190282. lajstromszámú szabadalom • Elrendezés nagyszámú logikai függvény gyors megoldására
1 .190 282. 2 A találmány tárgya elrendezés nagyszámú logikai függvény gyors megoldására. Az 1960-as évek közepétől a hagyományos relés vezérléstechnikai berendezésk helyett egyre inkább a szabadon programozható vezérlőket (PLC-ket) alkalmazzák, azok számos előnye miatt. Megjelenésüket és gyors elterjedésüket az olcsó LSI áramkörök (mikroprocesszorok, memóriák, stb.) létrejötte tette lehetővé. A PLC-k belső felépítése a már jól ismert egyprocesszoros számítógép szervezésére alapult; központi egységből, memóriaegységből és input/output egységekből épült fel. Lényeges különbség azonban az univerzális mikroszámítógépekhez képest az, hogy a PLC-nek zajos ipari környezetben, széles hőmérséklettartományban kell üzembiztosán működni, és az input/output egységek száma jelentősen megnő (több ezer is lehet). A hagyományos számítógépek programozását magasszintű nyelvek könnyítik meg. Ehhez hasonló a PLC berendezések speciális programozási nyelve, amely a vezérléstechnikusok szaktudásához igazodik. A PLC-kel programozható minimális funkciók az alap logikai függvények, a késleltetők és számlálók. Az egyes PLC-nél megvalósításra kerülő funkciók nagymértékben függnek a választott központi egységtől, a működés szervezésétől. A programozható logikai vezérlők működését is a központi egység kialakítása határozza meg. A központi egységekben leggyakrabban logikai processzorokat, mikroprocesszorokat, vagy vegyes rendszereket alkalmaznak. A logikai processzorok általában logikai egységből és időzítő/vezérlő logikából épülnek fel, és programszámlálóval, memóriával és input/output egység címző logikával vannak kiegészítve. Működés közben a programszámláló címzi a memóriát, amelynek kimenetén egyszerre jelenik meg a változó címe és az utasítás (logikai) típusa. A változó cím értéke szelektálja a megfelelő bemeneti vagy kimeneti változót, amely lehet memóriában tárolt is. A szelektált változó egybites adatcsatornán keresztül jut a logikai processzorba, amely végrehajtja az utasításkód által meghatározott műveletet. Ebben a szervezésben tehát gyakorlatilag egy időben rendelkezésre áll a programszámláló címe, amely szelektálja a felhasználói programtároló következő utasítását és a változó cimét, az utasításkód, valamint a változó címe és emiatt kis késleltetéssel a változó értéke is. így gyakorlatilag egy ciklus alatt megtörténhet egy logikai utasítás végrehajtása. A lehető legegyszerűbb áramköri kialakítással is elérhető 1 ps-os utasítás végrehajtás. Emellett a PLC programozásához szükséges nyelv megvalósítása is egyszerű. A megoldás hátránya az, hogy már a késleltetés-számlálás funkció megvalósításához is további áramkörök szükségesek, kezelésük nehézkes. A PLC-kben leggyakrabban mikroprocesszorokat alkalmaznak, mivel ezekhez már olcsón hozzáférhető hardware/software fejlesztő eszközök, alkalmazástechnikai tapasztalatok állnak rendelkezésre. A mikroprocesszorok intelligensebb utasításkészlete, belső szervezése univerzális feladatok ellátását teszi lehetővé. A mikroprocesszor és memória vagy perifériális egység közötti adatforgalmazás az adatcsatornán keresztül történik, amit a vezérlőcsatornákon levő jelek időzítenek illetve vezérelnek a címcsatornán levő információval kiválasztott helyre vagy helyről. Ez a szervezés lassúbb az előzőnél, viszont az adatforgalmazáshoz kevesebb vezetékre (sínre) van szükség, ami a szokásos adatfeldolgozási feladatoknál előnyös. A PLC-knél viszont a feladatok típusából következik, hogy sok változóval kell viszonylag kis bonyolultságú műveleteket végezni és így ez a szervezés már nem előnyös. A mikroprocesszoros rendszerek legtöbbször interpreter típusú működtető programot használnak, amely a felhasználói memóriában tárolt tömör PLC programot lépésenként értelmezi és végrehajtja. A fentiek következtében ennek a megoldásnak az a hátránya, hogy a szokásos mikroprocesszorokkal 50-100 ps-re adódik egy logikai függvény megoldása, tehát nagyon lassú a műveletvégzés. További hátránynak tekinthető az, hogy elég költséges a működtető program megírása. A PLC-k ciklusidejének csökkentése érdekében vegyes (kétprocesszoros) rendszereket is alkalmaznak, amelyekben a logikai processzor oldja meg a logikai függvényeket, a többi feladatot (késleltetés, számlálás, hibaellenőrzés, kapcsolattartás más egységekkel, stb.) viszont valamilyen mikroproceszorra bízzák. A két processzor alkalmazása miatt azonban ez a rendszer drágább, bonyolultabb, nehezebb a tervezés és a működés összehangolása. Célunk a találmánnyal olyan elrendezés létrehozása, amely felgyorsítja az elsősorban PLC berendezésekben szükséges nagyszámú logikai feladat megoldását. A találmány szerinti elrendezés egy mikroprocesszort, két memóriát, továbbá a többi egységgel összekötött időzítő/vezérlő logikát tartalmaz. A mikroprocesszor programszámlálójának kimenete egy tárolón át az első memória bemenetével van összekötve. Az első memóriára utasítássín és címsín csatlakozik. Az utasítássín és a mikroprocesszor adatsíne közé első engedélyező/tiltó egység és/vagy kódkonverter van kapcsolva. A címsín egy második engedélyező/tiltó egységen át az adatsínnel és egy második címsínen át egy ÉS/VAGY logika egyik bemenetével van összekötve. Az ÉS,/ VAGY logika másik bemenete a tároló kimenetére van kapcsolva. Az ÉS/VAGY logika kimenete a második memória bemenetére csatlakozik. A második memória harmadik engedélyező/tiltó egységen át az adatsinnel van összekötve. A találmány tárgyát a továbbiakban kiviteli példák és rajzok alapján ismertetjük részletesebben. A rajzokon az 1. ábra: a találmány szerinti elrendezés egyik kiviteli alakjának tömbvázlata, és a 2. ábra: egy másik kiviteli alak memóriablokkjának vázlata. Az 1. ábra szerinti kiviteli alaknál az MP mikroprocesszor programszámlálójának A kimenete a TI tárolóval és az IVL időzítő/vezérlő logikával van összekötve. A TI tároló C kimenete az M me5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
