Вопрос №5. Макет системы управления биотехнологической установкой

После выбора системы разработки был разработан макет системы управления биотехнологическим оборудованием.

Макет системы управления состоит из трех уровней:

1. Промышленный компьютер

2. Контроллер

3. Периферийные устройства

Структурная схема макета системы управления биотехнологической установкой представлена на рисунке 1.

Р ис.1 - Структурная схема макета системы управления

А1 — промышленный компьютер (ПК);

А2 — контроллер;

А3 — преобразователь температуры;

А4 — преобразователь pH;

А5 — преобразователь pO₂;

А6 — модуль вывода;

B1-B3 – датчики;

Линия 1 — RS232;

Линия 2 — RS485.

Промышленный компьютер является ведущим устройством, которое общается с контроллером. В свою очередь контроллер является ведущим устройством по отношению к периферийным устройствам, таким как преобразователи, модули вывода и т. д.

Промышленный компьютер осуществляет визуализацию данных и подает управляющие команды на контроллер. Контроллер ведет сбор данных от периферийных устройств и посылает в них управляющие команды, а также обеспечивает связь между промышленным компьютером и периферийными устройствами. Он согласует интерфейсы RS232 в RS485. Так же контроллер согласует протоколы связи между ПК и контроллером и контроллером и периферийными устройствами. В контроллере реализованы программы регулирования различных параметров.

Периферийными устройствами являются: преобразователи сигналов с датчиков температуры, pH, pO₂, модули вывода. Каждое из устройств является контроллером. В каждом преобразователе сигналов с датчиков температуры, pH, pO₂ входной аналоговый сигнал с датчиков преобразуется в цифровой, усредняется, приводится к шкале, и калибруется. Модуль вывода служит для управления электропневмопреобразователями клапанов согласно сигналам с ПК.

Связь между промышленным компьютером и контроллером построена на базе интерфейса RS232.Связь между контроллером и периферийными устройствами построена на базе интерфейса RS485. Драйвер шины RS485 позволяет подключить до 32 устройств. Длина линии связи до 1200 м. В обеих линиях связи используется гальваническая развязка сигналов, что обеспечивает помехозащищенность системы.

Моделирование электронной схемы и программного обеспечения

Проведено моделирование разрабатываемых программного обеспечения и электронной схемы средствами пакета PROTEUS.

На первом этапе с помощью программы ISIS и с использованием библиотеки компонентов PROTEUS создается электрическая принципиальная схема разрабатываемой печатной платы микроконтроллера (Рис.3) и выполняется ее трассировка. Затем выполняется моделирование работы схемы для проверки работоспособности схемы контроллера, включающей каналы измерения (датчики и преобразователи температуры, рН и рО₂ в напряжение) и каналы управления исполнительными устройствами при регулировании температуры и кислотности. Контроллер при моделировании выполняет заданные функции по программе, помещенной в AVR-микроконтроллер ATmega.

В результате моделирования получено подтверждение работоспособности разработанных схем и программного обеспечения.

Рис. 2 – Схема моделирования функционирования контроллера в среде Протеус