Архитектура встроенных микроконтроллеров в системе управления комплекса У-70

Балакин С.И., Воеводин В.П., Инчагов А.А., Комаров В.В.

ГНЦ РФ Институт физики высоких энергий, Протвино, Россия

В рамках работ по модернизации системы управления комплекса У-70 создана распределенная система встроенных микроконтроллеров на базе однокристальных процессоров для функционального управления источниками питания магнито-оптических элементов. Задачи управления источниками, работающих в различных технологических системах ускорителя, в принципе мало отличаются друг от друга. Можно выделить следующие основные требования к элементам системы управления нижнего уровня: генерирование аналогового сигнала, соответствующего заданному закону изменения тока источника; выдача управляющих импульсов; измерение токов и напряжений в процессе работы источника; считывание состояния элементов оборудования; обеспечение синхронизаци с циклом работы ускорителя. Для решения этих задач и была создана система встроенных микроконтроллеров. При программировании основное внимание уделялось использованию подходов, обеспечивающих создание универсального программного обеспечения, способного работать в различных технологических системах ускорительного комплекса.

На Рис.1 представлена общая архитектура системы. Нижний уровень системы управления У-70 начинается с контроллера оборудования (КО), который представляет собой каркас в конструктиве MULTIBUS с процессором МЕ-186 (Intel 186). Взаимодействие с верхним уровнем по магистрали MIL1553 обеспечивает модуль REMOTE-TERMINAL (RT), для синхронизации с технологическим процессом через магистраль общей таймерной системы использутся модуль ПРИЕМНИК ТАЙМЕНЫХ СООБЩЕНИЙ (ПТС), взаимодействие со встроенными контроллерами осуществляется через модули BUS CONTROLLER (BC), число которых определяется объемом технологического оборудования. Основные принципы работы контроллеров оборудования в системе управления описаны в работе [1].

ВС построен на основе MCU AT90C52 с тактовой частотой 24 Мгц , RAM 32К. Все взаимодействие со встроенными контроллерами (МК321) осуществляется по магистрали RS485 в режиме полу-дуплекс со скоростью 125 Kbaud. Для этого используется UART AT90C52 со всеми его возможностями. Эта магистраль используется и для обмена данными, и для синхронизации работы контроллеров с технологическим процессом.

На Рис.2 представлена блок-схема МК321. Модуль содержит два MCU. AT90C52 обеспечивает взаимодействия с ВС, выдачу управляющих импульсов, измерение двух внешних аналоговых сигналов и считывание внешних стстусных сигналов. Второй (AT90S8515) используется в качестве генератора функций (ГФ) для задания закона управления током источника питания. Вектора, составляющие функцию, формируются с использованием алгоритма двоичного умножения частоты (BRM) с шагом 10 мксек. Все измерения (считывание АЦП) осуществляются по концам векторов ГФ.

Работа встроенных контроллеров основана на принципе «событие – действие» (Рис.3). Имеются ввиду таймерные события, синхронизирующие работу ускорителя. Под «действием» понимается выдача управляющих сигналов – управляющих импульсов и/или начало генерации функции. Таблица соответствия событий и действий в цикле работы ускорителя, в общем случае, специфична для каждого контроллера. Поскольку режим работы источника питания в сеансе определен заранее и меняется достаточно редко, эти данные оформлены как часть конфигурации системы управления, готовятся и хранятся на рабочих станциях верхнего уровня. Все таблицы событий и управляющие данные для встроенных контроллеров хранятся КО. В рабочем режиме он определяет включение питания того или иного контроллера и автоматически загружает в него всю необходимую информацию. В каждом цикле работы ускорителя МК321 способен генерировать до 12 различных функций с общим числом векторов 64. Для обеспечения работы в режиме Pulse to Pulse Modulation (PPM) в контроллере хранятся 8 различных экземпляров всех управляющих данных, по числу возможных режимов работы комплекса. Переключение режимов осуществляется по командам КО, который, в свою очередь, получает номер текущего режима с магистрали общей таймерной системы.

Литература

[1] Балакин С.И., Воеводин В.П., Клименков Е.В. Организация прикладного программного обеспечения контроллеров оборудования в новой Системе Управления комплексом У-70 — Труды XVI Всероссийского Совещания по ускорителям заряженных частиц, Протвино, 1998,. т.1, стр.176.

Встраиваемый микроконтроллер (MK232):

Управляющие данные встроенного микроконтроллера:

Описание Режима:

Основные параметры системы: