Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Программируемые логические контроллеры. Учебное пособие
.pdf
4. Модуль вывода дискретный МТЦ-03, который обеспечивает
выдачу дискретных сигналов управления постоянного и
переменного токов.
5. Модуль аналого-цифрового преобразования МАЦП-03,
который обеспечивает прием и измерение аналоговых сигналов
постоянного тока большого динамического диапазона, а также
сигналов с терморезисторных датчиков (RTD). Модуль имеет две
модификации: МАЦП-03-08 и МАЦП-03-16 на 8 и 16 каналов, соответственно.
6. Модуль цифро-аналогового преобразования МЦАП-ОЗ,
который обеспечивает выдачу аналоговых сигналов управления.
7. Блоки питания (БП), которые являются первичными
преобразователями напряжения, обеспечивающими преобразование
переменного напряжения сети 220 В, 50 Гц или постоянного
напряжения 220 В в напряжение 24 В постоянного тока для питания
контроллера.
На рис.1 представлена структурная схема контроллера ЭЛПК03, выполненного из отдельных модулей. Информационные связи
между модулями стандартизованы. Основной процессор (HOST)
общается с модулями УСО через интерфейс PC 104 (ISA в
конструктиве PC 104) и адаптер, выполненный в виде ПЛИС,
расположенной на МБП (базовой плате); основной канал реализован
под системный интерфейс микроконтроллера модели 51. Модуль
УСО выполнен на однокристальной микроЭВМ с RISC
архитектурой. Связь между однокристальной микроЭВМ и
системным каналом обеспечивается логикой, выполненной на
перепрограммируемой ПЛИС.
Информация доставляется в HOST процессор следующим
образом: драйвер (программы), находящийся в HOST процессоре,
опрашивает циклически модули УСО. За цикл опроса драйвером (-50
мс) информация, находящаяся в однокристальной микроЭВМ, уже
подготовлена. Далее данные поступают из драйвера в ядро МИКРОРВ (программа мониторинга нижнего уровня SCADA системы
TRACE MODE). Связь между драйвером и МИКРО-РВ
осуществляется через программу DLL (Dynamic Link Library библиотека динамической подготовки).
-21-
Основой всех модулей УСО является базовый узел модуля
(БУМ), предназначенный для создания на его базе, посредством
установки различных функциональных узлов, дискретных и
аналоговых модулей (УСО) контроллера ЭЛПК-03. Связь с
контроллером осуществляется по параллельному байтовому
интерфейсу ШШ. Предусмотрен также отладочный режим работы,
при этом обмен информацией с HOST машиной происходит по
последовательному интерфейсу RS-232. Узел конструктивно
представляет собой плату, на которой установлены разъемы ММИ,
последовательного интерфейса RS-232. последовательного
межмодульного интерфейса SPI, внешнего клеммника для
подключения входных/выходных сигналов и восьми слотовых
разъемов для установки функциональных узлов.
Технические данные БУМ
1. Количество внешних линий ввода/вывода - 16.
2. Поддерживаются следующие типы измерительных каналов
УСО:
• аналоговый ввод-узел УАЦП;
• аналоговый вывод - узел УЦАП;
• дискретный ввод - узел УПЦ;
• дискретный вывод - узел УТЦ.
3. В узле имеется развитая система диагностики не-
исправностей.
4. Узел обеспечивает индикацию состояния входных и
выходных дискретных каналов.
5. Управление работой узла и обработка информации
осуществляются МП серии A VR RISC фирмы Atmel.
6. Связь с контролером ЭЛПК-03 производится по
параллельному байтовому интерфейсу ММИ. Операция чтения
данных измерения по интерфейсу выполняется за 5 мкс.
7. Питание модуля осуществляется от источника питания
напряжением +5 В ± 25 % при токе потребления от 80 до 520 мА в
зависимости от комплектации.
8. Габаритные размеры модуля не более 123,5 х 57 х 39,5
мм (при вставленных функциональных узлах).
-22-
Узел БУМ предназначен для управления узлами ввода-вывода
(управление АЦП и ЦАП, управление дискретными каналами,
диагностика неисправностей, масштабирование данных и др.).
Узлы ввода преобразуют входные измеряемые сигналы для
считывания БУМ, узлы вывода формируют выходные сигналы под
управлением БУМ.
Конструктивной основой узла является плата размером 100 х 50
мм, на верхней стороне которой расположены восемь разъемов для
установки узлов ввода-вывода размером 80х20 мм, а также
клеммный разъем для подключения входных/выходных сигналов. На
нижней стороне платы расположены два разъема ММИ для
подключения платы в контроллер ЭЛПК-03.
24V
Ethernet
Com1
Com4
-
+
DC/DC
процессор
МПЦ
дешифратор
адреса
Узел 1
HOST
SPI
9
RISC
процессор
дешифратор
адреса
Узел 1
Узел 8
Узел 1
дешифратор
адреса
МТЦ
RISC
процессор
-
5V
+
Адаптер
шин
ММИ
RISC
процессор
16
УСОУСО
RISC
процессор
дешифратор
адреса
Узел 1
Узел 8
Узел 1
дешифратор
адреса
RISC
процессор
УСО УСО
Узел 8
1 2
Узел 8
Узел 8
Рис.1. Структурная схема контроллера ЭЛПК-03
-23-
УСО
8
Структурная схема платы БУМ (рис.2) содержит следующие
функциональные узлы: ВМУ - внутренняя магистраль узла; ДВМУ дешифратор внутренней
ММИ
ВМУ
МИ
INT
ДММ РУМ РУП УФП
ДМВУ
УФАИП ПРЦ УМИ РУМИ
Разъемы ММИ
x1..x2
Разъемы узлов
x3...x11
Рис.2. Структурная схема БУМ
магистрали узла: ММИ — межмодульный интерфейс; РУМ регистры управления модулем; ДМУ - дешифратор магистрали
управления модулем; РУП - регистры управления прерываниями;
УФП - узел формирования сигнала прерывания HOST-контроллера;
МИ - модульный интерфейс; РУМИ - регистры управления МИ;
УМИ - узел управления МИ; ПРЦ - процессор; УФАИП -узел
формирования сигнала аварии источника питания.
Принцип работы БУМ
Узел БУМ работает под управлением процессора
однокристальной микроЭВМ серии AVR фирмы Atmel и имеет
быструю - систему команд, что позволяет ускорить работу автомата
сканирования модулей, проведение расчетов при градуировке и
связь с процессором HOST- машины через магистраль управления.
-24-
В узле реализована работа процессора на два основных
направления обмена информацией:, с HOST-контроллером по
параллельному байтовому интерфейсу ММИ (разъемы XI, Х2) и с
функциональными узлами (разъемы X3…X11).
Вся аппаратная логика управления (системный контроллер)
заложена в ПЛИС типа MAX7000S ЕРМ7128-100 DI.
В функции однокристальной микроЭВМ, кроме основных по
приему и подготовке данных, входят также функции по
автоконфигурированию узлов УСО и их диагностике. Для
реализации автоконфигурации на каждом узле УСО используется
свой идентификатор, выполненный на
электроперепрограммируемом ЗУ. На структурной схеме (рис. 1)
отображена связь между двумя соседними модулями (входным МПЦ
и выходным МГЦ) через интерфейс SPI (Serial Peripherid Interface последовательный периферийный интерфейс). Этот интерфейс
конструктивно реализован через дополнительный ленточный гибкий
кабель. Наличие этого кабеля однокристальная микроЭВМ модуля
МПЦ определяет автоматически, при этом модуль воспринимает гак
дополнительную возможность работы в режиме
мультиплексирования входных данных и при соответствующей
подаче команды пара этих модулей будет работать в режиме
мультиплексирования. При этом функция модуля МГЦ заключается
в последовательном переборе управляющих воздействий. Каждый
сигнал выходного канала модуля МГЦ в этом режиме является
сигналом стробирования для группы из четырнадцати дискретных
входных сигналов модуля МПЦ. Каналы 15 и 16 модулей МПЦ и
МГЦ являются служебными и обеспечивают" возможность
организации синхронизации такой же связки модулей МПЦ, и МГЦ,
находящихся в другом контроллере [6].
4. ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ЭКОМ
Реализацию перечисленных требований рассмотрим на примере
ПТК ЭКОМ, который имеет сертификат Госреестра Средств
Измерений 19542-00 как средство измерения и учета количества
электрической, тепловой энергии и расхода энергоносителей (вода,
перегретый пар, насыщенный пар, газ, сжатый воздух, кислород). По
-25-
сведениям авторов, это первый в России аттестованный серийный
ПТК, включающий в себя как контроллеры, в зависимости от
конфигурации выполняющие роль универсальных
тепловычислителей, сумматоров импульсов, устройств телемеханики и многоканальных преобразователей, так и ПО верхнего
уровня, построенное на базе СУБД MS SQL 7.0.
Структура комплекса
Типовая структура ПТК для крупного предприятия приведена
на рис.3.
Основные компоненты ПТК:
• ЭнергоКОМпьютер ЭКОМ-3000;
• Конфигуратор 3000 - ПО, предназначенное дня конфигурации
ЭКОМ-3000;
• сервер ввода/вывода - ПО, предназначенное для обмена
информацией между ЭКОМ-3000 и SQL-БД;
• SQL-скрипт - ПО, устанавливаемое на SQL-сервере;
• различные приложения - клиенты MS SQL7.0, на базе этих
приложений создаются АРМ, с которыми работают специалисты
предприятия.
ЭКОМ-3000
ЭКОМ-3000 – проектно-компонуемый модульный IBM PC
совместимый промышленный компьютер, в котором модули ввода
аналоговых, дискретных и числоимпульсных сигналов и
коммуникационные модули содержаться в любых технически
целесообразных комбинациях. ЭКОМ-3000 осуществляет в РВ сбор,
обработку, архивирование, отображение и передачу измерительной
информации в вычислительную сеть предприятия. Структура
ЭКОМ-3000 представлена на рис.4.
-26-
IV
SQL
сервер
(сервер базы
данных)
ЦЕХ 1
модем модемАТС АТС
принтер
Промышленный ПК
сервер опроса
RS-485 до 1200 м
до 32 шт.
АРМ
АРМ АРМ АРМ
ЦЕХ N
АРМ
Промышленный ПК
сервер опроса
RS-485 до 1200 м
I I
до 32 шт.
V
P
T
V
- датчики давления
P
T
- датчики температуры
P
I
T
V
- датчики расхода
V
P
T
V
P
T
V
- электросчетчики
I - уровень датчиков, II - уровень УСПД ЭКОМ-3000, III - уровень сервера опроса,
IV - уровень SQL-сервера, V - уровень АРМ предприятия
Рис.3. Типовая структура ПТК ЭКОМ для крупного предприятия
-27-
Источник
питания
Artyesyn
NFS40
Основной отсек
Функцион
аль ный
модуль
ввода-вы
вода №1
Функци он
аль ный
модуль
ввода-вы
вода № n
Шина ISA
Одноп латный к омпь ютер
фирмы Advantech
или Octagon systems
COM1 COM2 LPT
Дисплей
клавиатура
Кроссовый отсек
Кросс -мо
дуль н а
базе
клемм
WAGO
Сигналы с датчиков
Кросс-мо
дуль на
базе
клемм
WAGO
Крос с -модуль на
базе к лемм WAGO
RS-232
AT модем
Конвертор
RS-232/RS-485
RS-485
Рис.4. Структурная схема ЭКОМ-3000
ЭКОМ-3000 работает с очень широким спектром
измерительных преобразователей и датчиков. Набор модулей
аналогового, дискретного и кодового изолированного ввода
позволяет подключать:
• измерительные преобразователи, счетчики, датчики
со стандартными сигналами 0…5; 0…20; 4…20; -5…+5 мА и
±10, 0…10 В;
• термопреобразователи сопротивления ТСМ50,
ТСМ100, ТСП50, ТСП100, ТСП500;
• термоэлектрические преобразователи ТХА (К), ТХК
(L);
-28-
• измерительные преобразователи, счетчики с
числоимпульсным (частотным) выходом;
• датчики с выходным сигналом типа “сухой” контакт;
• измерительные преобразователи, счетчики, модули
ввода-вывода с кодовым выходным сигналом в стандарте
RS-232, RS-485, ИРПС, и эта номенклатура постоянно
расширяется.
