Распределенная автоматизированная система управления

Рис. 3.25. Схема блока согласования.

Операционный усилитель К140УД17 требует для своего питания стабильного напряжения номиналом В., поучаемой с помощью трансформатора с двумя вторичными обмотками, выпрямителя VD7, VD8, VD9, VD10 и двух идентичных стабилизаторов напряжения.

Рис. 2.27. Схема стабилизатора напряжения на В.

Исполниетельные механизмы требуют для своей работы высокого напряжения 220В, а также потребляют достаточно большую мощность. Для формирования рабочих напряжений на них необходимо использовать соответствующие усилители мощности, реализованные на основе биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT).

IGBT представляют собой гибрид биполярного и полевого транзистора и сочетают в себе все их положительные качества. IGBT имеют большую коммутируемую мощность, высокие рабочие частоты, малые статические и динамические потери, малую мощность управляющего сигнала. Несмотря на то, что скорости переключения IGBT достаточно высоки, они включаются все же медленней, чем МОП-транзисторы. IGBT имеют затяжку тока при выключении, что ограничивает частоты переключения с ШИМ и в других ключевых схемах пределом около 50кГц.

Во входной цепи IGBT-транзисторов присутствует достаточно большая емкость, наличие которой связано с технологией производства подобных приборов. Для ее перезаряда требуется специальным образом сформированное напряжение. Для этих целей промышленностью выпускаются специализированные микросхемы драйверов. Их главное назначение – обеспечение выходного тока, достаточного для быстрого перезаряда входных емкостей транзистора, и как следствие, транзистор может работать на больших частотах. В качестве драйвера предлагается использовать микросхему IR2118 от фирмы International Rectifier.

Для питания выходных каскадов силовой части блока необходимо наличие постоянного напряжения величиной 220 В, которое формируется с помощью двухполупериодного выпрямителя, оснащенного сглаживающим фильтром, выполненном на электролитическом конденсаторе.

Рис. 2.28. Схема выпрямителя.

Основное питающее напряжение схемы +5 В. Для его формирования используется схема представленная на рис. 3.30.

Рис. 2.29. Схема стабилизатора +5В.

АЦП микроконтроллера ATmega 16 требует присутствия внешней схемы, обеспечивающей стабильное напряжение UAREF=4,096В. В качестве источника опорного напряжения используется микросхема TL431 (рис.3.31) – прецизионный регулируемый источник опорного напряжения, имеющий в своем составе достаточно сложную схему термокомпенсации, и позволяющий получить точно заданное значение выходного опорного напряжения, стабильное в широком диапазоне температур [10].

Рис. 2.30. Микросхема TL431.

Принципиальная схема САУ смесительного устройства представлена в приложении (чертеж ЦТРК 2101.980901.0000.Э03).

Одной из составных частей современного электронного оборудования стали коммуникационные сети. Они занимают серьезное место в области использования персональных компьютеров, периферийных устройств, офисного оборудования, управления инженерным оборудованием зданий, контроля производственных процессов и даже в таких областях, как управление различными приборами автомобилей и управление бытовой техникой. Однако, в зависимости от области применения требования к сетям совершенно различны. Так как между нижним и верхним уровнями АСУ тепличного комбината происходит постоянный обмен информацией о ходе технологического процесса, поэтому необходимо организовать её надежную передачу.

3.1. Выбор сети

Одним из важных параметров любой сети является скорость передачи информации, выражаемая в битах в секунду [bps], Если в течение долей секунды должны быть переданы миллионы бит информации, как в случае использования компьютерных сетей, то необходимо использование высокоскоростной архитектуры, поддерживающей передачу данных со скоростями порядка 10 миллионов бит в секунду. Такие задачи чаще всего решаются путем использования сети ETHERNET. Сети ETHERNET могут расширяться фактически бесконечно, однако практически размеры сети ограничены финансовыми параметрами, такими как стоимость репиторов, мостов и маршрутизаторов, а также увеличивающейся с ростом сети нестабильностью ее работы и увеличением времени отклика. Существуют также и другие системы, позволяющие обеспечить близкие параметры по скорости передачи информации. Одним из таких примеров являются системы, построенные на основе интерфейса RS485.

Одно из важных свойств сети состоит в минимальных затратах, необходимых для прокладки линий связи, по которым информация из различных точек будет поступать на центральный пульт управления. С центрального пульта может осуществляться контроль за состоянием различных датчиков и, наоборот, могут передаваться сигналы управления открыванием дверей, включением и выключением света, кондиционеров, или подаваться сигналы тревоги, если, например, разбито окно, открыта дверь в недопустимое время или произошел выход процесса за технологические границы. Аналогичная концепция может использоваться для контроля за производственным оборудованием и дистанционного управления им из одной точки.

