3. Состав па. Средства ввода - вывода

   1. Общая характеристика

Средства ввода - преобразуют электрические сигналы датчиков в цифровые (информационные) сигналы для использования в средствах программного управления;

Средства вывода - преобразуют цифровые (информационные) управляющие сигналы в электрические сигналы управления исполнительными устройствами;

Средства ввода – вывода (в/в) могут быть:

• удаленными (автономными, отдельными) с глубиной преобразования до/от информационного сигнала и соединяемыми с СПУ каналом связи,

• модульными - информационно объединяемыми с СПУ через специальную коммутирующую панель (корзину) с разъемными соединителями,

• встроенными – исполняемыми с СПУ в едином корпусе.

В каждой системе обычно используется по нескольку единиц различных средств в/в (например, несколько модулей в корзинах с СПУ и несколько удаленных модулей в/в). Общей характеристикой средств в/в является число каналов, которое меняется для отдельных видов средств в/в от единицы до нескольких десятков.

Существует несколько уровней и способов опроса множества каналов ввода. Каждое современное средство ввода имеет свой собственный микроконтроллер, выполняющий циклический опрос всех своих каналов и размещение полученных данных в буфер. Неиспользуемые каналы можно замаскировать (т.е. исключить их из процедуры опроса), что увеличивает быстродействие системы. При поступлении в средство ввода команды считывания, собранные данные передаются из его буфера в определенную область ОЗУ СПУ.

Опрос модулей ввода центральным процессором СПУ может выполняться циклически с одинаковой или различной для каждого модуля частотой . Второй вариант позволяет уменьшить загруженность шины обмена данными модулей ввода с СПУ, сгруппировав датчики медленно меняющихся значений физических величин по соответствующим модулям. В подобных случаях более эффективны многомастерные шины (например, CAN или Profibus), которые позволяют использовать режим подписки, при котором контроллер модуля ввода, в котором произошло изменение состояния входа, является инициатором обмена данными. Однако из-за простоты и сравнительно низкой стоимости наибольшее распространение в ПА получили одномастерные шины и циклический опрос (поллинг - от polling) средств ввода.

Если требуется выполнить одновременный опрос всех входов системы или вывести данные одновременно через все каналы вывода, то этого используются широковещательные команды, воспринимаемые и исполняемые всеми каналами в/в одновременно. После этого обычным циклическим опросом данные по очереди вводятся в СПУ.

Информационные шины, соединяющие средства ввода с СПУ могут быть последовательными или параллельными. В магистрально-модульных системах используются параллельные шины ISA, PCI, Compact PCI, PCI Express, PC/104, SpeedBus, VME и др., в модульных контроллерах – оба вида частнофирменных (нестандартных) шин. В контроллерах с распределенными (удаленными) модулями в/в наиболее распространены последовательные шины на основе интерфейсов RS-485 и CAN.

Преимуществом параллельной шины является высокая пропускная способность. Однако небольшая длина параллельной шины, ограниченная рассинхронизацией отдельных бит в передаваемом слове, не позволяет подключить к одному СПУ более 32 модулей.

Контроллеры с последовательной шиной имеют противоположные свойства и позволяют создавать большеразмерные распределенные системы сбора данных и управления.

Обмен данными со средствами в/в выполняется по адресам, обычно записываемым в ПЗУ этого средства. Иногда адресом является номер слота с модулем или положение соответствующего микропереключателя.

Средства в/в имеют гальваническую изоляцию между входными /выходными зажимами и шиной контроллера. Напряжение изоляции составляет от 2500 (реже от 500) до 4000 В.

Изоляция может быть поканальная, когда каждый канал изолирован от остальных, или групповая. Обычно используется групповая изоляция. В удаленных модулях может быть использована индивидуальная гальваническая изоляция интерфейса RS-485 каждого модуля или групповая изоляция интерфейсов нескольких модулей с помощью одного модуля развязывающего повторителя интерфейсов. Для передачи напряжения питания в изолированную часть модуля используются DC-DC преобразователи с развязывающими миниатюрными трансформаторами.

Современные средства в/в выполняют целый ряд вспомогательных информационных функций включая некоторые виды обработки вводимой информации, компенсацию температуры холодного спая термопар, линеаризацию нелинейных характеристик датчиков, диагностику обрыва датчика, автоматическую калибровку, ПИД- регулирование, ШИМ, управление движением.

Перенос части функций СПУ в средства в/в является современной тенденцией, направленной на увеличение степени распараллеливания задач управления, обеспечение независимости локальных модулей (которые по объему своих функций приближаются к СПУ) и уменьшение потока информации между параллельно работающими процессорами в средствах в/в.