3.8. Типовая система сбора и передачи информации

Во многих сферах производственной деятельности требуется обеспечить постоянный контроль состояния удаленных объектов. Своевременный сбор достоверной информации часто играет клю­чевую роль в управлении производственным процессом.

Система сбора и передачи информации построена по модуль­ному принципу. В качестве основной базы аппаратных средств выбрана (ЗАО «Автоматика-Север») гамма недорогих и эффек­тивных С-программируемых контроллеров, выпускаемых корпо­рацией Z-Word inc (США). Для эффективного использования ли­ний связи применены многоточечные способы передачи инфор­мации. Такой подход позволяет гибко, в зависимости от предъявляемых требований, менять конфигурацию системы. Сис­тема сбора и передачи информации делится на три основных подсистемы (рис. 3.15): ,

• к подсистеме сбора данных относятся локальные объек­ты — пункты сбора данных, максимально приближенные к объ­екту контроля и обеспечивающие, при необходимости, локальное и дистанционное управление;

• в подсистему передачи данных включены линии связи и оборудование передачи данных;

• диспетчерская подсистема включает программно-аппарат­ные (ЧМИ), связи «человек — машина», которые обслуживаются системной БД.

Выделенные телефонные пары пунктов сбора данных соеди­няются параллельно и образуют луч, подключаемый к одному из лучевых модемов концентратора. Радиомодемы, работающие на одной частоте, также составляют луч, который обслуживается со­ответственно радиомодемом концентратора связи. Количество лу­чей может быть расширено до 63 и зависит от выбранный конст­рукции (с учетом расширения системы). Управление сбором дан­ных от абонентов одного луча возможно на контроллер «Мастер узлов» концентратора. Контроллеры «Мастер узлов» объединяют­ся в информационную сеть по интерфейсу RS-485. ПередачейДиспетчерская

"L--I К-

Выделенная линия

Модем Контроллер Мастер лучей

Модем

- _Луч

Модем Контроллер Мастер узлов

Концентратор

Ьг irf^H-^{1 1} ГгСШут

Пункт сбора I Пункт сбора ' Пункт сбора

-J Луч l-

RS 485

1 данных j данных J ^N данных j

r[s

]

Радиомодем Контроллер Мастер узлов

Луч N

J L

Модем

_t Пункт сбора i данных » Пункт сбора * данных > . . Пункт сбора I IN данных

rd

Контроллер Мастер узло

в

I _хт Пункт сбора , N данных

^ 1 денных J ^ £. данных J ^iN данных J

Рис. 3.15. Архитектура системы сбора и передачи информации

данных по этой сети управляет главный контроллер «Мастер лу­чей», имеющий постоянную связь с компьютером диспетчера. Компьютер диспетчера определяет режимы работы «Мастер лу­чей» и через него имеет доступ к другим компонентам системы. В целом в стандартном режиме система функционирует следую­щим образом:

• пункты сбора данных измеряют показания датчиков, зано­сят их в свою собственную память (накапливают архивные дан­ные) и ожидают телефонного или радиовызова от обслуживаю­щего их модема контроллера «Мастер узлов»;

• контроллер «Мастер узлов» через модем посылает вызов очередному пункту сбора данных и после установления связи считывает накопленный архив в собственный буфер, при необхо­димости передает имеющуюся у него управляющую информацию для этого пункта, разрывает установленную связь и переходит к вызову следующего абонента;

„ Пункт сбора 2. данных

₁ Пункт сбора 1 данных

контроллер «Мастер лучей» по очереди опрашивает кон­троллеры «Мастер узлов» на предмет наличия в них информации от пунктов сбора данных и, в свою очередь, считывает эти дан­ные в свой собственный буфер

;

— компьютер опрашивает контроллер «Мастер лучей» и счи­тывает накопленные им данные и формирует из них таблицы для длительного хранения и последующего анализа.

Компьютер и контроллер «Мастер лучей» постоянно находят­ся в связи, а обмен информацией по сети RS-485 происходит с высокой скоростью (19 200 бит/с), т. е. цепи «Компьютер — Мас­тер лучей» и «Мастер лучей» — «Мастер узлов» не оказывают су­щественного влияния на время обмена данными.

Время установления связи между контроллером «Мастер уз­лов» и пунктом сбора информации при использовании телефон­ной линии около 20 с. При этом время передачи информации существенно.

Таким образом, цикл приема информации от пунктов сбора данных определяется числом пунктов сбора, подключенных к од­ному лучу. Например, если к лучу подключено N пунктов сбора данных, цикл обновления информации на таком луче будет ра­вен: при N=10, ?_цикл = 20 с х 10 = 200 с = 3,5 мин.

Для радиоканала время вызова очень мало, но существенно медленнее, чем в проводных системах осуществляется передача данных. Общее время обмена с одним пунктом примерно 4 с. Для радиоканала тот же пример выглядит так: -при N= 10, цикл = 4 с х 10 = 40 с.

В некоторых случаях (например, испытания) такой большой цикл обновления данных недопустим. Для разрешения этой про­блемы в системе предусмотрен режим «Прямой 'канал». В этом режиме контроллер «Мастер узлов» устанавливает связь с вы­бранным оператором узлов сбора данных и не разрывает ее до отмены режима «Прямой канал». То есть имеется возможность получать информацию от пункта сбора данных с максимальным темпом, но такой пункт сбора данных на луче может быть толь­ко один. «Прямой канал» может быть открыт на любом луче с любым пунктом. В режиме «Прямой канал» цикл обновления данных составляет примерно 1 с, но данные в таблицы не фик­сируются, так как узел сбора данных и в этом режиме продолжа­ет накапливать архивы, которые будут переданы на компьютер диспетчера после отмены режима «Прямой канал». Данные пря­мого канала фиксируются в специальных файлах, доступ к кото­рым можно получить с помощью пункта «выпрыгивающего» меню «Текущие данные».

При разработке конфигурации системы сбора данных целесо­образно спланировать количество лучей и распределение узлов по лучам с учетом того, что имеет важное значение, а что второ­степенное.

Ядром типового пункта сбора данных служит программируе­мый контроллер с необходимым набором модулей расширения. Выпускаемая корпорацией Z-World Inc 110-номенклатура модулей позволяет просто подключать различные устройства ввода/выво­да, в том числе: термометры, сопротивления, датчики с выходом 4+20 мА, импульсные датчики, устройства последовательной пе­редачи данных, простые контактные датчики, исполнительные механизмы.

Контроллер и его программное обеспечение (ПО) поддержи­вают подключение до четырех модулей расширения в любой конфигурации.

По стандарту контроллер комплектуется встроенным жидко­кристаллическим дисплеем с клавиатурой для настройки пара­метров измерительной системы, диагностики и конфигурации. Однако там, где наличие встроенного пульта управления неже­лательно, для тех же целей можно использовать специальный портативный тестер. Если для подключения пункта сбора дан­ных к сети недостаточно встроенного в контроллер интерфейса RS-485, пункт комплектуется модемом для работы на выделен­ную или комплектуемую телефонную линию, либо модемом для работы по радиоканалу.

В зависимости от реальных условий для коммуникаций при­меняются интерфейс RS-485, выделенные и коммутируемые теле­фонные линии, радиоканалы, комбинации перечисленных средств. ,

Технические характеристики типового пункта сбора данных: га­бариты 600x400x200 мм; класс защиты IP 54; память данных 128 Кб (до 512 Кб); память программ 128 Кб (до 512 Кб); анало­говые входы 32/16 (дифференциальные); цифровые входы 16 (за­щищенные до 48 В); цифровые выходы 14 (до 120 мА); расшире­ние (до 4-х модулей расширения), 32 аналоговых или 64 цифро­вых входа/выхода или комбинации (в том числе ЦАП, реле, RS-232); порт RS-232 один; порт RS-485 один; максимальное расстояние до датчика (4+20 мА) 200 м; максимальное расстоя­ние до датчиков без преобразователей (4+20 мА) 10 м.Если необходимо повысить скорость сбора информации, для распараллеливания процесса используется специальный концен­тратор связи, состоящий из набора так называемых «лучевых» комплектов (контроллер и проводной или радиомодем). Пункты сбора данных, работающие по одному радиоканалу или подклю­ченные параллельно к одной линии связи, составляют луч сбора информации. Каждый лучевой комплект последовательно вызы­вает абонентов своего луча, собирает данные и хранит их в соб­ственной памяти. Эти комплекты опрашиваются по интерфейсу RS-485.

Концентратор состоит из контроллера «Мастер лучей», соеди­ненного через модем с компьютером диспетчера и контроллером «Мастер узлов», связанного через модем или радиомодемом с подчиненными пунктами сбора данных. Между собой все кон­троллеры объединены в информационную сеть по интерфейсу RS-485. Пункты сбора данных подключаются к модему контрол­лера «Мастер узлов» параллельно (параллельное подключение к лучу), поэтому опрос каждого пункта сбора данных этого луча может осуществляться только последовательно, что существенно снижает суммарную скорость обмена данными.

Проводная часть подсистемы сбора данных использует выде­ленные линии связи, без питания, имеет возможность параллель­ного подключения абонентов к линии (многоточечное соедине­ние) в периферийных шкафах, что существенно удешевляет ли­нии связи. Соединение устанавливается централизованным вызовом абонента.

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ, ТЕМЫ ДЛЯ ОБСУЖДЕНИЯ

1. Метрология — наука об измерении.

2. Основные метрологические понятия и термины.

3. Виды измерений.

4. Погрешности измерений и измерительных устройств.

5. Средства измерений и их основные элементы.

6. Системы дистанционной передачи сигналов. '

7. Модуляция и демодуляция сигналов.

8. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП).

9. Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП).

10. Устройства связи с объектом (УСО).

11. Типовая система сбора и передачи информации.

12. Что такое физические величины? Единицы физических величин?

13. Перечислите основные физические величины системы СИ?

14. Перечислите основные методы измерений в современной метрологии.

15. Что такое доверительный интервал результата физических измерений?

16. Перечислите группы измерительных приборов в зависимости от вида ото­бражения информации.

17. Перечислите основные функции УСО.

Назовите назначение основных элементов структурных схем аналогового входного (выходного) модуля

.