Программируемый логический контроллер — Википедия

Модульный программируемый логический контроллер

Программи́руемый логи́ческий контро́ллер (сокр. ПЛК; англ. programmable logic controller, сокр. PLC; более точный перевод на русский — контроллер с программируемой логикой), программируемый контроллер — специальная разновидность электронной вычислительной машины. Чаще всего ПЛК используют для автоматизации технологических процессов. В качестве основного режима работы ПЛК выступает его длительное автономное использование, зачастую в неблагоприятных условиях окружающей среды, без серьёзного обслуживания и практически без вмешательства человека.

Иногда на ПЛК строятся системы числового программного управления станков.

ПЛК — устройства, предназначенные для работы в системах реального времени.

ПЛК имеют ряд особенностей, отличающих их от прочих электронных приборов, применяемых в промышленности:

• в отличие от микроконтроллера (однокристального компьютера) — микросхемы, предназначенной для управления электронными устройствами — ПЛК являются самостоятельным устройством, а не отдельной микросхемой.
• в отличие от компьютеров, ориентированных на принятие решений и управление оператором, ПЛК ориентированы на работу с машинами через развитый ввод сигналов датчиков и вывод сигналов на исполнительные механизмы;
• в отличие от встраиваемых систем ПЛК изготавливаются как самостоятельные изделия, отдельные от управляемого при его помощи оборудования.

В системах управления технологическими объектами логические команды, как правило, преобладают над арифметическими операциями над числами с плавающей точкой, что позволяет при сравнительной простоте микроконтроллера (шины шириной 8 или 16 разрядов), получить мощные системы, действующие в режиме реального времени. В современных ПЛК числовые операции в языках их программирования реализуются наравне с логическими. Все языки программирования ПЛК имеют лёгкий доступ к манипулированию битами в машинных словах, в отличие от большинства высокоуровневых языков программирования современных компьютеров.

Первые логические контроллеры появились в виде шкафов с набором соединённых между собой реле и контактов. Эта схема не могла быть изменена после этапа проектирования и поэтому получила название — жёсткая логика. Первым в мире, программируемым логическим контроллером, в 1968 году стал Modicon 084 (1968) (от англ. modular digital controller), имевший 4 кБ памяти.

Термин PLC ввел Одо Жозеф Стругер (англ.)русск. (Allen-Bradley) в 1971 году. Он также сыграл ключевую роль в унификации языков программирования ПЛК и принятии стандарта IEC61131-3. Вместе с Ричардом Морли (англ.)русск. (Modicon) их называют ‘отцами ПЛК’. Параллельно с термином ПЛК в 1970-е годы широко использовался термин микропроцессорный командоаппарат.

В первых ПЛК, пришедших на замену релейным логическим контроллерам, логика работы программировалась схемой соединений LD. Устройство имело тот же принцип работы, но реле и контакты (кроме входных и выходных) были виртуальными, то есть существовали в виде программы, выполняемой микроконтроллером ПЛК. Современные ПЛК являются свободно программируемыми.

Контроллер на базе персонального компьютера[править | править код]

Именно это направление существенно развивается в последнее время, и это обусловлено определенными причинами. Таковыми причинами являются:

• Повышение надежности ПК.
• Наличие разных модификаций ПК в обычном и промышленном исполнении.
• Использование открытой архитектуры.
• Возможность подключения любых модулей УСО, которые выпускаются другими компаниями.
• Возможность использования широкой номенклатуры наработанного программного обеспечения.

Эти контроллеры используются для управления небольшими замкнутыми объектами в промышленности, в специализированных системах автоматизации в медицине и др. направлениях. Контроллер выполняет функции, которые предусматривают сложную обработку измерительной информации с расчетом нескольких управляющих воздействий, при этом общее число входов/выходов не превышает нескольких десятков. Основными достоинствами этих контроллеров является большой объем вычислений за достаточно малый отрезок времени. Схожесть с условиями работы офисных ПК, возможность программирования на языке высокого уровня. Аппаратная поддержка обеспечивается обычными контроллерами, обладающего функциями глубокой диагностикой и устранением неисправностей без остановки работы контроллера.

[1]

Локальный программируемый контроллер[править | править код]

ЛПК подлежит следующей классификации:

• Встраиваемый в оборудование и являющийся его неотъемлемой частью
• Автономный реализующий функции контроля и управления

Эти контроллеры имеют среднюю вычислительную способность, т.е. мощность. Она представляет собой комплексную характеристику, зависит от частоты и разрядности компьютера и объема оперативной памяти. Для реализации передачи информации с другими системами автоматизации локальные контроллеры имеют несколько физических портов. В этих контроллерах реализуются типовые функции обработки измерительной информации, блокировок, регулирования и программно-логического управления. В системах противоаварийной защиты используется специальный тип локальных контроллеров, так как они отличаются высокой надежностью, живучестью и быстродействием. Также предусматривают полную диагностику неисправностей с локализацией их и резервирования компонентов и устройства в целом.

Часто ПЛК состоит из следующих частей:

• центральная микросхема (микроконтроллер, или микросхема FPGA), с необходимой обвязкой;
• подсистема часов реального времени;
• энергонезависимая память;
• интерфейсы последовательного ввода-вывода (RS-485, RS-232, Ethernet)
• схемы защиты и преобразования напряжений на входах и выходах ПЛК.

Обычно вход или выход ПЛК нельзя сразу же подключить к соответствующему выходу центральной микросхемы. Эти выходы характеризуются низкими уровнями напряжений, обычно от 3,3 до 5 вольт. Входы и выходы ПЛК обычно должны работать с напряжениями 24 В постоянного либо 220 В переменного тока. Поэтому между выходом ПЛК и выходом микросхемы необходимо предусматривать усилительные и защитные элементы.

• Централизованная: в корзину ПЛК устанавливаются модули ввода-вывода. Датчики и исполнительные устройства подключаются отдельными проводами непосредственно, либо при помощи модулей согласования к входам/выходам сигнальных модулей;
• Распределенная: удалённые от ПЛК датчики и исполнительные устройства связаны с ПЛК посредством каналов связи и, возможно, корзин-расширителей с использованием связей типа «ведущий-ведомый» (англ. Master-Slave).

Для программирования ПЛК используются стандартизированные языки МЭК (IEC) стандарта IEC61131-3

Языки программирования (графические)

• LD (Ladder Diagram) — Язык релейных схем — самый распространённый язык для PLC
• FBD (Function Block Diagram) — Язык функциональных блоков — 2-й по распространённости язык для PLC
• SFC (Sequential Function Chart) — Язык диаграмм состояний — используется для программирования автоматов
• CFC (Continuous Function Chart) — Не сертифицирован IEC61131-3, дальнейшее развитие FBD

Языки программирования (текстовые)

• IL (Instruction List) — Ассемблеро-подобный язык
• ST (Structured Text) — Паскале-подобный язык
• C-YART — Си-подобный язык (YART Studio)

Структурно в IEC61131-3 среда исполнения представляет собой набор ресурсов (в большинстве случаев это и есть ПЛК, хотя некоторые мощные компьютеры под управлением многозадачных ОС предоставляют возможность запустить несколько программ типа softPLC и имитировать на одном ЦП несколько ресурсов). Ресурс предоставляет возможность исполнять задачи. Задачи представляют собой набор программ. Задачи могут вызываться циклически, по событию, с максимальной частотой.

Программа — это один из типов программных модулей POU. Модули (POU) могут быть типа программа, функциональный блок и функция. В некоторых случаях для программирования ПЛК используются нестандартные языки, например: Блок-схемы алгоритмов С-ориентированная среда разработки программ для ПЛК. HiGraph 7 — язык управления на основе графа состояний системы.

Инструменты программирования ПЛК на языках МЭК 61131-3 могут быть специализированными для отдельного семейства ПЛК или универсальными, работающими с несколькими (но далеко не всеми) типами контроллеров:

• Конфигурируемые: В ПЛК хранится несколько программ, а через клавиатуру ПЛК выбирается нужная версия программы;
• Свободно программируемые: программа загружается в ПЛК через его специальный интерфейс с Персонального компьютера используя специальное ПО производителя, иногда с помощью программатора.

Программирование ПЛК имеет отличие от традиционного программирования. Это связано с тем, что ПЛК исполняют бесконечную последовательность программных циклов, в каждом из которых:

• считывание входных сигналов, в том числе манипуляций, например, на клавиатуре оператором;
• вычисления выходных сигналов и проверка логических условий;
• выдача управляющих сигналов и при необходимости управление индикаторами интерфейса оператора.

Поэтому при программировании ПЛК используются флаги — булевые переменные признаков прохождения алгоритмом программы тех или иных ветвей условных переходов. Отсюда, при программировании ПЛК от программиста требуется определённый навык.

Например, процедуры начальной инициализации системы после сброса или включения питания. Эти процедуры нужно исполнять только однократно. Поэтому вводят булевую переменную (флаг) завершения инициализации, устанавливаемую при завершении инициализации. Программа анализирует этот флаг, и если он установлен, то обходит исполнение кода процедур инициализации.

• Мишель Ж. Программируемые контроллеры: архитектура и применение. — М.: Машиностроение, 1986
• Э. Парр. Программируемые контроллеры: руководство для инженера. — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. — 516 с. ISBN 978-5-94774-340-1
• Петров И. В. Программируемые контроллеры. Стандартные языки и приемы прикладного проектирования / Под ред. проф. В. П. Дьяконова. — М.: СОЛОН-Пресс, 2004. — 256 c. ISBN 5-98003-079-4
• Денисенко В. В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. — М: Горячая Линия-Телеком, 2009. — 608 с. ISBN 978-5-9912-0060-8
• Минаев И. Г. Программируемые логические контроллеры. Практическое руководство для начинающего инженера. /И. Г. Минаев, В. В. Самойленко — Ставрополь: АГРУС, 2009. — 100 с. ISBN 978-5-9596-0609-1
• Минаев И. Г. Программируемые логические контроллеры в автоматизированных системах управления / И. Г. Минаев, В. М. Шарапов, В. В. Самойленко, Д. Г. Ушкур. 2-е изд., перераб. и доп. — Ставрополь: АГРУС, 2010. — 128 с. ISBN 978-5-9596-0670-1
• О. А. Андрюшенко, В. А. Водичев. Электронные программируемые реле серий EASY и MFD-Titan. — 2-е изд., испр. — Одесса: Одесский национальный политехнический университет, 2006. — С. 223.
• Минаев И.Г. Свободно программируемые устройства в автоматизированных системах управления / И.Г. Минаев, В.В. Самойленко, Д.Г. Ушкур, И.В. Федоренко — Ставрополь: АГРУС. 2016. — 168 с. ISBN 978-5-9596-1222-1

1. ↑ Елизаров И.А., Мартемьянов Ю.Ф., Схиртладзе А.Г., Фролов С.В. Технические средства автоматизации. Программно-технические комплексы и контроллеры: Учебное пособие. М.: «Издательство Машиностроение-1», 2004, — с.7-8 — 180 с.

Контроллер электрического двигателя — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Информация в этой статье или некоторых её разделах устарела. Вы можете помочь проекту, обновив её и убрав после этого данный шаблон.

Контро́ллер — устройство или группа устройств, служащих для управления электрическими машинами, обычно такими, как электродвигатели или электрогенераторы. В состав контроллера обычно входят цепи управления пуском/остановкой двигателя, переключением направления движения, а также схемы аварийной остановки, защиты от перегрузок по току, коротких замыканий.

Контроллеры применяются в системах непосредственного управления (НСУ) и также в системах косвенного управления электрическими машинами: реостатно-контакторных системах управления (РКСУ) и тиристорно-импульсных системах управления (ТИСУ). В более поздних типах систему управления тяговым электроприводом термин контроллер уже не применяется. Так в транзисторно-импульсных схемах управления двигателями постоянного тока орган, обеспечивающий управление режимом работы двигателя называется регулятором, а в системах асинхронного привода — частотным преобразователем.

Барабанный контроллер[править | править код]

Барабанные контроллеры применяются для управления электрическим двигателем до 60 кВт (включение, выключение, изменение направления вращения и частоты вращения) при редких включениях (до 240 включений в час). Недостатком барабанного контроллера является невысокая износостойкость.

Конструкция барабанного контроллера[править | править код]

Барабанный контроллер состоит из вращающегося вала и группы неподвижных контактов. На изолированном валу крепятся металлические сегменты разного размера, расположенные под разными углами друг к другу и являющиеся подвижными контактами контроллера. Отдельные сегменты могут быть электрически соединены между собой.

Неподвижные контакты (контактные пальцы) крепятся на неподвижном основании и изолированы друг от друга. Каждый контактный палец соответствует сегменту вращающейся части контроллера. К ним подключаются внешние проводники.

При повороте вала контактные пальцы соприкасаются с сегментами в последовательности, определяемой взаимным расположением, размерами сегментов и наличием соединений между ними.

Плоский контроллер[править | править код]

Предназначены для плавного регулирования поля возбуждения крупных электрических генераторов и для пуска двигателей большой мощности, так как имеют много ступеней для переключения. Управляется с помощью винтов, которые приводятся в движение с помощью электрического двигателя через червячную передачу. При ремонтных работах контроллер приводится в движение вручную, с помощью рукоятки. Недостаток — малая износостойкость.

Кулачковый контроллер[править | править код]

Управляется с помощью рычага, число включений в час достигает 600. Особенностью является то, что включение происходит за счёт пружины, а выключения за счет кулачка, поэтому контакты разводятся даже при сваривании.

Подробно в статье: РКСУ

Подробно в статье: ТИСУ

• Касаткин А. С., Немцов М. В. Электротехника: Учебное пособие для вузов. — 4-е изд. — М.: Энергоатомиздат, 1983. — С. 424—426. — 440 с., ил. — 240 000 экз.

Что такое контроллер управления | elesant.ru

Вступление

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, Dh585 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).

• Дискретный вход воспринимает только наличие (единица) или отсутствие (ноль) сигнала.
• Аналоговый вход «видит» параметры сигнала.

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.

©elesant.ru

 

определение, схема, устройство и виды :: SYL.ru

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

Во всех моделях контроллеров есть клеммы для подключения питания – некоторые нуждаются в переменном напряжении вплоть до 120 В, а другие — в постоянном до 24 В. Напряжение питания зависит от модели устройства. Входные клеммы обозначаются буквой Х – на каждую подается отдельный сигнал. Общий провод обычно соединяется с нейтралью источника переменного тока или с минусом постоянного.

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:

1. При разомкнутом выключателе на вход не подается напряжение, поэтому на выходе лампа не будет загораться.
2. При нажатии на кнопку подается сигнал на вход. В программе контакты, соответствующие порту, будут активироваться. Все мнимые реле начнут работать внутри контроллера. Это образное обозначение, на деле никаких электромагнитных реле в нем нет. В результате появляется напряжение на выходе контроллера и лампа загорается.

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:

1. При нажатии кнопки, соединенной с выводом Х1, происходит запуск мотора. При этом контакты мнимого реле запускаются и на выходе появляется напряжение питания.
2. При нажатии кнопки, соединенной с Х2, мотор останавливается. При этом происходит игнорирование того факта, что ранее была нажата первая кнопка.

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.

Игровой контроллер — Википедия

Игровой контро́ллер — это устройство ввода информации, которое используется в консольных и компьютерных играх. Контроллер обычно присоединяется к игровой приставке или персональному компьютеру.

При помощи игрового контроллера игрок управляет движением и действиями элементов игры. При этом тип элементов зависит от самой игры, но чаще всего это один из персонажей игры.

Широко используемое в играх сочетание клавиш WASD Руль InterAct V-Thunder для GameCube Negcon — один из вариантов гоночного геймпада (в повёрнутом состоянии).

Традиционные[править | править код]

Типовые устройства ввода. Игровые аппараты — телефоны, ПК, приставки — гарантированно имеют одно из этих устройств.

• Клавиатура и мышь — поскольку эти устройства стали типовыми устройствами ввода для персональных компьютеров, они же обычно используются и для компьютерных игр. Некоторые игровые приставки также допускают подключение мыши и клавиатуры и управление ими в играх.
• Геймпад (игровой пульт) — для аркадных игр. Геймпад является основным устройством ввода в игровых приставках.
• Paddle — контроллер, имеющий ручку для вращения и одну или несколько кнопок действий.
• Трекбол — выглядит как шар, наполовину выступающий из основания, шар двигают, проводя по нему ладонью.
• Аирмаус — контроллер с системой 6DoF, работающий по принципу компьютерной мыши, но в пространстве, а не на плоскости.
• Сенсорный экран — применяется в телефонах, КПК и портативных консолях. В некоторых играх существуют элементы геймплея, ориентированные специально на сенсорный экран.

Специализированные[править | править код]

К специализированным отнесены устройства, ориентированные на определённые типы игр.

