Устройство для программного управления объектом Советский патент 1990 года по МПК G05B19/02 G05B19/18 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при проектировании систем автоматического управления объектами, в том числе, например, автомати зированными и роботизированньми комплексами и гибкими автоматизированными технологическими системами, состоящи- )ми из групп неоднородного оборудова- .ния, в том числе станками, роботами, испытательными установками и т.п., работающими друг относительно друга в асинхронном режиме по разным локальным программам.

Цель изобретения - повьшение быст- родействия устройства в многопрограммном режиме.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг„ 2 - схема блока датчиков; на фиг.З - структурная схема блока сравнения; на фиг о 4 - структурная схема блока обработки программ; на фиг.З - структурная схема блока селективного управления исполнительными механиз- мами.

Устройство (. 1) содержит блок 1 датчиков, блок 2 сравнения, блок 3 обработки запросов, блок 4 обработки программ, блок 5 памяти программ и данных, причем блок 4 обработки программ и блок 5 памяти программ и данных образуют блок 6 управления, блок 7 селективного управления исполнительными механизмами, блок 8 исполнитель- , ных механизмов, шину 9 контролируемых параметров, шину 10 управляюнщх воздействий, группу 11 входов и выходов, соединяющих блок 3 обработки запросов и блок 4 обработки программ, шину 12 адресов, пшну 13 данных, шину 14 управления.

Блок датчиков (фиг о 2) состоит из группы 15 двухпозиционных коммута1;и

25 jn

or 0

.с 5

онных элементов типа тумблеров, концевых переключателей, контактов реле и т.До При положении переключателей указанном на схеме, на выходы В,...В блока 1 будет поступать сигнал логического нуля. В нижнем положении любого из переключателей на соответствующий выход будет поступать сигнал логической единицы.

Блок сравнения (фиг. 3) содержит га схем 16 сравнения дв ух п-разряд- ных кодов по входам БД и Бц, Группо- вой вход БД образует шину 9 контролируемых параметров„ К групповому входу иЕ, подсоединен выход регистра 17. Регистр 17 содержит групповой вход D, который образует шина 13 данных устройства, а также адресный вход С выбора регистра, который относится к шине 12 адресов у;стройства, а также управляющий вход W для записи информации в регистр с шины 13 данных, ко- торьш относится к шине 14 управления устройства Блок 2 сравнения в зависимости от конкретных требований может содержать несколько (в общем случав по числу контролируемых параметров) подобных узлов, что отражено на фиг.З Выходы С,о.„С схем сравнения-образуют групповой выход блока сравнения

Блок 4 обработки программ (фиг„4) содержит центральный процессорный элемент 18 совместно со средствами поддержки - системным контроллером 19, тактовым генератором 20, контроллером 21 прерываний, буфером 22 адресной шины. Кроме того, на фиг. 4 изображены таймер 23, дешифратор 24 устройств .ввода-вьшода, входы IR.,«oIR прерываний.

Входы-выходы DO..D системного контроллера 19 образуют шину 13 данных устройства (фиг о 0 , выходы системного контроллера; М - чтение паW,замяти, М - запись в память,

пись во внешние устройства, К -чте- нле внешних устройств, IWTA - под- тверщ ;ение возможности обслужить запрос - образуют шинуу 14 управления устройства (фиг. 1).

буфера 11 адресной шины образуют совместно с выходами дешифратора 24 устройств ввода-вывода шину д 12 адресов о

Блок 7 селективного управления исполнительными механизмами (фиг 5) содержит регистр 25, группу 26 мультирового преобразования. Информация с двухпозиционных датчиков блока 1 поступает па первую группу входов блока 3 обработки запросов. Информа ция по шине 9 контролируемых параме ров поступает на первые входы D схемы 16 сравнения (фиг. 3) блока 2 сравнения Данная информация сравни вается с информацией, записанной ра нее в регистрах 17о В случае равенс ва кодов на двух входах DA и Dg, схе мы 16 сравнения на ее выходе появит ся Соответствующий сигнал (например

плексоров, селектор 27 строб-импульса,15 логической единицы). Таким образом.

группу 28 D-триггеров, группу 29 элементов коммутации, выполненных на транзисторах 30,с..30„„ В блок 7 также входят ограничительные резисторы 31

если в регистр 17 будет записано не которое ожидаемое значение какого- либо параметра и если данный параме объекта управления достигнет этого

31 и группа диодов 32,...32„,кро- 20 значения, то схема 16 сравнения выме , на фиго 5 изображены вход записи Wj регистра 25, индивидуальные адресные входы CS.o.CS, выходы блока 7 селективного управления исполнительными механизмами подключены к кол-25 нацией типа да-нет лекторам соответствующих транзисторов

Устройство работает следующим образом

Информация, поступающая с объекта .управления, бьшает в общем случае двух видов: дискретная информация, характеризующая состояние объекта или отдельных его элементов (включено-вы- .ключено, движение вперед-назад, влево- вправо и т.д.), представить которую можно с помощью двухпозиционных дат30

дает сигнал, свидетельствующий о наличии подобной ситуахщи. Сигналы на выходах С.о С схем сравнения являются по сути дела дискретной инфор

и имеют ту же

природу, что и сигналы на выходах блока 1 датчиков о

Сигналы с выходов блока 2 сравнения поступают на соответствующзто группу входов запросов прерьшания.. блока 3 обработки запросов.

Входы запросов прерьшаний блока обработки запросов-имеют разньп уровень приоритетов. В зависимости от конкретной задачи необходимо определенные выходы блока 1 датчиков и бло ка 2 сравнения подсоединить к входам блока 3 обработки запросов с соответ ствующим приоритетом. Выбор режима 40 функционирования блока 3 обработки запросов также решается применительно к конкретной задаче

35

чиков, а также аналоговая, отражаю-- щая количественную сторону какого-либо процесса (температура нагрева, напряжение, механическое усилие и т.п.) Как правило, для дальнейшей обработки, а в Частности для обработки на ЭБМ, такая ан.алоговая информация дисВходы запросов прерьшаний блока обработки запросов-имеют разньп ур вень приоритетов. В зависимости от конкретной задачи необходимо опред ленные выходы блока 1 датчиков и б ка 2 сравнения подсоединить к вход блока 3 обработки запросов с соотв ствующим приоритетом. Выбор режима 40 функционирования блока 3 обработки запросов также решается применител но к конкретной задаче

При поступлении сигнала запроса прерьшания на любой из входов блок

-г - X1г-г--- tf iJUJCLfi nn fid. JIIUWUH на ОЛиДОВ OJIOK

кретизируется (отщфровьшается) при по- обработки запросов анализируют его

мощи аналого-цифрового преобразователя, на выходе которого образуется код, эквивалентный численному значению соответствующей аналоговой величины

Поэтому в предлагаемом устройстве блок 1 датчиков (фиг 1) воспринимает информацию первого вида (дискретную) типа включено-выключено, да- нет, а блок 2 сравнения по шине 9 контролируемых параметров воспринимает информацию второго вида - аналоговую, однако преобразованную в некоторый код в результате аналого-цифприоритет Если в настоящее время запросов с более .высоким приоритето нет, блок обработки запросов на одном из выходов формирует сигнал ,пре

50 рьша11ия, который поступает на один из входов IR,...IR контроллера 21 прерываний блока 4 обработки программ (фиг 4). Если этот сигнал на .данное время для контроллера 21 пре

JJ рываний имеет наивысший приоритет, последний формирует сигнал ОТ (запрос на прерывание) для центрального процессорного элемента 18 (фиг. 4). По сигналу ИГГА (разрешение запроса

д

рового преобразования. Информация с двухпозиционных датчиков блока 1 поступает па первую группу входов блока 3 обработки запросов. Информация по шине 9 контролируемых параметров поступает на первые входы D схемы 16 сравнения (фиг. 3) блока 2 сравнения Данная информация сравнивается с информацией, записанной ранее в регистрах 17о В случае равенства кодов на двух входах DA и Dg, схемы 16 сравнения на ее выходе появится Соответствующий сигнал (например.

15 логической единицы). Таким образом.

логической единицы). Таким образом.

если в регистр 17 будет записано некоторое ожидаемое значение какого- либо параметра и если данный параметр объекта управления достигнет этого

значения, то схема 16 сравнения вынацией типа да-нет

дает сигнал, свидетельствующий о наличии подобной ситуахщи. Сигналы на выходах С.о С схем сравнения являются по сути дела дискретной инфори имеют ту же

природу, что и сигналы на выходах блока 1 датчиков о

Сигналы с выходов блока 2 сравнения поступают на соответствующзто группу входов запросов прерьшания.. блока 3 обработки запросов.

Входы запросов прерьшаний блока обработки запросов-имеют разньп уро ; вень приоритетов. В зависимости от конкретной задачи необходимо определенные выходы блока 1 датчиков и блока 2 сравнения подсоединить к входам блока 3 обработки запросов с соответствующим приоритетом. Выбор режима функционирования блока 3 обработки запросов также решается применительно к конкретной задаче

При поступлении сигнала запроса рерьшания на любой из входов блок 3

tf iJUJCLfi nn fid. JIIUWUH на ОЛиДОВ OJIOK

обработки запросов анализируют его

приоритет Если в настоящее время запросов с более .высоким приоритетом нет, блок обработки запросов на одном из выходов формирует сигнал ,пре50 рьша11ия, который поступает на один из входов IR,...IR контроллера 21 прерываний блока 4 обработки программ (фиг 4). Если этот сигнал на .данное время для контроллера 21 преJJ рываний имеет наивысший приоритет, последний формирует сигнал ОТ (запрос на прерывание) для центрального процессорного элемента 18 (фиг. 4). По сигналу ИГГА (разрешение запроса.

16

разрешение прерывания) с системного контроллера 19 (фиг. 4) контроллер 21 прерьшаний (фиг с 4) вьщает на шину 13 данных первый байт команды CALL (переход к программе), а на входы CAS...CAS-j блока 3 обработки запросов (фиг с 4) - номер обспу7К1шаемого контроллера внутри блока обработки за,ПрОСОВ„ С приходом последующих сиг-

; налов на вход INTA блока 3 обработки (запросов выбранный ведомый контроллер прерьшаний, номер которого совпадает с номером на линиях CAS,,.CASj, выдает на шину 13 данных последователь- но 2 байта адреса подпрограммы обработки прерьшания (или, другими словами, обработки запроса на прерывание от объекта управления).

Подачей сигнала шины 14 управления IHTA обеспечивается вьщача на шину 13 данньк вектора прерывания. Вектор пре рьюания является адресом или указателем, определяющим некоторую точку входа в программу обработки прерьшаний. Презкде чем приступить к выполнению программы обработки прерьшания, начал которой определяется вектором прерьша ния, в стек помещается адрес возврата Последнее действие выполняется подоб- но тому, как это делается при обращении к подпрограмме. Воспринимая по шине 13 данных вектор прерьшания, центральный процессорный элемент 18 выставляет данньй адрес на шину 12 адре- сов устройства и производит чтение ячейки памяти блока 5 памяти программ и данных (фиг. 1) с этим адресом. По этому адресу может находиться некоторое управляющее слово, которое затем по шинам 13 данных устройства передается на блок 7 селективного управления исполнительными механизмами. Так, например, пусть ранее на блок 7 селективного управления исполнительными ме ханизма ш была подана команда включения реле под номером К. В результате этого некоторый элемент объекта приня новое положение, о чем поступил запрос на блок 3 обработки запросов.Блок обработки запросов сформировал вектор прерьшания, который поступил на блок 4 обработки программ. Блок обработки программ перешел в режим обработки

данного прерьшания. По адресу, указан ному в данном векторе прерывания, в блоке 5 памяти хранится программа, анализирующая ситуацию и формирующая управляющее слово с требованием от-

8

Q

5

Q 5 о j. Q з п

5

ключить реле под номером К. Это управляющее слово поступает на блок 7 селективного управления исполнительными механизмами, и необходимое требование исполняется.

В случае, если какой-либо .запрос от объекта управления требует исполнения через определенный промежуток времени (технологической задержки), функционирование устройства происходит следуюищм образом. По адресу данного вектора прерывания будет находиться подпрограмма обслуживания таймера 23 блока 4 обработки программ. При этом в таймер 23 записывается по шине 13 данных устройства код временной задержки, который хранится в блоке 5 памяти программ и данных, таймер запускается для подсчета импульсов по входу CLK, с окончанием счета выходе OVT таймера формируется внутренний запрос на прерывание по входу IR( контроллера 21 прерываний :По этому запросу устройство формирует управляющее слово, которое поступает на блок 7 селективного управления исполнительными механизмами.

