Контроллеры — это устройства управления в электронике и вычислительной технике. Контроллер: определение, схема, устройство и виды
Контроллеры – это устройства, позволяющие производить обработку цифровых сигналов. Буквально несколько десятилетий назад все логические системы строились на основе электромеханических реле. Они до сих применяются, но в большинстве сфер были вытеснены микроконтроллерами. Наибольшее распространение контроллеры получили в промышленности, именно в системах управления и автоматизации. Впервые на рынке электроники появилось устройство MODICON производства Bedford Associates в 1960-х годах.
Аналогичные устройства, разработанные другими компаниями, стали известны как ПЛК. А если точнее, то это программируемые логические контроллеры. Их работа зависит от программы, которую записывают при помощи персонального компьютера через специальный интерфейс. Именно благодаря использованию устройств на контроллерах получилось заменить большое количество электромеханических реле логическими элементами.
Особенности ПЛК
Для того чтобы понять, что такое контроллер, необходимо разобраться с его устройством и назначением. У программируемого элемента несколько входов – с их помощью происходит контролирование состояния выключателей и датчиков. И есть выходные клеммы, которые подают сигналы различного уровня на электроклапаны, контакторы, электроприводы, реле и другие исполнительные устройства.
Программирование ПЛК очень простое, потому что язык, на котором это делается, очень схож с логикой работы электромагнитных реле. Если инженер-электрик или обычный монтер умеет читать схемы релейных систем, то он без особых трудностей сможет выполнить программирование контроллеров. Это займет немного времени, все зависит от количества логических элементов и функций.
Нужно отметить, что, в зависимости от модели ПЛК, подключение к ним источников сигналов и особенности программирования будут незначительно отличаться. Но суть процедуры настройки остается неизменной.
Подключение элементов к ПЛК
В корпусе контроллера есть оптический изолятор – простой светодиод. С его помощью происходит связь входной клеммы и общей. При подаче напряжения на ПЛК загорается светодиод – именно по нему можно судить о том, что устройство работает. На выходе происходит генерация сигнала при помощи компьютерной схемотехники – активируется устройство переключения. В качестве переключающего устройства могут использоваться электромагнитные реле, транзисторы, силовые ключи, тиристоры. Выходы обозначаются буквой Y. На каждом выходе устанавливается светодиод, сигнализирующий о том, что устройство работает.
Как происходит программирование
Контроллеры – это устройства, позволяющие обрабатывать электрический сигнал и преобразовывать его. На сегодняшний день в ПЛК ставится логика при помощи компьютерной программы. Именно она определяет, на каких выходных клеммах будет присутствовать напряжение при определенных условиях на входных клеммах. Отчасти эта логика схожа с той, которая применяется в релейной схемотехнике. Но в ней нет никаких реле, переключателей, контактов. Написание и просмотр программы происходит при помощи компьютера, который соединяется с портом программирования.
Логика простой программы
Допустим, у нас есть контроллер, лампа и выключатель. Контроллер подключается к источнику питания, со входом соединяется выключатель, а на выходе ставится лампа. При нажатии кнопки должна загораться лампа. Вариант простейшей программы для ПЛК:
Все действия, которые производятся с контроллерами, удобнее всего рассматривать на примере электромагнитных реле. Так нагляднее видна работа устройства.
Зачем нужен компьютер
При помощи компьютера происходит создание логической связи между входными и выходными клеммами. Программное обеспечение, с помощью которого осуществляется составление логики, позволяет направить в контроллер виртуальный сигнал и проследить, как он будет действовать при определенных условиях. После того как будет заложена логика внутрь ПЛК, компьютер отключается и контроллер работает самостоятельно. Все команды, которые ему были заданы на этапе программирования, он сможет выполнять без сторонней помощи.
Универсальность ПЛК
Чтобы понять всю силу и универсальность программируемых компонентов, необходимо рассмотреть несколько типов программ. Контроллер – это программируемый элемент, поэтому без вторичной настройки подключенных к нему элементов можно изменить все заданные команды. Допустим, вам нужно изменить программу, рассмотренную выше – при замыкании кнопки должна тухнуть лампа, а при размыкании загораться.
Для выполнения такой команды нужно просто поменять местами типы команд, которые были ранее. При нажатии на кнопку должно подаваться напряжение на вход ПЛК, а мнимое реле, которое находится в нем, имеет нормально-замкнутые контакты. Поэтому при подаче напряжения контакты размыкаются и лампа тухнет. Но когда в схеме контроллера пропадает сигнал, мнимое реле замыкает контакты и лампа загорается.
Преимущества контроллеров
Одно из преимуществ контроллеров – это возможность реализации в программном обеспечении логического контроля. Причем, в отличие от релейного оборудования, выходной сигнал может использоваться столько раз, сколько требуется для автоматизации. При помощи контроллера для систем автоматизации можно спроектировать систему запуска и останова электродвигателя. Чтобы построить аналогичную систему на электромеханических элементах, нужно использовать три реле.
При использовании контроллера на две входные клеммы подключаются кнопки. На выходе устанавливается электрический двигатель. Логика выглядит таким образом:
Причем все процессы, которые происходят в контроллерной системе, могут дублироваться для удаленного мониторинга. Именно с помощью такого свойства реализуется удаленное управление системами. Теперь вы знаете, что такое контроллеры и каковы их ключевые особенности. Программирование устройств может осилить любой человек, который разбирается в компьютерной и релейной технике.
Ура, свершилось! Открываем раздел по микроконтроллерам! Я знаю, что все вы, дорогие товарищи, давно держите в своих пытливых умах целый список вопросов про контроллеры. Но не знаете, кому их задать… Теперь жить вам должно стать чуть-чуть проще, ибо мы ответим на все (почти все) ваши вопросы.
Например, в более «навороченных» контроллерах может быть АЦП (аналого-цифровой преобразователь), ЦАП (наоборот) и прочие прибамбасы. Чего только ни придумают! Но мы с вами, для начала, рассмотрим более простой вариант. Для примера возьмем контроллер фирмы Atmel, AT90s2313.
Чтобы понять, как работает контроллер, надо знать, что у него внутри. Ниже я нарисовал как мог сильно упрощенную схему контроллера – без таймеров, генераторов и прочей фигни – все только самое необходимое.
Самый главный элемент любого процессора – арифметико-логический узел (АЛУ). Кстати, по буржуйски он называется так-же – ALU (ariphmetic-logical unit). В нем-то, как вы уже догадались, и происходят все мыслимые и немыслимые арифметические и логические операции над числами. Кстати, насчет чисел: контроллер, как и любая другая цифровая система, работает с двоичными числами. О том, что это такое, я подробно распинался в статье «Что такое digital».
Тот контроллер, который мы сейчас мучаем, работает с 8-разрядными двоичными числами, иными словами – он 8-битный. То есть, АЛУ может захавать два 8-битных слова, произвести над ними какую то арифметическую или логическую операцию, и выплюнуть ответ – опять же, 8-битное слово.
Вопрос: а какие бывают арифметические и логические операции? И че эт ваще такое?
Ну, арифметическим операциям нас всех учили еще в 1 классе – это сложение, вычитание, сравнение 🙂 Логические операции – это операции алгебры логики. Вот некоторые из них: «И», «ИЛИ», «НЕ», «исключающее ИЛИ», сдвиг влево, сдвиг вправо. Также существуют операции, которые ни относятся ни к тем ни к другим: сброс в «0», установка в «1» и т.п.
Чтобы произвести операцию, АЛУ должен взять откуда-то два числа. Выполнив операцию, опять же, должен положить куда-то ответ. Для этих целей служат регистры общего назначения – РОН. Их у нас 16. Каждый регистр – это ячейка памяти емкостью 8 бит. Иначе говоря – 1 Байт. Именно в них и хранятся числа, с которыми работает АЛУ.
Для каждой команды, которую выполняет АЛУ, необходимо назвать те регистры, с которыми он будет в данный момент работать.
Как вы могли заметить, ответ всегда помещается в тот регистр, который назван первым. Естественно, старое содержимое регистра при этом затирается. Если нам нужно сохранить изначальное содержимое регистра, то перед операцией надо скопировать его в какой-нибудь другой регистр. Иначе – никак.
Оператор копирования – mov
Пример: mov R16,R17 add R17,R24
Кроме РОН, на схеме присутствует ОЗУ – оперативная память контроллера. Для чего она? Да для того, чтобы хранить данные при выполнении программы. Регистров ведь – всего 16. Для полноценной работы этого явно недостаточно. В регистрах хранится обычно только те данные, которые будут использоваться непосредственно прямо сейчас. Все остальное удобнее положить в память. Позднее мы поговорим о таких вещах как стек, указатели и пр. Пока что запомним, что память есть.
Ну вот. Откуда АЛУ берет данные для вычислений – разобрались. Теперь разберемся, откуда он берет команды.
А все очень просто! Для этого существует регистр команд. В этот регистр постепенно выводятся команды той программы, которую выполняет контроллер. Эти команды касаются всего контроллера, а не только АЛУ (как мы помним, в контроллере просто тьма всего). Чтобы «выудить» из общей кучи «свою» команду, АЛУ постоянно заглядывает в регистр команд на предмет, нет ли там что-нить для него. И как только видит – стрелой мчится выполнять.
В регистр команд, команды попадают из программной памяти. Программная память – это ПЗУ (постоянное запоминающее устройство), в котором по каждому адресу записана одна команда. Вместе, все эти команды и составляют программу, и записаны в той последовательности, в какой они стоят в программе.
Чтобы «достать» команду из ПЗУ, надо сказать ему адрес ячейки памяти, в которой лежит эта команда. В ответ, ПЗУ выдаст содержимое этой ячейки. Команды записываются в ячейки в той последовательности, в которой стоят в программе. Поэтому, для того чтобы последовательно «перебирать» команды, достаточно просто каждый раз прибавлять к адресу «1».
Именно этим и занимается счетчик команд.
Однако же, программа, выполняющаяся внутри микросхемы и ни коим образом не связанная с внешним миром была бы просто никому не нужна. Для полноценной работы, контроллеру необходимо обмениваться данными с внешним миром.
Для этого существуют порты ввода/вывода (ПВВ).
Порт – это пачка однобитных каналов, каждый из которых может быть независимо настроен либо на ввод, либо на вывод.
В контроллере AT90s2313 два ПВВ – PortB и PortD. PortB состоит из 8-ми каналов, Portd – из 7-ми.
Эта «культяпость» порта D объясняется простой нехваткой ножек микросхемы. Просто разработчики очень хотели запихнуть все это дело в 20-ножный корпус, и поэтому урезали PortD на один канал.
Любая программа для контроллера начинается именно с настройки портов. Мы должны определить, какие каналы будут работать на ввод, какие – на вывод. По умолчанию, все каналы включены на ввод. Но это мы обсудим чуть позже.
Ну в общем-то, вот первоначальные сведения о микроконтроллерах. Дальше мы поговорим о том как написать, скомпилировать и зашить в контроллер его программу.
Смотреть что такое «Контроллер» в других словарях:
Контроллер — (англ. controller регулятор, управляющее устройство): В Викисловаре есть статья « … Википедия
контроллер — управляющее устройство, регулятор, датчик Словарь русских синонимов. контроллер сущ., кол во синонимов: 8 • аудиоконтроллер (1) • … Словарь синонимов
контроллер — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] контроллер [Интент] Тематики автоматизация, основные понятия EN controlling systemDCSdigital control system … Справочник технического переводчика
КОНТРОЛЛЕР — (англ. controller букв. управитель), электрический многопозиционный переключающий аппарат низкого напряжения, с помощью которого изменяют режим работы электрических двигателей или иных приемников электроэнергии. Устанавливается на трамваях,… … Большой Энциклопедический словарь
КОНТРОЛЛЕР — КОНТРОЛЛЕР, контроллера, муж. (англ. controller) (тех.). Аппарат электрического мотора для управления движением трамвая, электровоза и подъемника. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
КОНТРОЛЛЕР — (Controller) регулирующий, реверсирующий и пусковой аппарат для электродвигателей. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 … Морской словарь
КОНТРОЛЛЕР — (comptroller) Название должности финансового директора в некоторых компаниях или главного финансового менеджера группы компаний. Это название гораздо более широко распространено в США, нежели в Великобритании. Финансы. Толковый словарь. 2 е изд.… … Финансовый словарь
контроллер — а, м. contrôle > англ. controller, нем. Konroller. техн. Электрический аппарат низкого напряжения, предназначенный для регулирования работы электродвигателей и применяемый на транспорте (в трамваях), электропроводах подъемных механизмов.… … Исторический словарь галлицизмов русского языка
Контроллер — в компьютере специализированный процессор для управления внешними устройствами накопителем, монитором, принтером и т. д … Издательский словарь-справочник
Контроллер — – электрический аппарат с большим числом контактов для пуска, реверсирования и регулирования нагрузки электродвигателей постоянного и переменного тока. [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] Рубрика … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
КОНТРОЛЛЕР — (1) блок управления работой подключённых к ЭВМ внешних устройств, который осуществляет их взаимодействие с центральным процессором и оперативной памятью без изменения проходящей через него информации; (2) многопозиционный электрический… … Большая политехническая энциклопедия
Присоединяйтесь к Юнитех в социальных сетях: группа Вконтакте и страница в Facebook.