Для всех этих областей применения характерны некоторые общие свойства, предъявляемые к параметрам сети:

1.  Большое и непредсказуемое число точек расположения приборов.

2.  Значительная протяженность линий связи.

3.  Небольшой объем передаваемых данных.

4.  Некритичность к скорости передачи данных.

Однопроводная информационная сеть MicroLAN имеет следующие преимущества:

1.  Простое и оригинальное решение адресуемости абонентов.

2.  Несложный протокол.

3.  Простая структура линии связи.

4.  Легкое изменение конфигурации сети.

5.  Значительная протяженность линий связи.

6.  Исключительная дешевизна всей технологии в целом.

3.2. Выбор типа линии связи

MicroLAN представляет собой информационную сеть, использующую для осуществления цифровой связи одну линию данных и один возвратный (или земляной) провод. Таким образом, для реализации среды обмена этой сети могут быть использованы, как доступные кабели, содержащие неэкранированную витую пару той или иной категории, так и обычный телефонный провод. Подобные кабели при их прокладке не требуют, как правило, наличия какого-либо специального оборудования. Ограничение максимальной длины однопроводной линии, реализуемое без специальных дополнительных вспомогательных устройств (повторителей), регламентировано на уровне 300м. Как правило, однопроводные линии связи сети MicroLAN имеют структуру, состоящую из трех основных проводников: DATA - шина данных, RET - возвратный или земляной провод, EXT_POWER - внешнее питание не только обслуживаемых ведомых устройств, но и внешних относительно них цепей датчиков и органов управления. В зависимости от способа прокладки, сопряжения с ведомыми устройствами и используемых при прокладке материалов, в соответствии с табл. 3.1 различают три основных варианта качества организации 1-Wire сетей, каждый из которых подразумевает использование особой технологии и аксессуаров при реализации линии [9].

Таблица 3.1. Варианты организации 1-Wire сетей.

При анализе требований к информационной сети АСУ тепличного комбината были отмечены следующие факторы:

1.  Длина линии составляет порядка 300 метров.

2.  Количество ведомых устройств – до 50 шт.

3.  Скорость передачи данных не имеет существенного значения, так как тепличный комбинат представляет собой сильно инерционный объект с постоянными времени порядка 2000 секунд.

Исходя из вышеперечисленных факторов, в информационной сети АСУ тепличного комбината будет использоваться IEEE1394(FireWire) кабель.

Firewire является эластичным огнеупорным кабелем с двойной изоляцией. Он состоит из двух индивидуально изолированных витых пар, плюс два отдельных проводника для подвода питания. Структура такой линии должна использовать один из проводов для передачи данных (DATA), второй в качестве возвратного проводника или земли (RETURN). Эти два сигнала передаются, как правило, по одной из витых пар. Третий проводник необходим для передачи энергии к однопроводным компонентам (EXT_POWER), а четвертый не используется (зарезервирован для применений пользователя).

3.3. Идентификация устройств в сети MicroLAN

Благодаря встроенному сетевому контроллеру, все приборы MicroLAN пригодны для использования в сети с момента своего выпуска. При производстве гарантируется уникальность сетевого адреса для каждого выпускаемого прибора. В сети MicroLAN не существует опасности конфликта сетевых адресов и недостаточности адресного пространства. Каждый прибор, предназначенный для работы в составе сети MicroLAN, содержит страницу данных, необходимую для идентификации прибора, и называемую областью ПЗУ. В эту область при производстве микросхемы записывается с помощью лазерного луча уникальный для каждой микросхемы серийный номер. Занесение этого кода очень строго контролируется в процессе производства, и фирма Dallas Semiconductor гарантирует уникальность серийного номера для каждой микросхемы. Поэтому именно значение серийного номера используется для идентификации прибора в составе сети и для управления доступом к отдельным приборам. Кроме серийного номера в область ПЗУ заносится групповой код, отражающий функциональное назначение микросхемы, и контрольная сумма всех данных в области ПЗУ.

После подачи питания ведущему шины доступны только приборы, подключённые к основному стволу сети. Для взаимодействия с остальными устройствами ведущий шины должен изучить топологию сети. Поэтому на первом этапе выполняется анализ только адресуемых ключей в сети. Начиная с основного ствола, ведущий шины последовательно опрашивает и записывает регистрационные номера всех адресуемых ключей. Затем найденные ключи последовательно открываются, и происходит дальнейший опрос ветвей второго уровня. Обнаруженные на них ключи также регистрируются и по очереди открываются. После этого становится возможным опрос ветвей третьего уровня. Процедура продолжается до окончательного построения топологии сети в памяти контроллера. На следующем этапе ведущий идентифицирует оставшиеся приборы. Для этого, опираясь на изученную топологию переключателей сети, он последовательно открывает все ветви и записывает регистрационные номера обнаруженных приборов. После построения точной топологии сети MicroLAN становится возможен быстрый доступ к каждому прибору. Ведущий открывает все ключи на пути к нему, отменяя при этом выбор всех остальных приборов на линии.

3.4. Выбор топологии сети

Основой архитектуры сетей MicroLAN, является топология общей шины, когда каждое из устройств подключено непосредственно к единой магистрали, без каких-либо каскадных соединений или ветвлений. При этом в качестве базовой используется структура сети с одним ведущим или мастером и многочисленными ведомыми. Конфигурация любой сети MicroLAN может произвольно меняться в процессе ее работы, не создавая помех дальнейшей эксплуатации и работоспособности всей линии в целом, если при этих изменениях соблюдаются основные принципы организации однопроводной шины. Эта возможность достигается благодаря присутствию в протоколе 1-Wire интерфейса специальной команды поиска ведомых устройств (Поиск ПЗУ), которая позволяет быстро определить новых участников информационного обмена. Стандартная скорость отработки такой команды составляет около 75 узлов сети в секунду. Часто при организации больших однопроводных сетей, с целью удобства проводки линии связи, уменьшения ее протяженности или снижения электрической нагрузки на линии благодаря уменьшению одновременно работающих на ней устройств, необходимо обеспечить древовидную структуру 1-Wire линии. Для этого используют ветвления сетей MicroLAN одного или нескольких уровней. Основным элементом при построение таких ветвей является обычный адресуемый ключ типа DS2406P, который обеспечивает ветвление благодаря коммутации возвратного провода однопроводной линии.

Общая схема подключения устройств с помощью однопроводной сети изображена на рис. 3.1. Одна или несколько однопроводных сетей подключаются к COM портам компьютера с помощью контроллера. К контроллеру подключается основная линия однопроводной сети, максимальная длина которой 300 метров (при необходимости линию можно вынести на несколько километров с помощью двух преобразователей RS232-485). Реальная длина зависит от уровня помех и от количества устройств. К основной линии подключаются датчики температуры и ключи дискретного ввода/вывода с помощью отводов длиной не более 3 метров.

Рис. 3.1. Общая структура сети MicroLAN.

В наиболее удалённой точке каждой ветви подключается микросхема iButton™, служащая меткой ветви. Метка позволяет контролировать прохождение электрического сигнала и целостность ветви. Для обеспечения надёжности передачи по сети MicroLAN в условиях нестабильного электрического контакта передача осуществляется в виде отдельных пакетов данных. В информационной однопроводной сети тепличного комбината Каждый пакет завершается контрольной суммой, что позволяет ведущему шины сразу регистрировать ошибки и принимать меры для повторной передачи.

Благодаря наличию в составе любого устройства, снабженного сетевой версией 1-Wire интерфейса, индивидуального уникального адреса (отсутствие совпадения адресов для приборов, когда-либо выпускаемых Dallas Semiconductor, гарантируется самой фирмой-производителем), сеть MicroLAN имеет практически неограниченное адресное пространство. При этом каждый из таких приборов сразу готов к использованию в составе сетей MicroLAN, без каких-либо дополнительных аппаратно-программных модификаций. На рис. 3.2 приведена структура однопроводной сети АСУ тепличного комбината, где ML97U009 - мастер лини (см. пункт 3.7) ML00-12-035 блок питания (см. пункт 3.11), ML02A – метка линии (см. пункт 3.10), ML09 – адресуемый ключ (см. пункт 3.9), ML38Н – устройство измерения влажности и температуры (см. пункт 3.8), Z86E08 – микроконтроллер нижнего уровня АСУ тепличного комбинта.

Рис. 3.2. Структура однопроводной сети АСУ тепличного комбината.

3.5. Принципы работы однопроводной сети MicroLAN

Компоненты однопроводных сетей являются самотактируемыми полупроводниковыми устройствами, в основе обмена информацией между которыми лежит управление изменением длительности временных интервалов импульсных сигналов в однопроводной среде и их измерение. Передача сигналов, для 1-Wire интерфейса, асинхронная и полудуплексная, а вся информация циркулирующая в сети воспринимается абонентами либо как команды, либо как данные. Команды сети генерируются мастером и обеспечивают различные варианты поиска и адресации ведомых устройств, определяют активность на линии без непосредственной адресации отдельных компонентов, управляют обменом данными в сети.

3.6. Программное обеспечение сети MicroLAN

Особенно привлекательным качеством технологии MicroLAN является исключительная простота настройки, отладки и обслуживания сети практически любой конфигурации, построенной по этому стандарту. Действительно, для начала работы достаточно любого персонального компьютера, недорогого стандартного адаптера 1-Wire линии, а также свободно распространяемого фирмой Dallas Semiconductor программного пакета iButton-TMEX Viewer. Пакет iButton TMEX-Viewer позволяет с максимальным комфортом для разработчика идентифицировать любое из ведомых однопроводных устройств на линии MicroLAN и проверить в полном объеме правильность его функционирования в составе всей сети. Так же фирмой Dallas Semiconductor свободно распространяется профессиональный программный пакет разработчика iButton-TMEX SDK, являющийся универсальным средством для профессиональных программистов, который значительно упрощает процесс создания программ для обслуживания устройств с 1-Wire интерфейсом, подключенных через стандартные типы адаптеров к персональным компьютерам РС и некоторым типам карманных компьютеров. Он содержит комплект отлаженных драйверов и утилит для реализации полномасштабного однопроводного протокола. В качестве среды взаимодействия с разработчиком пакет iButton-TMEX SDK использует специальный стандартизованный программный интерфейс API. Кроме того, с fttp-сервера кампании Dallas Semiconductor свободно доступен ряд примеров реализации 1-Wire-протокола для микропроцессора Z86E08 компании Zilog а также готовые библиотеки функциональных программных модулей однопроводного интерфейса для различных программных платформ. Z86E08 входит в состав распределенной микроконтроллерной системы стабилизации микроклимата в теплицах, представляющей собой нижний уровень АСУ тепличного комбината.

3.7. Выбор ведущего адаптера 1-Wire линии

Некоторые виды адаптеров, которые позволяют наделить любой персональный компьютер РС возможностью обслуживать в качестве мастера сеть MicroLAN, выпускаются самой фирмой Dallas Semiconductor. К ним относятся адаптеры для параллельного порта типа DS1410E или для последовательных COM портов типа DS9097E, DS9097U. Часто в качестве ведущего однопроводной шины выступает не компьютер, а простейший универсальный микроконтроллер. Для организации его сопряжения с сетью MicroLAN используются различные программно-аппаратные методы. От простейшего, когда управляющая программа контроллера полностью реализует протокол 1-Wire интерфейса на одном из своих двунаправленных выводов, который подключен к однопроводной линии, до вариантов, позволяющих высвободить значительные ресурсы контроллера, благодаря использованию специализированных микросхем сопряжения с сетью MicroLAN. Такие микросхемы подключаются к контроллеру, играющему роль ведущего шины, через периферийные узлы ввода/вывода, входящие в состав любого универсального микроконтроллера.

В нашем случае, так как АСУ тепличного комбината подразумевает наличие персонального компьютера, в качестве ведущего мы будем использовать адаптер последовательного COM порта ML97U-009.

Адаптер ML97U-009 (см. рис. 3.2) предназначен для организации на базе персонального компьютера мастера, обеспечивающего обслуживание стандартных однопроводных устройств, подключаемых к 1-Wire-сети, построенной по технологии фирмы Dallas Semiconductor Corp., на базе последовательного СОМ-порта персонального компьютера. В основе прибора лежит микросхема DS2480B фирмы Dallas Semiconductor Corp., являющаяся универсальным драйвером для сопряжения 1-Wire-линии со стандартным последовательным портом. ML97U-009 сохраняет все электрические характеристики и функциональные особенности установленного в нем драйвера. ML97U-009 является модификацией адаптера DS9097U-009 фирмы Dallas Semiconductor Corp., используя в качестве встроенной метки прибор DS2502 (групповой код 09Н + 1024 бит однократно программируемой памяти EPROM) [9].

В качестве конструктива устройства ML97U-009 использована стандартная розетка разъема DB-9F с вмонтированным в корпус класса GC приемным разъемом-гнездом типа TJ6P4C (RJ-11), предназначенная для сопряжения 9-пинового последовательного СОМ-порта персонального компьютера с телефонной линией. Внутри корпуса разъема установлена печатная плата, содержащая все компоненты, необходимые для сопряжения последовательного порта с информационной 1-Wire-линией. Подключение однопроводной линии к печатной плате устройства обеспечивается с помощью стандартного приемного разъема-вилки типа TJ6P4C (RJ-11). Адаптер ML97U-009 имеет отдельный узел, выполняющий качественное преобразование напряжения высокого уровня (12В), снимаемого с отдельных, не задействованных для обмена информацией логических выводов СОМ-порта, до уровней (+5В), необходимых встроенным функциональным компонентам схемы прибора.

Вывод EXT_POWER приемного разъема-гнезда TJ6P4C (RJ-11), как правило, запитывается извне относительно потенциала возвратного провода RETURN, от стандартного сетевого трансформаторного блока питания. При этом, возможно использование как стабилизированных, так и нестабилизированных блоков питания. Подключение адаптера ML97U-009 к 1-Wire-линии обеспечивается через приемный разъем-гнездо RJ-11 (6р4с), размещенный на заднем торце его корпуса, с использованием монтируемой на кабеле стандартной телефонной вилки типа RT-11 (6р4с).

3.8. Выбор ведомых устройств

Устройство ML38H (см. рис. 3.2) является законченной ведомой 1-Wire-микросистемой для организации территориально рассредоточенного контроля температуры, влажности и освещенности. Она может являться элементарной ячейкой систем регистрации и регулирования климатических параметров, организованных с использованием однопроводных сетей MicroLAN по технологии фирмы Dallas Semiconductor. Микросистема ML38H предназначена для работы под управлением специализированного мастера (ведущего) однопроводной сети. В состав ML38H, входит три типа датчиков, каждый из которых обеспечивает контроль значений одного из трех климатических параметров окружающей устройство среды:

1.  Для измерения относительной влажности в диапазоне от 0 до 100% с точностью 3% использован датчик HIH3610 фирмы Honeywell.

2.  Датчик для контроля значения температуры окружающей среды в диапазоне от -55°С до +125°С с точностью 2°С непосредственно встроен в корпус DS2438.

3.  Для тестирования уровня освещенности используются показания фотоприемника ФД256, включенного в фотодиодном режиме. Значение сигнала от этого источника тока, преобразуемые в напряжение встроенным в схему ML38H резистивным шунтом, определяют уровень контролируемой освещенности в диапазоне от 0 до 100% с погрешностью -1%.

Каждый из внешних датчиков, входящих в состав ML38H, подключен к одному из входов аналого-цифрового преобразования микросхемы DS2438, что позволяет обеспечить по однопроводной линии MicroLAN свободный доступ к информации о величине выходного сигнала каждого из первичных преобразователей. Кроме того, дополнительный аналого-цифровой вход DS2438 используется для контроля уровня напряжения питания, получаемого всеми узлами микросистемы. Показания температурного датчика, встроенного в микросхему DS2438, а также значение уровня питания микросистемы, получаемые с дополнительного аналого-цифрового входа, используются обслуживающим микросистему ML38H программным обеспечением, с целью коррекции дополнительной погрешности показаний датчиков влажности и освещенности [9].

Устройство ML38H предназначено для использования в шинной структуре MicroLAN, состоящей из четырех проводников и реализованной на базе любых реально доступных информационных кабелей (витые пары 5 категории, плоский телефонный кабель, IEEE1394 (Firewire)).

3.9. Выбор приборов для ветвления сети

Адресуемые ключи представляют собой электронные ком­мутаторы, предназначенные для организации ветвлений в однопроводной сети MicroLAN. Информация, поступающая от мастера шины на вход ключа, может транслироваться в другую ветвь микролокальной сети. И, наоборот, информация из побочной ветви может быть передана через те же выводы в обратном направлении - к мастеру шины. Ключ не требует ис­точника питания. Он берет энергию непосредственно из шины данных. Так же, как и датчики температуры, адресуемые клю­чи в своем составе содержат ПЗУ, благодаря которому мастер может идентифицировать каждый включенный в шину ключ и обращаться к нему с командами. Способ коммутации отдельных ветвей MicroLAN иллюстрируется на рис. 3.3.

Рис. 3.3. Коммутация ветвей сети MicroLAN.

В однопроводной сети тепличного комбината в качестве устройств ветвления используются устройства ML09 (см. рис. 3.2).

Устройство ML09 является законченным ведомым элементом, выполняющим функции ветвителя или коуплера однопроводной линии, при организации 1-Wire-сетей по технологии фирмы Dallas Semiconductor Corp.. Устройство ML09 предназначено для работы под управлением специализированного мастера (ведущего) 1-Wire-сети и может обеспечивать эффективное подключение локальных однопроводных линий к основной магистрали 1-Wire-сети. В основе конструкции ML09 лежит однопроводной компонент DS2409 фирмы Dallas Semiconductor Corp.. ML09 сохраняет все электрические характеристики и функциональные особенности установленного в нем однопроводного компонента.

В качестве конструктива устройства ML09 использована доработанная стандартная телефонная сдвоенная розетка типа TJ2-6p4c, предназначенная для крепления на стену. Помимо двух вмонтированных в корпус приемных телефонных разъемов-гнезд типа 6р4с, которыми стандартное устройство TJ2-6p4c, корпус ML09 содержит третий дополнительный приемный разъем-гнездо типа 6р4с (дополнительный выходной порт AUX), установленный на противоположном ребре корпуса розетки. Внутри корпуса розетки размещена печатная плата, содержащая схему сопряжения однопроводного компонента с различными сегментами информационной 1-Wire-линии. Печатная плата сопрягается с обслуживаемыми участками однопроводной линии (основным стволом сети и локальными ветвями) посредством трех приемных разъемов-гнезд. Каждый из приборов ML09 обеспечивает защиту встроенного однопроводного устройства со стороны подходящей 1-Wire-магистрали (порт 1W) от импульсных помех и сигналов высокого уровня в линии, а также выполняет качественное преобразование подводимого внешнего питания до рабочих уровней встроенных в него компонентов.

