечивающими выполнение уже известных опера-
ций: сдвиговые регистры, шаговые реле, перекодирование, вычис-
ления. Важным фактором обеспечения гибкости и упрощения про-
Рис. 4.29. Этапы разработки проекта ав-
томатизации на базе ПК
грамм является возможность
выполнения пропуска или
перехода на другой опера-
тор, а также индексации
или повторения.
Базовые функции, а так-
же команды по организации
программ, которые необхо-
димо программировать при
использовании простых ПК,
в более сложных ПК пре-
дусмотрены производителем.
При внедрении высокосо-
вершенных ПК реализуются
еще более совершенные фун-
кции. Эти макрофунк-
ции характерны для кон-
кретного технологического*
процесса, отражают особен-
ности области использова-
ния и даже предприятия-
пользователя.
Разработка проекта си-
стемы на базе ПК. Для раз-
работки проекта автомати-
зации сложной системы по
традиционной технологии
(или с применением мини-
140
ЭВМ) необходима высокая методичность подхода. Кажущаяся
простота ПК может привести к ложному выводу о том, что их ис-
пользование не требует тщательной подготовки. Но это далеко не
так. Общеизвестно, что легкость достигается решением весьма
сложных задач.
Может создаться положение, когда такой совершенный аппа-
рат, как ПК, при неправильном использовании станет менее эф-
фективным и более дорогим, чем более простое устройство.
Разработка проекта автоматизации на базе ПК имеет боль-
ше общего с методологией использования мини-ЭВМ, чем с про-
цедурами, характерными при работе с устройствами монтажной
логики (рис. 4.29). Эти различия выражаются в трех следующих
моментах.
Разработка программ. Для программирования ПК использу-
ется специальное устройство программирования. Методы работы
на простых и более совершенных (автономных) устройствах про-
граммирования различны. Некоторые изготовители ПК предлага-
ют своим заказчикам услуги по разработке программ. Аналогич-
ные услуги в области информатики оказывает Объединение кон-
сультативных и технических услуг в области информати-
ки (SSCI).
Тесты и моделирование. Эта фаза разработки проекта автома-
тизации с использованием ПК изучена весьма тщательно. Очень
важную роль играют устройство программирования, тестовый
блок и линейный диалоговый блок, отличающиеся широкими воз-
можностями и гибкостью в работе и полностью исключающие та-
кие трудоемкие приемы, характерные для монтажной логики, как
навесной монтаж и прозванивание. Тщательно выполненный про-
ект предполагает широкое использование указанных технических
средств, начиная с этапа разработки в конструкторском бюро и
кончая стадией, предшествующей испытаниям на месте в реаль-
ном масштабе времени.
Техническая документация. Эта проблема имеет особую зна-
Рис. 4.30. Документация автоматизированной производственной системы на
базе ПК
141
чимость, поскольку среди операторов могут быть люди с разным
образованием. Изготовители ПК не предоставляют услуг по их
обслуживанию, а при непрерывной работе автоматизированной
системы необходимо чередование нескольких бригад обслужива-
ющего персонала. Персонал служб эксплуатации и обслужива-
ния используют техническую документацию, содержащую релей-
ные схемы, а для конструкторов более привычны булевы уравне-
ния и структурные схемы (рис. 4.30).
Именно поэтому листы программирования ПК должны быть
выполнены особо тщательно и подробно. Типовая структура доку-
мента предполагает наличие четырех колонок: в первой указы-
вается мнемокод, во второй — релейная схема, в третьей — урав-
нения и в четвертой — комментарии.
Глава 5
ОЦЕНКА И ВЫБОР ПК
Приведенные в этой главе технико-экономические соображе-
ния дополняют технические и методологические подходы, изло-
женные в предыдущих главах.
5.1.	ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВЫБОРА
Оценка ситуации на рынке ПК вызывает определенные труд-
ности, так как ПК зачастую относят к разряду электронных мо-
дулей, составных блоков устройств автоматики и электронной
вычислительной техники. В общем объеме капиталовложений
предприятия расходы на приобретение ПК ничтожны и их очень
трудно выделить. Финансово-коммерческие данные, приводимые
производителями ПК, постоянно изменяются и требуют коррек-
тировки, тем не менее этот источник информации более надежен.
Он позволяет оценить ситуацию на рынке ПК и определить по-
рядок основных финансовых показателей.
Ситуация на рынке. На мировом рынке имеется более
сотни типов ПК, выпускаемых примерно 60 изготовителями.
Французский рынок еще весьма далек от насыщения, хотя при-
мерно 60 типов ПК поставляются 30 национальными изготовите-
лями. Общее число ПК, работающих в промышленности, по-ви-
димому, близко к 2000. Что касается технической стороны пред-
Рис. 5.1. Консоль программирования ПК типа TSX-80 (а) и модули с четырьмя
дискретными входами или выходами TSI-80 (6)
143
ложения, то следует отметить, что ПК некоторых типов уже сня-
ты с производства и все настойчивее проявляется тенденция к
стандартизации характеристик и самой архитектуры ПК.
История существования мирового рынка ПК с момента его
создания может быть разделена на три периода. С 1968 по 1972 г.
изготовителей и выпускаемых ПК было очень мало. Продавались
скорее идеи, нежели сами машины. В 1973 г. было отмечено на-
растание производства ПК- Число изготовителей и поставляемых
ими на рынок моделей увеличилось вдвое. В 1975—1976 гг. нача-
лось закрепление сформировавшегося рынка. Число новых произ-
водителей растет незначительно, появляются новые, более совер-
шенные ПК.
Развитие французского рынка ПК было несколько иным. На-
циональные фирмы преобладали в нем вплоть до 1973 г., когда
появилось большое число зарубежных изготовителей, которые со-
здали свои представительства. За три года число производителей
ПК увеличилось в 8 раз, а общее число типов ПК — в 9 раз.
Понятие гаммы. Чтобы удовлетворить различные требования
потребителей, изготовители ПК очень быстро отказались от «мо-
нокультурного производства» в пользу создания целой гаммы обо-
рудования. Это привело к динамичному развитию системы ПК
по сравнению с совершенствованием других средств автоматики.
Различают два понятия гаммы: количественная и ка-
чественная (иначе функциональная). Для классифи-
кации оборудования в рамках количественной гаммы используют
в качестве критерия TV-максимальное число входов и выходов,
которое может иметь ПК. Этот критерий превосходно отражает
и объем памяти или период работы ПК. Программируемый кон-
троллер относят к нижней части гаммы, если 20*^7V<100;
к средней части гаммы, если 100^TV<500; к верхней части гам-
мы, если Д/^500.
При классификации оборудования в рамках качественной гам-
мы критерием является наличие команд счета или цифровой об-
работки данных. В соответствии с этим различают 1-й класс, если
обработка цифровых данных не производится; 2-й класс, если
производится упрощенная цифровая обработка; 3-й класс, если
производится совершенная обработка данных.
Некоторые производители создают гамму из законченных
устройств со все возрастающими функциональными возможностя-
ми, другие — из базового ПК, оснащая его дополнительными мо-
дулями входов-выходов и компонентами центрального процес-
сора (рис. 5.1).
Средний ПК имеет около 20 команд до 500 входов-выходов и
память объемом от 4 до 8К 16-битовых слов. Период его равен
5 мс, ПК позволяет запрограммировать до 100 реле времени и
счетчиков.
* Нижний предел рентабельности ПК.
144
Предложение ПК колеблется в зависимости от гаммы. Поня-
тие ПК появилось применительно к устройствам нижней части
гаммы, чтобы отличить их от традиционных устройств монтажной
логики. Под влиянием успехов в развитии информатики очень
скоро появились весьма мощные ПК. Программируемые контрол-
леры средней части гаммы, обеспечивающие возможность вычис-
лений, были созданы в 1973—1974 гг. Программируемые контрол-
леры верхней части гаммы довольно распространены, но более
конкурентоспособны ПК средней части гаммы. В этом отношении
им уступают ПК нижней части гаммы. В это положение вносит
свои коррективы технологическая эволюция, да и некоторые про-
изводители ПК работают в направлении его изменения.
Функциональный анализ использования ПК. По набору функ-
ций ПК различаются в соответствии с классами функциональной
гаммы: исключительно комбинаторные и последовательные функ-
ции (базовый вариант использования ПК) — класс 1; функции
класса 1 и простые операции цифровой обработки данных —
класс 2; функции класса 2 и обработка аналоговых величин или
сложные операции обработки данных — класс 3.
Во Франции значительно расширяется рынок ПК класса 1,
к которому вплотную подступает рынок ПК класса 2. В системах
промышленной автоматики ПК класса 2 составляют более поло-
вины.
Это объясняется естественной тенденцией создания более со-
вершенных систем при смене технологии. В настоящее время во
многих системах промышленной автоматики необходимо выпол-
нение операций счета и числового сравнения (числа изготовляе-
мых деталей, масса загружаемого материала и т. д.), осущест-
вляемое соответствующими ПК. Однако широко распространены
ПК класса 1, составляющие 35 % общего числа находящихся в
эксплуатации ПК (15 % общей стоимости). Наименьшую долю
парка составляют ПК класса 3, находящиеся под угрозой вытес-
нения мини-ЭВМ. Они составляют около 10 % парка и 15 % об-
щей стоимости, поскольку являются наиболее дорогими.
Потребители ПК весьма разнообразны: от самых мелких
предприятий до многонациональных корпораций, причем около
30 % парка ПК установлено на мелких предприятиях.
Отличительной особенностью французского рынка является
обращение к Объединению консультативных и технических услуг
в области информатики и к фирмам, проектирующим автомати-
зированные системы. С этими организациями сотрудничают боль-
шинство предприятий, приобретающих ПК производства, а так-
же производители систем «под ключ». 40 % общего числа потре-
бителей ПК являются непосредственными заказчиками произво-
дителей ПК. Причем 80 % из них никогда раньше не имели дела
с промышленной информатикой. Такие предприятия проявляют
особый интерес к специализированным программируемым вари-
антам устройств управления, не требующим для обеспечения их
работы участия специалистов в области вычислительной техники.
