38,7K подписчиков

Виды контроллеров — всё не так очевидно

547 прочтений

8 ноября 2023

Контроллеры широко применяются в быту и на производстве для сбора данных и управления электрическими процессами, также электромеханическими устройствами. Они работают по программным алгоритмам, которые можно оперативно изменять. Поэтому контроллеры имеют широкую область применения. Ещё они могут использоваться и в специальных устройствах, например, в гаджетах или в технике.

Что такое контроллер и микроконтроллер?

Контроллер — это электронный каскад, модуль или интегральный компонент, который выполняет целый набор задач (функций) в режиме реального времени. Последний из вариантов является микроконтроллером, если все основные узлы выполнены в виде одной микросхемы.

Дополнительные дискретные компоненты в составе схемы для работы микроконтроллера называются элементами обвязки.

Классификация контроллеров по объёму обрабатываемой информации

Класс величины контроллера зависит от размера шины ввода/вывода. Например, материнская плата компьютера, обычно относится к среднему классу, а сервера – к большому. Причём, каждый из них может содержать несколько малых контроллеров или микроконтроллеров.

Наноконтроллеры

У этого класса приборов до 15 программируемых линий входов/выхода, могут содержать порты или не иметь их вовсе. Кстати, даже в качестве электронной начинки порта используются микросхемы из этого класса - микроконтроллеры. Практически любой накопитель содержит наноконтроллер. Дополнительные примеры – огромное число: от простейшего адаптера питания, до спутникового ресивера.

Малые

Если контроллер имеет от 15 до 100 линий ввода/вывода, то это малый ПЛК (программируемый логический контроллер). Чаще всего, такого класса устройства выполняются в виде одного интегрального микроконтроллера, реже — нескольких. Модульные контроллеры оборудуются разъёмами, каскадные выполняются на основной печатной плате. Для обмена данными они могут содержать один или несколько портов:

RS-232 или RS-485;
SPI;
USB;
I²C и др.

ПЛК малого класса, регулятор температуры

Средние

От 100 до 300 линий ввода/вывода содержится у контроллеров, реже микроконтроллеров, среднего класса. Обычно такие узлы обладают большими объёмами памяти и расширенными коммуникационными портами ввода/вывода данных. Также могут содержать периферийные модули и устройства. Смартфон, планшет или ноутбук — пример таких контроллеров, в автомобилях — ЭБУ (электронный блок управления) или ЭСУД (электронная система управления двигателем).

Производственные контроллеры среднего класса используются, например, для управления станком с числовым программным управлением (ЧПУ) или производственной линией.

Контроллер среднего класса для управления станком с ЧПУ

Большие

У контроллеров большого класса число линий ввода/вывода может быть от 300 до 2000 и более. Обычно это корпоративное или производственное оборудование. Пример – сервер или система управления производственной линией, фабрикой либо электростанцией.

Блочный щит управления атомной станцией, содержащий контроллеры большого класса

Преимущества использования

К преимуществам использования контроллеров можно отнести:

Большая степень автоматизации скоростных процессов;
Высокая скорость управления;
Лёгкость изменения параметров системы;
Простота контроля режимами работы;
Неприхотливость в обслуживании и др.

Программируемые контроллеры обладают универсальностью применения. Достаточно сменить программу или ввести иные данные и устройство можно использовать для других, совершенно отличительных целей. Например, контроллер регулятора температуры можно использовать для управления задвижкой теплообменника в контурах ГВС (горячего водоснабжения). А при изменении параметров и схемы подключения, такое же устройство можно задействовать для работы компрессора холодильной установки.

Виды контроллеров и сферы их применения

Классифицируются контроллеры и по виду назначения, рассмотрим лишь несколько основных.

Домашние

В быту применяется очень большой перечень контроллеров. Например, счётчик электроэнергии, телевизионная или игровая приставка и даже диммер светодиодной ленты — всё это контроллеры. Также электронная начинка многих кухонных и слесарных приборов построена на микроконтроллерах.

Диммер с пультом для управления светодиодной лентой

Производственные

В современном производстве контроллеры используются повсеместно. Начиная от простого частотного преобразователя для управления двигателем, до блока управления конвейером.

RAID-контроллеры

Для хранения и обработки больших и малых объёмов информации используют жёсткие диски и твердотельные накопители. В некоторых аппаратах таких блоков памяти может быть несколько, причём разного типа. Для того чтобы их объединить в одну информационную шину, необходимо специальное устройство – RAID-контроллер.

RAID-контроллер твердотельных и жёстких дисков

Для создания высокопроизводительного массива памяти необходим RAID-контроллер, который поддерживает параметры используемых дисков, без ухудшения оконечных характеристик. Естественно, цена такого устройства может быть значительной. Поэтому при выборе такого прибора необходим учёт характеристик используемых накопителей.

Контроллеры автоматизации

В частном доме может быть установлен блок управления газовым котлом, а в автомобиле — ЭБУ. Это контроллеры автоматизации, их назначение согласно своего названия, для технизации процессов в режиме реального времени. По сути, автоматизацией занимается, практически любой контроллер. Но таковыми называются не все.

Например, в принтере установлен контроллер периферийных устройств, в телевизоре — видеопроцессор. Все они автоматически реагируют на изменения процессов в реальном времени. Но к контроллерам автоматизации их отнести не получится, в эту категорию входят ПЛК, используемые для устройств автоматики. Это могут быть автоматические регуляторы, охранные системы и пр.

Температурный контроллер, используемый для регулирования отопления и контуров ГВС

Производители контроллеров

Качество контроллера напрямую зависит от используемых материалов, добротности оборудования и инновации процессов изготовления устройства. А все эти факторы и их наилучшее сочетание — от производителя. Начинающее производство предприятие, при всём своём желании не может обеспечить высокий коэффициент качества/цены. Это под силу лишь уже устоявшимся брендам. Лишь они в состоянии закупить высокотехнологичное оборудование и выпускать на нём бюджетную продукцию, которая при невысокой стоимости будет обладать хорошими параметрами.

Особо хочется отметить таких лидеров:

Siemens — немецкий бренд, занимающий 30-40% мирового рынка по выпуску контроллеров различного назначения;
Rockwell — американский производитель, выпускающий широкий ассортимент, от наноконтроллеров до крупнейших систем автоматизации;
Mitsubishi Electric — японская марка занимает 3-е место мирового производства систем PLC controller.

Можно продолжить список производителей с рейтингом масштаба производства по его убыванию: