zalotay peter programozhato iranyitasok i

ZZaalloottaayy PPtteerr

PPrrooggrraammoozzhhaatt

iirrnnyyttssookk II..

Elektronikus jegyzet

Kand Klmn Villamosmrnki Kar

Forrs: http://www.doksi.hu

Zalotay Pter: Programozhat irnytsok I Elmleti tananyag 1. flv

2.oldal

Tarta lomjegyzk

Bevezets..................................................................................................................................4 I. R S Z..................................................................................................................................6 Az irnytstechnika rendszertechnikai sszefoglalsa. .............................................................6 1. Alapismeretek ...................................................................................................................7

1.1. Alapfogalmak............................................................................................................7 1.2. Az irnyt rendszer s feladatai ................................................................................7

1.2..1. Vezrls.........................................................................................................8 1.2..2. Szablyozs ...................................................................................................9 1.2..3. Adatok gyjtse trolsa. ..........................................................................12

1.3. Irnytsi rendszerek felptse ................................................................................13 1.3..1. Egyedi irnytsok .......................................................................................13 1.3..2. Csoportos irnytsok...................................................................................14 1.3..3. Strukturlt irnytsok..................................................................................14 1.3..4. Az irnytott rendszer felosztsi mdozatai ..................................................16 1.3..5. Irnytsok megvalstsa ............................................................................17

II. R S Z ..............................................................................................................................18 Az irnytstechnikban alkalmazott programozhat hardver kszlkek ................................18 2. Programozhat logikai ramkrk (PLD)........................................................................19

2.1. Egyszer programozhat logikai eszkzk ..............................................................19 2.2. Komplex programozhat logikai eszkzk ..............................................................21 2.3. Felhasznl ltal programozhat kapu mtrix ..........................................................21 2.4. GAL eszkzk.........................................................................................................21

3. Mikroprocesszoros irnyt berendezsek .......................................................................23 3.1. ltalnos cl mikrogpek s a mikrokontroller ......................................................23 3.2. MCS51 s a PIC mikrokontrollerek felptsnek sszehasonltsa ..........................24 3.3. Digitlis perifrik ..................................................................................................25

3.3..1. Portok ..........................................................................................................25 3.3..2. Oszcilltor ...................................................................................................28 3.3..3. Idztk-szmllk.......................................................................................28 3.3..4. Analg perifrik .........................................................................................32 3.3..5. Soros kommunikci....................................................................................36

4. A programozhat logikai vezrlk (PLC) alkalmazsa ....................................................48 4.1. Trtneti ttekints ..................................................................................................48 4.2. Az alkalmazott hrom PLC tpus sszehasonltsa...................................................51

4.2..1. Hardver kialakts ........................................................................................52 4.2..2. A tpegysg .................................................................................................53 4.2..3. A CPU .........................................................................................................53 4.2..4. Diszkrt I/O illesztk ...................................................................................55 4.2..5. Analg illesztk...........................................................................................56 4.2..6. A memria ...................................................................................................57

III. R S Z .............................................................................................................................58 Irnytstechnikai programok tervezse, fejlesztse.................................................................58 5. Programfejleszts ............................................................................................................59

5.1. A programozs clja ................................................................................................59 5.2. A programfejleszts lpsei .....................................................................................59 5.3. A programfejleszts eszkzei...................................................................................60 5.4. Programszerkezetek.................................................................................................61 5.5. A PLD -k programozsa ..........................................................................................70



3.oldal

6. Az I8051 mikrokontroller csald C - nyelv programozsnak alapjai.............................73 6.1. Vltozk s deklarlsuk: ........................................................................................73 6.2. Opertorok: .............................................................................................................74 6.3. Utastsok:...............................................................................................................76

6.3..1. Ciklusszervez utastsok: ...........................................................................76 6.3..2. Elgazst vezrl utastsok.........................................................................78 6.3..3. Ciklust mdost utastsok..........................................................................81

6.4. Az lfeldolgoz (preprocesszor) utastsai .............................................................82 6.5. Fggvnyek.............................................................................................................84

6.5..1. Fggvnyek defincija s deklarcija ........................................................84 6.1. Plda: ......................................................................................................................86 6.2. Programfejleszti krnyezetek.................................................................................89

6.2..1. A 8051/31 csald programfejleszti krnyezete ...........................................90 6.2..2. CX-Programmer ..........................................................................................94 6.2..3. Schneider Electric Unity Pro XL..................................................................98 6.2..4. Siemens Step 7...........................................................................................102

6.3. A PLC k programozsi nyelvei ............................................................................106 6.3..1. A PLC tpusonknti programozs...............................................................106 6.3..2. A PLC programozsi nyelvek szabvnyostsa...........................................107 6.3..3. A ltradiagram az LD (Ladder Diagram) nyelv. .........................................108 6.3..4. Az FBD (Function Block Diagram) nyelv. .................................................111 6.3..5. Utasts lists IL (Instruction Logic) nyelv.................................................112 6.3..6. Az SFC (Sequential Function Chart) nyelv.................................................113

IV. R S Z...........................................................................................................................124 Kombincis s sorrendi vezrlsek programozsa ...............................................................124 7. Vezrlsek programozsa ..............................................................................................125

7.1. A tervezs lpsei..................................................................................................125 7.2. Kombincis vezrlsek ........................................................................................126

7.2..1. A feladat vltozinak meghatrozsa .........................................................126 7.2..2. A kiindul adatok, megadsa, felvtele.......................................................126 7.2..3. A legegyszerbb logikai fggvny meghatrozsa ......................................126 7.2..4. A numerikus eljrs bemutatsa .................................................................127 7.2..5. Grafikus egyszersts (ellenrzs!) ...........................................................131

7.3. Kombincis vezrlsi feladatok programozsnak tervezse ................................132 A lehetsges programozsi algoritmus meghatrozsa...................................................132

7.3..1. Bit mveletekkel........................................................................................132 7.3..2. Tblzatos mdszer....................................................................................136

7.4. Sorrendi vezrlsi feladatokat megold program tervezse ....................................146 7.4..1. llapotgrf.................................................................................................150 7.4..2. llapottblzat ...........................................................................................151 7.4..3. A kimeneti-, s vezrl tblzat..................................................................152 7.4..4. A tervezs ..................................................................................................153 7.4..5. A tervezs lpsei: .....................................................................................154 7.4..6. ltalnos cl mikrogpek programozsa ..................................................159 7.4..7. PLC programozsa.....................................................................................167 7.4..8. A programrs ............................................................................................167

7.5. Pldk sorrendi vezrlsek programozsra ...........................................................168 7.5..1. Forgalomirnyt lmpk vezrlse............................................................168 7.5..2. Folyadktrol tartlyok tltsnek, rtsnek vezrlse...........................178 7.5..3. A sorrendi vezrlsek programozsa adatbzis alapjn...............................159



4.oldal

Beveze ts

A jegyzet az Automatika szak, Programozhat irnytsok s Jrmelektronika modul

egyik llamvizsga tantrgy szksges ismeretanyagnak els rszt (Programozhat

irnytsok I.) tartalmazza. Az rott anyag clja az eladsi tmk sszefoglalsa, valamint

laboratriumi gyakorlatok eredmnyes elvgzst segteni. A tanv sorn megismertetjk a

hallgatkat a korszer irnytsi feladatokra alkalmas berendezsek hardvereivel.

Prhuzamosan jrtassgot kvnunk kialaktani a megismert eszkzk mkdtet

programjainak fejlesztsben. A mrsek s a pldk jellemz irnytsi feladatok. Az rsos

anyag ngy f rszre tagolt.

Az I. rsz ismtlsszeren sszefoglalja az irnytstechnikai alapfogalmakat. Az els

fejezet az irnytstechnika rendszertechnikai alapjait sszefoglal ismtls.

A II. rszben foglalkozunk az irnytstechnikban hasznlt hardverek ismertetsvel. A

msodik fejezetben a teljessg ignye nlkl foglalja ssze a programozhat hardverek

(PAL, GAL) legfontosabb jellemzit. A harmadik fejezet foglalkozik a 8051 csald mai

mikrokontrollereiben, ugyanakkor ms mikrovezrlkben is alkalmazott digitlis s analg

illeszt ramkreivel. ttekintst nyjt az osztott intelligencij rendszerekben

nlklzhetetlen s legjobban elterjedt soros kommunikcis megoldsokrl. A negyedik

fejezet bvebben foglalkozik az automatizls mind szlesebb terletein alkalmazott PLC k

(Programozhat Logikai Vezrlk) mkdsvel, konfigurciival. A II. tanv sorn az

Automatika II tantrgyban megismert Siemens S7 300 csald mellett az Omron CJ1M,

valamint a Schneider Electric M340 tpus vezrlivel.

A III. rsz tartalmazza az irnytsi feladatok programozsi ismereteit. Az tdik fejezet

szolgl a szisztematikus programfejleszts mdszereivel. sszefoglalst nyjt a prog-

ramozsokban alkalmazott tipikus programszerkezetekrl. A javasolt eljrsok alkal-

mazhatk a mrsekben alkalmazott modellek mkdtet programjainak fejlesztsnl. A

hatodik fejezetben a 8051 mikrokontroller (mikrovezrl) csald C -nyelv programo-

zsnak alapjait foglalja ssze. Az anyag alapoz a korbbi tanulmnyok sorn megismert C

nyelvi programozsi ismeretekre. Az assembly s C -nyelv pldk melletti folyamatbrk

alapjn a PLC programozs is elvgezhet. A fejezetben foglalkozunk programozsokhoz

hasznlt Programfejleszti Krnyezetkkel. Mindhrom PLC csald tagjainl az IEC1131-3

szabvnyajnls szerint t programozsi nyelv hasznlhat.



5.oldal

A IV. rsz tmakre a vezrlsek programozsa. A befejez hetedik fejezet a kombincis-,

s sorrendi vezrlsek programfejlesztsnek mdszereit, eljrsait ismerteti pldk alapjn.

A pldk mikrogpekre s PLC -kre mutatjk be a programokat.



6.oldal

I. R S Z

Az irny ts technika rends zertechni kai ss zef og la lsa.



7.oldal

1. Alapismeretek

Bevezet fejezetknt sszefoglaljuk a technolgiai folyamatok automatikus irnytsval

kapcsolatos alapismereteket, a klnbz irnytsi megoldsok rendszertechnikai

felptst.

1.1. Alapfoga lmak

Irnyts: Mszaki berendezsek (gpek, gyrt sorok, szllt eszkzk, vegyi-, htechnikai folya-

matokat elllt rendszerek stb.) meghatrozott feladatok elltsra trtn mkdtetse

(indts, vltoztats, lellts).

Irnytsi rendszer: Az irnytott-, (folyamat) s az irnyt rendszer egytt (1. bra).

1. bra

Irnyt rendszer: Mindazon szervek, kszlkek sszessge, amelyek egyttmkdse rvn a folyamat

irnytsa megvalsul.

1.2. Az i rnyt rendszer s fe ladat ai

A folyamat jellemzinek a technolgiai elrsoknak megfelel vltoztatst vgzik az

irnyt rendszerek. Alapveten vezrlst, szablyozst s mrs-adatgyjtst vgeznek.



8.oldal

1.2. .1. Vezrls

Mszaki folyamatok, technolgik automatikus irnytsnak viszonylag egyszerbb

vltozata a vezrls. Ennl az irnytsnl az irnytott folyamat jellemzit (paramtereit)

csak a parancsok, s a felttelek meghatrozott logikai kapcsolata, valamint idbeli

vltozsa mdostja. A vezrls elemei kztti kapcsolatot az irnyts hatslnca (2. bra)

szemllteti, amely nyitott. Ez azt mutatja, hogy a vltoztatott jellemz rtke nem mdostja

a vezrls mkdst.

Vezrelt szakasz

Anyag, energia

Anyag, energia

xz Zavar jelek

Vezrl egysg

Beavatkoz szerv

xr xb xm

Rendelkez jel beavatkoz jel

mdost jel

Felttel-, s parancsadk

2. bra A vezrls legfontosabb elemei:

Parancs-, s feltteladk:

Azok az elemek

- kezel szervek (kapcsolk, nyomgombok stb.),

- jeladk (vglls kapcsolk, szintadk stb.)

amelyek mkdtetse, vagy llapota indtja el az irnytott jellemz mdostst, llapot-

vltozst. Ezek szolgltatjk a vezrl bemeneti-, vagy rendelkez jeleit (X r).

Vezrl egysg:

Ez az egysg hatrozza meg a vezrls mkdst. A mkds mindig lerhat a be-, s

kimeneti jelek kztti logikai kapcsolatokkal (logikai fggvnyekkel).



9.oldal

A vezrl egysg teht egy logikai ramkr, amelynek bemeneti jelei a rendelkez jelek s

kimeneti jelei a beavatkoz jelek (X b).

Beavatkoz szervek:

A vezrlben ellltott jelek rendszerint alacsonyabb energij, vagy ms fizikai jelek, mint

amelyekkel mdostani lehet az irnytott jellemzt. Pl. ahhoz, hogy egy villamos motor

tengelye forogjon (mozgsi energia), feszltsget (villamos jel) kell kapcsolni a tekercsire.

A beavatkoz szerv feladata a beavatkoz jelek energijnak vltoztatsa, vagy fizikai

jeltalakts utn a beavatkoz jellel arnyos - mdost jel ( Xm ) ellltsa.

Vezrelt szakasz:

Az irnytott folyamatnak rendszerint csak egy rszt, nhny paramtert kell a vezrls

segtsgvel vltoztatni, mdostani. Ezt a paramter csoportot nevezik vezrelt szakasz

nak.

Pldul: egy lift vezrlse az irnytott folyamat. A kabin emelshez, vagy leeresztshez a

hajt motort kell mkdtetni. Itt teht a motor a vezrelt szakasz.

1.2. .2. Szablyozs

Az irnytsokban a szablyozs feladata, hogy az irnytott folyamat valamelyik, vagy

tbb jellemzjt az un. alapjel ltal meghatrozott rtken tartsa . A szablyozs

elemei kztti kapcsolatot az irnyts hatslnca (3. bra) szemllteti.

3. bra



10.oldal

Ez a hatslnc visszacsatolt (zrt). A visszacsatols rvn hatrozhat meg a mindenkori

szablyozott jellemz s az alapjel eltrse. Ez az eltrs szabja meg, hogy milyen

mrtkben, s irnyban kell beavatkozni a folyamatba. Azon egysgek (szervek)

sszessgt, amelyek a vzolt feladatot egy irnytson bell elltjk, nevezik szablyoz

nak.

A szablyoz mkdsnek lnyege leegyszerstve az, hogy a szablyozott jellemz nem

kvnt vltozst megsznteti. Ezt oly mdon hajtja vgre, hogy a vltozssal ellenttes

irny beavatkoz jelet llt el, amely hatsra a szablyozott jel eredeti rtke helyre ll.

Termszetesen a vals krnyezetben nagyon sok olyan zavar hats van, amely vletlen-

szeren vagy lland jelleggel vltoztathatja az irnytott szakasz jellemzit. Ezrt csak

elmletileg lehet valamely fizikai, mszaki paramtert elre meghatrozott pontos rtken

tartani. A szablyozs mindig valamilyen hibval, illetve ksssel kpes a kls zavar jel

hatst kikszblni. Mind a marad hiba abszolt nagysga mind, pedig a hiba mrtknek

vltozsa fgg a szablyoz mkdsnek jellegtl, illetve a szablyozott szakasz

tulajdonsgtl. A mszaki gyakorlatban, egy berendezs automatikus irnytsnl a feladat

mindig gy fogalmazdik meg, hogy egy mkdsi jellemz zavar jel hatsra

bekvetkez vltozst lehetleg minl kisebb hibval, minl gyorsabban kell megszn-

tetni. Termszetesen a szablyozsi hiba cskkentsnek, illetve a szablyozsi sebessg

nvelsnek mszaki s gazdasgossgi korltai vannak.

A lertakbl kvetkezik, hogy egy szablyozs helyes tervezshez a szablyozsi kr

minden elemnek tulajdonsgait ismerni, s figyelembe kell venni. Egy jl mkd

szablyozs megtervezse, megvalstsa komoly mszaki feladat, s csak a szablyozs-

elmlet alapos ismeretnek birtokban, illetve mrsi, zembe helyezsi gyakorlattal

vgezhet el.

A szablyoz elemei (szervei), s azok feladata:

Alapjel kpz szerv:

Az alapjel-ad lltja el az Xa alapjelet, amely meghatrozza, hogy a szablyoznak milyen

rtkre kell belltania az Xs szablyozott jelet.

Miutn a szablyoz az alapjelhez viszonytottan avatkozik be a folyamatba, ezrt biztostani

kell e jel zavarmentessgt.



11.oldal

rzkel:

Ez az egysg lltja el a szablyozott jellemz mindenkori rtkvel arnyos xe ellenrz

jelet.

Az ipari szablyozsi krkben alkalmazott rzkelk legtbbje tulajdonkppen olyan

egysg, amely az rzkelt fizikai mennyisggel arnyos szabvnyos villamos jelet llt el.

Ezeket nevezik tvadnak. A tvadk egyik csoportjnl a kimeneti feszltsg, mg msik

rszknl a kimeneti ram arnyos a mrt jellemz rtkvel. Feszltsg kimenet esetben a

0 10 V, -10 V 10 V, mg ramkimenetnl a 4 - 20 mA a leggyakrabban hasznlt

szabvnyos rtk.

Klnbsgkpz szerv:

A szablyozs vgrehajtshoz meg kell llaptani azt, hogy milyen mrtkben tr el a

szablyozni kvnt jellemz a nvleges rtktl. A klnbsgkpz szerv az alapjel (xa ),

s az ellenrz jel (xe ) eljeles klnbsgt lltja el az xh hibajel -et .

Kompenzl szerv:

A szablyozs minsgt, jellegt meghatroz egysg a kompenzl szerv. A megfelel

jelmdostshoz nem csupn a pillanatnyi hibt, hanem a szablyozott szakasz fizikai

tulajdonsgait is figyelembe kell venni a mdost jelbe. Ezek egytt hatrozzk meg, hogy

milyen gyors, pontos, illetve stabilis lesz az irnytott rendszer. A kompenzl szerv ltal

ellltott xb beavatkoz jel vltozsa fogja meghatrozni a mdosts szksges jellegt, s

mrtkt.

Beavatkoz szerv:

A szablyoz jelei rendszerint alacsonyabb energij, vagy ms fizikai jelek mint

amelyekkel mdostani lehet az irnytott jellemzt. Pl. ahhoz, hogy egy villamos motor

tengelynek forgsa a szablyozott jellemz - ( mozgsi energia ) vltozzon, a tekercsein

foly ramot ( villamos jel ) kell mdostani.

A beavatkoz szerv feladata a beavatkoz jelek energijnak vltoztatsa, vagy fizikai

jeltalakts utn a beavatkoz jellel arnyos - mdost jel ( xm ) ellltsa.



12.oldal

Szablyozott szakasz:

Az irnytott folyamatnak rendszerint csak egy rszt, nhny paramtert kell a szablyoz

rvn vltoztatni, mdostani. Ezt a paramter csoportot nevezik szablyozott szakasz

nak.

Pldul egy daru gmjnek lland sebessg mozgatsa az irnytott folyamat. A teher

emelshez, vagy leeresztshez a hajt motor fordulatszmt kell a terhels nagysgtl

fggetlenl lland rtken tartani. Itt teht a motor a szablyozott szakasz.

1.2. .3. Adatok gyjtse trolsa .

Mrsadatgyjtsnek azt az automatikus mrssorozatot nevezzk, amely az irnytott

folyamat kivlasztott jellemzinek rtkt - meghatrozott id-pontokban (mintavtelezs

idpont) - lemri s azokat egy adatbzisba, rja.

4. bra

A mintavtelezs ltalban minden mrt jellemznl azonos. Akkor, ha az egyes jellemzk

vltozsi sebessge nagysgrendekkel klnbzik a mrsi idpontok gyakorisgt is

clszer eltrnek vlasztani. A mrsadatgyjt elvi felptst mutatja a 4. bra.

rzkelk-tvadk:

Ezek lltjk el a mrt jellemzk mindenkori rtkvel arnyos jeleket. A mrt rtkek egy

- egy rsze lehet analg, vagy digitlis.



13.oldal

Mrspont vlt:

Ez az egysg vlasztja ki, hogy melyik a mrt rtk kerl trolsra, tovbbi feldolgozsra.

A/D talakt:

Az analg rtkeket alaktja a trolshoz szksges digitlis formjv.

Illesztk:

Ezek az egysgek illesztik a tovbbi feldolgozshoz, kijelzshez a mrt adatokat.

Trolk:

Az automatikus adatgyjts eredmnyt, az adatbzist troljk. A trolsi feladattl fggen

hasznlnak klnbz adathordozkat.

Az osztott intelligencij irnytsi rendszerekben a mrsadatgyjts szolgltatja az

alapadatokat

- az irnytsi stratgia meghatrozshoz,

- az irnyts vgrehajtshoz,

- a naplzshoz,

- az ellenrzshez,

- a hibadiagnzishoz, stb.

1.3. Irnytsi rendszerek fe lp tse

A fejezetben tmren trgyaljuk az irnytsi rendszerek felptsnek lehetsges

megoldsait. A csoportosts egyik szempontja, hogy a rendszer elemei milyen mdon

kapcsoldnak egymshoz. Termszetesen a trgyalt megoldsok kevert vltozatai is

megtallhatk a mszaki gyakorlatban. A lertak elssorban a rendszer-szemllet alaktst

szolgljk.

1.3. .1. Egyedi irnytsok (5. bra)

A gyrtsorba szervezett gpek mindegyikt nll egysg irnytja. Az egyes gpek,

gpcsoportok kztt nincs adatkapcsolat. Ugyanakkor laza kommunikcis kapcsolat

segtheti a gyrtsor mkdsnek sszehangolst.



14.oldal

5. bra 1.3. .2. Csoportos irnytsok (6. bra).

A gyrtsorba szervezett gpek irnytsnak fejlettebb vltozata. A gpcsoport egyes

egyedi irnyt egysgek egy kzponti csoportirnyt - val tartanak kapcsolatot. A

csoportirnyt felgyeli az zemelst, s szksg esetn tartalk egysgknt is mkdhet.

6. bra 1.3. .3. Strukturlt irnytsok

A strukturltsg az nll egysgekbl ptett rendszert jelli.

sszetett irnyt rendszerek

Az automatizls trbeli s funkcionlis komplexitsnak nvekedse csak rendszerszem-

llet tervezssel s kialaktssal elgthet ki. Egy sszetett irnytsi rendszer hierar-

chikus szintekre (7. bra) bonthat. A folyamatirnyt szmtgpekkel valstottk meg

az ilyen rendszereket.

