А. Соколов

Процессорный модуль на базе микроконтроллера фирмы INFINEON

Рост темпов производства после экономического кризиса 90-х годов предопределил необходимость принятия срочных мер по реновации оборудования.

Серьёзную проблему для машиностроителей представляет отсутствие в стране средств автоматизации отечественного производства, а так же наличие большого парка станков с устаревшими электронными системами управления: программоконтроллеры "МикроДАТ", УПУ ТП и др. Для модернизации программоконтроллеров этих и других типов фирма НТБ разработала процессорный модуль на базе микроконтроллера SAFB-C165-LF, который обладает следующими характеристиками:

• FLASH ПЗУ и статическое ОЗУ по 128 Кб;
• резидентная программа для загрузки программного обеспечения;
• объём памяти пользовательских (технологических) программ 46 или 62 Кб;
• сохранение содержимого FLASH-памяти в течение не менее 10 лет;
• возможность программирования через последовательный порт RS-232;
• сброс при сбоях питания;
• раннее предупреждение о разрядке литиевой батареи;
• таймер Watchdog;
• ток потребления в рабочем режиме - 100 мА;
• напряжение питания - 5 В;
• минимальное напряжение питания - 4,65 В;
• частота кварцевого резонатора - 40 МГц;
• температура эксплуатации - 0...+70 (-45...+85) °С.

Все характеристики и надёжность модуля проверены трёхлетним опытом применения его на шести заводах в самых суровых условиях эксплуатации. Ни один модуль не дал ни одного серьёзного сбоя. Там, где этой суровости не хватало, модуль тестировался в специальных условиях, например, в печах - 24 часа непрерывной работы при температуре 75°C.

Структурная схема модуля показана на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема модуля

Модуль полностью выполнен методом SMD-монтажа с двухсторонним расположением элементов (рис. 2). Размер платы 90x96x1,5 мм. Высота в сборе с батарейкой - до 21 мм, без батарейки - 13 мм. Электрический контакт обеспечивается двумя штыревыми разъёмами X1 и X2 по 20 точек на разъём. Механическое крепление осуществляется четырьмя винтовыми соединениями через пластиковые вставки по углам платы.

Рис. 2. Топология печатной платы модуля

В состав модуля входят:

• микроконтроллер SAF-C165-LF с тактовой частотой 20 МГц;
• 128 Кб статического ОЗУ TC551001 с низким уровнем энергопотребления для системных данных и технологической программы;
• 128 Кб FLASH ПЗУ AM29F010 для хранения системной программы и копии технологической программы;
• супервизор контроля питания LTC1235;
• трансивер LT1281A для последовательного порта RS-232;
• литиевая батарея габаритов R6/AA для хранения технологической программы в ОЗУ (опционально).

Системная программа хранится во FLASH ПЗУ и, в зависимости от того, как с помощью программного обеспечения (ПО) установлены биты в файле состояния программы пользователя, может автоматически загружаться в процессор при включении питания. Из 128 Кб программа пользователя может занимать 46 или 62 Кб, в зависимости от выбранного в ПО рабочего типа процессора.

Программирование модуля осуществляется через последовательный порт RS-232, при этом в качестве программатора может выступать любой IBM-совместимый компьютер с процессором i386 и выше. Скорость обмена выбирается в ПО и может составлять от 110 до 57600 бит/с.

Для визуального контроля состояния модуля на внешние индикаторы выводятся пять сигналов, которые показывают следующее:

• Питание (зелёный) - подаётся ли напряжение 5 В на модуль;
• Работа (зелёный) - находится ли модуль в состоянии РАБОТА;
• Форсаж (жёлтый) - есть ли форсажи в программе и запрещены или разрешены они;
• Разряд источника (жёлтый) - установлена ли литиевая батарея и достаточно ли её напряжение;
• Ошибка (красный) - находится ли модуль в состоянии ОШИБКА.

Кроме этого, при использовании процессорного модуля в сети с помощью интерфейсной платы PControl, действуют ещё два маленьких индикатора:

• Запись (зелёный) - идёт процесс передачи данных из модуля;
• Чтение (красный) - идёт процесс приёма данных в модуль.

Для работы с модулем в ПО используется язык релейно-контактных схем со следующими типами инструкций: битовые (6 шт.), таймеры и счётчики (6), сравнения (8), логики и перемещения (6), математические (14), управления выполнением программы (12), файловые (2), сдвига и шаговые (9), управления входами/выходами и сообщений (8), специальные (3). 1 Кбайт битовых инструкций выполняется за 1,6 мс, а, например, выполняемая логическая инструкция 'И' - за 14,4 мкс.

Все внутренние и внешние (входные/выходные) характеристики полностью соответствуют заявленным характеристикам комплектующих и используются в полной мере.

Данный модуль применяется в контроллерах АСУ PControl производства фирмы НТБ. Также модуль используется с другими контроллерами АСУ, в целях их усовершенствования и модернизации, например:

• МикроДАТ МБ 57.0. Изготовитель г. Киев, Украина.
• PS2000. Изготовитель - VEB NUMERIK iUKARL MARXl. Karl-Marx-Stadt, DDR.
• УПУ-ТП. Изготовитель - НПО "ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА"

В этом случае к модулю поставляется переходная плата на выбранный контроллер для согласования логики работы внутренней шины контроллера и придания процессорному модулю необходимых размеров, чтобы избежать перемонтажа контроллера и внешних цепей. В собранном виде высота конструкции не превышает 25 мм и может быть установлена практически в любой контроллер.

Преимущество первого применения в том, что владельцы оборудования получают более дешевый, по сравнению с импортными, контроллер, не уступающий им ни в чем. ПО модуля выполнено российскими специалистами на русском, естественно, языке. Не следует забывать и о подробном комплекте русской документации, позволяющей легко самообучиться работе с процессорным модулем.

Преимущество второго применения в том, что замена самого уязвимого узла (МикроДАТ) или сразу нескольких узлов (PS, "Пенза") контроллера приводит к резкому улучшению его эксплуатационных характеристик. При этом снятые "родные" модули могут служить ремонтной базой для оставшихся немодернизированных контроллеров.

ПО процессорного режима работает как в режиме На-Связи (on-line) так и в режиме Вне-Связи (off-line) и обеспечивает удобный интерфейс и реализацию всех возможностей модуля. ПО и системная программа модуля поддерживают вышеуказанные контроллеры без каких-либо изменений.

Возможность создания переходных плат для разных контроллеров, а также добавление и в ПО поддержки новых видов контроллеров определяется только экономической целесообразностью.

Тел./факс: (0852) 72 7138, 73 0014
E-mail: ntb@yaroslavl.ru