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.
Источник (печатная версия): Словарь русского языка: В 4-х т. / РАН, Ин-т лингвистич. исследований; Под ред. А. П. Евгеньевой. — 4-е изд., стер. — М.: Рус. яз.; Полиграфресурсы, 1999; (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека
Контроллер — устройство управления в электронике и вычислительной технике.
Игровой контроллер — устройство ввода информации, используется в консольных и компьютерных играх.
Контроллер домена — сервер, контролирующий область компьютерной сети (домен).
Контроллер прерываний — микросхема или встроенный блок процессора, отвечающий за возможность обработки запросов на прерывание от разных устройств.
Контроллер электрического двигателя — многоступенчатый многоцепной коммутационный аппарат с ручным управлением.
Промышленный контроллер — управляющее устройство, применяемое в промышленности и других отраслях для автоматизации технологических процессов, в быту — для управления климатом и др.
Программируемый логический контроллер — промышленный контроллер, оптимизированный для выполнения логических операций.
Системный контроллер — компонент чипсета, организующий взаимодействие процессора с оперативной памятью и формирующий компьютерную платформу.
Контроллер машиниста — орган управления тягой и/или торможением в локомотивах, электропоездах, трамваях
Контроллер — то же, что и регулятор.
Контроллер (программирование) — один из компонентов паттерна MVC.
Контроллер — электронный блок управления двигателем и другими системами автомобиля.
КОНТРО’ЛЛЕР, а, м. [англ. controller] (тех.). Аппарат электрического мотора для управления движением трамвая, электровоза и подъемника.
Источник: «Толковый словарь русского языка» под редакцией Д. Н. Ушакова (1935-1940); (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека
контро́ллер
1. техн. устройство или система для управления чем-либо, регулирования чего-либо ◆ Контроллер жёсткого диска.
Контроллер (англ. controller — регулятор, управляющее устройство):
См. также
Список значений слова или словосочетания со ссылками на соответствующие статьи. Если вы попали сюда из другой статьи Википедии, пожалуйста, вернитесь и уточните ссылку так, чтобы она указывала на статью.
Полезное
Смотреть что такое «Контроллер» в других словарях:
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
Есть в электротехнике, электронике и вычислительной технике термины, которые объединяют устройства самого различного применения. Один из таких многозначных терминов, термин — контроллер.
Что такое контроллер управления?
Само слово контролер, буквально обозначает управление. Устройство, называемое контроллер, буквально означает — устройство, предназначенное для управления, чем либо.
Самым простым и понятным примером контроллер компьютера, который управляет внешними устройствами клавиатурой и мышью компьютера.
Чтобы был понятен спектр охватываемых приборов и устройств, именуемых контроллеры, приведу более сложный пример — контроллеры ControlLogix. Эта система на базе одного автономного контроллера и модулями ввода/вывода позволяет осуществлять дискретное управление постоянными процессами, управление приводами, сервоприводами в самых различных комбинациях.
Используются программируемые контроллеры для автоматического контролирования работы машин, процессов упаковки, автоматизации зданий и конвейеров, управления освещением зданий и систем безопасности.
Еще один пример, это контролер умного дома. Это базовое устройство для работы данной системы. Без контроллеров управления не обходится ни одна система «умный дом». К входам контроллера «умного дома» подключаются различные датчики (утечки воды, наличие газа, дыма, датчики движения и т.д.). К выходам прибора подключаются сервоприводы и реле управления, которые в автоматическом режиме могут отключить газ, воду, регулировать и управлять светом дома.
Обще устройство контроллеров управления
Рассмотрим обще устройство контроллеров управления. Это поможет, на базовом уровне, понять суть их применения и использования в различных системах.
У любого контроллера есть клеммы входа и выхода. Также у контроллеров управления есть клеммы для подключения внешних интерфейсов. Интерфейсы позволяют контролеру получать и передавать сигналы на различные устройства. Существуют сетевые и коммуникационные интерфейсы.
Например, интерфейс USB позволяет менять прошивку контроллера. Сетевой Ethernet позволяет подключить устройство к сети Интернет и мобильному приложению. Интерфейсы промышленных контроллеров (например, Allen-Bradley) поддерживают промышленные сети (DeviceNet, ProfiBus, Ethernet, ControlNet, DH485 и т.п.).
Базовыми элементами любого контроллера являются входы и выходы устройства. На входы поступают информационные сигналы для дальнейшей обработки. На выходы контроллер сам подает сигнал, который чем-либо управляет.
Например, на вход контроллера поступает сигнал с датчика температуры воздуха. На выход подключаем управление работой кондиционера, включение которого зависит от датчика температуры воздуха.
Или еще пример, на вход подключаем датчик движения, на выход — управление освещением, которое включает/выключает освещение по сигналу датчика.
Входы и выходы
Так как возможностей у контроллеров масса, то и использовать их можно в самых различных комбинациях и системах. Однако важно, входы и выходы контроллера могут быть либо аналоговыми, либо цифровыми (дискретными).
Например, датчики температуры, освещенности, влажности должны подключаться к аналоговому входу. Датчик движения или простой выключатель должны подключаться к дискретному входу.
Вывод
Контроллеры управления это устройства позволяющие получать и обрабатывать сигналы, на базе обработанных сигналов (данных), по вложенным в них алгоритмам, управлять различными машинами, механизмами, приборами.