1. szint: Az irnytand folyamat s a technolgihoz kzvetlenl csatlakoz mr,

jeltviv s beavatkoz szervek. (Process).



15.oldal

2. szint: A jelek kondicionlst, erstst s talaktst (pl. A/D s D/A) vgz

szervek, az energiaellt egysgek, s a klnleges biztonsgi elemek.

3. szint: A hagyomnyos irnyts funkcionlis alrendszerei (kzi irnyts, vezrls,

szablyozs, felgyel - jelz - naplz egysgek).

4. szint: Rendszeroptimalizls, kzponti beavatkozsok s jelzrendszer kezelse

(Szmtgp).

Osztott intelligencij irnyt rendszerek

A mikroprocesszoros kis-, s mikroszmtgpek megjelense s gyors fejldse ered-

mnye a feladatok megosztsa. A hierarchikus szint felpts feladatai mdosulnak.

1. szint: Vltozatlanul a folyamat s tartozkai (Process).

2. szint: A folyamat egyes rszeinl nll intelligens egysgek (mikrogpek) ltjk el

a helyi irnytst, mrsadatgyjtst, naplzst, megjelentst (gpkzeli

szint).

3. szint: Biztostja a helyi llomsok kztti kommunikcis kapcsolatot (adattviteli

alrendszer), s csoportszint irnytst vgez (koordincis szint).

4. szint: A kzponti beavatkoz rendszer a felgyelethez, az optimalizcihoz s az

opertor llomsok kiszolglshoz (felgyeleti szint).

7. bra



16.oldal

1.3. .4. Az irnytott rendszer felosztsi mdozatai

Az irnytott rendszer egysgei klnbz formban oszthatk el. Az egyes vltozatok az

albbiak lehetnek.

Hely szerinti csoportosts (8.bra).

Az als szinten elhelyezked kszlkek hatskre csak egy folyamat-egysgre vonatkozik,

de ott minden feladatot elltnak.

8. bra

Funkci szerinti csoportosts (9. bra).

az als szinten elhelyezked kszlkek hatskre a folyamat egszre kiterjed, de a hrom

f funkci (szablyozs, vezrls, felgyelet ) kzl csak az egyiket ltjk el.

9. bra



17.oldal

Komplex (sszetett) csoportosts (10. bra).

A trbeli s a funkcionlis eloszts ltalban sszetetten valsul meg.

10. bra

1.3. .5. Irnytsok megvalstsa

Fajti:

Folytonos rendszerek

amelyeknl a jelfeldolgozs idejt csak az alkalmazott ramkrk ksleltetse hatrozza

meg. A hagyomnyos elektronikus (digitlis) s rels vezrlsek, valamint az analg

szablyozsok.

Mintavteles rendszerek

amelyeknl a jelek frisstse, feldolgozsa diszkrt idkznknt trtnik. A

mikroprocesszoros irnytsok (PLC -k, DDC -k stb.) mindegyike ilyen mkds.



18.oldal

II. R S Z

Az irny ts technikban alka lmaz ot t progr amozhat har dver

ksz lkek



19.oldal

2. Programozhat logikai ramkrk (PLD)

Viszonylag j technolginak szmtanak, amelybl szmtalan tpus jelent meg rvid id

alatt. Mr a rendelkezsre ll architektrk (architektra alatt rtve az eszkzk azon

tulajdonsgait, amelyek a logikai felptst - ki-s bemenetek szma, programozhat

tmbk mrete stb.) szma is szzas nagysgrend, ha pedig a klnfle technolgiai

megoldsokat (ramkr-technikai megoldsok, sebessg, jrarhatsg, tokozs stb.) is

figyelembe vve szeretnnk csoportostani, akkor a vlasztk mr tbb ezres.

Megjegyezend, hogy nem csak PLD-k segtsgvel kszthetnk logikai hlzatokat,

hanem memria ramkrkkel (PROM, EPROM stb.) is. Ilyenkor a memriban eltroljuk

a megvalstand hlzat igazsgtblzatt gy, hogy az egyes bemeneti kombinciknak

megfelel cmeken hivatkozva a memria kimenetn a logikai hlzat adott bemenetre

adott vlaszt kapjuk. A memria ramkrk hasznlatnak tbb htrnya van: ltalban

nem tl hely- s eszkztakarkos megolds, klnsen sokvltozs fggvnyek esetn,

valamint sebessgben is elmaradnak a PLD -ktl.

A memriktl eltren a PLD -k nem az igazsgtblzatot, hanem magt a logikai

egyenletet troljk programozhat mtrixaikban, mivel megfelelen nagy S illetve

VAGY mtrixokkal (lteznek PLD -k, amelyek SNEM / SNEM esetleg VAGYNEM /

VAGYNEM mtrixokat hasznlnak) brmely logikai fggvny megvalsthat.

2.1. Egyszer programozhat log ika i e szkzk

(SPLD - Simple Programmable Logic Device)

Ezek az eszkzk ltalban ktszint logikai hlzatot tartalmaznak, kevesebb, mint 1000

kapuval. Az SPLD -k (s a programozhat logikk) els kpviselje a PLA (Programmable

Logical Array - Programozhat Logikai Tmb) volt, sematikus rajza a 11. brn lthat.

Az S illetve a VAGY kapuk egy-egy mtrixon keresztl kapcsolhatak ssze. Lteznek

PLA -k, melyek a kimeneteknl beptett flip-flop - kat tartalmaznak, ezltal felhaszn-

lhatak sorrendi hlzatok megvalstshoz is.

A PLA eszkzk f htrnya, hogy a kt programozhat mtrix beptse egyrszt

megdrgtja a gyrtst, msrszt az eszkz sebessgt is cskkenti, hiszen a jeleknek kt

mtrixon kell vgighaladnia.



20.oldal

11. bra

Ezen problmk kikszblsre szlettek meg a PAL-ok (Programmable Array Logic -

Programozhat Tmblogikk), melyekben csupn az S mtrix programozhat, a VAGY

mtrix nem, emiatt ellltsuk olcsbb, programozsukhoz egyszerbb hardver szksges,

s sebessgk nagyobb. Ezen tulajdonsgaiknak ksznheten, br kevsb rugalmasan

hasznlhatk, jval elterjedtebb vltak a PLA logikknl. A PAL-ok sematikus rajza az

12. brn lthat.

12. bra



21.oldal

2.2. Komplex programozhat log ikai e szkzk

(CPLD - Complex Programmable Logic Device)

Ezek az eszkzk gyakorlatilag tbb, egy tokba integrlt, SPLD -nek felelnek meg. Ez a

fejlesztsi irny meglehetsen j, s szmos klnfle, nehezen csoportosthat

architektra ltezik. A Lattice ltal gyrtott ispLSI eszkzknl pldul az SPLD -nek

megfelel elemeket ltalnos logikai tmbnek (GLB - Generic Logic Block) nevezik,

melyek mega-tmbknek nevezett csoportokat alkotnak. Ezen megatmbk mkdst a

Globlis Vezrl ramkr (GRP - Global Routing Pool) hangolja ssze.

2.3. Felhaszn l lt a l programozhat kapu mt rix

(FPGA - Field Programmable Gate Array)

Az FPGA -k az eddig emltett eszkzknl is rugalmasabban programozhatak. Itt ugyanis

(pl. a Xilinx cg FPGA -inl) gynevezett Programozhat Logikai Blokkok (CLB -

Configurable Logic Block) alkotnak mtrixot, amelyen bell teljesen szabadon kthetek

ssze egymssal programozhat kapcsolk segtsgvel. A CLB -k elrendezse tpustl

fggen tbbfle is lehet, a hierarchikus FPGA -knl pldul az elbb emltett

megatmbk -hz hasonlan SCLB -kbe (Super Configurable Logic Block) csoportostjk

a logikai tmbket.

2.4. GAL eszkzk

A GAL eszkzket (GAL - Generic Array Logic; ltalnos Tmb Logika) a Lattice

Semiconductor fejlesztette ki 1985-ben. Felptsben a PAL -ok tovbbfejlesztsnek

tekinthetek, ugyanis a kimeneteken programozhat kimeneti ramkrket, ms nven

kimeneti logikai makrocellkat (OLMC) helyeztek el, (13. bra) amelynek a VAGY kapuk

is rszei. Ezek segtsgvel egyrszt emullhatak az egyes PAL tpusok klnfle

kimeneti regiszterei, msrszt az eszkz jval sokoldalbban programozhatv vlik.

Ennek eredmnyekppen szmos PAL tpus kivlthatv vlik az azonos lbszm GAL

IC-k felhasznlsval (a gyrt szerint 5 standard GAL tpus; a 16V8, 20V8, 22V10,

20RA10 s a 20XV10 kpes helyettesteni a kereskedelemben kaphat bipolris PAL-ok

98%-t), a hozzjuk kszlt JEDEC biztostk trkp ugyanis talakthat a GAL eszkz

formtumra. Bizonyos programoz hardverek automatikusan kpesek arra, hogy a

meglev PAL JEDEC fjlbl kzvetlenl felprogramozzk az adott eszkzzel fellrl

kompatbilis GAL -t.



22.oldal

13. bra Egy makrocella ltalnos felptse lthat a 14. brn.

14. bra

A GAL eszkzket fleg TTL logikai ramkrk helyett hasznljk, amelyekbl akr 5-10

darabot is kivlthat egyszerre. Tipikus felhasznlsi terletei lehetnek pldul a busz

interfsz ramkrk, memriavezrlk, szmllk stb.



23.oldal

A tovbbiakban ugyan emltem az egyes tpusok makrocellinak kialaktst, zemmdjait,

vezrl biteket, ezek azonban csak az eszkzk mkdsi elvnek megismershez

szksgesek; ha az ispDesignEXPERT fejlesztprogrammal dolgozunk, akkor ezeknek a

belltst a program nllan elvgzi.

Megjegyezend, hogy br a GAL eszkzket a Lattice fejlesztette ki, nhny ms cg,

pldul a National Semiconductor vagy az Intel is kszt GAL-okat illetve azokkal

kompatbilis logikkat. A tovbbiakban kizrlag a Lattice tpusairl esik sz.

3. Mikroprocess zoros irnyt berendezsek

Az ipari folyamatok szmtgppel trtn megvalstsa, mr az 1960-as vekben

kezddtt. Ekkor fejlesztettk, ki az un. folyamatirnyt szmtgpeket. A nagy

szmtgpek nem tudtk megoldani az automatizls korszer kvetelmnyeit. A

krnyezeti hatsok kikszblse, az irnyts sebessge nem valsthat meg ilyen mdon.

Az vtized vgn jelent meg az ipari krnyezetben jl alkalmazhat irnyt berendezs a

PLC (Programabble Logic Controller, azaz a programozhat logikai vezrl). Az els

vltozatot a MODICON cg fejlesztette ki (Modicon 084). Rvid idn bell szmos cg

ksztett PLC -t.

A mikroprocesszor megjelense gyorstotta fel az ipari szmtgpek, PLC k, DDC k

(mikrogpek) fejlesztst, s alkalmazst. A mikrogpek segtsgvel lehetett megva-

lstani a korbban mr elmletileg trgyalt, s javasolt osztott intelligencij irnytsi

rendszereket.

3.1. ltalnos cl mikrogpek s a mikrokont ro l le r

Az ltalnos cl mikrogpek csoportjt alkotjk azok a mikroprocesszoros digitlis

szmtgpek, amelyek mind szmtstechnikai, mind irnytsi, vagy egyb feladatok

szoftvertl fgg megvalstsra alkalmasak.