• Джойстик — изначально был универсальным игровым устройством. Выяснилось, что в быстрых играх предпочтительнее клавиатура или игровой пульт, и джойстик стал специализированным устройством для авиасимуляторов. Тем не менее, по привычке игровые контроллеры часто называют «джойстиками».
• Автомобильный или мотоциклетный руль — для гоночных симуляторов.
  • Гоночный геймпад — для упрощения игры в гонки на приставке. По сути, это обычный геймпад, в который встроена дополнительная рулевая ось (а иногда и аналоговые кнопки газа и тормоза). Такое устройство стоит намного дешевле полноценного руля.
• Штурвал — для гражданских авиасимуляторов (военные авиасимуляторы используют джойстик).
• Педали — причём педали для авто- и авиасимуляторов имеют принципиально разную конструкцию.
• компьютерный РУД — для авиасимуляторов.
• Рычаг переключения скоростей — для автосимуляторов.
• Пистолет — для стрельбы в объекты на экране.
• Графический планшет — может использоваться для управления курсором вместо мыши.
• Ритм-контроллеры — используются в музыкальных играх и имитируют музыкальные инструменты, такие как гитары, барабаны или пульт диджея (для игр, входящих в семейство Bemani).
• «Танцевальная платформа» (англ. dance pad)^[1] — площадка для танцев (как на игральных автоматах). Представляет собой площадку с несколькими кнопками, на которые можно наступать ногами. Геймплей таких игр заключается в поочерёдном наступании на нужные кнопки, такая «встряска» действительно отдалённо напоминает танец.
• Игровая клавиатура — специализированная клавиатура, кнопки на которой расположены в соответствии со спецификой той или иной игры.
• Контроллер-удочка — для игр-симуляторов рыбалки.
• Микрофон — в некоторых играх микрофон или гарнитура используется в качестве вторичного устройства ввода, с помощью которого подаются команды игре или персонажу и происходит общение игроков.
• Пульт для симуляторов поезда — имитатор пульта для управления тяговым железнодорожным/трамвайным подвижным составом. Существуют несколько мелких производителей; на первых порах из-за отсутствия стандарта специальная резидентная программа либо преобразовывала команды пульта в нажатия клавиш, либо напрямую связывалась с игрой. На данный момент (2016) относительным стандартом стал RailDriver^[2][3].

Технологии захвата движений[править | править код]

С начала двухтысячных годов для игры в авиасимуляторы и для людей с ограниченной подвижностью производили системы отслеживания движений головы. В их числе: промышленные устройства TrackIR и кустарные решения HeadJoy^[4], Cam2Pan, Ender’s Tracker. Также существовали экспериментальные виды геймплея, использующие в качестве контроллера веб-камеру. Так, в игре Flight of Fancy видеокамера следит за движениями (позами) игрока и используется для управления полётом дракона.

Выяснилось, что подобные игры в компании перед большим телевизором довольно занимательны, и первой удачной попыткой сделать захват движения мейнстримом стал Wii Remote^[5], необычной формы пульт, отслеживающий своё положение в пространстве с помощью ИК-датчиков и акселерометров. Ответом Sony стал PlayStation Move. В комплекте Move Starter Pack вместе с контроллером движений PS Move идёт маленькая камера PlayStation Eye, которая отслеживает движения контроллера в трехмерном пространстве и распознаёт образы. В 2010 году появился Microsoft Kinect, позволяющий использовать устные команды, позы тела и показываемые объекты или рисунки.

Экспериментальные[править | править код]

Приборная панель органов управления «Vertical Tank» Control System выпущенная для игры Steel Battalion (возможно подключение к MechWarrior 3 и 4^[6])

К экспериментальным также отнесены устройства, которые существуют в единственной модели, либо после небольшого числа моделей от них отказались.

• Microsoft Strategic Commander^[7] и Logitech CyberMan 1^[8] — когда-то считавшийся перспективным гибрид джойстика и мыши, представлявший собой джойстик, рукоятка которого похожа на многокнопочную мышь на ножке. В связи с тем, что основные покупатели джойстиков — это любители авиасимуляторов, интересный гибрид не получил большого распространения.
• Frag-master^[9] — гибрид джойстика и руля, представляющий собой джойстик, у которого рукоять в виде треугольного руля (острым концом вверх).
• Titans Sphere^[10] — мяч со сквозной дыркой и двумя вертикальными качающимися ручками по бокам.
• Vertical Tank Control System — игровой контроллер для управлениями играми в жанре симулятор меха, выпущенный для игры Steel Battalion^[11][6]

В устройствах для игрового порта потенциометры находятся в джойстике, а АЦП — в компьютере. Поэтому возвращаемые джойстиком числа зависят как от экземпляра АЦП, так и от экземпляра джойстика. Калибровка — это процесс определения, какие числа джойстик возвращает, когда ручка сдвинута до упора вверх, какие — когда до упора вниз, какие — когда она в центре, и т. д. Для калибровки пользователь должен переместить ручку джойстика, во все доступные, крайние положения, а затем вернуть её в центр.