Сортировка по релевантности
Содержание
Контроллер (в системах автоматизации)
Определение
Невозможно дать единого определения термина «контроллер», поскольку этим термином называют самые различные устройства. Если мы обратимся к Википедии, то в ней представлено несколько значений этого слова, среди которых следующие:
— контроллер прерываний (микросхема или встроенный блок процессора, отвечающий за возможность обработки запросов на прерывание от разных устройств); — микроконтроллер (микросхема, управляющая электронными устройствами); — контроллер электрического двигателя (многоступенчатый, многоцепной коммутационный аппарат с ручным управлением); — промышленный контроллер (управляющее устройство, применяемое в промышленности и других отраслях для автоматизации технологических процессов); — программируемый логический контроллер (ПЛК) (промышленный контроллер, предназначенный для выполнения логических операций, т.е. операций алгебры логики) 1)
В данной статье будут рассматриваться контроллеры, применяемые в системах автоматизации, в частности программируемые логические контроллеры.
Контроллером в системах автоматизации называют устройство, выполняющее управление физическими процессами по записанному в него алгоритму, с использованием информации, получаемой от датчиков и выводимой в исполнительные устройства. 2)
Назначение
Конструкция и принцип действия
Конструктивно ПЛК состоит из управляющего блока, модулей входов/выходов и модулей связи. Важнейшее место в составе любого ПЛК занимает процессорный модуль. К нему присоединяются модули расширения, источники питания, линии связи с дополнительным оборудованием. Кроме названных устройств, в состав контроллера могут входить и некоторые дополнительные устройства. 5)
В соответствии с заданной программой логический микроконтроллер обрабатывает данные, поступающие с модулей входов, и отправляет управляющие команды на исполнительные механизмы, которые соединяются с ПЛК посредством модулей связи. 6) ПЛК являются устройствами реального времени. 7)
Понятное описание принципа действия контроллера представлено на следующем англоязычном видео:
ПЛК имеют ряд особенностей, отличающих их от прочих электронных приборов, применяемых в промышленности:
• микроконтроллера (однокристального компьютера), микросхемы предназначенной для управления электронными устройствами, областью применения ПЛК обычно являются автоматизированные процессы промышленного производства, в контексте производственного предприятия;
• компьютеров, ПЛК имеют развитые устройства ввода-вывода сигналов датчиков и исполнительных механизмов в противовес слабым возможностям ввода-вывода управления (клавиатура, мышь, монитор и т. п.);
В данном видео демонстируется управление станком резки металла посредством ПЛК:
Применение
Наглядное представление сфер применения контроллеров:
1. Контролер, его функции в теории и практике управления
Существует такая точка зрения, что контроллер является начальником службы внутренних планово-экономических расчетов, то есть он – расчетчик. В таком случае получается, что контроллер следит за всем и всеми на предприятии и всегда что-то считает и никто без его ведома не может сделать ничего. Но тогда, выходит, что мы можем отождествить понятие контроллер и генеральный директор. А это далеко не так.
Поэтому такая точка зрения – ошибочна. Контроллера можно назвать «экономическим руководителем», который с помощью количественной информации помогает руководителям структурных функциональных направлений – сбыта, производства, закупок – уверенно принимать управленческие решения.
Контроллер не контролирует, а заботится о том, чтобы каждый мог контролировать себя сам в процессе достижения поставленных руководством целей, прежде всего целей по прибыли.
Кроме того, контроллер является также генератором целей и планов. Контроллинг предлагает сигнальную систему отклонений, которые должны направить менеджера на осуществление корректирующих мероприятий, чтобы плановый курс достижения цели действительно был выдержан, насколько это возможно.