Az integrlsi technolgia gyors fejldse lehetv tette, hogy egyetlen lapkn (chip) egyre

tbb funkcionlis elemet lehessen megvalstani. A mikroprocesszorok megjelenst

kveten cskkentett konfigurcij mikrogpet ms nven mikrokontroller

(mikrovezrl) - is gyrtottak.

1977 -79 kztt mind az Intel, mind a Motorola elkszti a sajt mikrokontroller csaldjt.

Az Intel ltal kifejlesztett 8031/51 mikrokontroller csalddal kompatibilis mikro-



24.oldal

kontrollereket mindmig sok gyrt kszt. Az alapokat a Digitlis technika tantrgyban

tanultk.

Az 1990-es vtizedben jelentek meg a piacon a MicroChip mikrovezrl csaldja a PIC. A

gyrtmnyaiban alkalmaztk elszr a Flash memrit, amely akkor lpselnyt jelentett a

tbbi kontrollerrel szemben.

A jegyzetben elsdlegesen a 8031/51 csald legjabb fejlesztsi eredmnyekrl adunk

ttekintst.

A kvetkez fejezetben sszehasonltjuk a kt kontroller csald jellemzit

A tovbbiakban sszefoglaljuk a chipbe integrlt digitlis s analg perifrik mkdst, s

az alkalmazsi lehetsgeket. Ugyanakkor trgyaljuk a perifrik programozsnak

mdozatait is.

3.2. MCS51 s a P IC mikrokont rol l e rek fe lp t snek sszeha-sonl t sa

A processzorok felptse alapveten klnbzik. A MCS51-es processzor mag Neumann

felpts, ami azt jelenti, hogy mind az adat- mind a program memria kzs buszra

csatlakozik, s ezen keresztl rhetk el. A PIC klnll program- s adatmemrival

rendelkezik. (Harvard felpts.)

1. Mindkt tpus adatmemrija 8 bites. Az MCS51-es programmemrija szintn 8 bites,

mg a PIC- 12-14-16 bit szles, a csaldtl fggen.

2. Az utastsok hossza az MCS51-es rendszernl egy s hrom bjt kztt vltozik. Az

els bjt a mveleti kd, a msodik bjt az operandus, a harmadik bjt a 16 bites cm

operandus msodik bjtja. A PIC -nl minden utasts egyszavas, kivve a 18-as

csaldot, ahol megjelenik ngy ktszavas utasts.

Cmzsi mdok:

Kzvetlen (direkt) cmzs: mindkt csald tmogatja ezt, ahol egy 8 bites cm jelli ki

az operandus - t. Az MCS51-es rendszerben csak a RAM als 128 bjtja s az SFR

regiszterek cmezhetk ilyen mdon, mg a PIC -eknl a teljes adatmemria elrhet

ilyen mdon.

Kzvetett (indirekt) cmzs: mindkt csald tmogatja ezt a mdot, ahol egy regiszter

tartalma hatrozza meg annak a regiszternek a cmt amivel a mveletet el kell vgezni.

Az SFR memriaterlet az MCS51-nl gy nem rhet el, de klnben mind a kls s

mind a bels memriaterlet elrhet. Hrom mutat segtsgvel trtnik ez a fajta

cmzs: R0, R1, DPTR.A PIC eszkzk mutatknt egy vagy tbb (3) File Select



25.oldal

Regisztert hasznljk erre a clra. (A PIC18-as csaldnl mutat s elemmvelet

egyttes vgrehajtsa is lehetsges.

Regiszteres utastsok: csak az MCS51-es rendszerben: R0-R7 regiszterek hasznlata,

rvidebb utastsok a lokalits elvnek felhasznlsval.

Regiszter-specifikus utastsok: Az MCS51-es rendszerben szmos utastst csak az

akkumultorban lv adaton hajthatunk vgre (pl. CPL A). A PIC -eknl az utastsok

legtbbje brmelyik regisztert hasznlhatja.

lland mint operandus (immadiate): mindkett tmogatja

Indexelt cmzs: MCS51: csak a program memria kezelhet gy. A PIC- eknl a

program memrit cmz SFR regiszterekkel trtnik (PCL, PCLATH). A PIC18-as

csaldnl a TBLRD utastssal a programmemria olvashat, illetve a TBLWR

utastssal rhat.

Bit cmzs: az MCS51-es rendszerben maximum 256 a memriban meghatrozott bit

cmezhet (128 felhasznli, 128 SFR regiszterekben). A PIC -eknl minden bit cmezhet.

A klasszikus MCS51-es rendszerben csak 384 regiszter lehetett a bels RAM - terleten, de

ezt a tovbbfejlesztsekben megnveltk. Jelenleg a PIC18-as csaldnl a legnagyobb

adatmemria 4 Kbjt lehet.

3.3. Dig i t l i s peri frik

A fejezetben megismerkednk - csaldtl fggetlen trgyalsban - a kontrollerek- ben

megtallhat digitlis funkcikat, megvalst perifrikat. Els nagy csoportjuk a Port-

ok, amelyek a microchip s a klvilg be-, s kimeneti jeleit illesztik. A msodik nagy

csoport a szmllk s ezekhez csatlakoz funkcik (capture, compare, PWM konverzi

stb.) A mkds megismerse mellett az alkalmazsi lehetsgekrl is foglalkozunk.

3.3. .1. Portok

A mikrokontrollerek s a klvilg kztt a Port-okon keresztl trtnik az adatforgalom. A

fejlesztsek sorn klnbz illeszt ramkrket alaktottak ki. Legfontosabb kzs

jellemz, hogy brmelyik port ki-, vagy bementknt is hasznlhat legyen.

A 8031/51 mikrokontroller csald els vltozataiban a 15. bra szerinti megoldst talljuk.

Minden port-bithez egy D trol tartozik. A Port rsakor a trol Cp ber jele aktivldik.

Olvasskor viszont a lbhoz csatlakoz tri-state ramkr(k) nyitst vezrli az utasts.

Ennek eredmnyeknt a bels adatbuszra a kls jel kerl. Betartand felttel, hogy a



26.oldal

bemenetknt hasznlt bit troljban 1 rtk kell legyen. Ugyanez a felttel a port

msodlagos funkcijnak hasznlatakor is.

15. bra A 16. bra a kzelmltban fejlesztett kontroller illeszt ramkrt mutatja. A kls terhels

jellegtl fggen md van Open collector, Push-pull s Weak-pullup (lgy vagy cskkentett

impedancij) kimenet belltsra.

16. bra

A gyrtstechnolgia gyors fejldse egyre nvekv elemsrsg chip- ek ksztst tette

lehetv. A nagy elemsrsg lehetsge, hogy sok funkcionlis egysg kerl egyetlen

tokba. Egy-egy alkalmazsnl nem szksges mindegyik egysget hasznlni. gy felesleges

Cp

P3.x

Ucc

Msodlagos kimenet

T D

&

Msodlagos bemenet

Bels adat busz

Port rs

Port olvass

Read modify olvass

&

Weak- Pullup

1

1

VDD

VDD

DGND

Push-Pull

Port-kimenet

Eng. Port-

kimenet

Analg vlaszt

Analg bemenet

Port-bemenet

Port bit



27.oldal

minden egysghez fix lbkiosztst rendelni. A nagyon kltsges kivezetsek (lbak)

cskkentsre mutat pldt a 17. bra szerinti megolds. A Digital Crossbar egy kapcsol

mtrix. A kapcsolatok programozsval oldhat meg, hogy lehetleg optimlisan hasz-

nlhassuk a ki-, bemeneti port-biteket.

17. bra

A 18. bra a PIC csald port kialaktst mutatja. A hrom trol kzl a Data Latch trolja

kiviend bitet. A TRIG Latch vezrli az rs, vagy olvass pillanatt. A beolvasott rtk

pedig a legals trolba kerl. A port vezrlsekor kln kell megadni az irnyt

18. bra



28.oldal

3.3. .2. Oszci lltor

A korszer kontrollerek mkdsnek szinkronozsa bels, vagy kls oszcilltorral

trtnhet. A 19. brn bemutatott ramkrben a rendszer az rajelet (SYSCLK) vagy a tokba

19. bra

ptett oszcilltorbl, vagy a bemenet illeszt-vel csatolt kls klnbz rezgkrtl

kapja. A bels oszcilltor frekvencija s ki-, bekapcsolsa OSC-ICN jel SFR regiszter

bitjeivel vezrelhet. A kls oszcilltor lehet rezontor, kristly, kondenztor, vagy RC

hlzat, amelyet az XTAL1/XTAL2 pontokhoz kell csatlakoztatni. A kls CMOS

ragenertor alkalmazsakor az XTAL1 lb a bemenet.

A reset jel utn a bels oszcilltor adja rendszer rajelt. Az RST lb alacsony szintjnl

mindkt oszcilltor tiltott. Kls jelgenertorra vezrlssel lehet tvltani.

3.3. .3. Idztk-szmllk

A digitlisan megoldhat feladatok legnagyobb rszben alkalmazhat az idzts, vagy

esemnyek szmllsa. A mikrokontrollerek mindegyikben megtallhatk a programozhat

idzt/szmll egysgek. A kvetkezkben tmren ttekintjk a klnbz megol-

dsokat.

ltalnos felpts

A 20.brn tekinthetjk meg a szmll egysgek kzs elemeit. A szmlls rtkt az SFR

memria egy szavban (CT_L CT_H) tolja. A szmlland jel tbb forrsbl egy

multiplexer (MX) vlasztja ki. Programbl vezrelhet a szmlls engedlyezse s a

jelforrs. A vzolt felpts (az zemmd) esetenknt ugyancsak programbl vltoztathat.



29.oldal

20. bra

Bers-ismtls (Download)

A leggyakoribb felhasznls egyike a frekvencia-oszts. A binris szmlls csak a 2 egsz

szm hatvnynak megfelel rtkkel oszthat. A modulus vltoztatsnak egyik megoldsa,

amikor a kezd szmot Ck- programozssal vltoztatatjuk. A szmlls tlcsordulsakor

errl a szmrl kezddik jra szmlls. Amennyiben lland frekvencij jel alkal-

mazsval llthatunk el klnbz frekvencij jelgenertort.

A 21. bra szerinti felptsben az MT_L s MT_H regiszterekbe rjuk be a kvnt kezd

szmot, amely a tlcsordulskor - CT =1 nl trdik a szmll regiszterbe.

21. bra

Cy

MX

CT_L CT_H &

Szmlland jelforrsok

Engedlyezs

Szmll regiszter(ek) Tlcsorduls

Jelforrs kivlaszts

MT_L MT_H Modulus regiszter(ek)

Kezd rtk

Cy

MX

CT_L CT_H & Engedlyezs

Szmll regiszter(ek)

Tlcsorduls

Jelforrs kivlaszts

Szmlland jelforrsok

Kezd rtk



30.oldal

Mintavtelezs (Capture)

A megoldand feladatok kztt gyakran kell mrni az esemnyek kztt eltelt id, vagy egy

harmadik esemny szmt. Frekvencia, kitltsi tnyez meghatrozsa is elfordul a

technolgiai folyamatok irnytsban. A Capture (mintavtelezs) funkci alkalmazsval

22. bra megoldhat a feladat. A 22. bra szemllteti a mintavtelez ramkr egy lehetsges

vltozatt. Az alapszmll (CT_L, CT_H) regisztereinek tartalma a tri-state csatolkapukon

trhat a mintavtelez regiszterekbe (CP_L, CP_H).Programmal vlaszthat ki a

szmlls, a mintavtelez jel forrsa, valamint engedlyezhet a mkds.

sszehasonlts (Compare)

Vltoztathat frekvencij, kitltsi tnyezj s fzis ngyszgjelek llthatk el az

sszehasonlt funkci alkalmazsval. A 23. brn lthat blokkvzlaton a szmll

regiszterek (CT_L, CT_H) tartalmt egy kompartor hasonltja ssze a CR_L, CR_H

regiszterek tartalmval.

23. bra

Mintavtelez jelek

Cy

MX

CT_L CT_H &

Szmlland jelforrsok

Engedlyezs

Szmll regiszter(ek)

Tlcsorduls

Jelforrs kivlaszts

&

MX

CP_L CP_H

Mintavtelez (capture) regiszter(ek)

Jel kivlaszts

MX

Jf Kompartor

Cy CT_L CT_H &

Szmlland jelforrsok Szmll regiszter(ek)

Tlcsorduls

Jelforrs kivlaszts

CR_L CR_H sszehasonlt (compare) regiszter(ek)

Megszakts kr bit



31.oldal

Amikor a kt szmtartalom egyforma, egy jelz flag (Jf) 1-be rdik. A flag lekrdezhet,

vagy megszaktst krhet. A compare regiszterek tartalma programbl rhat. Az egyezsg

jelzsekor programbl vltoztathatk a kimenetknt hasznlt port bitek 1-be, vagy 0-ba. A

jelsorozatok ellltshoz az aktulis megszakts rutinban kell berni a compare

regiszterekbe a kvetkez jelvltshoz szksges rtket.

Gyrtanak olyan kontrollereket is, amelyeknl az sszehasonlt funkci kzvetlen vezrli a

hozz rendelt port biteket. Ilyen a PCB80C552 tpus mikrovezrl. ( A Fggelkben

rszletesen olvashat a mkds s hasznlata.)

Beptett ellenrz ramkr a Watch dog

A kontrollerrel vezrelt irnytsok zavartalan mkdst biztostani kell a kls-, illetve

bels zajok hatsnak jelzsvel, vagy kikszblsvel. A zaj hatsra ltrejtt prog-

ramtveszts, vagy zrt programhurok megszntetsnek egyik megoldsa az un. Watch-dog

szmll alkalmazsa. Ilyen beptett egysg mr a legtbb mikro vezrlben van.

A 24. brn a 80C552 tpus mikrokontroller Watch dog ramkr blokkvzlata lthat. Az

rendszer rajelet (foszc) a nagy kapacits idzt (az brn az eloszt + timer) szmllja. Ha

a szmll tlcsordul, akkor a csatlakoz tranzisztor a kontrollert reset- eli. Ez a program

jbli indulst vezrli. A program inicializl rszben program dntheti el, hogy hibbl

trtnt-e az j indts, vagy nem. Hiba esetn jelzst lehet generlni.

24. bra Az irnyt program, amely mindig ciklikus norml mkdsekor egy programponthoz adott

idtartamon bell mindig visszatr. Ezen a helyen mindig jra kell rni az idzt



32.oldal

regisztereket, s ezzel elkerlhet a tlcsorduls, az automatikus reset. A mkdst kls

lbrl lehet engedlyezni. A regiszterek jratltst a PCON SFR regiszter vezrli.

3.3. .4. Analg perifrik

A krnyezet jeleinek tbbsgt mr eszkzk analg jeleket szolgltatnak. Ezek nagy

hnyada feszltsg, vagy ram. Az irnyts, e jeleket hasznlja a mkds, vagy a

beavatkozs hatsnak ellenrzsre. Az ipari szablyozsok jelents hnyadnl is az

ellenrz jel analg.

A korbbiakban egyedi eszkzk, majd integrlt ramkrk szolgltattk a mrt analg

jelekkel arnyos digitlis informcit. Egyre tbb mikrokontrollerbe integrlnak klnbz

sebessg, felbonts Analg-Digitl ( A/D) illetve Digitl-Analg ( D/A ) talaktkat,

illetve analg kompartorokat.

A fejezetben rviden ttekintjk a megoldsok nhny vltozatt.

Analg-Digitl (A/D) talaktk

A mikrokontrollerekbe tbbcsatorns, nagysgrendi kzelts (successive-approximation)

elven mkd A/D talaktkat integrlnak. A 25. brn egy korszer 12 bites - A/D

talakt felptst mutatjuk be.

A 8 kls analg jel (AIN0 AIN7), valamint a chip hmrsklett mr rzkel (TEMP

SENZOR) jele kapcsoldik a multiplexerre (ANMUX). Az zemmd, s a csatornavlaszt

jelek megfelel kombincija vagy egy, vagy a kls jelek kzl egy sszetartoz pr-t

vlaszt ki. A kivlasztott jel(ek) a programozhat erst (PGA) bemeneteire jutnak. Az

ramkr ezzel a kialaktssal egyetlen analg rtk, vagy kt jel rtkeinek klnbsgt

digitalizlja,

25. bra



33.oldal

Az A/D talakts az albbi mdokon indthat.

1. Szoftverbl a vezrl regiszter egy bitjnek (AD0BUSY) 1-be rsval,

2. Folytonos mrsi sorozat vezrelhet a Timer2, vagy a Timer3 bels idzt/szmll

tlcsordulsval.

3. A CNVSTR lbra adott kls jellel.

Az talakts vgt az AD0BUSY=0 rtke jelzi. E bit rtknek figyelse trtnhet

lekrdezssel (polling), megszakts elfogadsnak engedlyezsvel. A konverzi

befejezse utn olvashatk ki a digitlis eredmny fels-, s als bjtjai.

A legjabb fejleszts A/D talaktknl lehetsg van zemmd belltssal az

eredmny jobbra, vagy balra igaztsra is. Van olyan megolds is, ahol az

rtktartomnyon bell un. ablak jellhet ki, amelyen bell, vagy csak azon kvl trtnik

megszaktskrs. Ez a megolds lehetsget nyjt egy adott rtktartomnyba es jel

figyelsre, feldolgozsra.

Digitl-Analg talaktk

Az automatizlsi feladatok kztt egyre gyakoribb feladat a klnbz idfggvny szerint

vltoz analg jelek ellltsa. Ilyen feladat, pl. a preczis mozgsvezrls, vagy

jelkompenzls stb.

A 26. brn szemlltetett, nagy sebessg Digitl-Analg (DAC) jeltalaktval viszonylag

egyszeren hozhatunk ltre klnbz lefolys analg feszltsget.

26. bra



34.oldal

A jelelllts alapja, hogy egy tmbbe foglaljuk, a felbontsnak megfelel szm digitlis

rtket, amelyek az ellltani kvnt analg jel - egyes idpontokhoz tartoz rtkei. Az

adattmbbl, az egyms utni rtkeket trjuk a D/A talakt adatregisztereibe (DACH,

DACL). Az rst az LSB bjttal kell kezdeni. A bert rtket az temez jel rja t az

tmeneti trba (Latch). E regiszterek tartalmt alaktja analg jell a DAC ramkr,

amelynek kimenethez egy admittancia-illeszt kvet erst csatlakozik.

Az ellltott jel analg rtkt a digitlis jel, mg az idbeli vltozst az temez jel

frekvencija hatrozza meg.

Az bra szerinti ramkrben ngy klnbz temez jel alkalmazhat. Hrom idzt

(Timer 1, 2, 3) valamelyiknek tlcsordulsa, vagy az MSB bjt bersa a DACH jel

adatregiszterbe. Az idztkkel vals idej jeltalakts, mg a berssal szoftver-vezrelt

jelvltozst valstunk meg.

Az ismertetett DAC ramkr 8, vagy 12 bites digitlis informcibl llt el az AV+ -

AGND feszltsgtartomnyba es analg rtket. A mkds tiltsakor a kimenet nagy

impedancij lesz.

Kompartorok

Az irnytstechnikban sokszor alkalmazott kt-, vagy hromllsos szablyozsoknl a

hibajel adott rtknl kell a beavatkoz elemet ki-, vagy bekapcsolni. Az tkapcsols

hiszterzis -es kell, legyen.

A 27. brn szemlltetett kompartor alkalmas a feladat elltsra. Az ramkr

bemeneteinek (IN+ , IN- ) feszltsge hatrozza meg a kimenet llapott. A kt D trol

biztostja a mkds szinkronjt.

27. bra



35.oldal

Programozssal llthat be kvnt hiszterzis. A 28. brn lthat a kimeneti jelalak.

28. bra



36.oldal

3.3. .5. Soros kommunikci

A soros informcicsere a telefonnal kezddik, amelynl kt vezetken keresztl a hanggal

arnyos analg feszltsgtvitel trtnik kt pont kztt. A telefontechnika fejldsnek

eredmnye, hogy a 20. szzad kzepn mr kdolt (digitlis) szveg tvitelt is megvalst a

TELEX. Ekkor szletik meg a V24 jel szabvny, amelynek rsze a mg ma is hasznlt

RS232 szabvny szerint megvalstott soros vonali kommunikci.

Az integrlsi technolgia fejldsnek eredmnye, hogy egyetlen chip -ben, egy

mikrokontrollerben megvalstjk az nll soros kommunikcis hardvert is (I8051/31

csald). Ekkor mg csak az RS232 szabvnynak megfelel a kialakts UART (Unit

Asyinchron Recevie Transmit). A fejlesztsek eredmnye, hogy tovbbi kommunikcis

protokollok szerint mkd soros vonali illesztket alaktanak ki. Ilyenek az I2C (System

Management Bus SMB), vagy az SPI (Serial Peripheral Interface) busz.

Ma mr tbb olyan mikrokontrollert is gyrtanak, amelyekben a felsorolt kommunikcis

illesztk kzl tbbet, vagy mindegyiket kialaktottk. A felhasznl dnti el, hogy a

fejlesztett rendszerben mely kommunikcikat hasznlja.

A tovbbiakban a megemltett hrom vltozat ismertetsre kerl sor.

UART (Unit Asyinchron Recevie Transmit)

A klasszikus RS232 szabvnynak megfelel mkds UART portokkal kt adat-vezetken

keresztl Tx (Transmit ad), Rx (Recevie vev) full-duplex (teljes ktirny)

kommunikcit valsthat meg.

Megjegyzs: termszetesen egy kzs null-vezett is kell hasznlni.

Az UART - soros vonali illeszt blokkvzlata lthat a 29. brn.

Az illeszt ramkr kt, mkdsben egymstl fggetlen egysgbl, az ad-, s a vev

ramkrkbl ll. (A mkdst, temez jelet szolgltat Baud-Rate genertor nem rsze az

UART -nak.) Az SCON sfr regiszterben vannak a soros illeszt egysg zemmd bellt-,

vezrl-, s sttusz-bitjei.



37.oldal

29. bra Elszr az ads mkdst elemezzk. Az indts eltt a Tx kimenet H szinten van. Az

adst az SBUF jel lptetregiszterbe trtn rs kezdemnyezi. A 8 bites informci

mellett a TQ jel trolba 1 a Stop-bit rdik .

Az adatbers egyttal a Tx Control (adst-vezrl) Start bemenetn keresztl elindtja az

albbi lpsek vezrlst.

a Tx Clock bemenetre rkez els temez impulzus (rajel) ideje alatt a Send =1, a Data=0,

ezrt a Tx kimenet L szint lesz. Ez az un. Start-bit, amely jelzi egy bjt adsnak kezdett.

A kvetkez rajeltl kezdve a Data kimenet is 1-be vlt, s ezzel engedlyezi a bert adat

LSB bitjnek kilpst a Tx vonalra.

A kvetkez 8 temben az SBUF tartalmt a kimenetre lp, s a TQ trolba 0-t r s ez ltal

a regiszter utols (9.) bitje lesz csak 1.

A 9. lptets utn kirl a regiszter, s a Zero Detector egysg lelltja a vezrlst. Ekkor

vlt 1-be a TI jel (Transmit Interrupt) bit. A bit rtke megszaktst is kezdemnyezhet, ha

az engedlyezett, vagy lekrdezhet (polling).

Vev

Ad



38.oldal

Az adatkzls teht bjtonknt automatikusan hajtdik vgre. Az adattvitelt kezel szoftver

feladata csak a kvetkez bjt rsa, amikor a TI bit=1.

Az alapmkdst szemllteti a 30. bra

Az RS232 szabvny kommunikci idztse az M1 zemmdban

30. bra Msodszor elemezzk a vev egysg mkdst

Az Rx vonalon rkez adatsorozat a bemeneti informci.

A vev egysg Start bemenetre az ldetektor ad indt jelet akkor, ha a vonalon 1-0

tmenet (adat kezdet) van.

Ettl kezdve, az rajel (Rx Clock) a jelsorozatot - a kerethiba jelz (Frame Error Detector)

ramkrn keresztl a 9 bites bemeneti regiszterbe (Input Shift Regiszter) lpteti.

A kilencedik lptets utn - ha nincs hiba a vett adat trdik az SBUF vev regiszterbe, s

RI (Recevie Interrupt) bit 1 rtkre vlt. Ekkor lehet kiolvasni s feldolgozni a berkezett

informcit.

Az un. pont pont kapcsolatot, - vagyis amelynl csak kt lloms kommunikl -

szemllteti a 31. bra.

31. bra Az elzekben emltett hibafigyel ramkr hiba bitekkel ad jelzst a hibs mkdsrl,

vagy vezrlsrl. A teljessg ignye nlkl kerethiba lehet pldul, ha a jelkezdettl bit



39.oldal

id mlva a jel jbl 1 szint (zaj indtotta vtelt), vagy ha a 9. bit utn sem rkezik Stop-bit

( pl. vonalhiba is okozhatja) stb.

Az UART zemmdjai: A mikrokontrollerek UART egysgei rendszerint tbb

zemmdban is mkdhetnek.

a. A 8 bites, az elzekben lert ads-vtel a leggyakrabban hasznlt zemmd.

b. Tbb- (multi-) processzoros kommunikci a 9 bites adattvitellel alakthat ki.

A 32. brn szemlltetett megoldssal tbb lloms kztt is kialakthat kommunikci. A

kommunikci 9 bites szavakkal trtnik. A 9. bit hatrozza meg, hogy az eltte lv

nyolc bit cm (1), vagy adat (0).

A rsztvevk kzl mindig egyik a master, a tbbiek a slave -k.

32. bra Az adattvitelt mindig a master ramkr kezdemnyezi. A slave egysgek is fogadjk az els

adatot. A kezd bjt annak az egysgnek (slave -nek) a cme, amelyhez informcit kvn

kldeni. Amelyik egysgnl MATCH Detect (lsd. 25.bra) azonostja a cmet, az

engedlyezi a tovbbi kommunikciban val rszvtelt. A tbbi ramkr lekapcsoldik a

buszrl. A tovbbi bjtok adatok, amelyeknl a 9. bit 0. Amennyiben vlasz is kell, akkor

megcserldnek a szerepek s a vlaszad lesz a master.

c. A szinkron zemmd

A 33. brn lthat, hogy az egyik vonalon (Rx) rkezik az adat s msikon (Tx) az temez

rajel.

a.

Az ads-vtel idztsei az zemmdban



40.oldal

b.

33. bra

Tovbbi vltozatot jelent, hogy lehet az ads-vtel fix-, illetve vltoztathat temezs. Az

rajelet rendszerint a kontroller valamelyik idzt/szmllja szolgltatja.

I2C (System Management Bus SMB) busz

Az I2C, Inter IC azaz IC-k kztti busz. Az I2C busz nagybonyolultsg integrlt ramkrk

kztti soros informcicsert biztost megvalst snrendszer. Az tviteli half-duplex

mdon trtnik, sebessge kb. 100-400 kb/s rtkig nvelhet.

A kommunikci ktirny adatvonalon (SDA = Serial Data) keresztl trtnik, s egy

kln rajel (SCL = Serial Clock) szinkronizlja az adatvezetken az adatokat. Mindkt

buszvonalhoz csatlakoz hardver elemek nyitott (open) kollektoros kialaktsak. A busz

elvi felptse a 34. brn lthat.

34. bra



41.oldal

Alaphelyzetben nincs adattvitel, a vonalak magas llapotban vannak (minden csatlakoz

elem kimeneti tranzisztora zrt). Ha brmelyik tranzisztor kinyit, akkor az a vezetket

alacsony szintre kapcsolja. Ezt a megoldst az elektronikban huzalozott vagy kapcsolatnak

hvjk.

A buszon az informciramls irnya alapjn megklnbztetnk Ad ill. Vev

egysgeket. Az tvitel vezrlst a Master eszkz vgzi, irnytva a Slave egysgeket

A funkcik: TRX = Transmitter (ad) egysg, kldi az adatot a buszra.

RCV = Recivier (vev) egysg, adatot fogad a buszrl.

A szerepek: MST = Master (mester) egysg, kezdemnyezi az tvitelt, generlja az

rajelet, s lelltja az tvitelt.

SLV = Slave (szolga): A mester ltal megcmzett egysg.

A mikrokontroller I2C egysge mindegyik szerepre s funkcira kpes. Termszetesen, ha ez

az egysg vezrli a perifrikat (s a gyakorlatban ez a leggyakoribb eset), akkor szerepe:

mester s a perifrik a szolgk.

A busz multi-master kialakts. Ez azt jelenti, hogy buszra kapcsold eszkzk kzl

nem csak egy, hanem tbb is tveheti az tvitel vezrlst. Ezzel kapcsolatos fontos

tulajdonsg az arbitration, vagy dnts. Ez egy eljrs, ami biztostja, ha egynl tbb

mester akarja a buszt vezrelni, akkor ezt csak egyetlen egy tudja megtenni, gy adatveszts

nem lphet fel.

A 35. brn lthat az ramkr elvi felptse.

Az Interface mkdst az 5 SFR regiszteren az

SMBCN vezrl,

SMBCR rajel bellt,

SMBADR cm,

SMBDAT adat,

SMBSTA llapot (sttusz)

keresztl mkdtethet

Az informci tvitel bjtos szervezs. Minden bjt befejezse megszaktst kezdem-

nyezhet.



42.oldal

35. bra Az adatkzls felptst a 36. bra alapjn kvethetjk. Az tviteli szekvencia a kvetkez:

Alaphelyzet a busz kt vonala magas szint.

Az adattvitelt a master az un. START felttellel kezdi azzal, hogy az SCL vonalon

kiadott impulzus magas szintjnl az SDA vonalon egy H-L tmenet hoz ltre.

Ezutn vlnak aktvv a vonalak.

36. bra A kvetkez lpsben a Slave cme kerl az SDA vonalra. A cm 7 bites, s a

nyolcadik bit hatrozza meg az adattvitel irnyt. rs (W) 0 szint, olvass (R) 1

szint.

A kvetkez, 9. rajel alatt az ad egysg elengedi az SDA vonalat, s - a cmzett

vev azt 0 szintre hzza, ami az adat elfogadst acknowledge (ACK) jelzi.



43.oldal

A kvetkezkben trtnik az adatok kldse, amelyek szma nincs korltozva.

Minden bjt vtele utn kvetkezik az ACK jelzs.

Az adattvitel befejezst a mester az un. STOP felttellel zrja le azzal, hogy az

SCL magas llapotban az SDA vonalon egy L-H tmenetet llt el. Ezt kveten

vlnak a vonalak inaktvv.

Ha a vev nem kpes adatot venni, akkor az ACK bit kldse helyett az SCL vonalat hzza

le 0 szintre. Ezt nevezzk vrakoz llapotnak.

A "minden bjt nyugtzsa" szably all kt kivtel van:

Amikor a master a vev (MST/RCV). Ilyenkor az adnak valahogy jelezni kell az a-

dssorozat vgt.. Az ACK jelhez kapcsold rajelet a mester termszetesen gene-

rlja, de az SDA vonalat nem hzza le L szintre. Ez a negatv nyugtzs (NACK).

A msik kivtel: a szolga akkor nem kld ACK jelet, ha nem kpes jabb adatbjtokat

elfogadni. Ez akkor lp fel, ha olyan tvitelt kezdemnyeznk, amit nem kpes

fogadni.

A buszra kapcsold eszkzk cmei kt csoportba sorolhatk:

Az egyikben a cm programozhat, ezek ltalban a mikrokontrollerek.

A msik csoport a klnfle funkcikat megvalst perifria ramkrk. Ezeknl az

eszkzknl a cm kt rszbl ll: a 4 bites tpuscmbl, s a bites hardver cmbl. A

tpus cm az azonos funkcij tokoknl mindig megegyezik. A hardver cmet az adott

tok megfelel lbaira kttt logikai szintekkel llthat be.

Amennyiben a master tbb szolgval vgez egymst kveten - adatcsert, akkor a minden

tvitelt lezr STOP, majd az jabb START llapot sokat lasst az tvitelen. Az tvitel azzal

gyorsthat, hogy a STOP helyett ismtelt START llapot, majd az jabb slave cm

kvetkezik. Ezt nevezzk ismtelt START llapotnak.

Az informcitvitel mindig kt rsztvev az aktulis master s slave egysg kztt

trtnik. Ennek megfelelen ngy vltozat lehetsges. A 37. a,b,c,d brkon szemlltetjk a

vltozatok idbeli lefolyst. Az brkon hasznlt jellsek az albbi jelentsek:



44.oldal

a. master ads

b. master vtel

c. slave ads

d. slave vtel

37. bra



45.oldal

SPI (Serial Peripheral Interface) busz

Az SPI soros vonali kommunikcis egysg ngy vezetken keresztl valst meg full-duplex

adattvitelt. A mkdsi md master-slave jelleg, ahol a kapcsold egysgek brmelyike

lehet a master ramkr. A mkds egyszer, amely a 38. brn bemutatott, pont-pont

kapcsolaton kvethet.

38. bra

A ngy csatlakozs funkcija:

A MOSI (Master Out, Slave In) pontokat sszekt vezetken kldi a master az

adatokat a slave nek.

A MISO (Master In, Slave Out) pontokat sszekt vezetken kldi a slave az ada-

tokat a master nek.

Az NSS (Slave Select) csatlakoz pontra kapcsol H szint, vlasztja ki a slave -t. A

bemutatott brn a master mikrovezrl egyik Port-bitje (Px.y) adja a

kivlasztst.

Az SCK (Serial Clock) vezetkre a master adja a kommunikci sebessgt

meghatroz rajelet. Maximlis rtke a rendszer-rajel (SYSCLK) tizede.

Az SPI kommunikcis ramkr elvi blokk-vzlatt szemllteti 39. bra. A lertak szerinti

mkds

zemmdjt az SPICFG,

vezrlst a SPICN,

az rajelet a SPICKR, s

az adatot SPIDAT

SFR regiszterek felhasznlsval programozhat.