Стандарт USB HID позволяет джойстикам возвращать как «сырые» (некалиброванные) значения (в таком случае джойстик придётся откалибровать вручную), так и окончательные калиброванные (такой джойстик ручной калибровки не требует, все калибровочные величины записаны прямо в память джойстика). Со временем из-за износа джойстик раскалибровывается, и приходится записывать в компьютер (в первом случае) или в джойстик (во втором случае) новые значения.

Существуют два вида обратной связи:

• Force feedback — полноценная обратная связь, позволяющая сделать компьютерные симуляторы ещё более реалистичными.
• Vibration feedback — обратная связь, реализованная не за счёт сервомоторов (как в Force feedback), а за счёт простого вибрационного механизма.

Электрическая схема устройств на игровом порту чрезвычайно проста — вся электроника уже имеется в компьютере, надо только подключить потенциометры и кнопки. Поэтому в конце 90-х — начале 2000-х годов существовало движение людей, строивших самодельные игровые устройства. Особенно это касалось рулей — качающийся узел джойстика сложен в реализации. Появление USB, force feedback и относительно качественных покупных джойстиков по доступным ценам положило конец этой практике.

Впрочем, в последнее время наблюдается возрождение этой субкультуры, хоть и в меньших масштабах: словак Igor Češko (известный, помимо прочего, ИК-приёмником для телевизионных пультов) и литовец Mindaugas Milasauskas разработали MJoy — недорогую плату USB-джойстика^[12][13][14]. Чаще делают уже не рули (в продаже имеется немало рулей приемлемого качества), а сложные многоосные джойстики для железнодорожных и авиасимуляторов: force feedback там не столь критичен, как для автомобилей, а иногда откровенно мешает. К тому же в самолётах огромное количество органов управления: двухосная ручка управления самолётом с триммерами, педали руля направления, ручки управления двигателями по числу двигателей… В случае с необходимостью воссоздать реалистичный пульт управления локомотивом, ситуация не менее простая. Нередки случаи, когда к одному компьютеру подключаются два-три восьмиосных контроллера MJoy16.

Кроме того, среди гиков и ностальгирующих энтузиастов популярны различные модификации контроллеров от старых игровых приставок, которые позволяют подключать их к компьютеру или даже к приставкам последних поколений посредством шины USB. Так, Raphael Assénat написал прошивку для микроконтроллера ATmega8, которая позволяет геймпадам от популярных 8- и 16-битных приставок работать с ПК. А переработанные версии самого устройства, прошивки, позволяющей помимо ПК подключать геймпады ещё и к PlayStation 3, и инструкции на русском языке распространяются под свободными лицензиями^[15].

Дальнейшее развитие субкультуры самодельных джойстиков связано с микроконтроллерными стендами — небольшими платами с припаянными на заводе микроконтроллером и минимальной обвязкой (микросхему поверхностного монтажа вручную припаять непросто). Один из наиболее известных микроконтроллерных стендов — Arduino (хотя существуют и другие, более мощные). Если купить такую плату (например, через eBay), джойстик спаять даже проще, чем построенный на DIP-компонентах MJoy.

Что такое контроллер? Схема контроллера

Что делать, если техника работает на разных «уровнях»? Когда она «общается» на различных языках? Сложно было бы добиться конструктивного выполнения функционала, если бы не полезные дополнения.

Что такое контроллер

Так называется электронное устройство, которое используется, чтобы подключать к магистралям компьютера различные периферийные устройства, которые отличаются своим интерфейсом, принципом действия и конструктивным исполнением. По смысловому значению к контроллеру подойдёт слово «адаптер». Говоря о них, можно сказать, что их назначение является одинаковым. Но контроллером всё же называют более сложные устройства. Под ним понимают приборы, которые могут совершать самостоятельные действия после того, как были получены команды от программы, которая занимается их обслуживанием. Так, в составе сложного контроллера может быть и собственный процессор. Но если рассматривать с точки зрения рядового пользователя, то данные понятия неотличимы и могут считаться синонимами. Вот что такое контроллер.

Дополнительные

Зачем необходимо применять контроллеры, кроме уже указанного посредничества? Наличие подобных устройств позволяет уменьшать нагрузку, которая приходится на центральный процессор. Благодаря этому значительно возрастает производительность системы. Механизм такой помощи заключается в том, что контроллеры освобождают компьютерные центральные процессоры от самых медленных операций ввода или вывода информации. Впервые идея применения специальных интеллектуальных схем, которые будут разгружать ЦП, была реализована в третьем поколении электронно-вычислительных машин коллективного использования ІВМ-360. В Советском Союзе был специфичный аналог ЕС ЭВМ. К появлению четвертого поколения возникла технологическая возможность сбора системы управления в рамках единого кристалла. Таким образом, появились первые микроконтроллеры.

