Устройство для программного управления объектом

(57) Изобретение относитс вт и вычислительной т е и може овании тикбыси ГОСУДАРСТВЕННЬЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Специальное конструкторско-технологическое бюро физико-механического института им, Г.В, Карпенко и Вильнюсский завод электроизмерительной техники(56) Авторское свидетельство СССР562798, кл. С 05 В 19/ 18, 1977.Авторское свидетельство СССР739476, кл. С 05 В 19/00, 1980.Авторское свидетельство СССР Иф 472332, кл. С 05 В 19/02, 1975,ть использовано при проектирстем автоматического управления, в том числе различнымн сложными объектами, например автоматизированными и роботизированными комплексами и гибкими технологическими системами, состояцимп из групп неоднородного оборудования, в том числе станками, роботами, испытательными установками и т.п., работаюшими относительно друг друга в асинхронном режиме по разным локаль-ным программам. Изобретение позволяет расширить Функциональные возможности устройства, повысить его быстродейстС:160521 вие в многопрограммном режиме и уменьшить трудоемкость разработки управляющих программ. Для этого в устройстводля программного управления объектом,которое содержит блок 1 датчиков, блок2 сравнения, блок 4 обработки программ, блок 5 памяти программ и данных, блок 8 исполнительных механизмов, шину 9 контролируемых параметров,1 1 4лшину 10 управляющих воздействий, введены блок 3 обработки запросов, блок7 селективного управления исполнительными механизмами, содержащий регистр,селектор строб-импульса, группу мультиплексоров на три выхода, группуП-триггеров с входами установки исброса,группу элементов коммутации.1 з.п. ф-лы, 5 ил, Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при проектировании систем автоматического управления объектами, в том числе, например, автомати"О зированными и роботизированными комплексами и гибкими автоматизированными технологическими системами, состоящи)ми из групп неоднородного оборудова,ния, в том числе станками, роботами, 25 испытательными установками и т,п., работающими друг относительно друга. в асинхронном режиме по разным локальным программам.Цель изобретения - повышение 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. 4 - структурная схема блока обработки программ; на фиг.5 - структурная схема блока селективного управления исполнительными механиз мами.Устройство (фиг. 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 исполнительных механизмов, шину 9 контролируемых параметров, шину 10 управляющих воздействий, группу 11 входов и выходов, соединяющих блок 3 обработки запросов и блок 4 обработки программ, шину 1255 адресов, шину 13 данных, шину 14 управления.Блок датчиков (фиг. 2) состоит из группы 15 двухпозиционных коммутационных элементов типа тумблеров, концевых переключателей, контактов реле и т.д. 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 ш схем 16 сравнения двух и-разрядных кодов по входам Э и 1), Группо- вой вход В образует шину 9 контролируемых параметров. К групповому входу Э б подсоединен выход регистра 17. Регистр 17 содержит групповой вход Р, который образует шина 13 данных устройства, а также адресный вход СБ выбора регистра, который относится к шине 12 адресов устройства, а также управляющий вход М для записи информации в регистр с шины 13 данных, который относится к шине 14 управления устройства. Блок 2 сравнения в зависимости от конкретных требований может содержать несколько (в общем случае по числу контролируемых параметров) подобных узлов, что отражено на фиг.З, Выходы СС 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-вывода, входы 1 К 1 Кп прерываний.Входы-выходы РР 7 системного контроллера 19 образуют шину 13 данных устройства (фиг. 1), выходы системного контроллера: М - чтение па 5 16052мяти, М - запись в память, М- запись во внешние устройства, К - чтение внешних устройств, 1 МТА - подтверждение возможности обслужить зап 5рос - образуют шину, 14 управления устройства (Фиг. 1),Выходы буфера 11 адресной шины образуют совместно с выходами дешифратора 24 устройств ввода-вывода шину12 адресов.Блок 7 селективного управления исполнительными механизмами (фиг. 5)содержит регистр 25, группу 26 мультиплексоров, селектор 27 строб-импульса,15группу 28 11-триггеров, группу 29 элементов коммутации, выполненных натранзисторах 3030. В блок 7 такжевходят ограничительные резисторы 31,,31 и группа диодов 3232 и. Кроме того, на Фиг. 5 изображены вход записи И регистра 25, индивидуальныеадресные входы СБ СБ , выходы блока 7 селективного управления исполнительными механизмами подключены к кол лекторам соответствующих транзисторов.Устройство работает следующим образом.Информация, поступающая с объектауправления, бывает в общем случаедвух видов: дискретная информация,характеризующая состояние объекта илиотдельных его элементов (включено-вы.ключено движение вперед-назад влевоЭ Э35вправо и т.д.), представить которуюможно с помощью двухпозиционных датчиков, а также аналоговая, отражающая количественную сторону какого-либо процесса (температура нагрева, напряжение, механическое усилие и т.п.)