A mkdtet szoftvernl a megszakts (SPI IRQ) is felhasznlhat!



46.oldal

39. bra

Az SPI ramkrkkel is megvalsthat a tbb llomsos kommunikcis hlzat. Az

llomsok kzl az ppen kijellt master szolgltatja az temez jelet. A slave kivlaszts a

mikrovezrl valamelyik port -jn keresztl, esetleg kls ramkrrel kiegsztve trtnhet.

Az elvi felptst mutatja a 40. bra.

40. bra



47.oldal

Az SPCKR regiszter bitjeivel klnbz fzishelyzet szinkronozs valsthat meg. A 41.

brn lthatk a varicik.

41. bra

Az ismertetett kommunikcis interface -k elvi mkdst trgyaltuk. Konkrt alkalmazsuk

az adott mikrokontroller katalgusi adatai alapjn trtnhet.



48.oldal

4. A programozhat logikai vezrlk (PLC) alkalmazsa

A hallgatk a korbbi tanulmnyaik sorn az irnytstechnikban - megismerkedtek a

PLC -k alkalmazsnak alapjaival. Laboratriumban gyakorlatot szereztek a Siemens S7

tpus PLC programozsban. A fejezetben rviden ttekintjk a ma mr nlklzhetetlen

irnytsi eszkzk, a PLC -k fejldst. Rszletesebben foglalkozunk a haznkban taln

legjobban elterjedt hrom gyrt az OMRON, a SCNEIDER s a SIEMENS egy-egy

kszlknek alapvet hardver jellemzivel. Trgyaljuk ezen eszkzk programozst,

alkalmazsi lehetsgeit. Megismertetjk a fejleszti krnyezetek hasznlatt.

4.1. Trtnet i tt ekints

Nehz lenne megmondani, hogy mit tekinthetnk az automatizlsi rendszerek kezdetnek,

mi is volt az els lpcs. Mindenesetre az ipari folyamatirnytst s a PLC -k fejldst

tbb fontos dolog is befolysolta, mint pldul a mikroprocesszorok a flvezetk, s fknt a

termels hatkonysgnak fokozsa. Az ipari vezrlberendezsek teljesen talaktottk, a

termelsi folyamatot, cskkentve az l munkaer-ignyt, nveltk a termelkenysget, s

lland minsget tudtak produklni. Az els ipari kivitel vezrlberendezsek a 1960-as

vekben jelentek meg, a GM amerikai vllalat fejlesztsben. Akkoriban mg Programabble

Controller -nek neveztk. A General Motors megbzsbl a Bedford Associates hozott ltre,

egy j vllalatot olyan cllal, hogy kiszolglja, fejlessze s eladja az j termket a Modicon -

t amit, a Modular Digital Control utn neveztek el gy. Majd 1969-ben eladtk az els

mkd PLC t a 084-es tpusszmt, amely 1 Kb memrival s 128 I/O -val rendelkezett.

Az els PLC tervezsben jelents szerepe volt Richard E. Morley (42. bra) akit mig, a

PLC szlatyjnak tartanak.

Az els genercij vezrlk, programozsa mg nem

volt egysges, nem voltak univerzlis programnyelvek.

Szmos PLC-t, hasonlan a kor kvetelmnyeinek

megfelel szmtgphez, lyukkrtys mdszerrel

programoztak. A lyukkrtys mdszeren kvl nagyon

fontos volt Assembly-nyelv, valamint a gpi kd

programozs. A szmtgpek s a mikroprocesszorok

fejldsvel prhuzamosan fejldtek a PLC -k is.

42. bra



49.oldal

Az 1970-es vekben jelent meg, az ramt-terv -bl kialaktott un. ltra-diagram nev

programozsi nyelv, amelyet napjainkig is tbb-kevesebb mdosts utn - hasznlunk.

A Kand Klmn Villamosipari Mszaki Fiskola Hajtsszablyozs Tanszkn 1980-ban

kezddtt a PLC technika oktatsa.

Az els - MODICON 484 tpus (43. bra) PLC -t OMFB tmogatssal vette meg a

Tanszk. Ezt a kszlket 2002-2003 tanvig hasznltuk az automatika szakos gazati

kpzsnek laboratriumi gyakorlataiban, valamint a szak-zemmrnki, s egyb tan-

folyami kpzsekben.

43. bra Modicon 484

A kszlket programozni - egy I 8080 tpus mikroprocesszorral megptett - kpernys

programoz kszlkkel grafikusan lehetett. Programozsi nyelve a ksbbiekben LL98

elnevezs programnyelv els vltozata volt. Ez tulajdonkppen a ltra-diagram s a

funkci-blokk egyttes alkalmazsa. A fejleszti programot CMOS RAM trolta, s innen is

futtatta a PROM-ba getett monitor program. On-line programozs trtnt.

A kvetkezkben csak (44. 47. brk) felsorolssal mutatjuk be az elmlt 2 vtizedben

nlunk hasznlt PLC -ket. A bemutatott kszlkek programozsa mr PC-n fut fejleszti

krnyezetben trtnt.



50.oldal

44. bra Klckner-Mller PS3

45. bra Omron CQM

46. bra Modicon Micro 612



51.oldal

47. bra Siemens S5

A kvetkez tpus (48. bra) mr az 1993-ban ksztett IEC szabvnyajnls mindegyik PLC

nyelvn programozhat a CONCEPT fejleszti krnyezetben. Ugyanakkor Ethernet

csatlakoztatssal hlzatban is hasznlhat.

48. bra Modicon Momentum

A sorra kvetkez rszekben bemutatjuk a haznkban legelterjedtebb PLC gyrt,

forgalmaz az OMRON, a SCHNEIDER ELECTRIC s a SIEMENS egy-egy PLC -jt.

A laboratriumi gyakorlatokon ezekkel a kszlkekkel tallkoznak, s irnytsi feladatokat

oldanak meg.

4.2. Az a lka lmazott hrom PLC t pus sszehason l t sa

Az ismertetsre kerl hrom kszlk kzl a CJ1M, s az M340 tpusok teljesen

modulris, mg az S7-313C tpus kompakt, amely bvthet tovbbi modulokkal. A mrsi

gyakorlatokon e hrom tpus programozst ismerik meg a hallgatk.

A kvetkezkben tmren sszefoglaljuk a hrom PLC legfontosabb tulajdonsgt.



52.oldal

4.2. .1. Hardver kialakts

A CJ1M tpus modulris PLC az OMRON CJ1 termkcsald legkisebb tagja (49.

bra). Az utastskszlet, a kommunikcis parancsok s a memriaszervezs

szempontjbl kompatibilis a CJ1G/H s a CS1 sorozattal.

CJ1M (OMRON)

49. bra

A Schneider Electric legutbbi fejlesztseinek egyike a Modicon 340 elnevezs

modulris PLC csald (50. bra). A PLC norml s nagy teljestmny processzorai

az egy htlapos programozhat logikai vezrlt irnytjk. A konfigurciban

legfeljebb 11 krtyahely lehet:

M340 (SCHNEIDER E.)

50. bra

Tpegysg

CPU Analg I/O Diszkrt bemenetek

Diszkrt kimenetek

Tpegysg

CPU Analg I/O Diszkrt bemenetek

Diszkrt kimenetek



53.oldal

A Siemens S7 PLC szles vlasztk csald tagja az S7 313C tpus kompakt kszlk. Az egysg tovbb bvthet Klnbz I/O modulokkal (51. bra).

S7-313 (SIEMENS)

51. bra 4.2. .2. A tpegysg

Mindhrom kszlkcsaldban nll tpegysg modulok vannak. A 52. brn az egyes

csaldokhoz tartoz egysgek fnykpei lthatk.

A tpegysgek: 24 Vdc, 48 Vdc vagy 100...240 Vac bemen tpfeszltsgek lehetnek.

PA205C CPS 2000 PS 307

52. bra 4.2. .3. A CPU

Az egyes PLC csaldok kzpont egysgeinek sszehasonltsa sok szempont szerint tr-

tnhet. Felhasznli szempontbl lnyeges adatok:

mkdsi sebessg, utasts/ms.

memriakapacits,

Tpegysg

USB illeszt

S7 313C kompakt PLC Diszkrt bemenetek

Diszkrt kimenetek



54.oldal

maximlis bvt modulok szma,

kommunikcis csatornk szma, tpusai.

A felsoroltak szerint tekintjk a trgyalt hrom PLC tpus jellemzit.

a. Az Omron PLC vlasztkban a CJ sorozat tagja az itt trgyalt CJ1M tpus (53.

bra).

Mkdsi sebessg: 4200 6400 utasts/ms

Memriakapacits:

Programmemria: 2,048 . 4,096 MB

Adatmemria: 128 .. 256 KB

Maximlis bvts: Diszkrt I/O 512 . 1024

Analg I/O 66 2056

Soros kommunikci: 53. bra

CJ1M processzora

b. Az M340 PLC ngyfle processzorral (BMX P340 1000, 2010, 2020, 2030) llthat

ssze (54. bra). A felsoroltak kzl az 1000-es a legkisebb s a 2030-as a legnagyobb

teljestmny.. (Az adatok az 1000 tpusra vonatkoznak)

Mkdsi sebessg: ~7000 utasts/ms Memriakapacits:

Programmemria: 4 MB

Adatmemria: 256 KB

Maximlis bvts: Diszkrt I/O 512

Analg I/O 66

Soros kommunikci: MODBUSZ Ethernet TCP/IP

USB ---- Can Open

54. bra P340 1000 CPU



55.oldal

c. Az S7 300 PLC csald egyik kzepes teljestmny kompakt egysge a 313C

kszlk.

Az 55. brn lthat kompakt kszlknek a processzor mellett diszkrt s analg illeszt,

valamint szmll egysgei is vannak.

Az alapkonfigurci:

24 diszkrt (digitlis) bemenet

16 diszkrt (digitlis) kimenet, valamint

4 analg be-, s

2 analg kimenet, amely ram / feszltsg fogadsra, s mg egy bemenet hmrsk-

let rzkel jelnek fogadsra.

Az egysghez tovbbi modulok csatlakoztathatk.

Mkdsi sebessg: ~ 10000 utasts/ms

Memriakapacits:

Programmemria: 64 KB

Adatmemria: 256 KB

Maximlis bvts:

Diszkrt I/O 1024

Analg I/O 256

Soros kommunikci: Profibusz

55. bra S7-313C kompakt kszlk

4.2. .4. Diszkrt I/O i llesztk

A klnbz cgek ltal gyrtott diszkrt be-, s kimeneti illeszt egysgeinek elvi ramkri

kialaktsa kztt kevs az eltrs.

Tipikus feszltsg 24 Vdc.

Mind a bemeneti, mind a kimeneti oldalon a pozitv szintet alkalmazzk IGEN szintnek. A

bemeneti (56.a.bra) s a kimeneti (b. bra) illeszt egysgek jellegzetes ramkri kialakts

kapcsolsi vzlatai:



56.oldal

a. b.

56. bra Mindegyik gyrt klnbz csatlakozsi szm illesztket kszt. A 8, 16 s 32 a tipikus

be-, kimeneti csatornaszm. Ugyancsak megtallhatk az olyan egysgek, amelyekben mind

be-, mind kimeneti illesztk is vannak. Az utbbiak elssorban a kevs ki-bemeneti szm

feladatok elltshoz elnysek.

A 57. brn mindhrom cg egy - egy diszktt illesztegysgt mutatjuk be

a. b. c.

Omron Schneider Electric Siemens

57. bra

4.2. .5. Analg i llesztk

Az ipari irnytsok tbbsgben kell szablyozsi s mrsi (adatgyjtsi) feladatokat

vgezni. A fizikai, technikai folyamatok jeleibl fleg analg villamos jeleket lltanak el a

klnbz jeladk, tvadk. Az PLC vel trtn automatizlsnl ezrt elengedhetetlenek a

klnbz analg be-, s kimeneti illesztegysgek alkalmazsa. A szabvnyos villamos

jelek kztt leggyakoribb a 4 - 20 mA -es ram, illetve a 10 V - + 10 V tartomnyba es



57.oldal

feszltsg. A PLC csaldok elemvlasztkban tbb vltozatt is megtalljuk az analg

illesztknek. Ezek kztt is vannak olyan modulok, amelyekben be- , s kimenetek illesztk

is vannak.

Az emltett klnbz szabvnyos jelek fogadsra, adsra is alkalmas a legtbb modul.

Alkalmazsuknl szoftveresen kell belltani, hogy az egysgnl milyen jeleket alkalma-

zunk.

A 58. brn lthat modulok rnzsre kevsb klnbznek a diszkrt illesztegysgektl.

A kialaktsban is egybl lthat, hogy melyik gyrt csaldjba tartozik.

Omron Schneider Electric Siemens

58. bra 4.2. .6. A memria

A jegyzetben rszletesebben lert PLC -ben a hasznlt memriaterletek egyik rsze a

kszlkben lv (flash)RAM, msik rsze a flash krtya. Az M340 tpus kszlk mem-

riaterletnek kiosztsa lthat az 59.brn. A tbbi tpusnl is hasonl az elvi kialakts,

ezrt itt nem mutatjuk meg.

59. bra



58.oldal

III. R S Z

Irny ts technikai progr amok ter vezse , fe j lesz ts e



59.oldal

5. Programfejles zts

A fejezetben foglaljuk ssze az irnytsi feladatokat vgz programok fejlesztsnek a

korbbi tanulmnyokban mr trgyalt -legfontosabb alapismereteit. Kln is hangslyozzuk,

hogy a trgyalt fogalmak, eljrsok mind az ltalnos cl mikrogpek, mind a

clhardver PLC k programfejlesztseinl alkalmazhatk.

5.1. A programozs c lja

A mikrogp mkdst meghatroz programot az un. code-, vagy programmemriba

kell trolni az alkalmazott mikroprocesszor, vagy mikrokontroller - a tovbbiakban

processzor - tpustl fgg gpi kdok sorozatval. A program vgrehajtsakor a

processzor innen olvassa ki az utastsokat, s paramtereket.

A programozs clja teht.

egy olyan kdsorozat ltrehozsa, amelyet

egy mikrogp (mikroprocesszor bzis szmtgp) programmemrijba

tltve,

meghatrozza a mikrogp feladat szerinti mkdst.

5.2. A programfej leszt s lpsei

A programfejleszts az albbiakban tmren ismertetett lpsekbl ll.

a. A feladat egyrtelm lersa alapjn az alkalmazhat algoritmusok meghatrozsa. b. A program felptsnek megtervezse. Ezt segti a folyamatbra

megrajzolsa.

c. A programban hasznlt vltozk, konstansok, perifria-cmek meghatrozsa.

d. A forrsprogram (ok) megrsa - valamilyen szvegszerkeszt (editor) segtsgvel - a vlasztott programozsi-nyelv "helyesrsi " (szintaktikai), s tartalmi (szeman-

tikai) szablyai szerint. Ez lesz a program forrsnyelvi formja. A szmt-

gpek, mikrogpek alkalmazsnak szleskr elterjedse a klnbz program-

nyelv vlasztkot is bvtette. A programnyelveket gpkzeli - (assembly), s a

magas szint nyelvek csoportjba sorolhatjuk.

- Gpkzeli az a programozs, amelynl minden programlps

programsor - az alkalmazott processzor egy-egy utastsa . Mivel minden

processzornak sajt utastskszlete van, ezrt a programrs is



60.oldal

processzorfgg. Az ilyen programrst nevezzk assembly vagy ms

kzeltsben utasts szerkezet programrsnak.

- A magas szint programozsi nyelvek (Pascal, C, a PLC nyelvek stb.)

rendszerint a nemzetkzileg elfogadott matematikai , logikai mveletek, s

klnbz ltalnos, a programszerkezet et meghatroz utast-

sok segtsgvel rjk le a feladatot. Ezrt e nyelveken a programozs fg-

getlen attl a gptl, amelyen a programot futatni akarjuk. A magas szint

nyelven trtn programrst mvelet - kzpont programozsnak is

nevezhetjk.

e. A forrsnyelvi programbl a klnbz fordt programok (assembler, compiller) lltjk el a program trgykd (object) alakjt, illetve a programlistt,

amelyek mr a processzor utastskdjait is tartalmazzk. (A lertakbl kvetkezik,

hogy a magas szint nyelveknl is a fordtprogram mr processzortl fgg.)

f. A trgykd programbl, vagy programokbl (tbb modul esetben) a szerkeszt (linker) program lltja el a futtathat programvltozatot.

g. Az gy ellltott programot kell berni (letlteni) a programmemriba. A program-memria lehet fix (ROM, EPROM), illetve irhat-olvashat (RAM) kialakts. A

begets, vagy letlts trtnhet teljes kd (binris), vagy tmrtett (pl. INTEL

HEX) alak llomnybl. Ennek megfelelen a programozs utols lpse a kvnt

formtum-konverzi elvgzse.

5.3. A programfej leszt s e szkze i A programfejleszts leglnyegesebb eszkze az ember, mivel a feladatot megvalst

program algoritmusait, felptst, vltozk, konstansok meghatrozst stb. csak alapos

tervez, elemz munkval lehet, s kell elvgezni

A programfejleszts trgyi eszkzei ma kizrlag ltalnos cl szmtgpek PC-k, s az

ezeken fut fejleszt-programok segtsgvel trtnik. Termszetesen e programok csak a

technikai httrt adjk. A teljessg ignye nlkl az albbi szoftverek elengedhetetlenl

szksgesek:

a rajzol programok (folyamatbra rajzols),

a szvegszerkesztk, editorok (forrsnyelv llomny rshoz),

az assemblerek, compillerek (a szveges llomny fordtshoz),

a linkerek (az abszolt trgykd llomny szerkesztshez),

az obj-hex, obj-bin talaktk (formtum-konverzihoz),



61.oldal

a szimultorok (a program-szimulcihoz),

emultorok, terminl-monitor programok (a vals idej tesztelshez)

A programfejleszts mdszerei a sokszor az adottsgoktl fggen klnbzek. A PC-k

elterjedsnek kezdetn a fejlesztsi lpsek egyedi vgrehajtsa, esetleg un. parancs-fjlok

(batch) segtsgvel segtettk a hatkonysgot. A szmtgpek, a szoftvergyrts rohamos

fejldse hozta, az un. integrlt fejleszti krnyezetek kialaktst, amelyek a felsorolt

lpsek mindegyikt automatikusan, vagy kzi vezrlssel hajtjk vgre.

A nagy szoftvergyrt cgek klnfle krnyezeteket (DOS, majd Windows opercis

rendszerekben) fejlesztettek. Ezek elssorban az elterjedt magas szint nyelvekhez, gymint

a Pascal, C++ stb. kszltek. A klnbz multitask -os opercis rendszerekben egyms

utn jelentek meg az automatizlt programfejleszt programcsomagok, pl. DELFI,

BILDER stb.

A 8031/51 mikrokontroller csald programfejlesztshez a Keil Electronic cg msfl

vtizede kszt fejleszt programokat (a51.exe, c51.exe, l51.exe, lib51.exe, ohs51.exe),

illetve integrl fejleszt krnyezetet (UV4).

A PLC -k programozshoz is a gyrt cgek ltal kifejlesztett integrlt fejleszti

krnyezetek segtik a mkdtet programok rst, ellenrzst. Ilyenek fejleszti

programcsomagok a CX-Programmer (Omron), Unity Pro XL (Schneider Electric), Simatic

Step7 (Siemens)

A modul mrsi feladatainak megoldsnl a felsorolt fejleszti krnyezetet alkalmazzuk.

5.4. Programszerke zet ek A mikroprocesszoros berendezsek (mikrogpek, PLC -k) programjainak legkisebb egysgei

az utasts-kdok, s paramtereik. A programkdokat a fordtk, compillerek lltjk el.

A program forrs-llomnyt (forrs-fjl) nagyobb egysgek, un. program-blokkok

csoportjaibl kell felpteni, amelyek egy adott jelleg mvelet vgrehajtshoz

szksgesek.

A kvetezekben sszefoglaljuk az elemi programblokkokat, valamint ezek segtsgvel

kialakthat tipikus programszerkezeteket. A lertakat folyamatbrval szemlltetjk.

A feladatot megvalst program tervezsnl clszer folyamatbrt hasznlni.



62.oldal

OP1 s OP2 sszeadsa ; assembly nyelven

. MOV A,OP1 ADDC A,OP2 MOV ERED,A

. /* C nyelven */

. ered = op1 + op2 ;

.

ugrs a folytatsra ; assembly nyelven

. MOV ERED,A LJMP FOLYT

. FOLYT:

MOV DPTR,#NGS .

Elemi program-blokkok

A program szerkezeti elemei az elemi-blokkok.

Mveleti blokk,

egy logikailag sszetartoz (mate-

matikai, logikai, stb.) utastscso-

port.

Felttel nlkli programelgazs

A kvetkez utasts beol-

vassa a memria tvolabbi

cmrl trtnik. A c -

nyelvben nem hasznlnak

direkt ugrst.

Feltteles programelgazs

Egy vltoz (bjtos, bites)

aktulis rtktl fgg,

hogy az j utasts beol-

vassa a programmemria

kvetkez, vagy tvolabbi

cmrl trtnik.

ha az A=0 ugrs a folytatsra ; assembly nyelven

. ADDC A,OP2 JZ FOLYT MOV ERED,A . FOLYT: MOV DPTR,#NGS

. /* C nyelven */

. if(ACC==0) { ered = ACC } . //folyt

.

Mvelet

n. utasts

n+1. utasts

n. mvelet

n+1. mvelet

felttel igaz? nem

igen



63.oldal

Tbbirny programelgazs

A alkalmazsokban gyakori feladat, hogy egy vltoz rtktl fggen klnbz

mveleteket kell vgrehajtani. Ilyen esetben, a programban tbbirny elgazst, prog-

ramugrst kell berni.

A V1 aktulis rtktl fgg ugrs

assembly nyelven MOV A,V1

CJNE A,#E1,FO1 JMP MUV1

FO1: CJNE A,#E2,FO2 JMP MUV2

FO2: CJNE A,#E3,FO3 JMP MUV3

. FOn: CJNE A,#En,NV JMP MUVn

MUV1: . . ; 1. mvelet JMP NV

MUV2: . . ; 2. mvelet JMP NV

MUVn: . . ;n. mvelet NV: . ; folytats

Nincs vlto-zs folytats

A = vltoz

A =1.rt?

Ige

1. mveletre

A =2.rt? Nem

2. mveletre

A =3.rt? Nem

3. mveletre

A =n.rt?

Ige

Nem

n. mveletre

Ige

Ige

Nem



64.oldal

C nyelven

switch (V1) { case E1 : /*1.mvelet*/ ; break; case E2 : /*2

zalotay peter programozhato iranyitasok i

Documents