Implementación de FPGA de temporizadores asistidos por hardware basados en IEC 61131-3 para controladores lógicos programables
Autores: Chmiel, Miroslaw; Czerwinski, Robert; Malcher, Andrzej
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Implementación de FPGA de temporizadores asistidos por hardware basados en IEC 61131-3 para controladores lógicos programables
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Diseños
Bloques de funciones de temporizador
IEC 61131-3
Funcionalidad de temporizador
Opciones de implementación
Temporizador-encendido
Temporizador-apagado
Temporizador-pulso
Hardware
Tipo software
Temporizadores de múltiples canales
Detectores de flanco
Determinación de tiempo
Flip-flops D
Lenguaje Verilog
Chip FPGA
Interfaz
Controladores lógicos programables
Arquitectura de CPU
Soporte de hardware
Familia Kintex UltraScale+
AMD-Xilinx.
Licencia
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Citaciones: Sin citaciones
Los diseños de bloques de función de temporizador (FB) se presentan en el artículo. Los módulos desarrollados son IEC 61131-3. Se presenta un análisis de IEC 61131-3 en términos de funcionalidad de temporizador y opciones de implementación. Se presentan tres tipos, temporizador-encendido, temporizador-apagado y temporizador-pulso, con cada tipo diseñado para ser totalmente hardware o software. Ambos diseños, hardware o software, pueden funcionar como temporizadores de múltiples canales. Es particularmente notable el diseño tipo software, para el cual se logró una solución sin detectores de flanco. Esta característica se obtuvo invirtiendo el método de determinación del tiempo contando la diferencia entre los tiempos de inicio y fin y utilizando características específicas de los flip-flops D, es decir, las entradas de habilitación de reloj. Los temporizadores presentados fueron escritos en lenguaje Verilog e implementados en un chip FPGA. Gracias al diseño universal de la interfaz, los FB propuestos pueden ser utilizados para el soporte de hardware de controladores lógicos programables (PLC) existentes o como parte integral de CPU de PLC recién construidos. Se propone la idea de una arquitectura de CPU con soporte de hardware. El artículo presenta los resultados de la implementación en un FPGA de la familia Kintex UltraScale+ de AMD-Xilinx.
Descripción
Los diseños de bloques de función de temporizador (FB) se presentan en el artículo. Los módulos desarrollados son IEC 61131-3. Se presenta un análisis de IEC 61131-3 en términos de funcionalidad de temporizador y opciones de implementación. Se presentan tres tipos, temporizador-encendido, temporizador-apagado y temporizador-pulso, con cada tipo diseñado para ser totalmente hardware o software. Ambos diseños, hardware o software, pueden funcionar como temporizadores de múltiples canales. Es particularmente notable el diseño tipo software, para el cual se logró una solución sin detectores de flanco. Esta característica se obtuvo invirtiendo el método de determinación del tiempo contando la diferencia entre los tiempos de inicio y fin y utilizando características específicas de los flip-flops D, es decir, las entradas de habilitación de reloj. Los temporizadores presentados fueron escritos en lenguaje Verilog e implementados en un chip FPGA. Gracias al diseño universal de la interfaz, los FB propuestos pueden ser utilizados para el soporte de hardware de controladores lógicos programables (PLC) existentes o como parte integral de CPU de PLC recién construidos. Se propone la idea de una arquitectura de CPU con soporte de hardware. El artículo presenta los resultados de la implementación en un FPGA de la familia Kintex UltraScale+ de AMD-Xilinx.