Блок 4 обработки программ и блок 5 памяти программ и данных образуют блок 6 управления. В общем случае данная схема управления представляет собой законченное технологическое изделие: мини- или микро-ЭВМ, технологический контроллер на базе средств вычислительной, в частности микропроцессорной, техники, и т.д., техническая реализация которых стандартна. ,

Как уже говорилось, с блока 4 обра- бот1ш программ на блок 7 селективного управле1шя исполнительными механизмат ми поступает управляющее слово по шине 13 данных устройства Поскольку в общем случае формат управляющего слова, а другими словами количество исполнительных механизмов, может превышать разрядность шины данных (например, в данном конкретном случае разрядность шины данных равна 8, однако исполнительных механизмов может быть больше, например 8,16,24 и т.д.), то в регистр 25 (фиг. 5) управляющее слово по шине 13 данных заносится побайтно под воздействием индивидуальных сигналов CS....CSn шины 12 адресов устройства (выбор области внутри регистра), а также сигнала Vp шины 14 управления устройства Сформированное таким образом параллельное управляюцее слово на выходе регистра 25 поступает на соответствующие информационные входы D группы 26 мультиплексоров Индивидуальный сигнал на входе V мультиплексоров разрешает прохожде- ние информации с информационных входов D мультиплексоров на один из трех выходов о Выбор требуемого выхода осуществляется при помощи комбинации налов на адресных входах А и А. мультиплексоров

В соответствии с этой комбинацией выбирается один из режимов функционирования блока 7. При режиме селектив- ной установки (00) входной код (управляющее слово) проходит на установочные входы S триггеров 28о 1.., ,28.п. Те разряды входного кода, где была записана единица, устанавливают в единичное состояние по входам S соответствующие триггеры, состояние остальных триггеров остается без изменений При режи.

ме селективного сброса (10) входной

код проходо1т на третьи выходы мультиплексоров. Те разряды входного кода, где была записана единица, по входам PV. сбрасывают соответствующие триггеры Состояние остальных триггеров остается без изменений Таким образом, для того, чтобы установить или сбросить какой-нибудь триггер, достаточно в соответствующий разряд кода управления записать единицу, а во все остальные - нули. В режиме неселективного приема (01) входной код поступает с второго выхода мультиплексоров на D-входы триггеров и по сигналу с выхода селектора 27 строб-импульса

X CS А, . А,

W.

Ч поступающего на входы С, производится запись информации в данные триггеры.

В зависимости от уровня логического сигнала на выходах триггеров 28 транзисторы 30 находятся в открытом или закрытом состоянии, производят включение-отключение исполнительных механизмов типа реле или электромагнитов

Таким образом, управление исполнительными механизмами блока 8 () осуществляется при помощи управляющего слова, которое через входную ишну данных устройства за несколько тактов работы записывается в промежуточный регистр 25 (фиг. 5), а далее через

д 0

25

30

35

40

45

50

5

мультиплексоры при следующем такте работы параллельно записывается в некий регистр, образованньй триггерами .28оПо Пусть необходимо установить все триггеры в исходное состояние (на выходах всех триггеров уровень логического нуля).В этом случае код управляющего слова будет содержать все нули, а режим функционирования будет следующий: 01 - неселективная установка

По этой команде все восемь триггеров установятся в нулевое состояние, а восемь соответствующих исполнительных механизмов будут отключены. Пусть теперь согласно программе (или программам) необходимо произвести установки первых четьфех триггеров в единичное состояние В этом случае необхо- . димо использовать режим 00 - селективной установки, а код команды будет выглядеть: 11110000 00.

В соответствии с этим кодом команды на S-входы первых четырех триггеров поступак1Т сигналы, устанавливающие их в единичное состояние Пусть теперь согласно программе необходимо установить четыре оставшихся триггера в единичное состояние Если бы не бьшо средств селективной установки и сброса, то управляющее слово должно было бы иметь вид: 11111111, поскольку на первые четыре триггера должен вновь поступить сигнал их установки, чтобы не изменить их предьщущее состояние, и новый сигнал установки должен поступить на оставшиеся триггеры Следовательно, в этом случае, когда нет средств для селективной установки и сброса, при обращении -к отдельным триггерам или группам триггеров для изменения их состояния необходимо каждьй раз учитьшать текущее состояние всех без исключения триггеров, т.е необходимо наличие программных средств, осуществляющих обмен данными между локальными программами, что позволяет каждой локальной программе учитывать действия остальных программ. В нашем случае код команды будет выг- лядеть следующим образом: 0000 1111 00.

Таким образом, преимущества предлагаемого управления исполнительными механизмами при помощи блока селективного управления особенно ощутимы при работе с несколькими группами исполнительных механизмов в асинхронном

режиме по нескольким локальным неза- BHCHMijiM программамс

Формула изобретения

1 о Устройство для программного управления объектом, содержащее блок сравнения, подключенный информационными входами к шине контролируемых параметров, блок датчиков, блок памяти программ и данных, блок обработки программ, блок исполнительных механизмов, о.тличающееся тем, что, с целью повьшения быстродействия в устройство введены блок обработки запросов и блок селективного управления исполнительными механизмами, выходы блока датчиков и блока сравнения соединены с соответствующими входами запроса прерьгоаний блока обработки запросов, группа информационных выходов и группа входов расширения которого соединены с соответствующими группой входов прерываний и группой выходов расширения блока обработки программ, группа адресных выходов блока обработки программ соединена с группами адресных входов блока срав неюш, блока обработки запросов, блока памяти программ и данных -и блока селективного управления исполнительными механизмами, группа входов- выходов данных блока обработки программ подключена к. группам .входов-, выходов данных блока обработки запросов, блока памяти программ и данных, а также к группам входов данных блока сравнения и блока селективного управления исполнительными механизмами, группа выходов управления прерыванием, записью и чтением блока обработки программ соединена с группами соответ ствующих входов управления записью блока, сравнения, группами соответст- вукшщх входов управления прерыванием программ и данных блока обработки запросов, блока памяти программ и данных и входом управления записью блока

селективного управления исполнительными механизмами, группа выходов команд блока селективного управления исполнительными механизмами coe piHe- на с группой информационных входов блока исполнительных механизмов

2о Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок селективного управления исполнительными механизмами содержит регистр,- селектор строб-импульса,, группу мультиплексоров на три выхода, группу D-тригге- ров с входами установки и сброса, группу диодов, группу ограничительных резисторов и группу элементов коммута щш, вьшолненных на транзисторах, эмиттеры которых соединены, коллекторы образуют группу выходов команд блока, а также соединены через встречно включенные диоды с источником питания, прямые выходы D-триггеров соединены через ограничительные резисторы с базами транзисторов, первые выходы мультиплексоров группы соединены с установочньв-ш входами соответствующих триггеров группы, вторые выходы мультиплексоров группы соединены с инфор- мащ онными входами соответствующих D-триггеров группы, третьи выходы мультиплексоров группы соединены с входами сброса соответствующих триггеров группы входы данных мультиплексоров группы подключены к соответствующим выходам регистра, группа информационных входов регистра подключена к группе входов данных блока, входы разрешения регистра, адресные входы и входы разрешения селектора строб-импульса, а также адресные входы и входы разрешения мультиплексоров группы подключены к соответствующим адресным вх одам блока, вход записи регистра соединен с входом записи селектора строб-импульса и подключен к входу ..управления записью блока, выход селек- iTopa строб-импульса соединен с входа- ми синхронизации D-триггеров группы.

дк

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при проектировании систем автоматического управления, в том числе различными сложными объектами, например автоматизированными и роботизированными комплексами и гибкими технологическими системами, состоящими из групп неоднородного оборудования, в том числе станками, роботами, испытательными установками и т.п., работающими относительно друг друга в асинхронном режиме по разным локальным программам. Изобретение позволяет расширить функциональные возможности устройства, повысить его быстродействие в многопрограммном режиме и уменьшить трудоемкость разработки управляющих программ. Для этого в устройство для программного управления объектом, которое содержит блок 1 датчиков, блок 2 сравнения, блок 4 обработки программ, блок 5 памяти программ и данных, блок 8 исполнительных механизмов, шину 9 контролируемых параметров, шину 10 управляющих воздействий, введены блок 3 обработки запросов, блок 7 селективного управления исполнительными механизмами, содержащий регистр, селектор строб-импульса, группу мультиплексоров на три выхода, группу D-триггеров с входами установки и сброса, группу элементов коммутации. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Фиг. 2

«О

7 -

;2 -

I

h

Г/77

р

%eJ

лсоятрол ер. рсрыфонии

cucjrreiiHbiu контроллер

буфер оЭреснои шины

таймер

(Риг.

:;sJeaiutppaTTrai

13

1И

26

Фиг.5