Программное обеспечение ЭКОМ-3000 имеет встроенную
библиотеку более 300 алгоритмов расчета различных физических
параметров. ЭКОМ, настроенный с помощью сервисной программы
Конфигуратор 3000, может одновременно вести измерения,
например, потребления электроэнергии с помощью счетчиков с
телеметрическим выходом, расхода воды с использованием
диафрагм, расхода пара с использованием объёмных или массовых
расходомеров. При использовании 16-разрядных АЦП погрешность
аналоговых преобразований составляет 0,1 %. Кроме собственно
измерения, ЭКОМ-3000 ведёт архивирование в энергонезависимой
памяти и передачу на верхний уровень текущих, интегральных
(количество электрической энергии, тепловой энергии и
энергоносителя) и средних (температура энергоносителя и давление
в трубопроводе, калорийность газа, частота, напряжение
электрической сети и т.д.) за интервалы архивирования параметров,
показывает текущее ретроспективное (включено-выключено)
состояние дискретных каналов. Помимо этого, ЭКОМ-3000 выдаёт
дискретные сигналы на управление исполнительными механизмами
как по команде оператора, так и по встроенным законам
регулирования, введенным при конфигурации. ЭКОМ-3000 имеет
развитые коммуникационные возможности, (до четырех параллельно
работающих по протоколу ModBus-RTU последовательных портов,
поддерживающих RS-232/485, выделенные и телефонные модемы,
радиомодемы). Для подключений используются высоконадежные
безвинтовые клеммы WAGO.
По сути ЭКОМ-3000 – это конфигурируемый, проектнокомпонуемый, модульный IBM PC совместимый промышленный
компьютер, в котором ISA-модули ввода аналоговых, дискретных и
числоимпульсных сигналов, модули релейного вывода,
коммуникационные модули используются в любых технически
-29-
целесообразных комбинациях, модули удаленного ввода/вывода
типа ADAM-4000 позволяют строить наращиваемые системы с
распределенной структурой.
Существует несколько типов исполнения этого промышленного компьютера:
• в компактном пластиковом корпусе RegloCard фирмы Bopla
(Германия), состоящем из основного и кроссового отсека с
возможностью раздельного пломбирования; используется для
коммерческого учета, имеет до 72 каналов ввода/вывода, 3 слота ISA
для модулей ввода-вывода;
• в стальном промышленном шкафу Schroff; используется для
технологических задач, имеет до 300 каналов ввода-вывода, до семи
слотов ISA для модулей ввода-вывода.
ПО комплекса
Сервер 3000 - это ПО, поддерживающее информационный
обмен между одним или сетью контроллеров ЭКОМ и БД Кроме
того, оно проводит диагностику системы (сбои по линии связи с
УСПД, время включения/выключения, время обмена информацией с
SQL-сервером и т.д.) и обеспечивает синхронизацию по времени.
Сервер ввода/вывода может одновременно работать с несколькими
различными БД, поддерживающими стандарт ODBC. На данный
момент, кроме MS SQL, существуют проекты с использованием
Oracle, Dbase, Paradox. Сервер ввода-вывода может устанавливаться
как на специально выделенном компьютере, так и на компьютере с
установленным SQL-сервером.
Дополнительное ПО
Кроме жестко заданных отчетных форм, которые формируются
непосредственно в приложениях, возможно создание отчетных форм
с учетом требований конкретного заказчика с использованием
стандартных средств MS Office, в первую очередь, электронной таблицы Excel.
Для интеграции других систем учета и телемеханики в ПТК
ЭКОМ используются Конверторы, которые преобразуют данные от
других систем в БД MS SQL. На момент написания статьи
поддерживались системы "КТС Энергия", "Гранит", "Пчела" [12].
-30-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]