Подключение устройства ML09 к основному стволу однопроводной линии обеспечивается через левый приемный разъем-гнездо 6р4с (входной порт 1W). Подключение выходных сегментов однопроводной линий, коммутируемых устройством ML09 к основному стволу 1-Wire-линии, осуществляется следующим образом: Коммутация локальных ветвей с одновременным прерыванием единого ствола, подключенного между входным портом 1 и основным выходным портом MAIN [9].

Снабжение энергией устройств ML09 производится по отдельному проводу EXT_POWER, выделенному в общей структуре однопроводной линии, и запитанному относительно потенциала возвратного провода RETURN, от стандартного сетевого трансформаторного блока питания. Для того чтобы обеспечить надежную передачу энергии на длинные линии, уровень внешнего напряжения питания, поступающего к каждому устройству ML09, выбирается существенно большим уровня, необходимого для питания любых входящих в это устройство компонентов. Возможно использование как стабилизированных, так и не стабилизированных блоков питания.

3.10. Выбор меток линии

Устройства ML02A (см. рис. 3.2) являются законченными ведомыми элементами, выполняющими функции меток, при организации однопроводных 1-Wire-сетей по технологии фирмы Dallas Semiconductor Corp.. Они предназначены для работы под управлением специализированного мастера (ведущего) однопроводной сети. Благодаря использованию приборов семейства ML02A возможна:

·  организация          контроля целостности 1-Wire-линии;

·  осуществление запитки 1 -Wire-линии от внешнего блока питания (подача энергии, в том числе от дополнительного источника питания, на шину EXT_POWER);

·  реализация пассивной резистивной или резистивно-емкостной подтяжки шины DATA на конце или в начале линии для улучшения обмена в проблемных 1-Wire-сетях;

·  стабилизация разницы потенциалов между шинами RETURN и EXT_POWER благодаря введению емкости высокого номинала в конце или середине линии (на большом расстоянии от места ее сопряжения с поставляющем энергию блоком питания).

В основе конструкции устройства ML02A лежит однопроводной компонент DS2502 фирмы Dallas Semiconductor Corp.. Прибор ML02A является специальной модификацией элемента ML02, с встроенной резистивно-емкостной цепью, которая предназначена для работы на проблемных 1-Wire-линиях, обслуживаемых мастером с динамически изменяемой активной. ML02A сохраняет все электрические характеристики и функциональные особенности установленных в них однопроводных компонентов (включая возможность использования паразитного питания). Устройство ML02A предназначено для использования в шинной структуре 1-Wire-линии, состоящей из четырех проводников (шин) и реализованной на базе любых реально доступных информационных кабелей (витые пары 5 категории, плоский телефонный кабель, IEEE1394 (Firewire) и т.д.). Подключение устройства ML02A к однопроводной линии обеспечивается через приемные разъемы-гнезда 6р4с, размещенные на их корпусе, с использованием монтируемой на кабеле стандартной телефонной вилки типа RT11 (6р4с). При этом следует применять специальный инструмент, обеспечивающий качественную заделку кабелей линии связи [9].

3.11. Выбор блока питания

Для функционирования приборов, входящих в состав однопроводной сети тепличного комбината, необходимо напряжение питание. Блок питания ML00С-12-0.35 (см. рис. 3.2) предназначен для обеспечения энергией автономных ведущих, ML-OEM-элементов и ML-OEM-ведомых приборов, при организации однопроводных 1-Wire-сетей по технологии фирмы Dallas Semiconductor Corp. Снабжение энергией всех компонентов 1-Wire-сети, как правило, производится по отдельному проводу EXT_POWER, выделенному в общей структуре однопроводной линии. Устройства ML00С-12-0.35 предназначены для запитки шины EXT_POWER 1-Wire-линии относительно потенциала возвратного провода RETURN. Запитка 1-Wire-линии производится посредством специально предназначенных для этого ML-OEM-сетевых меток типа ML02А. ML00С-12-0.35 строятся на базе стандартных сетевых трансформаторных блоков питания преобразующих сетевое напряжение ~220В±15% с частотой 50Гц. Для обеспечения надежной передачи энергии на длинные линии, уровень внешнего напряжения питания, вырабатываемый ML00С-12-0.35 и поступающий затем к ведущему и каждому ведомому устройству 1-Wire-сетей, выбирается существенно большим уровня, необходимого для питания любых входящих в эти устройства компонентов.

Конструктивно ML00C-12-0,35 собран в пластмассовом корпусе, выполненном в виде разъемного блока с жестко закрепленной штепсельной вилкой. Выходное напряжение подводится от ML00C-12-0,35 к потребителю через специальный шнур выходного напряжения.

Устройство ML00C-12-0,35 предназначено как для запитки не содержащих преобразователей энергии ведущих 1-Wire-сетей и ведомых ML-OEM-приборов однопроводной магистрали, так и непосредственно для подключения к шинной 1-Wire-структуре. Провод EXT_POWER, выделен в общей структуре однопроводной линии, и запитывается относительно потенциала возвратного провода RETURN, от устройства ML00C-12-0,35. Для введения энергии, поставляемой устройствами ML00C-12-0,35, в 1-Wire-линию, производится запитка через левый приемный разъем сетевых  ML-OЕМ-меток ML02А [9].

4. Визуализация и архивирование технологического процесса

Согласно технического задания необходимо разработать программу графического отображения технологического процесса с помощью SCADA системы. Графические средства делают возможным создание реалистичного операторского интерфейса, соответствующего контролируемому объекту. Таким образом, программой графического отображения могут пользоваться операторы, имеющие минимальный навык работы с компьютером.

4.1. Выбор SCADA системы

В настоящее время существует огромный выбор SCADA систем: TRACE MODE, Genesis, iHistorian, DSC и многие другие. На мой взгляд, наиболее перспективной является SCADA система TRACE MODE, разработанная в 1992 году российской фирмой AdAstra Research Group, Ltd. TRACE MODE позволяет добиться значительной экономии средств, затрачиваемых на АСУТП, при сохранении ее качества. Это достигается за счет следующих свойств системы.

Во-первых, TRACE MODE имеет одновременную поддержку, как современных западных и российских, так и старых советских контроллеров. Это позволяет производить поэтапное обновление аппаратных средств АСУТП предприятия. Вместо того чтобы выбрасывать еще жизнеспособное, но морально устаревшее или дряхлеющее оборудование, предприятие может заменять современными моделями лишь вышедшие из строя устройства. Таким образом, предприятие получает возможность сохранения своих оборотных средств за счет более равномерного распределения инвестиций по времени.

Во-вторых, TRACE MODE ориентирована на стандартные и легкодоступные, а потому и недорогие аппаратные и программные средства. Операционные системы MS DOS, Windows или Novell Netware, сетевые платы Ethernet и Arcnet, карты Sound Blaster есть на любом промышленном предприятии, они стоят недорого и любое предприятие располагает квалифицированными кадрами, способными их обслуживать. Это означает резкое сокращение непрямых расходов и т.н. “скрытой цены”, столь характерной для экзотических систем, использующих в качестве операционной системы Linux, QNX и т.д.

И, наконец, TRACE MODE экономична сама по себе. Использование труда только российских разработчиков, отсутствие накладных расходов, связанных с доставкой и таможенным оформлением - все это делает TRACE MODE доступной по стоимости любому промышленному предприятию, которое всерьез решило заняться проблемами автоматизации производства. По показателям цена/производительность TRACE MODE значительно превосходит зарубежные аналоги. Так, например, в АСУТП среднего размера, имеющей 1000 входов/выходов (I/O) типичным соотношением дискретных и аналоговых параметров 6:1, стоимость одного I/O составляет $ 1,72 (с учетом инструментальной системы и всех налогов), а в крупной системе автоматизации, имеющей 10.000 входов/выходов, стоимость одного I/O и вовсе ничтожна - $ 0,17. Аналогичные показатели западных SCADA-систем, составляют $ 20-25 и $ 2,0-2,5 за I/O, т.е. в 11-15 раз выше.

4.2. SCADA система TRACE MODE

В общем случае, система АСУ на предприятии включает в себя нескольких уровней:

1.  уровень контрольно-измерительных приборов и аппаратуры (КИПиА);

2.  уровень контроллеров (традиционные ПЛК и Softlogic);

3.  уровень рабочих станций (АРМ);

4.  уровень операторских мест руководства (супервизорный) и уровень управления предприятием (АСУП).

АСУ тепличного комбината включает в себя три первых уровня.

4.2.1 Общая структура и возможности TRACE MODE

Сама SCADA и Softlogic система состоит из двух основных частей – инструментальная среда разработки и исполнительные модули [11]. Среда разработки служит для описания проекта, программирования контроллера, операторских станций и создания операторского интерфейса. Исполнительные же модули выполняют всю текущую работу по проекту, созданному в среде разработки: получение, обработка, архивирование и визуализация данных. Исполнительные модули могут быть либо интегрированными, то есть выполнять несколько вышеперечисленных функций, либо специализированными и выполнять какую-либо одну функцию. На рис. 4.1 представлена основное окно программы отображения производственных процессов АСУ тепличного комбината. Более подробное описание этой программы см. пункт 4.3.

Рис. 4.1. Тепличный комбинат (Основная мнемосхема).

Программное обеспечение уровня SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) выполняет следующие функции:

·  Визуализация – отображение информации о процессе на мнемосхемах в виде числовой информации, трендах, анимации, ActiveX компонентов и т.д. (Рис. 4.1);

·  Обмен с контроллерами в реальном времени – получение информации от контроллеров по последовательному интерфейсу, сети Ethernet или по полевым шинам, первичная обработка этих данных, а также пересылка в контроллеры управляющей информации;

·  Архивирование – сохранение информации в специальные промышленные архивы, основными требованиями к которым являются надёжность и быстродействие;

·  Документирование процесса – создание отчётов по заранее созданным шаблонам с последующей их передачей по разным каналам обмена информации (распечатка, электронная почта, web-сайт);

·  Получение и передача информации в другие программные пакеты – обмен оперативными и архивными данными со специализированным ПО, либо с ПО уровня АСУП;

·  Неоперативная обработка информации – вычисление статистической информации, управление небыстрыми процессами;

·  Управление тревогами – список тревог, фильтр событий, квитирование.

Термин Softlogic подразумевает:

·  Использование контроллеров с PC-совместимой архитектурой. Программирование таких контроллеров может осуществляться написанием специфических программ на языках программирования типа ассемблер или С, а может осуществляться с помощью инструментальных пакетов на визуальных языках верхнего уровня, совместимых со стандартом МЭК61131-3 (Рис. 4.2), например на языке функциональных блоков или языке инструкций;

·  Обеспечение связи с уровнем АРМ. Может быть автоматизировано с помощью интеграции SCADA и Softlogic систем. В этом случае не требуется совершать двойную работу по созданию каналов в контроллере, в АРМ и описанию обмена между ними;

·  При необходимости ведение архивов, например когда связь между контроллером и АРМ устанавливается на сеансовой основе – дозвон по коммутируемым линиям;

·  Возможность ОЕМ (производитель оригинального оборудования) проектов – совместных проектов производителей программного и аппаратного обеспечения. В этом случае заказчики приобретают конечный продукт, например контроллер, уже с предынсталлированным исполнительным модулем и инструментальной средой разработки, что значительно сокращает время и силы для подготовки оборудования к работе и сокращает издержки.

Рис. 4.2. Программирование контроллеров на языке функциональных блоков.

К дополнительным, теоретически не обязательным, но могущим оказаться необходимыми, функциям SCADA и Softlogic систем можно отнести следующие:

·  Многоуровневое горячее резервирование – дублирование или троирование плат/модулей ввода-вывода, контроллеров, линий связи, архивов, операторских станций для увеличения надёжности работы объекта;

·  Адаптивное регулирование – автоматическая периодическая или непрерывная подстройка коэффициентов контуров регулирования для оптимизации работы исполнительных механизмов, сокращения издержек и брака;

·  Набор готовых функций для управления исполнительными устройствами, например мотором, задвижкой или клапаном;

·  Web- и GSM-управление – удалённый мониторинг и управление через web и GSM сети для возможности непрерывного контроля и оперативного вмешательства в ситуацию;

·  Документирование проекта – функция, облегчающая разработчику процесс создания проекта и внесения в него изменений путём сохранения информации о версиях проекта в удобовоспринимаемой форме;

·  Мультиязычность – локализация инструментальной среды на несколько языков, а также возможность автоматического переключения языков проекта в зависимости от региональных настроек.

4.2.2. Исполнительные модули TRACE MODE

Исполнительные системы TRACE MODE включают в себя следующие программы:

·  NT-МРВÔ - монитор реального времени;

·  SupervisorÔ - аналог “монитора архива”;

·  специальные утилиты просмотра архивов - UTIL-NT;

NT-МРВÔ предназначен для сбора, обработки, графической визуализации и управления технологическими процессами в реальном времени. На его основе можно создавать автоматизированные рабочие места операторов-технологов, диспетчеров, смененных инженеров и т.д.. Система способна принимать данные через 16 последовательных портов, обрабатывать их при помощи десятков встроенных математических алгоритмов, графически отображать в удобной для оператора форме, вести архивы, генерировать и печатать отчеты, а также поддерживать сетевой обмен с другими компьютерами, используя следующие протоколы: NetBios, NetBEUI, TCP/IP, IPX, SPX, Banian Vines.

Страницы: 1, 2, 3, 4