在工业控制中,控制器系统的可靠性和稳定性是最重要的参数,被控的机械部分的动作都随控制器的指令行事,如果系统不稳或数据出错,所造成的危害是巨大的.控制器的的稳定性取决整体元器件的抗干扰性能的能力.比如:CPU 的可靠性(主要抗干扰能力),存储器的可靠性等等.下面是一般的工业控制器的简单框图
控制器存储框图
工作原理:
EEPROM存储系统的基本配置,(比如:在熟码机床控制中,存储什么样的刀,对应用多大的
力);这些参数一经调试设计好,用户是不用修改,只有在升级或更改控制方式时,经厂商工程师
修改.
SRAM 主要的功能用于复杂的计算(缓冲器)和记录工作的轨迹,在记录工作的轨迹很重
要,对于一些精密零件的加工,需要有复杂工作轨迹模型,同时也要记录加工过程中已经到了
轨迹的什么位置,该存储器的轨迹输入是有用户设置,轨迹的运行状况,由机器自动产生,为了
恢复现场和多次加工同一产品时的方便,一般增加一电池用于保存SRAM 中的数据.
FLASH 存储程序和加工的历史数据,对应基本不改的配置可以存储到FLASH 中.
框图问题分析
这是一种普遍采用的设计,存储器的种类比较多,电路比较负责,更主要的是SRAM 本身
存在误码率的问题(SRAM 面数据随时可能发生改变),还有电池有耗尽和漏电解液的问题.为
了解决漏电解液的问题,一些厂商采用NVRAM,
NVRAM 的控制框图:
工作原理:
EEPROM存储系统的基本配置,(比如:在熟码机床控制中,存储什么样的刀,对应用多大的
力);这些参数一经调试设计好,用户是不用修改,只有在升级或更改控制方式时,经厂商工程师
修改.
NVRAM 在运算时,其工作方式和SRAM 一样,在记录工作的轨迹很重要,对于一些精密
零件的加工,需要有复杂工作轨迹模型,同时也要记录加工过程中已经到了轨迹的什么位置,
该存储器的轨迹输入是有用户设置,轨迹的运行状况,由机器自动产生,由于内部嵌入了电池,
所以能保护现场和存储拥护输入的数据..
FLASH 存储程序和加工的历史数据,对应基本不改的配置可以存储到FLASH 中.
框图问题分析
NVRAM 有二种,一种为SRAM+电池型,另一种SRAM+EEPROM 型,不管那一种首先价
格比较贵,
另外在性能方面,如果NVRAM 是SRAM+电池型,有电池用完的危险,我们都知道
NVRAM 只能用3-5 年,以后可能电池没有了,另外,NVRAM本身是SRAM, SRAM本身存在
误码率的问题(SRAM面数据随时可能发生改变),所以用于工业控制的数据存储不是很可靠.
如果NVRAM 是SRAM+EEPROM 型,由于此存储器的原理是在工作时,MCU 操作的是
SRAM,在检测到掉电后在把数据存储到EEPROM 中,这样也存在发生事故时数据写不进的
危险.所以数据存储也不是很可靠.
FRAM在工业控制应用
现在有一中新型的存储器(FRAM),可以解决在工业控制中SRAM和NVRAM所面临的问
题.首先了解FRAM的特点:
MCU
EEPROM
NVRA
M
FLASH
I2C
BUS
BUS
配置
历史数据
控制器的框图
FRAM的特点:
1) 非易失性,(掉电后数据能保存45年,所有产品都是工业级,温度从负40摄氏度到正85摄
氏度)
2) 擦写次数多,5V供电的FRAM的擦写次数10000亿次,低电压的FRAM的擦写次数为1亿亿次
(无限次)
3) 速度快,串口总线的FRAM的CLK的频率高达20M,并且没有10MS的写的等待周期;并口的访
问速度70NS
4) 功耗低,静态电流小于10UA,读写电流小于150UA;
5) 读写无限次,在FRAM读写次数超过100亿次,5V 供电的FRAM后FRAM还能工作,只是数据不
能保存
6) RTC(精度高达2.17PPM),低电压复位(可以四级编程),可设置的独立WDT,提供
2.5V的比较器,用于检测电网,提供2个16位的计数器,用于防窃电,8*8的可锁定
的存储器,用于产品管理
7) 接口方式与IIC的EEPROM完全兼容,与并口SRAM兼容,与普通SPI接口的EEPROM兼容
控制框图:
工作原理:
对于 5V 的存储器,其擦写次数为100 亿次
如果把 FRAM 作为运算暂存的缓冲存储器
有可能读写次数超过 100 亿次,但是这些数
据是中间直,掉电后是不用保存的,所以掉电
后丢失也没有关系.
系统有一些出厂时有一些配置掺数,FRAM 存
储时间可以高达 100 年,配置参数的修该的次
数少,因此数据不会丢失,系统有些终端数据需
要保存,但是就一般而言,100 亿次的修改次数
足够满足要求了.
如果系统是低电压系统,低电压的FRAM 的擦
写次数是无限的,就更没有问题了
只要在设计中,把存储器分区,FRAM就可以完全取代EEPROM+SRAM+电池,所以成本要低;由于FRAM是靠材料特性来保存数据,这种材料并非磁性材料,所以从原理上磁场对数据是没有影
响,在实际中,电场对数据也没有影响,所以他可抗干扰性能及其强,适合在非常复杂的环境中
记录一些重要的数据,因此可靠性要好
重点推荐 FM20L08
功能
1) 128K*8 的FRAM
2) 内部数据低电压保护并有低电压输出
3) 块的口令写保护功能
由于 FM20L08 有内部数据低电压保护和块的口令写保护功能可以使数据更加可靠,不但
可以防止上下电系统对存储器的误写,而且可以预防系统在工作过程中,如果干扰使系统混
乱时,重要的数据保护.
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