Для выполнения поставленных перед контроллером задач ему необходим набор инструментов. И в первую очередь, это будет управленческий учет.
Управленческий учет – это система учета доходов и расходов, нормирования, планирования, контроля, анализа, которая позволяет принимать оперативные управленческие решения и устранять проблемы будущего развития предприятия.
Контроллер – это человек, работающий в организации, помогающий высшему руководство принимать управленческие решения, используя управленческий учет, как основной инструмент в своей деятельности.
По мнению Н.Г. Данилочкиной, контроллер является «продавцом» целей и планов и должен создать аппарат, помогающий определить «местонахождение» предприятия на данный момент на основе сравнений плановых и фактических показателей и разработать соответствующие корректирующие мероприятия. Однако планирование нельзя отделить от руководства. Цели и планы только тогда реалистичны, когда за ними стоит кто-то, занимающийся их реализацией. Этот кто-то должен быть мотивирован и вовлечен в работу. В связи с этим контроллер в качестве продавца планов должен заниматься линейным менеджментом.
Итак, сегодня все сильнее проявляется тенденция формирования специалиста нового профиля, которого называют контроллером.
Должность контроллера можно найти на каждом предприятии. Везде есть финансовые и экономические отделы или бухгалтерия. Исходной базой для контроллера является внутрифирменная система финансово-экономических расчетов. Руководитель финансово-экономического отдела, в ведении которого находятся финансы, бухгалтерия, производственный учет и калькулирование, выполняет одновременно функции контроллера и финансиста.
Итак, перечислим функции контроллера:
1. Функция обеспечения. Для определения места функций контроллера в функциональной структуре предприятия функция обеспечения имеет центральное значение. Логистическую функцию наряду с руководителями отделов закупок, персонала и финансов выполняет контроллер как специалист по информации. Финансист добывает деньги, а контроллер поставляет информационные и плановые данные, преимущественно количественную информацию, ведь в итоге успех или неудача предприятия характеризуются конкретными показателями. Поэтому контроллер нуждается во внутреннем управленческом учете, который следовало бы называть информационной системой для экономических расчетов.
Поскольку контроллер – это человек, который должен подготовить информацию, чтобы предприятие могло функционировать в соответствие с конкретными планами и целями, получается, что ему должен подчиняться отдел обработки данных.
2. Функция организации. Организационная работа преимущественно заключается в регулировании информационных потоков. Помимо этого, она тесно связана с обработкой данных.
Каждая информационная система менеджмента должна быть одновременно его плановой системой. Только путем обязательного параллельного получения плановой и фактической информации реализуется эффективный процесс контроллинга. В связи с этим контроллер является как «продавцом» целей и планов, так и поставщиком фактических данных. Он нуждается в критериях оценки, чтобы осуществлять процесс регулирования. Контроллер, который занимается только учетом, но не планированием, односторонне выполняет свои функции.
Функциональные обязанности контроллера
1. Руководство плановой и бюджетной работой; координация и взаимное согласование отдельных целей и планов.
2. Содержание информационной системы отчетности, точно и быстро функционирующей и обеспечивающей получение каждым именно той информации и документов, в которой он нуждается в своей области принятия решений (информационная система менеджмента).
3. Консультирование работников линейных отделов, прежде всего отдела сбыта, производственного отдела и отдела закупок, в процессе принятия ими решений. Описание последствий этих решений, а также разработка альтернатив улучшения ситуации предприятия по показателям оборота, затрат и прибыли и рекомендаций по выбору наиболее приемлемых из предложенных альтернатив.
4. Проведение расчетов эффективности инвестиций и подготовка мероприятий по внедрению современных методов менеджмента в интересах предприятия.
5. Анализ существующих взаимосвязей, методов и состояния системы управления, их сравнение с поставленными целями, ограничениями, заданными правлением предприятия, и критериями результативности.
6. Сохранение имущественного комплекса предприятия.
7. Осуществление текущего контроля за затратами.
8. Выполнение функций председателя комитета по расчетам цен на продукцию.
9. Проявление инициативы в вопросе увязки уровня оплаты труда работников, в первую очередь руководителей продуктовых групп и агентов по сбыту, с результативными показателями.
10. Недопущение того, чтобы намеченные мероприятия по совершенствованию так и остались на бумаге, поддержка их внедрения в практику работы линейных отделов
7)