6 Зак. 762	1 45
5.1. Средняя стоимость элементов ПК (на 1.07. 1977 г.), французские франки
Элемент	ПК нижней части гаммы		ПК средней части гаммы		ПК верхней части гаммы	
	А	Б	А	Б	А	Б
Базовое устройство (16 входов, 16 вы- ходов 1К слов)	5000—20000	14000	10000—24000	18000	15000—30000	19000
Вход	60—113	80	100—113	108	75—117	108
Выход	60—190	105	113—119	116	90—220	140
Устройство програм- мирования	3000—7000	5000	5000—34000	18000	10000—38000	24000
Дополнительный блок	5000—8000	(ферритовая память); 1000—2000 (память ти-				
памяти 1К слов	па PROM или на		полупроводниковых элементах)			
Примечание. А 	— диапазон цен; Б — средняя цена.					
Прежде всего ПК были внедрены в металлургии, металлооб-
работке и автомобилестроении, где они получили такое широкое
распространение, что некоторые предприятия, создававшие ПК
для своих собственных нужд, позднее стали выступать в качест-
ве поставщиков для других потребителей. С 1974 г. ПК находят
применение в химии, на транспорте и при выполнении погрузоч-
но-разгрузочных операций, а также в пищевой промышленности,
а с 1976 г. — в области добычи и переработки нефти. Националь-
ное общество железных дорог Франции широко использует ПК
для организации и контроля железнодорожного движения.
Несмотря на превратности конъюнктуры, рынок ПК продол-
жает жить. Расширение внедрения ПК, по-видимому, в первую
очередь следует ожидать в отраслях, где их освоение только на-
чалось. Наибольшее развитие получат, вероятно, ПК нижней и
средней частей гаммы.
Потребности французского рынка удовлетворяются на 80 %
(по количеству) ПК, произведенными в стране, в том числе 10 %
по лицензиям. Национальный рынок Франции составляет 15 %
мирового, 30 % продукции национальных производителей ПК
идет на экспорт.
Стоимостные параметры. Точно установить стоимостные пара-
метры ПК достаточно трудно, поскольку ПК имеют модульную
конструкцию и сильно различаются по мощности. Анализ суще-
ствующих цен позволил составить табл. 5.1.
Из табл. 5.1 следует, что средняя стоимость ПК составляет
(в скобках приведена доля стоимости входов-выходов): при
20 входах-выходах 1,8—20 тыс. фр. фр. (1/4); при 100 входах-
выходах 30—50 тыс. фр. фр. (1/3); при 500 входах-выходах 70—
150 тыс. фр. фр. (2/3), т. е. стоимость входов-выходов составляет
значительную часть общей стоимости установки.
146
Это еще раз подтверждает необходимость тщательного срав-
нительного исследования при выборе конкретного типа ПК для
решения задачи автоматизации. Следует иметь в виду два аспек-
та: выбор между ПК, монтажной логикой или мини-ЭВМ; выбор
тимальной модели ПК из имеющихся на рынке с учетом ее кон-
кретного применения.
Значительная доля стоимости приходится на разработку и со-
вершенствование прикладных программ (это характерно для вы-
числительной техники, куда можно отнести и ПК). Опыт пока-
зывает, что стоимость программного обеспечения ПК равна треть-
ей части общей стоимости системы или половине стоимости обо-
рудования.
Гибкость, обеспечиваемая программируемыми устройствами
логического управления, обходится дорого. Однако есть уверен-
ность в том, что поиски совершенной методологии использования
ПК и совершенствование их конструкции позволят снизить или
сохранить стоимость программного обеспечения на указанном
уровне.
Если сравнить системы автоматизации с ПК и системы с при-
менением ЭВМ, в которых стоимость программного обеспечения
в среднем равна 50 °/о общей стоимости, то преимущество ПК
становится очевидным, особенно если учесть возможности уста-
новки ПК в цехе и программирования в реальном масштабе вре-
мени.
Сбыт и оказание технических услуг. В настоящее время на рын-
ке ПК явно выражена тенденция к продаже ПК, а не с сдаче их
напрокат. Это объясняется самой природой этих устройств, по-
скольку ПК как элемент автоматики являются неотъемлемой со-
ставной частью объекта управления. В этом состоит их отличие
от ЭВМ.
Устройство программирования можно в равной степени как
продавать, так и сдавать напрокат. Устройство программирова-
ния используется непродолжительное время, а, кроме того, иног-
да временно требуется дополнительное устройство программиро-
вания.
Единицей измерения срока предоставления оборудования на-
прокат обычно является неделя.
Принадлежащие производителям ПК бригады послепродаж-
ного обслуживания гарантируют, как правило, выполнение работ
в течение 4 ч с момента их вызова. Естественно, что с учетом
функций, выполняемых ПК в автоматизированной системе, этот
фактор весьма критичен. Однако контракт с изготовителем ПК на
обслуживание заключает менее 3 % пользователей. 50 % владель-
цев ПК обслуживание производят сами. В этом смысле цель из-
готовителей ПК достигнута. Оставшиеся 47 % пользователей
обеспечиваются услугами со стороны фирм, которые разработа-
ли и внедрили для них автоматизированные системы.
Направления развития. Область применения ПК весьма измен-
чива, поэтому долгосрочный прогноз составить трудно, однако
10*	147
можно полагать, что развитие будет проходить по следующим
четырем направлениям.
Технология. В ближайшем будущем центральный процессор
будет создан вокруг микропроцессора для всего комплекса тех-
нических средств, а ПК верхней части гаммы будет, вероятно,
иметь многопроцессорную архитектуру (ПК типов «Моди-
кон-1084» и «Секасек» фирмы АСЕК, Sequacec d’ACEC). Можно
ожидать, что ПК будут оснащены более сложными и разнообраз-
ными командами для выполнения счетных операций. Входы-вы-
ходы можно считать устройствами достаточно стабильными, по-
скольку они были тщательно изучены с учетом необходимости
работы в производственной среде, параметры которой вряд ли
серьезно изменятся в ближайшее время. Постоянно увеличиваю-
щийся уровень интеграции микросхем, используемых для созда-
ния блоков памяти, при одновременном снижении стоимости по-
зволит улучшить качественные характеристики центрального про-
цессора и выделить больший объем памяти для записи приклад-
ных программ.
Программное обеспечение. Окончательный выбор между буле-
вым языком и языком релейных схем еще не сделан. Однако
следует предположить, что будущее за булевым языком как бо-
лее совершенным. Когда этот язык будет хорошо освоен, его по-
ложительные качества (мощность, лаконизм, четкость) позволя-
ют значительно сократить время и повысить эффективность про-
цесса создания технических средств и программного обеспечения.
Представление в виде релейных схем еще будет применяться
персоналом эксплуатационных бригад и бригад обслуживания,
поскольку для них оно весьма удобно. Будет расти совершенст-
во программного обеспечения ПК. Получат распространение спе-
циальные языки высокого уровня, используемые для ЭВМ и сов-
местимые с различными ПК, имеющимися на рынке. Исследова-
ния в этом направлении уже ведутся.
Стоимость. Эволюция стоимости, безусловно, будет схожа с
историей развития мини- и микроЭВМ. Стоимость центрального
процессора будет снижаться, а стоимость блока входов-выходов
долгое время может оставаться стабильной. К настоящему вре-
мени проблема периферийных устройств окончательно не решена.
Можно предположить, что малогабаритные периферийные устрой-
ства, которые будут разработаны для небольших систем на базе
микропроцессоров, подойдут также и для ПК.
Области применения. Наряду с дальнейшим распространени-
ем ПК в традиционных областях наблюдается их внедрение и в
совсем новые сферы. Этот процесс мог бы быть ускорен более
широким производством мини-ПК (от 10 до 30 входов-выходов),
оснащенных малогабаритной системой моделирования и програм-
мирования, стоимость которых была бы доступной (ПК типа
ЛДК-40 фирмы ИТТ/МТИ, LDC-40 d’lTTjMTI). Такие устройст-
ва можно применять в научно-исследовательских лабораториях
и на мелких предприятиях.
148
5.2.	ПАРАМЕТРЫ ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ВЫБОР СТРУКТУРЫ
АВТОМАТИЗИРОВАННОМ СИСТЕМЫ
Средства, которыми располагает автор проекта. При всем мно-
гообразии автоматизируемых функций и различий объекта управ-
ления число технических средств, имеющихся в распоряжении
автора проекта, ограничено. Различают монтажные решения (см.
рис. 1.3) в различных видах технологии и программируемые ре-
шения, свойственные только электронной технологии. Несмотря
на то что имеется всего лишь два типа решений, выбор примени-
тельно к конкретному случаю автоматизации довольно сложен.
Параметры, определяющие выбор, очень разнообразны и порой
взаимозависимы. Это параметры одновременно технического, эко-
номического и социального свойств. Большое значение имеет спе-
циализация предприятия, его внутренняя экономическая полити-
ка и организация производства.
За исключением самых простых случаев решение является
сбалансированным компромиссом. Для его выбора не существу-
ет идеальной процедуры. Решение никогда не бывает единствен-
но правильным.
Рассматриваемые ниже критерии выбора решения следует
воспринимать не рекомендательные.
Характер проекта. Характер проекта автоматизированной систе-
мы определяется автоматизируемым процессом и алгоритмом уп-
равления, отвечающим требованиям, предъявляемым к процессу.
Технологический характер объекта управления отходит на вто-
рой план. Не так важно, имеем ли мы дело с производственным
технологическим процессом (производство масла, пластмассовых
изделий и т. д.), с расфасовкой (сигарет, духов и т. д.) или с по-
грузочно-разгрузочными операциями. Технологический характер
объекта управления может оказывать влияние на выбор решения
постольку, поскольку он определяет динамические характеристи-
ки и требования безопасности. Прежде всего характер проекта
следует оценить функционально и представить себе размеры за-
дачи, ее сложность, степень непостоянства требований, частоту
повторения.
Объем решаемой задачи. Для его оценки необходимо знать
объем информации, которым обменивается объект с системой уп-
равления. Основными факторами при этом будут количества дво-
ичных, цифровых и аналоговых входов-выходов. Значимость этих
факторов в сочетании с ориентировочным значением порога рен-
табельности применительно к различным технологиям ПК под-
сказывает нужный выбор. Так, система с 12 входами-выходами
должна быть выполнена по монтажной технологии, если не про-
изводятся операции цифровой обработки. Естественно, что на
практике выбор должен основываться на анализе других пара-
метров, и в частности, характера операций обработки данных.
Сложность алгоритма управления. Алгоритм управления со-
стоит, как правило, из чисто логической части, дополненной реле
149
времени и счетчиками. Иногда в него входят и более совершен-
ные функции, такие, как арифметические операции, сравнения,
нелинейные функции, команды регулирования и др.
Степень сложности алгоритма управления оценивают с учетом
следующих соображений. Устройства монтажной логики целесо-
образны при несложных арифметических операциях и при повы-
шенных- требованиях к скорости. Микропроцессоры следует при-
менять при операциях цифровой обработки средней сложности и
при небольшом числе входов-выходов. Возможны редкие случаи,
когда в основном логическая задача решается с использованием
сложнейших операций числовой обработки (преобразования Фу-
рье, автоматические химические анализы и др.). В этом случае
разумно предусмотреть расчленение задачи и выделяемых для
ее решения средств. Для вычислений целесообразно использовать
мини-ЭВМ, а для отработки логической части — ПК-
Степень совершенствования в будущем. Развитие автоматизи-
рованной системы может происходить в направлениях ее улуч-
шения (совершенствование показателей ее работы, введение но-
вого алгоритма управления и т. д.) или принятия новых функций,
т. е. ее расширения. К автоматизированной системе можно так-
же предъявить требования адаптивности к выпуску на одном и
том же управляемом технологическом участке различных видов
продукции, периодическое чередование которых будет заложено
в систему управления. Для обеспечения дальнейшего развития си-
стемы наиболее пригодны программируемые решения.
Уровень серийности производства. При разработке устройства
автоматики в одном экземпляре необходим учет стоимости всех
компонентов системы, чтобы не выйти за пределы средств, выде-
ленных на реализацию проекта. При серийном производстве
средства автоматики затраты на его разработку относятся к об-
щему числу изготовленных экземпляров, что значительно снижа-
ет общую стоимость создаваемой на его основе автоматизирован-
ной системы. Применение ПК и мини-ЭВМ. наиболее целесообраз-
но в единичном и мелкосерийном производстве, а монтажной ло-
гики и микропроцессоров — в серийном.
Время срабатывания средства автоматики. Быстродействие
средства автоматики, выражающееся его временем срабатывания,
зависит от требований объекта управления. В большинстве слу-
чаев скорость срабатывания не является критичным фактором,
поскольку современная технология обладает широким спектром
достоинств.
Самым низким быстродействием обладают системы, использу-
ющие подвижные механические части, например, пневмоблоки с
подвижными элементами, электромагнитная релейная аппарату-
ра. Время срабатывания таких средств автоматики — около не-
скольких миллисекунд.
Пневматические схемы, работающие на принципе отклонения
струи, обладают более высоким быстродействием. Для смены
уровня требуется лишь 1 мс, а передача информации осуществля-
ло
ется со скоростью звука (300 м/с). Пневмоавтоматика обеспечи-
вает высокую выходную мощность и отличается повышенной на-
дежностью.
Наиболее совершенными в смысле быстродействия являются,
конечно, бесконтактная и программируемая логики. Заметим,
кстати, что схемы с параллельным ветвлением по быстродействию
превосходят схемы с преобладанием последовательных соедине-
ний блоков, поэтому монтажная логика является более быстро-
действующей, чем программируемая.
Время срабатывания ПК зависит от его периода, находящего-
ся, как показано выше, в пределах 1,25—20 мс. Вследствие филь-
трации входов оно увеличивается еще на постоянную времени
фильтрации около двух периодов (10—20 мс).
Гораздо сложнее оценить скорость срабатывания мини-ЭВМ.
Этот параметр зависит от выполняемой задачи и связан с прио-
ритетом отработки, выбранным программистом. Наиболее благо-
приятным случаем можно считать тот, когда запрос прерывания
немедленно принимается к исполнению и отрабатывается. При
определении времени срабатывания в этом случае необходимо
учитывать время смены приоритетности задач (несколько десят-
ков микросекунд), время срабатывания базового программного
обеспечения (монитор), которое очень трудно измерить, и время
отработки запрошенной задачи.
Очень высокую скорость срабатывания обеспечивает бескон-
тактная монтажная логика. Зачастую ее используют совместно
с другой технологией, особенно, когда алгоритм управления объ-
ектом не отличается особенной жесткостью.
Однородность автоматизированной системы. Характерными от-
личиями системы управления являются цепочка датчик — алго-
ритм управления — орган воздействия, а также ее архитектура,
которая может быть модульной, с явно выраженной структурой
или централизованной.
Критерий однородности системы состоит в технологическом
единообразии цепи управления. Этим определяется простота сое-
динения отдельных элементов, обладающих сходными характери-
стиками. Стандартные решения всегда предпочтительнее специ-
альных, которые порой оказываются необходимыми, но всегда
создают трудности в обслуживании.
С учетом скорости срабатывания и реализуемой мощности в
ряде случаев могут оказаться полезными системы пневмоавтома-
тики. Эти системы дают возможность применять большое число
различных датчиков (датчики положения, конца хода, тактиль-
ные датчики и др.). Используемые при этом гидравлические при-
воды органов воздействия (поступательные движения) отличают-
ся большой мощностью.
Критерию однородности системы в достаточной мере отвечает
ПК. При создании ПК особое внимание уделяется тщательной
разработке системы входов-выходов. Мини-ЭВМ в меньшей сте-
пени отвечают критерию однородности. Микропроцессоры как
151
А в зависимости от числа включений п:
1 — бесконтактная или программируемая логика;
2 — релейные схемы
элементы системы управления не отвечают критерию однородно-
сти, так как для их сопряжения с внешними устройствами необ-
ходимы специальные устройства.
Специалист, проектирующий автоматизированную систему,
легко идет на создание децентрализованной структуры, которая
отвечает его теоретическому инструментарию и традиционным
технологическим средствам. Программируемая логика привносит
в любое решение тенденцию к централизации информатического
свойства. Однако богатство гаммы ПК и возможность взаимного
соединения оборудования (ПК — ПК, ПК — мини-ЭВМ) позво-
ляют осуществлять различные комбинации, обеспечивающие вы-
сокие параметры системы и надежность. Это является также ар-
гументом в пользу внедрения многопроцессорных машин. Приме-
нение микропроцессоров целесообразно для децентрализации и
распределения функций, но не следует ограничиваться лишь од-
ним этим критерием (см., в частности, п. 2.7).
Условия эксплуатации автоматизированной системы. Характе-
ристики промышленной среды (температура, запыленность, виб-
рации, повышенная влажность, электрические помехи и др.), бы-
ли рассмотрены в п. 1.3. Изложенные там соображения во мно-
гих случаях оказываются достаточными для того, чтобы отказать-
ся от применения мини-ЭВ/М и тем более микропроцессоров и
микроЭВМ.
Вместе с тем требования противопожарной безопасности (неф-
техимическое производство, производство взрывчатых веществ и
др.) и жесточайшие нормы, например, для замкнутой среды оби-
тания (пароходы, подводные лодки, самолеты и др.), вызывают
необходимость абсолютной надежности автоматизированной си-
стемы. Среди систем с применением вычислительной техники ПК
являются оптимальными для использования б агрессивной сре-
де *. В некоторых случаях с ними не могут сравниться даже
устройства монтажной логики.
* Речь идет о стандартных ПК без учета контроллеров, применяемых в во-
енной промышленности, которые имеют совсем иной порядок надежности и сто-
имости.
152
Рис. 5.3. Уровень компетентности, необходи-
мый для применения логических устройств
управления:
Л — знание объекта управления, 100%; Б — зна-
ние конкретного типа устройства управления, 100 %;
1 — специалисты по объекту управления; 2 — расту-
щий уровень компетентности в данной ’специализа
ции; 3 — специалисты по данному устройству управ-
ления
Однако не во всех отраслях промышленности ПК вынуждены
работать в таких экстремальных условиях. Характеристики про-
изводственной среды, возможности установки ПК в цеховых ус-
ловиях нужно рассматривать всегда применительно к конкрет-
ным характеристикам средств автоматики. Естественно, что для
установки герметичного ПК нет никакого смысла предусматри-
вать создание кондиционируемого помещения. Было бы также не-
разумно пытаться применять микропроцессор непосредственно на
прессе литья под давлением.
И, наконец, нельзя сбрасывать со счетов срок службы обору-
дования. Традиционные релейно-контактные устройства выдержи-
вают не более 25 млн. включений (рис. 5.2). Устройства бескон-
тактной или программируемой логики могут работать очень дол-
го. Ожидаемая необходимая частота включения определяет наи-
более вероятный срок службы элементов ПК. Этот срок службы
необходимо соизмерять с тем же параметром объекта управления.
Характеристика предприятия. Проект автоматизированной сис-
стемы является частью общего технического проекта, поэтому он
в значительной степени зависит от типа предприятия, для кото-
рого он разрабатывается. Здесь затрагивается основной аспект
политики предприятия, являющегося представителем конкретной
отрасли промышленности.
Организация и развитие служб предприятия зависят от того,
предполагает ли предприятие остаться хозяином своих средств
производства, включая автоматизированную систему, или нет.
Это нужно учитывать как на этапе разработки автоматизирован-
ной системы, так и при решении вопросов ее дальнейшего обслу-
живания.
На рис. 5.3 явно видна группа средств автоматики, для кото-
рых необходимы соответствующие специалисты (традиционная
монтажная логика, мини-ЭВМ, микропроцессоры) и уровень ква-
лификации этих специалистов. Программируемые контроллеры
могут быть использованы обслуживающим персоналом объекта
управления, не обладающим углубленными знаниями в области
информатики и автоматики. Для работы с ПК необходим мини-
мум специальных знаний (см. гл. 4) *.
* Было бы весьма полезно разработать методологические нормы обслужи-
вания автоматизированных систем, обязательные для применения во всей от-
расли.
153
5.2. Относительная стоимость различных устройств управления
Тип устройства управления	Стоимость одного экземпляра	Разработ- ка	Совершен- ствование	Обслужи- вание	Модифи- кация
Микропроцессор	—	***	**	**	***
Монтажная логика	*	**	**	*	* * *
ПК	¥	*	—	—	**
Мини-ЭВМ	**	**	*	*	*
По мнению производителей и пользователей устройств про-
мышленной информатики, существует резерв для дальнейшего
внедрения информатических средств автоматики, и в частности,
на мелких и средних предприятиях. Трудности, возникающие при
внедрении средств информатики в автоматизированные промыш-
ленные системы, являются следствием централизованного харак-
тера принятия информатических решений и необходимости высо-
кого уровня квалификации для обеспечения оптимального исполь-
зования такого рода систем. Причина кроется также в естествен-
ной инертности, иногда благоприятной, по отношению к слишком
быстрой технологической революции, а может быть даже и в про-
блеме поколений, поскольку определенный круг еще работающих
инженеров и техников не получил соответствующего профессио-
нального образования. С учетом всех затронутых аспектов ис-
пользование ПК представляет собой идеальное решение, если
предприятие намеревается принять непосредственное участие в
создании, совершенствовании или обслуживании системы автома-
тики, основанной на использовании логических устройств управ-
ления. Использование ПК создает благоприятные возможности
для обучения персонала предприятия. Применение ПК является
первым осторожным, но существенным шагом на пути широкого
внедрения средств промышленной информатики.
Экономические факторы. При выборе того или иного решения
определяющим фактором всегда является стоимость. Когда срав-
нивают варианты, то учитывают стоимость не только оборудова-
ния, но и проектных работ, а также затраты на доводку и обслу-
живание.
В табл. 5.2 приведена относительная стоимость различных фаз
реализации обычного проекта для единичных экземпляров ПК и
мини-ЭВМ и небольшой партии микропроцессоров и традицион-
ной монтажной логики.
Выводы, сделанные при рассмотрении этой таблицы, следует
увязывать с техническими особенностями и политикой предприя-
тия.
Что касается стоимости одного экземпляра, то в наиболее вы-
годном положении находится микропроцессор. Тенденции на ми-
ровом рынке позволяют надеяться на дальнейшее снижение его
154
Рис. 5.4. Зоны использования и рента-
бельности различных решений:
А — сложность; Б — количество входов и
выходов; I — сложные расчеты; II — про-
стые расчеты; III — счет+выдержка вре-
мени; IV — отработка операций; / — мини-
ЭВМ; 2 — микропроцессор; 3 — ПК; 4 — уст-
ройства монтажной логики
стоимости. Но это лишь одна составная часть общей стоимости
технического решения системы автоматики. Стоимость других
фаз реализации проекта с применением микропроцессоров выгля-
дит менее выгодно вследствие двойственного характера микро-
процессора (как технического средства с программным обеспече-
нием) и необходимости высокого уровня компетентности при со-
здании системы.
В среднем ПК успешно конкурируют с традиционными устрой-
ствами монтажной логики и при закупке стоят дешевле, чем ми-
ни-ЭВМ. Однако при реализации крупных проектов, в особенно-
сти если в них используются не только устройства логического
управления, применение мини-ЭВМ может оказаться более вы-
годным.
В плане исследований и разработок ПК находится в более
выигрышном положении. Следом за ним идет мини-ЭВМ, по-
скольку она обладает разнообразными и высокосовершенными
средствами для эффективного разрешения проблем.
С точки зрения обслуживания микропроцессор проигрывает.
Несколько лучше в этом плане дело обстоит с ПК, если в техни-
ческих условиях записывается, что обслуживание будет произво-
дить само предприятие-пользователь. Тогда ПК создается с таким
расчетом, чтобы быть доступным в обслуживании персоналу
предприятия-пользователя.
Что же касается выполнения последующих модификаций, то
при соответствующем выполнении проекта и тщательном его до-
5.3. Функции различных устройств управления
Тип устройства управления	Комбинатор- ная и после- довательная логика	Счет и вы- держка вре- мени	Простые циф- ровые вычис- ления	Сложные циф- ровые вычис- ления
Монтажная логика	+	+			
ПК	+	+	+	! —
Мини-ЭВМ	+	+	+	1 +
155
5.4. Сравнительные характеристики различных устройств управления (стоимость см. в табл. 5.2)
Критерии	Микропроцессор	Монтажная логика	ПК	Мини- ЭВМ
Размер системы /*	Стоимость и сложность растут с увеличением Iv	4 <100; входы-выходы только двоичные	20 < Tv< 10000	Iv нескольких сотен
Сложность обработки данных 1с	от серии и стои- мости	/с<1	1с > 1; пригодны для несложных цифровых вычислений	1с > 8; пригодны для сложных цифровых вы- числений
Пригодность к совер- шенствованию	Достаточная (затраты велики)	Низкая	Высокая	
Наличие программ уп- равления	Возможно	Нет	Элементарное управле- ние в ПК верхней чис- ти гаммы	Да
Размер объекта управ- ления	Малый и средний		Малый, средний и боль- шой	Средний и большой
Скорость обработки ин- формации	Средняя и достаточно высокая	Высокая (бесконтактная электроника)	Достаточно высокая	
Модульность	Да			Частично
Архитектура	Децентрализованная		Централизованная и децентрализованная	
Адаптивность к внеш- ним устройствам	Нет	Да		Нет
Продолжение табл. 5.4
Критерии	Микропроцессор	Монтажная логика	ПК	Мини-ЭВМ	1
Надежность работы в промышленной среде	Средняя	Высокая		Достаточно высокая
Совершенствование авто- матизированной систе- мы	Сложное в технических средствах и в програм- ном обеспечении	Сложное в технических средствах	Достаточно простое в технических средствах и программном обеспече- нии при параллельности разработки технических средств и программного обеспечения	Достаточно простое в программном обеспече- нии высокого уровня при параллельной раз- работке технических средств и программного обеспечения
Документация	Сложная		Совершенная	
Особенности пуска в работу	Сложные доводка и те- стирование	Сложная доводка	Простые доводка и тес- тирование	Довольно сложные до- водка и тестирование
Простота обслуживания	Нет	Да		Да (модульность техни- ческих средств и про- граммное обеспечение на языке высокого уровня)
Специализация персона- ла	Электроника и информа- тика	Традиционная логика	Традиционная логика или информатика	Информатика
Использование субпод- ряда	Иногда	Как правило, нет		Часто
♦ Коэффициенты Iv и 1с определены в п. 5.4.				
Рис. 5.5. Технико-экономическое срав-
нение устройств монтажной логики, ПК
и мини-ЭВМ:
А — стоимость технических средств; Б —
сложность; 1 — электромагнитные реле; 2 —
бесконтактные реле; 3 — мини-ЭВМ; 4 — ПК
кументировании более выгодными оказываются решения с ис-
пользованием ПК и мини-ЭВМ.
За исключением традиционных решений с использованием
монтажной логики другие варианты очень чувствительны к стои-
мости программного обеспечения, что особенно касается ми-
ни-ЭВМ.
Технические факторы, оказывающие влияние на выбор средств
автоматики. Прежде чем определить место ПК среди других уст-
ройств логического управления (см. ниже), имеет смысл резюми-
ровать описанные выше соображения. Сближение критериев,
а также вводимые при этом дополнительные оценки, должны по-
зволить в целом определить положение каждого технического ре-
шения относительно других.
Табл. 5.3 и рис. 5.4 помогают понять, почему по рассматри-
ваемым параметрам ПК находятся между традиционной монтаж-
ной логикой и мини-ЭВМ. (Очевидно, что определить четкие гра-
ницы весьма затруднительно.)
Табл. 5.4 используется для выбора варианта автоматизирован-
ной системы с учетом специфических критериев. Комбинация кри-
териев позволяет определить объем предварительного исследова-
ния и наметить возможные решения. При этом следует иметь так-
же в виду описанные выше экономические факторы (см. табл. 5.2).
Программируемые решения допускают определенную степень
параллелизма в проведении работ по реализации проекта,
поскольку прикладные программы можно разрабатывать в то-
время, когда производится монтаж оборудования в цехе или пред-
варительные испытания. Испытания, направленные на встраи-
вание и окончательную доводку устройств автоматического уп-
равления, облегчаются самой природой этих систем, а также на-
личием подробной документации, которая является основным
условием скорейшего основания автоматизированного управления
объектов.
Из табл. 5.2 следует, что ПК нижней части гаммы явно кон-
курируют с традиционной монтажной логикой, а верхней — стал-
158
киваются с мини-ЭВМ. Применение микропроцессоров имеет свои
особенности.
Этот вывод подтверждается результатами анализа, представ-
ленными на рис. 5.5. Экономическая целесообразность увеличива-
ется с ростом технического уровня (значение ординаты); парал-
лельно с этим снижается влияние сложности решаемой пробле-
мы на общую стоимость проекта (средняя степень наклона кри-
вых). В зависимости от предполагаемой степени дальнейшего
усовершенствования выбор будет сделан в пользу кривой 2 или
4. Уровень сложности вычислительных операций и число анало-
говых входов-выходов определяют выбор кривых 3 или 4.
