2.5 Устройства распределенного сбора данных и управления
1. Для создания территориально-распределенных систем сбора данных и управления вполне конкурентно-способными являются универсальные интегрированные модули серии ADAM-4000 и ADAM-5000.
В качестве примера на рис. 2.26 показаны возможности построения подсистем контроля и управления на базе модулей серии ADAM-4000.
Они обеспечивают прием и выдачу аналоговых и дискретных сигналов, первичное преобразование сигналов по запрограммированным алгоритмам и обмен информацией по последовательным каналам связи на базе интерфейса RS-485. Контроллеры имеют открытую архитектуру и могут программироваться как с помощью традиционных языков программирования, так и с помощью языков логического программирования в соответствии со стандартом МЭК-61131. Модули удачно сочетают в себе качества программирования логического контроллера (PLC) с простой и открытой архитектурой IBM PC совместимых компьютеров.
Рис. 2.26. Распределенная структура условной подсистемы контроля и управления на базе модулей серии ADAM-4000
2. Ниже более подробно дано описание альтернативного модуля ADAM-5000.
Базовый блок ADAM-5000 содержит модуль процессора, преобразователь постоянного напряжения, 4-позиционную объединительную плату и порты последовательной связи. Блок процессора выполняет следующие функции:
прием и дешифрация команд от центрального управляющего компьютера по последовательному каналу связи;
управление модулями ввода/вывода;
ввод, предварительная обработка и преобразование аналоговых и дискретных сигналов;
сравнение величин аналоговых сигналов с предварительно заданными значениями (уставками);
вывод аналоговых и дискретных сигналов;
автоматическая самодиагностика;
формирование и передача данных по последовательному каналу связи.
Модернизация системы может быть осуществлена простой заменой базового блока без изменения конфигурации имеющихся модулей ввода/вывода.
Изделия серии ADAM-5000 имеют трехуровневую гальваническую изоляцию, в том числе по цепям питания и для модулей ввода/вывода с напряжением изоляции 3000 В постоянного тока, а также для портов последовательной связи с напряжением изоляции 2500 В постоянного тока. Наличие гальванической изоляции позволяет снизить влияние на систему электромагнитных помех, устранить гальваническую связь с электрооборудованием контролируемого объекта, также предотвратить неисправности, которые могут быть вызваны случайными выбросами напряжения питания и переходными процессами при коммутации силового оборудования.
Сторожевой таймер предназначен для автоматического сброса процессора в случае непредвиденной остановки исполнения встроенного программного обеспечения. Данная функция реализована для сокращения общих временных и материальных затрат на техническое обслуживание системы.
В изделиях серии АDАМ-5000 реализованы средства проверки работоспособности, позволяющие пользователю быстро обнаруживать и идентифицировать неисправности: автоматическое аппаратное тестирование и программное выявление неисправностей.
Системные параметры устройств серии АDАМ-5000 могут быть изменены программным способом, что позволяет настраивать диапазон входных аналоговых сигналов и их размерность, а также параметры обмена по последовательному каналу связи, за исключением сетевого идентификатора. Кроме того, имеется возможность настройки аварийных установок и калибровочных параметров шкалы измерительных каналов. В результате этого не возникает необходимости аппаратного регулирования множества каналов аналогового ввода.
Системные параметры устройств АDАМ-5000 сохраняются в энергонезависимом ПЗУ с электрическим стиранием/записью, что обеспечивает их целостность при отключении и сбоях по питанию.
Блок процессора АDАМ-5000 содержит 16-разрядный микропроцессор и коммуникационный буфер типа FIFO (рис. 2.27), благодаря которым имеется возможность обмена данными по последовательному каналу со скоростью до 115200 бит/с. Таким образом, удается достичь высокой производительности системы.
Рис. 2.27. Структурная схема устройства серии ADAM-5000
В изделиях серии ADAM-5000 реализована возможность настройки каналов дискретного вывода в качестве выходов управления по достижении значениями измеряемых параметров предварительно заданных величин. Каждому каналу модулей аналогового ввода могут быть программно поставлены в соответствие верхняя и нижняя установки. После очередного аналого-цифрового преобразования измеренное значение сравнивается с верхней и нижней уставками. Изменение логического состояния назначенного канала дискретного вывода производится в зависимости от результата сравнения. Таким образом, в системах на базе ADAM-5000 имеется возможность локального двухпозиционного управления, выполняемого независимо от центрального компьютера.
При выборе наиболее приемлемых плат для конкретного ОА на первом этапе определяются фундаментальные параметры системы. Здесь формируется назначение и область применения системы. Определяется состав данных, необходимых для работы системы, количество входных параметров. Определяется необходимая скорость сбора данных, частота дискретизации, типы входных сигналов, требования к точности измерения входных и выдаче управляющих параметров. Определяется темп работы системы и условия эксплуатации.
На основании анализа результатов первого этапа определяется потребность в средствах аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования сигналов (АЦП/ЦАП), дискретного ввода/вывода, а также необходимость использования интерфейсов RS-232 и RS-485. Возможно использование устройств с шиной ISA или PCI. Выбор технических средств базируется на следующих критериях:
тип и число входных и выходных каналов;
тип аналоговых входов (дифференциальный или с общим проводом);
разрешение АЦП/ЦАП;
скорость обработки данных;
нагрузочная способность;
тип внешних соединителей;
тип шины;
гальваническая развязка;
программная поддержка.
В базовый блок может быть установлено до 4 модулей ввода/вывода, обеспечивающих до 64 каналов дискретного ввода/вывода или до 32 каналов аналогового ввода. Имеется возможность гибкого конфигурирования системы в зависимости от количества и вида контролируемых параметров, а также от расположения контролируемых объектов.
Имеется возможность гибкого конфигурирования системы в зависимости от количества и вида контролируемых параметров, а также от расположения контролируемых и управляемых объектов (рис. 2.28).
Широкое распространение получили в реальных проектах автоматизации СГ функциональные модули управления двухпозиционными объектами ВИ-24.
3. Модуль ВИ-24 представляет собой плату с двадцатью четырьмя оптоизолированными дискретными выходными каналами, установленную в кассету для монтажа на DIN-рельс. Выходные дискретные каналы изолированы как друг от друга, так и от логической части. На выходе каждого канала установлена плавкая вставка для защиты от короткого замыкания. Предусмотрена также защита от обратного напряжения на выходе. Каждый канал имеет индикацию включения в виде единичного светодиодного индикатора. На плате установлен индикатор наличия питания как признак нормального подключения к источнику сигнала. Входной соединитель типа IDC на 50 контактов совместим с платами ввода/вывода PCL-722 и PCL-724 фирмы ADVANTECH.
Небольшие габариты и применение специальных компонентов позволяет применять модуль ВИ-24 в жестких механических условиях эксплуатации при температурах окружающей среды от 25 °С до +85 °С.
Рис. 2.28. Конфигурация подсистемы контроля и управления на базе модулей серии ADAM-5000/485
Функциональная схема одного канала модуля ВИ-24 представлена на рис. 2.29.
Рис. 2.29. Функциональная схема одного дискретного канала модуля управления ВИ-24
При подаче на вход модуля сигнала логического нуля происходит включение выходного полупроводникового ключа через схему гальванической изоляции. Ток «нуля» при этом должен быть обеспечен не менее 10 мА. В противном случае не гарантируется быстродействие, низкое проходное сопротивление выходного ключа и другие параметры выходной части канала модуля. При подаче на вход модуля логической единицы соответствующий канал выключается с заданным быстродействием.
Основные технические характеристики модуля сведены в табл. 2.4.
Таблица 2.4