Как правило, для дальнейшей обработки,а в частности для обработки наЭ 1 М, такая аналоговая информация дискретизируется (оцифровывается) при по мощи аналого-цифрового преобразователя, на выходе которого образуетсякод, эквивалентный численному значению соответствующей аналоговой величины. 50Поэтому в предлагаемом устройствеблок 1 датчиков (фиг. 1) воспринимаетинформацию первого вида (дискретную) типа включено-выключено, данет", а блок 2 сравнения по шине 9контролируемых параметров воспринимает информацию второго вида - аналоговую, однако преобразованную в некоторый код в результате аналого-цифрового преобразования. Информацияс двухпозиционных датчиков блока 1поступает на первую группу входовблока 3 обработки запросов, Информация по шине 9 контролируемых параметров поступает на первые входы Р,схемы 16 сравнения (Фиг. 3) блока 2сравнения. Данная информация сравнивается с информацией, записанной ранее в регистрах 17. В случае равенства кодов на двух входах ЭА и Эб схемы 16 сравнения на ее выходе появится соответствующий сигнал (например,логической единицы). Таким образом,если в регистр 17 будет записано некоторое ожщаемое значение какоголибо параметра и если данный параметробъекта управления достигнет этогозначения, то схема 16 сравнения выдает сигнал, свидетельствующий о наличии подобной ситуации, Сигналы навыходах С,С схем сравнения являются по сути дела дискретной информацией типа "да-нет" и имеют ту жеприроду, что и сигналы на выходахблока 1 датчиков,Сигналы с выходов блока 2 сравнения поступают на соответствующуюгруппу входов запросов прерывания,блока 3 обработки запросов .Входы запросов прерываний блокаобработки запросов имеют разный уро- ,вень приоритетов. В зависимости отконкретной задачи необходимо определенные выходы блока 1 датчиков и блока 2 сравнения подсоединить к входамблока 3 обработки запросов с соответствующим приоритетом. Выбор режимафункционирования блока 3 обработкизапросов также решается применительно к конкретной задаче,При поступлении сигнала запросапрерывания на любой из входов блок 3обработки запросов анализируют егоприоритет. Если в настоящее времязапросов с более .высоким приоритетомнет, блок обработки запросов на одном из выходов формирует сигнал прерывания, который поступает на одиниз входов ХКХК контроллера 21прерываний блока 4 обработки программ (Фиг. 4). Если этот сигнал наданное время для контроллера 21 прерываний имеет наивысший приоритет,последний формирует сигнал 1 Т (запрос на прерывание) для центральногопроцессорного элемента 18 (фиг. 4).По сигналу 1%.А (разрешение запроса, 1605211разрешение прерывания) с системногоконтроллера 19 (Фиг. 4) контроллер21 прерываний (фиг. 4) выдает на шину13 данных первый байт команды СА 1 Л,(переход к программе), а на входыСАБ САБ блока 3 обработки запросов (фиг. 4) - номер обслуживаемогоконтроллера внутри блока обработки запросов. С приходом последующих сигналов на вход 1 ИТА блока 3 обработкизапросов выбранный ведомый контроллерпрерываний, номер которого совпадаетс номером на линиях САБ 1 САБ , выдает на шину 13 данных последовательно 2 байта адреса подпрограммы обработки прерывания (или, другими словами, обработки запроса на прерываниеот объекта управления),Подачей сигнала шины 14 управления 2 О11 ПА обеспечивается выдача на шину 13данных вектора прерывания. Вектор прерывания является адресом или указателем, определяющим некоторую точку входа в программу обработки прерываний, 25Прежде чем приступить к выполнениюпрограммы обработки прерывания, началокоторой определяется вектором прерывания, в стек помещается адрес возврата.Последнее действие выполняется подоб Оно тому, как это делается при обращении к подпрограмме. Воспринимая по шине 13 данных вектор прерывания, цент-.ральный процессорный элемент 18 выставляет данный адрес на шинУ 12 адресов устройства и производит чтениеячейки памяти блока 5 памяти программи данных (Фиг. 1) с этим адресом. Поэтому адресу может находиться некоторое управляющее слово, которое затем 4 Опо шинам 13 данных устройства передается на блок 7 селективного управления исполнительными механизмами. Так,например, пусть ранее на блок 7 селективного управления исполнительными ме ханизмами была подана команда включения реле под номером К. В результатеэтого некоторый элемент объекта принялновое положение, о чем поступил запрос на блок 3 обработки запросов. Блокобработки запросов сформировал векторпрерывания, который поступил на блок4 обработки программ. Блок обработкипрограмм перешел в режим обработкиданного прерывания. По адресу, указанному в данном векторе прерывания, вблоке 5 памяти хранится программа,анализирующая ситуацию и формирующаяуправляющее слово с требованием отключить 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 следующим 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 СЬК, с окончанием счета выходе ОЧТ таймера формируется внутренний запрос на прерывание по входу 1 К ф контроллера 21 прерываний. По этому запросу устройство Формируетуправляющее 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 обработки программ на блок 7 селективного управлепия исполнительными механизма-. 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 СБ СБ нины 12 адресов устройства (выбор области внутри регистра), а также сигналашины 14 управления устройства. Сформированное таким образом параллельное уп 1605211равляюцее слово на выходе регистра 25 поступает на соответствующие информационные входы П группы 2 б мультиплексоров. Индивидуальный сигнал на входе Ч мультиплексоров разрешает прохожде- ние информации с информационных входов У мультиплексоров на один из трех выходов. Выбор требуемого выхода осуществляется при помощи комбинации сигналов на адресных входах А и А мульотиплекс оров .В соответствии с этой комбинацией выбирается один из режимов функционирования блока 7. При режиме селектив 5 ной установки (00) входной код (управляющее слово) проходит на установочные входы 8 триггеров 28. 128,п. Те разряды входного кода, где была записана70 единица, устанавливают в единичное со стояние по входам Я соответствующие триггеры, состояние остальных триггеров остается без изменений. При режиме селективного сброса (10) входной код проходит на третьи выходы мультиплексоров. Те разряды входного кода, где быпа записана единица, по входам Р. сбрасывают соответствуюцие триггеры. Состояние остальных триггеров ос 30 тается 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 З 5 приема (01) входной код поступает с второго выхода мультиплексоров на Р-входы триггеров и по сигналу с выхода селектора 27 строб-импульса40 поступающего на входы С, производитсязапись информации в данные триггеры. 45В 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 (фиг.1) осуществляется при помоци управляющего слова, которое через входную шину данных устройства за несколько тактов работы записывается в промежуточный регистр 25 (фиг. 5), а далее через мультиплексоры при следующем такте работы параллельно записывается в некий регистр, образованный триггерами 28.128.п, 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 четырех 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 Я-входы первых четырех триггеров поступают сигналы, устанавливающие их в единичное состояние. Пусть теперь согласно программе необходимо установить четыре оставшихся триггера в единичное состояние. Если бы не было средств селективной установки и сброса, то управляющее слово должно быпо бы иметь вид: 11111111, поскольку на первые четыре триггера должен вновь поступить сигнал их установки, чтобы не изменить их предьдущее 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 каждый раз учитывать 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 выглядеть следующим образом: 0000 1111 00.Таким образом, преимущества предлагаемого управления исполнительными механизмами при помощи блока селективного управления особенно ощутимы при работе с несколькипж группами исполнительных механизмов в асинхронномрежиме по нескольким локальным независимым программам,Формула изобретения1. Устройство для программного управления объектом, содержащее блок сравнения, подключенный информационными входами к шине контролируемых 10 параметров, блок датчиков, блок памяти программ и данных, блок обработки программ, блок исполнительных механизмов, о.т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия в устройство введены блок обработки запросов и блок селективного управления исполнительными механизмами, выходы блока датчиков и блока сравнения соединены с соответствующими входами 20 запроса прерываний блока обработки запросов, группа инФормационных выходов и группа входов расширения которого соединены с соответствующими группой входов прерываний и группой 25 выходов расширения блока обработки программ, группа адресных выходов блока обработки программ соединена с группами адресных входов блока сравнения, блока обработки запросов, 30 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 соответствующих входов управления записью блока сравнения, группами соответствующих 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 управленияисполнительными механизмами соединена с группой инФормационных входовблока исполнительных механизмов. 2. Устройство по п. 1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок селективного управления исполнительными механизмами содержит регистр, селектор строб-импульса,. группу мультиплексоров на три выхода, группу Р-триггеров с входами установки и сброса, группу диодов, группу ограничительных резисторов и группу элементов коммутации, выполненных на транзисторах, эмиттеры которых соединены, коллекторы образуют группу выходов команд блока, а также соединены через встречно включенные диоды с источником питания, прямые выходы Р-триггеров соединены через ограничительные резисторы с базами транзисторов, первые выходы мультиплексоров группы соединены с установочными входами соответствующих триггеров группы, вторые выходы мультиплексоров группы соединены с инФормационными входами соответствующих Р-триггеров группы, третьи выходы мультиплексоров группы соединены с входами сброса соответствующих тригге" ров 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 входам блока, вход записи регистра соединен с входом записи селектора строб-импульса и подключен к входу ,управления записью блока, выход селек;тора строб-импульса соединен с входамн синхронизации Р-триггеров группы.11605211 орректор Л. пен Редактор В. Да ираж 68 Подписи НТ СС сударственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород агарина, 10 Заказ 34 ВНИИПИ Г Составитель Е. Волк Техред Л, Олийнык