Преимущества ПК по сравнению с монтажной логикой и ми-
ни-ЭВМ. Проводится попарное сравнение: сначала рассматривает-
ся пара ПК — монтажная логика, а затем пара ПК — мини-
ЭВМ. Результаты сравнения представлены в виде перечня выво-
дов, расположенных в случайном порядке.
Сравнение ПК с монтажной логикой. В сравнении с устрой-
ствами монтажной логики ПК обладает следующими преимуще-
ствами. Для подключения к объекту управления необходимы
лишь перечень распределения входов-выходов ПК (логические и
технологические переменные); ПК не зависит от объекта управ-
ления, его можно использовать в последующем для выполнения
другой задачи; ПК весьма гибок при внедрении и отладке; ком-
пактность ПК обеспечивает экономию места и повышает надеж-
ность; расходы на разработку, программирование, тестирование
и запуск в эксплуатацию невелики, поскольку ПК позволяет осу-
ществлять моделирование объекта управления.
Упрощенное профилактическое и восстановительное обслужи-
вание систем; конструкция входов-выходов (модульность, разно-
образие) удобства для использования в промышленности; ПК
пригоден для выполнения сложных операций: цифровых вычисле-
ний, регулирования, принятия решения и т. д.; в ПК обеспечи-
вается линейное наблюдение за отработкой алгоритма управле-
ния: визуализация входов-выходов, логические операции при об-
работке информации; он облегчает подготовку документации о
работе системы, а следовательно, ее обслуживание.
Синхронная (циклическая) работа ПК предотвращает возник-
новение «критических перемещений»; возможности стыковки
ПК — ПК и ПК — мини-ЭВМ представляют интерес при созда-
нии систем с определенной иерархией и повышают степень го-
товности системы; с ПК может работать персонал средней ква-
лификации.
К недостаткам ПК можно отнести следующие: наличие релей-
ных схем (в частности, силового каскада); высокая стоимость
запасных модулей (платы входов-выходов, центральный процес-
сор и др.); в некоторых (редких) случаях недостаточное быстро-
действие ПК; значительные первоначальные капиталовложения
(нерентабельность применения при решении мелких задач); вве-
дение новых методов работы, связанных с внедрением ПК; поня-
159
тие «программа» может внести некоторую неуверенность в рабо-
те; выбор ПК требует углубленного изучения всего комплекса
оборудования ПК уже на уровне принятия решения.
Сравнение ПК с мини-ЭВМ. В сравнении с мини-ЭВМ ПК об-
ладает следующими преимуществами. Программируемый кон-
троллер создается специально для использования в промышлен-
ной среде: в частности, отсутствие больших массивов памяти при
выполнении обычных задач повышает надежность системы при
ее работе в условиях воздействия агрессивных факторов; при со-
здании ПК конструктор выбирает технологию, которая макси-
мально соответствовала бы условиям использования ПК в про-
мышленности, чем обеспечивается максимальная пригодность
устройства; разнообразие, модульность конструкции и качество
входов-выходов удовлетворяют большинство потребностей и, в ча-
стности, обеспечивают возможность измерений и управления на
расстоянии; разделение функций при доработке, доводке, тестиро-
вании (консоль) и работе упрощает процесс внедрения системы
в производство и оптимизирует цепь внутреннего управления ма-
шины.
Циклический характер работы ПК значительно сокращает
машинное время для нужд собственно управления ПК; при ря-
довом использовании ПК не приходится сталкиваться с такими
информатическими понятиями, как «программирование», «орга-
низация задач»; ПК — это инструмент общения с объектом уп-
равления, который непосредственно используется программистом
или конструктором.
Пределы использования ПК: циклический характер выполне-
ния программ может усложнить и ограничить возможности реше-
ния задач; цикл не совместим с понятием приоритета (прерыва-
ния), поэтому прерывания в ПК возможны крайне редко, в то
время как в некоторых аварийных ситуациях достигается пре-
дельное быстродействие; трудности при работе с аналоговыми
величинами, в частности, вследствие несоответствия языков (за
счет конструкции); сложные арифметические расчеты трудно вы-
полнимы; возможности ПК в управлении ограничены, в частно-
сти, в том, что касается ведения бортовых журналов, составле-
ния технических отчетов и др.; трудности в создании картотеки
программ и массивов данных вследствие использования бумаж-
ной ленты в условиях отсутствия функции управления файлами
данных.
Приведенные выше аргументы говорят о том, что ПК не про-
сто является иной формой представления существующих реше-
ний, но и играет важную роль, находясь по существу между тра-
диционной монтажной логикой и мини-ЭВМ и обеспечивая устой-
чивую работу в условиях промышленной среды; возможность об-
щения на машинном языке; разделение функций создания и отра-
ботки программ (консоль, центральный процессор); новый под-
ход к работе в реальном масштабе времени за счет синхронного
циклического характера.
160
5.3.	КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ПК
После того как предварительное изучение показало целесооб-
разность использования ПК в качестве основного элемента си-
стемы автоматизации, встает вопрос о выборе аппарата. Много-
образие технологических возможностей и специализация произво-
дителей средств автоматики (в области автоматики, информати-
ки, оборудования и предоставления услуг) привели к тому, что
на рынке появились ПК самых различных конструкций. Возник-
ла ситуация, которая имела место несколько лет назад с мини-
ЭВМ.
Критерии оценки ПК можно разделить на три группы: техни-
ческие средства, программное обеспечение, нетехнические факто-
ры. В этом порядке мы их и рассмотрим, пытаясь сформулиро-
вать некоторые соображения относительно возможных переоце-
нок с учетом специфического характера ПК-
Критерии, касающиеся технических средств. Качество оборудо-
вания. Ниже рассмотрены механические свойства (жесткость, ма-
териалы, отделка) и в особенности герметичность центрального
модуля, развязка силовых цепей (питание, входы-выходы) от мо-
дулей обработки информации (центральный процессор и память),
компоновка, доступность узлов, маркировка сборок зажимов.
При выборе ПК необходимо изучить внутреннюю конструк-
цию модулей, качество изготовления, тесты для отладки, а также
диапазон параметров рабочей среды (температура, влажность,
магнитные поля и др.).
Консоль программирования должна иметь надежные характе-
ристики, обеспечивающие ее безупречную работу в производ-
ственной среде, особенно если для отладки работы автома-
тической системы консоль необходимо подключать к центрально-
му процессору непосредственно в цехе.
Центральный процессор. Техническое решение центрального
процессора обусловливает быстродействие ПК (период) и воз-
можность его совершенствования в будущем. Наибольшую гиб-
кость обеспечивают микропрограммируемые решения или реше-
ния на базе микропроцессоров. Конструктор может использовать
техническое решение для качественного улучшения существующей
системы и для количественного расширения гаммы про-
изводимых ПК. В этом случае очень важно обеспечить сов-
местимость различных моделей гаммы. Применение программ од-
ной системы для другой связано с определенными техническими
трудностями и дополнительными затратами. При использовании
производственных систем автоматики над этим особенно не заду-
мываются, поскольку промышленные варианты применения ПК
сохраняются достаточно долго неизменными.
Некоторые производители проявляют более информатический
подход, создавая прозрачный для пользователя режим эксплуа-
тации за счет оснащения ПК базовым программным обеспечени-
161
ем (монитор). Примером тому является продукция фирмы «Мо-
дикон», а также ПК, работающие совместно с мини-ЭВМ.
Технология блоков программной памяти до сих пор является
предметом спора между сторонниками памяти REPROM и защит-
никами оперативной памяти (ОЗУ) на ферритовых элементах
или полупроводниках в сочетании со вспомогательными батарея-
ми питания. Пользователь должен сделать выбор с учетом специ-
фики варианта использования ПК- Нужно иметь в виду, что мо-
дульность памяти и ее максимальный размер должны соответст-
вовать конкретному решению задачи и отвечать необходимости
дальнейшего совершенствования. Важную роль играют устройст-
ва, обеспечивающие надежность работы центрального процессо-
ра. Существуют системы защиты на случай прерывания питания
(иногда очень важно не забыть о возможных последствиях отка-
зов электропитания) с сохранением технологического состояния
объекта управления и автоматическим продолжением работы в
заранее определенных условиях (см. ниже). Периодические ло-
гические тестирования центрального процессора и наличие за-
щитных устройств на случай неадекватного функционирования
машины защищают систему автоматики от концептуальных неточ-
ностей, которые могли пройти незамеченными во время тестов
по ее отладке.
Пользователь должен иметь возможность инициализировать
свои внутренние переменные (булевы или цифровые) без каких-
либо специальных манипуляций (кодирующие кольца, консоль и
т. д.). Отсутствие такой возможности усложняет работу на фазе
тестирования и не допускает автоматическое возобновление ра-
боты.
Последние достижения в создании многопроцессорных ПК
вводят дополнительную степень свободы в выбор технических
средств автоматики, тем самым усложняя выбор. Ведь совсем не
безразлично, выбрать ли многопроцессорный ПК или систему с
несколькими ПК обычного типа. Достоинства того или иного ва-
рианта определяются конкретными параметрами решаемой зада-
чи автоматизации.
Входы-выходы. Характеристики входов-выходов должны отве-
чать предъявляемым к ним требованиям: характер (дискретные,
постоянного или переменного тока), изоляция и защита, электри-
ческие параметры (напряжение, ток), фильтры. При селективном
отключении фильтров ускоряется процесс получения значений
соответствующих переменных величин.
Модульный характер входов-выходов очень важен в связи с
их стоимостью. Вполне пригодно приращение на 4—8 входов-вы-
ходов на модуль, поскольку в таком случае все дополнительные
элементы очень быстро находят применение.