Что в него входит

Сейчас это очень сложная техническая единица, которая значительным образом была доработана со времени своей разработки. В современном среднестатистическом контроллере имеются собственный микропроцессор, регистры внешних устройств, благодаря которым осуществляется взаимодействие устройства ЦП, ОЗУ, ПЗУ, согласующие (буферные) схемы. Вот что такое контроллер. Чтобы представить, что собой являет этот сложный прибор, представьте упрощенную специализированную электронно-вычислительную машину, которая занимается только определённым спектром действий – допустим, осуществляет взаимодействие с клавиатурой, что подсоединена к компьютеру. Как только осуществляется нажатие на клавишу, данная информация передаётся в центральный процессор, где она уже соответствующе обрабатывается им.

Работа с компьютером

Как контроллер работает с персональным компьютером? Для этого необходимо наличие в его ОЗУ соответствующей программы и данных. Попадают они сюда из различных устройств, таких как клавиатура, диски, мыши. Обычно для их обозначения используется термин «внешние». Хотя ради справедливости следует отметить, что некоторые из них (как то дисковод) находится внутри системного блока компьютера. Результат обработки электронно-вычислительной машиной тоже выводится на внешние устройства, такие как принтер, диски, флеш-накопители и монитор. Подводя итог, можно сказать, что для полноценной работы персонального компьютера должен присутствовать обмен данными. Он и называется вводом/выводом. Чтобы обмен данными мог выполнять возложенные на него функции, должны работать два звена:

1. Каждое внешнее устройство, подключаемое к персональному компьютеру, имеет электронную схему, которая используется для управления. А управляет ею драйвер контроллера.
2. Каждый их них взаимодействует с ОЗУ благодаря системной магистрали передачи данных – шине. Все компоненты персонального компьютера, которые должны работать, подключаются к ней с использованием разъемов расширения системы, которые называются слотами.

Для чего они ещё могут применяться? Вот контроллер Simple Communications используется для того, чтобы отслеживать температуру составляющих частей системного блока. Ведь перегрев может привести к тому, что что-то расплавится и выйдет из строя. Поэтому и было предусмотрено такое устройство, которое в качестве реакции может включить/усилить систему охлаждения или ослабить мощность работы компонента. Чтобы любой прибор нормально работал, необходимы драйвера контроллера. Для Windows 7 или другой операционной системы существуют свои системные файлы, которые организуют работу устройства с персональным компьютером.

Схематические изображения и их зависимость от специализации

Теперь немного о схемах. Дело в том, что чего-то одного универсального и признанного не существует. Это связано с тем, что контроллеры существуют для разных целей, и они должны выполнять различный функционал. Именно из-за этого и не приходится говорить про их универсальность. Только подумайте, как может контроллер монитора заставить работать принтер, если он не имеет необходимой аппаратной составляющей. Поэтому в рамках статьи все же размещено несколько образцов, но они здесь показаны больше в ознакомительных целях, чтобы иметь представление о том, как данные устройства сконструированы. Но схема контроллера под каждый конкретный случай должна подбираться отдельно.

Заключение

Итак, мы рассмотрели, что такое контроллер. Как видите, они играют довольно значительную роль в рамках совершенствования таких технических систем, как компьютеры. Конечно, можно обойтись и без них, но тогда придётся говорить о значительных сложностях и падении производственной мощности. Хотя, если посмотреть на каждый контроллер по отдельности, сначала может возникнуть вопрос о том, как такие слабые устройства могут помочь. И действительно, большинство из них обладают незначительными характеристиками, которые могут составлять единицы мегабайтов или даже килобайтов. То есть они могут выполнять даже всего несколько десятков тысяч операций в секунду! Но поверьте, если бы эти задачи были переброшены на центральный процессор, он бы тратил значительно больше из-за сложности организации.

принцип, функции и что такое

Столкнувшись с неполадками в зарядке мобильного гаджета, следует разобраться в особенностях этого процесса и в том, как именно работает контроллер батареи на основе литий-ионной технологии. Мы должны понимать источник возникшей проблемы, чтобы исправить её.

В этой статье предлагаем вкратце рассмотреть принцип работы контроллера батареи и узнать его назначение.

Что такое контроллер батареи?

Контроллер заряда аккумулятора — простыми словами, это печатная плата внутри элемента питания (иногда крепится прямо на его корпусе). Правильное её название «BMS-плата» (Battery Management System), то есть плата системы управления аккумулятором.

Прежде всего, контроллер нужен для сохранения дорогостоящего аккумулятора от критических отклонений напряжения от номинальных 3,7 Вольт путём отключения.

На BMS-плате распаяны электронные компоненты для защиты устройства от неисправностей по электроцепи питания. Без неё работать литий-ионные аккумуляторы теоретически могут, но это приведёт к их скорейшему выходу из строя с высокой вероятностью взрыва.

Из чего состоит контроллер батареи?

Электросхема очень простая и не требует глубоких познаний в схемотехнике. Хотя производители дорогостоящих смартфонов и пытаются усовершенствовать её, но принцип конструкции остаётся одинаковым для всех.

На печатной плате контроллера батареи в большинстве случаев размещаются:

• • резистор в схеме питания,
• • накопительный конденсатор,
• • непосредственно сам контроллер защиты в виде микросхемы,
• • резистор в схеме защиты,
• • терморезистор,
• • MOSFET-транзисторы.

В ряде случаев контроллер распаян на три контакта вместо двух — тогда помимо традиционных «плюса» и «минуса» производитель применяет так называемый «информационный контакт».

Принцип работы контроллера батареи в гаджетах

Каких-то редких узлов контроля цепи питания на аккумуляторах в телефонах, планшетах и ноутбуках вы не встретите, поэтому можно условиться, что все они выполняют примерно одинаковые задачи в мобильных устройствах.

1. Контролирует процесс заряда устройства.

При зарядке с 0% включает режим предварительной зарядки до примерно 10%. Затем увеличивает скорость заполнения ёмкости аккумулятора и постоянным током заряжает до 70-85%. Далее снижает напряжение для завершающего этапа в режиме дозарядки — процесс замедляется для меньшей нагрузки на элемент питания.

Бывает, что контроллер неправильно определяет пограничные значения процента заряда и требует «калибровки».

2. Не даёт аккумулятору перезарядиться.

Есть установленное максимальное значение напряжения для Li-Ion — 4,15-4,2 В. При достижении такой высокой цифры питание отключается (иначе батарея вздуется или даже взорвётся).

3. Защищает батарею от глубокого разряда

Есть также пороговое минимальное значение напряжения для Li-Ion — 2,9-3 В. Более низкие значения приводят к потере ёмкости и другим неприятным последствиям.

4. Ограничивает ток

Принципиальная функция для защиты по току электросиловой цепи («просадки» напряжения на 150 мВ и более), без которой срок службы аккумулятора уменьшится, а также от короткого замыкания.

5. Оптимизация батареи

Её ещё называют «балансировка аккумулятора» — система из последовательно установленных электронных компонентов. Нужна для устранения разброса значений по электросхеме, что увеличивает срок службы слабых звеньев элемента питания, а значит и его самого.

6. Отслеживание температуры

Присутствует не во всех аккумуляторных контроллерах для удешевления, но практически всегда такая функция необходима для защиты от перегрева или переохлаждения. Операционная система также получает эту информацию для отслеживания состояния батареи.

Все значения однократно вносятся в контроллер ещё на производстве. Подстройка через ОС или «перешивка» значений встречается крайне редко. Также производители нередко удешевляют конструкцию контроллера для аккумуляторов телефона и урезают принцип работы в том или ином виде.

Посмотрите видео

Рекомендуем увидеть ликбез с YouTube-канала Energy DIY, в котором подробно и наглядно показано то, о чём мы здесь рассказали вкратце.

***

Теперь вы знаете, что такое контроллер батареи в мобильном устройстве и сможете разобраться, является ли причиной неполадки одна из его функций. Например, это может быть перегрев, либо неисправный адаптер питания со слишком высоким значением напряжения.

Узнайте больше о неполадках

Хотите добавить что-то важное о контроллерах? Оставьте информацию или вопрос в комментарии. Ждём ваши сообщения и ВКонтакте @NeovoltRu.

Подпишитесь в группе на новости из мира гаджетов, узнайте об улучшении их автономности и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов. Подключайтесь к нам в Facebook и Twitter. Мы также ведём насыщенный блог в «Дзене» и на Medium — заходите посмотреть.