Визуализация входов-выходов особенно полезна на этапе до-
водки, например, в шаговом режиме или диагностики неисправ-
ностей (отыскание неполадок в датчиках, системе передачи сиг-
162
налов, входах-выходах и т. д.). При выполнении указанных ра-
бот весьма полезными оказываются также устройства форсирова-
ния входов (устройство моделирования, тестовая штанга на разъ-
емах), поскольку ими очень легко пользоваться (доступность,
гибкость, надежность).
Нужно также принимать во внимание режим считывания сиг-
налов входов-выходов в процессе цикла. Считывание может про-
изводиться по уровню и фронту импульса. Могут возникнуть труд-
ности, связанные с циклическим характером работы, в частности,
применительно к счетным (по времени) или арифметическим опе-
рациям. В зависимости от предъявляемых к промышленной систе-
ме автоматики требований корректировка фаз цикла (входы, об-
работка информации, выходы) может оказаться весьма целесо-
образной.
Необходимая степень готовности и надежности системы опре-
деляет целесообразность наличия выходов с самопитанием.
Устройство программирования. Устройства программирова-
ния так же разнообразны, как и сами ПК. Их изучение целесо-
образно для проверки удовлетворения требованиям, изложенным
в проектном задании и для общей оценки характеристик систе-
мы. Необходимо учитывать прочность и массу устройства, кото-
рое придается переносить от одного ПК к другому, а также ис-
пользовать непосредственно в цехе и в конструкторском бюро.
Нужно также знать, возможно ли автономное использование
устройства программирования. Для этого оно может иметь опе-
ративное запоминающее устройство с передачей содержимого и
памяти этого устройства в память ПК, либо иметь память REP-
ROM. В последнем случае весьма полезным в работе оказывает-
ся устройство стирания (ультрафиолетовое облучение).
Если устройство программирования используется с подключе-
нием к ПК, желательно чтобы память, содержащая прикладную
программу, была центральной памятью ПК или памятью устрой-
ства программирования. Первый случай соответствует провероч-
ному режиму работы, когда консоль позволяет следить за выпол-
нением программы и управлять им, а второй — доводочному.
Расположение и характеристики клавиш, а также элементы
отображения на дисплее в случае их тщательной проработки мо-
гут значительно сократить затраты времени на кодирование. Ин-
дикация на дисплее адреса ячейки памяти и ее закодированного
содержимого исключает необходимость дополнительных манипу-
ляций, а следовательно, и дополнительных ошибок. Не следует
также забывать о монотонном характере работы и являющейся
следствием этого усталости при вводе программы команда за ко-
мандой и последующем прочтении при проверке работы или до-
водке системы.
Устройство управления должно обеспечивать возможность уп-
равления работой ПК и располагать командами непрерывной цик-
лической работы, отработки определенных блоков программы, по-
шаговой отработки (команда за командой). Должна быть преду-
163
смотрена возможность остановки на определенной команде. Может
оказаться также целесообразной остановка при изменении позиции
памяти (бит или слово), что позволило бы проследить за изме-
нением значения переменной.
Очень полезной оказывается возможность доступа к систем-
ным переменным, а также к входам-выходам. В особенности это
касается случая, когда автоматическое перекодирование выдает
на дисплей информацию в представлении, совместимом с харак-
тером индицируемого элемента (десятичное представление число-
вой переменной, мнемонический код, булев код или диаграмма
для команды в масштабе).
Важной характеристикой является поле индикации, которое
может охватывать команду, строку программы или несколько
строк.
Устройство программирования должно обеспечивать возмож-
ность одновременной корректировки ошибки на входе (стирание
одного ошибочного символа или всей команды), модификации
данных и команд. Задача программиста еще больше упростится,
если он будет иметь возможность встроить или удалить целый
блок команд в условиях автоматического управления распределе-
нием объема памяти.
С учетом сложности объекта управления следует определить,
обеспечивает ли устройство программирования надежное про-
граммирование. Нужно убедиться, не внесет ли подключение
устройства программирования в ПК изменений в обычный режим
работы последнего.
Диалоговые линейные модули. Многообразие функций, выпол-
няемых диалоговыми линейными модулями различных производи-
телей, подсказывает целесообразность тщательного изучения тех-
нических и экономических параметров этих устройств.
С функциональной точки зрения следует как можно полнее
использовать эксплуатационную гибкость устройства автоматики:
изменение констант, ввод параметров реле времени и таймеров,
считывание и слежение за текущими параметрами различных
функций. Необходимо убедиться в том, что диалоговый линейный
модуль обеспечивает эти возможности. Иногда возможно подклю-
чение сразу нескольких модулей. Один модуль может быть глав-
ным по отношению к другим, в то время как все модули могут
иметь равный доступ ко всем или части функций. Специализация
функций линейного диалогового модуля может осуществляться в
целях достижения наибольшей эксплуатационной надежности. При
наличии возможности одновременного подключения консоли про-
граммирования и линейного диалогового модуля следует оценить
фактор их взаимозависимости и взаимного исключения некоторых
функций.
Для обеспечения надежности можно было бы порекомендовать
сделать один модуль ведущим, либо воздействовать на один из
модулей с помощью ключа, разрешающего доступ к некоторым
важным функциям, таким, например, как только считывание или
164
же считывание — запись (с целью ввода изменений), что может
производиться только ответственным оператором. Очень важна
возможность присоединения линейного диалогового модуля к ПК
без отключения его от сети, а также механическая прочность от-
дельных элементов устройства при работе в условиях промышлен-
ной среды.
Диалоговый модуль так же, как и консоль программирования,
должен отвечать общим эргономическим требованиям (простота
эксплуатации, функциональность, надежность).
Периферийные и вспомогательные устройства ПК. При созда-
нии относительно сложных устройств автоматики желательно ор-
ганизовать сбор документации о работе системы. Ведение техни-
ческого досье автоматизированной системы оптимизирует ее экс-
плуатацию: легкая замена программы, более рациональное обслу-
живание. Распечатка на бумаге содержимого памяти дает воз-
можность следить за всеми изменениями и производить досто-
верную актуализацию всех досье. Именно этим объясня-
ется целесообразность приобретения печатающего устройства, под-
ключаемого к ПК или устройству программирования.
Утомительная работа, сопряженная с кодированием, оправды-
вает хранение программ на перфоленте и на магнитофонной кас-
сете. Целесообразность приобретения соответствующих средств
следует уточнить, учитывая потребности и принимая во внимание
достигаемое при этом расширение возможностей системы. Изве-
стно, что управление картотеками, если таковое вообще сущест-
вует на предприятии, имеет весьма общий характер. Это оправ-
дано режимом эксплуатации ПК и стоимостью носителей инфор-
мации. Очень важно достичь высокого уровня эффективности в
пределах имеющихся средств. Этому способствует, например, при-
менение магнитных закладок. С развитием системы становится
целесообразным более развитое управление картотеками (несколь-
ко программ различного назначения на одном носителе, носители
информации различного типа и др.), а также использование уже
упоминавшихся выше моделирующих устройств.
Соединения машин. Если такая возможность имеется, целесо-
образно соединить ПК—ПК или ПК — мини-ЭВМ в сложных
автоматизированных системах для обеспечения постоянной готов-
ности системы к работе. Более детально нужно проводить функ-
циональный анализ возможных обменов информацией между ма-
шинами с учетом используемой технологии и, в частности, цент-
ральной памяти ПК. Машины могут обмениваться значениями
переменных, которые выступают в качестве параметров управле-
ния и синхронизации. Если программа находится в оперативной
памяти, то мини-ЭВМ может обмениваться с ПК блоками про-
граммы, обеспечивая выполнение функций дистанционной загруз-
ки программы и дистанционной диагностики.
Критерии, касающиеся программного обеспечения. Характер
языка. Для удобства работы обслуживающего персонала наибо-
лее предпочтительными будут языки релейно-контактных симво-
165
лов, булев язык или язык мнемокода. Первые два языка наибо-
лее удобны при устранении неисправностей и для некоторых ви-
дов отображения на экране информации о работе системы. Язы-
ки более высокого уровня незаменимы при разработке и совер-
шенствовании сложных программ (языки для выполнения вычис-
лительных операций).
Качество языка. Необходимо, чтобы язык был простым, недву-
смысленным, гибким, мощным и полным. Удобство программиро-
вания определяется числом команд в языке. Избыточность язы-
ка может оказаться полезной. Очень важной характеристикой яв-
ляется адекватность языка сложности и в особенности масштаб-
ности решаемой задачи. Весьма тщательно должны быть изучены
условия выполнения некоторых команд: условия запуска (по уров-
ню, по фронту), возможное чередование переменных, доступность
параметров команды, необходимое для ее выполнения число цик-
лов (см. п. 5.3).
Команды управления циклом (переходы) могут оказаться по-
лезными, если они позволяют изолировать фазу инициализации
программы и избежать необходимости проходить через весь объ-
ем незанятой памяти. В этом случае эти команды можно успешно
применять в сочетании с совершенными типами адресации.
Желательно, чтобы вычислительные блоки программы были отде-
лены от блоков логических операций и соответствующих перемен-
ных.
Жесткий формат является очень эффективным операционным
средством, но приводит к чрезмерному расходу памяти в связи
с обязательным заполнением заранее определенных зон и повто-
рами, необходимыми для стыковки команд. Необходимо тщатель-
но изучать формат кодируемых команд с учетом размера слова
памяти. Защитные свойства языка связаны с уровнем свободы,
которой обладает программист при кодировании, и с наличием
специальных охранных директив.
Сервисные элементы программного обеспечения. К сервисным
устройствам относятся трансляторы, средства составления про-
грамм, монитор и пакет прикладных программ пользователя.
Характер машинного языка ПК приводит к смешению функций
консоли и сервисных устройств программного обеспечения и, в
частности, функций эдиторов (редакторов) и трансляторов. В до-
полнение к тому, что было сказано выше, рекомендуется изучить
качество диалогового режима работы при вводе программ. Ис-
правление ошибок ввода не должно вызывать трудностей, так же
как и модификация логических команд (ввод, стирание кода).
Трансляция инструкций перехода вперед может потребовать вы-
полнения процедуры вручную. Необходимо убедиться в соответст-
вии мощности транслятора средствам защиты от ошибок програм-
мирования. Речь может идти о наличии совершенных команд
перехода и сторожевого устройства для выявления некорректных
циклов или же о сжатии кодов (исключение) с уточнением адре-
сов перехода.
166
Монитор ПК сведен к минимуму и доступен пользователю.
Однако его функциональные возможности следует сопоставить
с директивами, предусмотренными в трансляторе (в частности,
функции входов-выходов и наблюдения): можно ли определить
место фазы входа-выхода в цикле, можно ли выбрать дискрету
времени для функций реле времени и таймера и каким образом?
Пакет прикладных программ включает в себя ком-
плекс программ, направленных на удовлетворение характерных
потребностей в области промышленной автоматики. Некоторые
производители ПК создают пакет программ в качестве дополне-
ния к базовым функциям системы (дополнительные команды).
Будущий пользователь должен оценить значимость предложен-
ных функций. Может оказаться полезным иметь пакет программ
на носителе, воспринимаемый периферийным или вспомогатель-
ным устройством, чтобы избежать большого количества ручных
вводов. В этом случае вновь возникает вопрос о наличии носите-
лей и системы управления картотеками, хотя бы элементарного
типа.
Организация задач. Циклический характер работы ПК оказы-
вает одновременно положительное и отрицательное влияние на
организацию задач пользователя. Проблема возникает в рамках
управления циклом машины: условное выполнение последователь-
ности кодов. Эта проблема решается использованием единичного
импульса или генератора горизонтов. Стандартные команды от-
дельных ПК зачастую являются наиболее разумными решениями.
Можно воспользоваться сложными техническими «хитростями», но
тогда могут возникнуть сложности при модификации программы
или смене ПК. Нужно учитывать целесообразность приоритетных
прерываний (когда таковая возможность имеется) и трудности,
связанные с их практической реализацией. Для конкретной струк-
туры разрабатываемой системы автоматизации возможность оп-
ределения подпрограмм может оказаться полезной при увеличе-
нии производительности труда на этапах составления и доводки
программы, а также в процессе ее обслуживания.
Нетехнические критерии. Ниже изложены соображения, не от-
носящиеся к техническим средствам и программному обеспече-
нию, но очень важные при выборе ПК.
Документация. Нужно тщательно изучить качество документа-
ции. Она должна быть полной (технические средства, програм-
мное обеспечение, конфигуратор, инструкция по эксплуатации,
инструкция по обслуживанию), методически разумной и отвеча-
ющей требованиям сегодняшнего дня. В документацию должны
входить методологические указания.
Подготовка персонала. Производитель ПК обеспечивает под-
готовку персонала пользователя. В программу стажировок вхо-
дят программирование, установка и обслуживание. Нужно оце-
нить качество этой подготовки, наличие практических занятий,
число и тип стажировок, предлагаемых при покупке, а также
стоимость дополнительной подготовки.
167
Предприятие. Выбор ПК — это также выбор получаемых
услуг. Следует оценить предприятие, выпускающее ПК и, в ча-
стности, возможность получения послепродажного обслуживания
(персонал предприятия, география его рынка, срок выполнения
заявок на обслуживание, финансовые условия). Нужно ознако-
миться с парком оборудования (характеристиками), гибкостью
организации производства (сроком службы оборудования, гаммой
изготовляемой продукции), совместимостью выпускаемых средств
(программного обеспечения, периферийных устройств и т. д.),
а также расположением центра технического обслуживания. Ко
всему этому следует также добавить информацию о коммерческих
условиях (покупка, взятие напрокат, лизинг, срок поставки и
т. д.) и политику цен фирмы.
5.4.	ВЫБОР ПК
Предполагается, что предварительное изучение показало целе-
сообразность принятия решения, основанного на использовании
ПК. Ниже рассмотрены основные моменты процедуры выбора ПК
нужного типа.
Технические характеристики. Результатом выбора должно быть
определение оборудования и конфигурации комплекса, ко-
торые позволили бы решить конкретную проблему автоматиза-
ции. Проектное задание на свою систему пользователь
должен разработать сам. Это очень ответственный этап, особен-
но если пользователь закладывает возможность дальнейшего раз-
вития системы. Всякого рода неточности могут привести к изме-
нениям конфигурации в процессе реализации проекта, т. е. после
закупки ПК, и значительно ухудшить технические и финансовые
показали системы. В итоге может даже показаться, что не та-
кую уж значительную роль играет выбор ПК.
В особо сложных случаях имеет смысл провести предвари-
тельные консультации для анализа характеристик (диа-
лог пользователь — производитель и, возможно, пользователь —
Общество по предоставлению технических и консультационных
услуг в области информатики), а также предварительные иссле-
дования относительно такого- важного параметра выбора, как ар-
хитектура системы управления.
Представляя технические характеристики, для большей ясности
следует учитывать характер ПК, что упростило бы производите-
лям задачу подготовки ответов, а затем и сравнительный анализ
технических средств.
Выбор пригодных ПК. Прежде всего следует оценить характер
решаемой задачи автоматизации (см. п. 5.2) и в рамках качест-
венных и количественных гамм оборудования (см. п. 1.1) выбрать
из ряда ПК, которые позволяют решить поставленную задачу.
Размер создаваемой системы, выражающийся в ко-
личестве входов-выходов, определяется коэффициентом Л, вычис-
ляемым с учетом параметров решаемой задачи:
168
Iу = ид + Г д + а ([/ц + У ц) + Т + С,
где L/д — число двоичных входов; Уд — число двоичных выходов;
t/ц — число цифровых входов; Уц — число цифровых выходов;
а — размер слова цифровых данных (в битах); Т — количество
реле времени; С — количество счетчиков.
В формуле не учтены аналоговые входы-выходы, удельный вес
которых незначителен (редко более 5%) в тех случаях, когда
применение ПК целесообразно. Не учитывается число логических
уравнений, описывающих алгоритм управления объектом, посколь-
ку при максимальном числе входов-выходов объем памяти ПК
как правило достаточен.
Для каждого конкретного ПК индекс Iv отражает максималь-
ный размер системы. При этом принимаются в расчет так назы-
ваемые «перекрытия», когда цифровые входы-выходы, изъятые из
числа двоичных, не учитываются. То же самое имеет место и для
ПК, обладающих «неограниченным» числом реле времени и счет-
чиков, но все же связанных выражением
(T + C)max<0,5(t/B + KB)..
Сложность возможных операций обработки число-
вых данных в зависимости от их характера (а не от объема!)
измеряется индексом /с, являющимся суммой относительных стои-
мостей необходимых операций обработки:
Характер операции	Стоимость
Сложение или вычитание.............. 1
Сравнение слов...................... 1
Счет, выдержка времени.............. 1
Умножение или деление............... 2
Перекодирование .............................. 3
Среднее значение ............................. 3
Извлечение квадратного корня ......	4
Регулирование....................«...	5
Полученная таким образом стоимость отражает объем памя-
ти, необходимый для выполнения функций, ожидаемых от про-
граммируемой логики.
Теперь можно дать количественную оценку понятий гаммы,
введенных в п. 5.1:
Нижняя часть гаммы . .............	. Iv < 300
Средняя часть гаммы................ 300	</р < 1000
Верхняя часть гаммы ............... lv > 1000
Класс 1 ........................... Ic < 1
Класс 2	.......................... .	1 < 1С < 8
Класс 2 ................................ 7С>8
Вычисление индексов Iv и 1С каждой системы дает возмож-
ность выбрать заведомо пригодные ПК- Однако не следует забы-
вать о предполагаемом дальнейшем развитии системы и о допол-
нительных параметрах ПК (в частности, минимальное число вхо-
дов-выходов, объем памяти, размер приращений и т. д.).
169
Принятие решения и выбор. Отобрав в первом приближении
серию подходящих вариантов, производят их практическую оцен-
ку. В качестве теста производителям оборудования предлагают
характеристическую функцию устройства автоматики. Эта функ-
ция, или, выражаясь языком информатики, «бенчмарк» (bench
mark), отражает условия средней прикладной программы и кри-
тические фазы процесса выполнения задач (скорость и т. д.). Со-
ответствующие измерения подтвердят (или опровергнут) объяв-
ленные производителем ПК характеристики и достоинства. Поль-
зователь должен решить, следует ли ему ограничиться измере-
ниями эксплуатационных характеристик (в условиях нормально-
го режима работы) или же нужно также изучить аспекты разра-
ботки и обслуживания программ, стоимостью чего, как мы виде-
ли выше, пренебрегать не следует. Такой подход дает возмож-
ность убедиться в том, что возможности намеченных к выбору
ПК действительно отвечают требованиям проектного задания.
В случае выбора оборудования для особенно сложных проек-
тов определение функции «бенчмарк» может оказаться недоста-
точным. Потребуется также произвести моделирование работы
наиболее важных модулей системы. Получив дополнительную ин-
формацию относительно характеристик технических средств и
программного обеспечения, нужно будет окончательно оценить
возможность реализации проекта с использованием
каждого проверенного комплекта оборудования.
Последним этапом является тщательное сравнение вариантов
на основе предварительных данных с учетом последних результа-
тов. Процедура принятия решения заключается во взвешенном
подходе к различным критериям, которые учитывались в процес-
се проводимых сравнений с учетом их важности с точки зрения
пользователя. При этом фиксируют все случаи, когда ПК удов-
летворяет конкретному критерию. Полученный таким образом
взвешенный результат позволяет произвести классификацию тех-
нических средств, пригодных для данного случая.
Кривая полезности никогда не бывает линейной, и ясно, что
в данном случае речь идет лишь об аппроксимации первого по-
рядка. Проводимая в сочетании с классификацией качественная
оценка оборудования несколько сужает диапазон возможного
выбора.
Приведенные выше соображения касаются лишь основных мо-
ментов выбора технических средств, которыми зачастую прене-
брегают или которые учитывают неполностью. Описанный метод
работы является следствием концептуальных позиций и традици-
онной практики того, кто принимает решение.
В любом случае не нужно забывать о том, что успех проекта
зависит также и от ряда априорных моментов. Хорошее знание
ПК облегчает, в частности, разработку технических требований и
ориентирует выбор позиции, которая оказывается весьма полезной
на решающих стадиях принятия решения.
170
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.	Williams D. Computers Kid Brother Comes of Age/Programmable Cont-
roller. — Iron Age, 18 fevrier 1971, vol. 207, p. 41.
2.	Sclater N. Digital Industrial Controllers Easier Programming. — Product
Eng., 12 avril 1971, vol. 42, p. 40—42.
3.	Lapidus G. Programmable Logic Controllers/Special Report. — Control
Eng., avril 1971, vol. 18, p. 49—60.
4.	Poissons N. A. Programmable Controllers New Concept for Process Cont-
rol. — I.S.A. Transaction, N. 11, 1972, vol. 2, p. 99—105.
5.	Andreier N. P.L.C.— An Update.— Control. Eng., septembre vol. 19,
p. 45—47.
6.	Auto Mate — 32 P.L.C. — Reliance Electric—Control Eng., mars 1973,
vol. 20, p. 7.
7.	Programmable Controllers. — Instrument and Control Systems, avril 1973,
vol. 46, p. 79.
8.	Smith D. L. Problems with P. C.— Control Eng., aout 1973, vol. 20,
p. 39—40.
9.	Japanese P. L. C. — Control Eng., mars 1974, vol. 21, p. 50—51.
10.	Programmable Controllers Replaces 50—150 Relays. — Instrumentation
Technology, avril 1974, vol. 20, p. 55.
11.	Kompass E. Programmable Controllers Offers On—Line Reprogram-
ming.— Control Eng., mai 1974, vol. 21, p. 53—54.
12.	Abel D. P. C. — They Rush in where Computers Fear to Tread. — Instru-
ment and Control Systems, juin 1974, vol. 47, p. 49—54.
13.	Leblanc H. Un automate programmable industriel. — A21, mars 1974,
N. 25.
14.	Schaffer G. Guide to Programmable Controllers 1974. — American Machi-
nist Special Report, aout 1974, N. 668.
15.	Les automates programmables. — AFCET Section A. T., Toulouse 15—11 —
1974, cornptes rendus.
16.	Texas Instruments has its first P.L.C. — Control Eng., aoute 1974,
vol. 21, p. 15.
17.	Adapter for P. C. — Instrumentation Tech., decembre 1974, vol. 21, p. 50.
18.	P. C. in Batch Processing. — Technology, mai 1975, vol. 22, p. 39—43.
19.	Make it Work/Keep it Working Modern P.C. Do it. — Automation, juin
1975, vol. 22, p. 16.
20.	Dureau G. Les automates programmables. — Automatismes, juin 1975,
t. XX, N. 6/7, p. 276—283.
21.	Greene A. M. What to Look for in P. C., — Iron Age, 14 juin 1975,
vol. 216, p. 31—32.
22.	Mora V. Conception et realisation d’un systeme informatique de com-
mande binaire de processus industriels. — These de Doctorat de specialite presen-
tee a Toulouse, 4 juin 1975, N. 1739.
23.	Buyer’s Guide to P. C. — Iron Age, 14 juin 1975, vol. 216, p. 31—39.
24.	Buyer’s Guide to P. C.— Iron Age, juillet 1975.
25.	Heumann G., Skinnner J. European P. L. C. —Control Eng., septembre
1975, vol. 22, p. 66—67.
26.	Kopass E. J. Multi—Processor Concept Leads to P. L. C. — Control Eng.,
janvier 1976, p. 46—47.
27.	Program Controller Used with Press Brake —Tool Production, janvier
1976, p. 58.
171
28.	Henry D. Simplified Program Controller. — Control Eng., mars 1976,
p. 83.
29.	Laurgeau C. Les automates programmables.— Journee EXERA du 25 iuin
1976 (IRIA).
30.	Gosset P. X. Philosophic de la R. N. U. R. en matiere d’automatismes
programmes. — Journee EXERA du 25 juin 1976 (IRIA).
31.	Alain Y. Les automates programmables. — Minis et micros, N. 13, 19,
20, 24.
32.	Schaffer G. Programmables Controllers. — American Machninist, fevrier
1977.
33.	Nenin J. Les automats programmables. — La Technique, decembre 1977.
34.	Hoez Les automates programmables, un premier bilan favorable. — L’usine
nouvelles, fevrier 1978, N. 8.
35.	Mansion D. Le nouvel automate programmable TSX 80 est-il le premier
d’une nouvelle generation? — A21, mai 1978, N. 67.
36.	Klein R. Des relais aux microprocesseurs. — Scences et Techniques, no-
vembre 1978, N. 54.
37.	Catier E. Fiables, modulaires et bon marche, les automates program-
mables industriels prennent le relais. — Automatique et Informatique industrielles,
janvier 1979, N. 73.
38.	Revue A21, articles dans de nombreux numeros, notamment N. 63, 65,
66, 67, 68, 70, 74, 75, 76.
39.	Laurgeau C. Les automatismes logiques industriels, ouvrage pedagogique
de synthese. — Edition SCM, 1979.
40.	Bossy J. C., Brard P., Faugere P., Merland C. Le Grafcet, sa pratique et
ses applications. — Educalivre, octobre 1979.
41.	Blanchard M. Comprendre, maitriser et appliquer le Grafcet. — Collection
Nabla, Editions Cepadues, Toulouse, novembre 1979.
42.	Chevalier G. Le Gfafcet; les automatismes par le diagramme fonctionnel
et la technologie modulaire. — Dunod, janvier 1980.
Жиль Мишель, Клод Лоржо, Бернар Эспьо
ПРОГРАММИРУЕМЫЕ КОНТРОЛЛЕРЫ
Редактор И. А. Сморчкова
Художественный редактор С. Н. Голубев
Обложка художника Л. Н. Наумова
Технический редактор Н. В. Тимофеенко
Корректоры Л. Л. Георгиевская, А. М. Усачева
ИБ № 5018
Сдано в набор 18.09.85. Подписано в печать 09.12.85. Формат 60X90716 Бумага
типографская № 1. Гарнитура литературная. Печать высокая. Усл. печ. л. 11,0.
Усл. кр.-отт. 11,25. Уч.-изд. л. 11,15. Тираж 10 000 экз. Заказ 762. Цена 75 коп.
Ордена Трудового Красного Знамени издательство «Машиностроение»,
107076, Москва, Стромынский пер., 4
Московская типография №6 Союзполиграфпрома при Государственном комитете
СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли.
109088, Москва, Южнопортовая ул., 24
КНИГИ ИЗДАТЕЛЬСТВА «МАШИНОСТРОЕНИЕ»,
ВЫПУСКАЕМЫЕ В 1986 г. ПО СТАНКОСТРОЕНИЮ:
Аверьянов О. И. Модульный принцип построения
станков с ЧПУ. 18 л., ил. В пер.: 1 р. 40 к.
Дана комплексная оценка модульного принципа
построения многооперационных станков с ЧПУ, разра-
ботанная в ЭНИМС; проанализированы тенденции раз-
вития производства станков; указаны области рацио-
нального применения многооперационных станков с ис-
пользованием соответствующего математического ап-
парата.
Для инженерно-технических работников, занимаю-
щихся проектированием и эксплуатацией станков с ЧПУ.
Васильев Г. Н. Автоматизация проектирования ме-
таллорежущих станков. 20 л., ил. В пер.: 1 р. 50 к.
Рассмотрены получение и реализация на ЭВМ ма-
тематических моделей станка и его узлов, автоматиза-
ция расчета, конструирования и испытания механизмов
и узлов металлорежущих станков. Приведены алгорит-
мы выбора оптимальных параметров и структурно-ком-
поновочных решений станочного оборудования.
Для инженерно-технических работников машино-
строительных предприятий, проектных и научно-иссле-
довательских организаций.
Читатели могут сделать предварительный заказ на
новые книги в магазинах, торгующих технической ли-
тературой.
Уважаемый читатель!
Линия отреза
С целью получения информации о качестве наших изданий
просим Вас в прилагаемой анкете подчеркнуть позиции, соот-
ветствующие Вашей оценке этой книги.
1.	Необходимость издания:
значительная
незначительная
2.	Эффективность книги с точки зрения практического
вклада в отрасль:
высокая
незначительная
3.	Эффективность книги с точки зрения теоретического
вклада в отрасль:
высокая
незначительная
4.	Материал книги соответствует достижениям науки и
техники в данной отрасли:
в полной мере
частично
слабо
5.	Книга сохранит свою актуальность:
1—2 года
в течение 5 лет
длительный срок
6.	Название книги отвечает содержанию:
в полной мере
частично
7.	Оформление книги:
хорошее
удовлетворительное
Фамилия, имя, отчество
Ученое звание ----------------------------------------
Место работы, должность-------------------------------
Стаж работы --------------------------------------—
Дополнительные замечания приложите,
пожалуйста, отдельно
Благодарим Вас за помощь издательству.
Заполненную анкету вышлите по адресу:
107076, Москва, Стромынский пер., 4
Издательство «Машиностроение»
Редакция переводной литературы
ж. МИШЕЛЬ, к. ЛОРЖО, Б. ЭСПЬО
Программируемые контроллеры
Линия отреза
*
Ж. МишельК Лоржо Д Эспьо
ПРОГРАММИРУЕМЫЕ
КОНТРОЛЛЕРЫ
«Машиностроение »