Виды сигналов
В большинстве схем, содержащих интерфейс RS-232C, данные передаются асинхронно, т.е. в виде последовательности пакета данных. Каждый пакет содержит один символ кода ASCII, причем информация в пакете достаточна для его декодирования без отдельного сигнала синхронизации.
Символы кода ASCII представляются семью битами, например буква А имеет код 1000001. Чтобы передать букву А по интерфейсу RS-232C, необходимо ввести дополнительные биты, обозначающие начало и конец пакета. Кроме того, желательно добавить лишний бит для простого контроля ошибок по паритету (четности).
Рис. 2. Представление кода буквы А сигнальными уровнями ТТЛ.
Таким образом, полное асинхронно передаваемое слово состоит из 11 бит (фактически данные содержат только 7 бит) и записывается в виде 01000001011.
Используемые в интерфейсе RS-232C уровни сигналов отличаются от уровней сигналов, действующих в компьютере. Логический 0 (SPACE) представляется положительным напряжением в диапазоне от +3 до +25 В, логическая 1 (MARK) - отрицательным напряжением в диапазоне от -3 до -25 В. На рис. 3 показан сигнал в том виде, в каком он существует на линиях TXD и RXD интерфейса RS-232C.
Рис. 3. Вид кода буквы А на сигнальных линиях TXD и RXD.
Сдвиг уровня, т.е. преобразование ТТЛ-уровней в уровни интерфейса RS-232C и наоборот производится специальными микросхемами драйвера линии и приемника линии.
17. Характеристика универсального асинхронного приемо – передатчика (UART).
Характеристика универсального приемо-передатчика (UART). U-универсальный, A-асинхронный, R-приемник, Т-передатчик. (УАПП)
Состав:- тактовый генератор
- набор регистры (передача, прием и др.)
- буфер приемника и буфер передатчик
UART можно разделить на приемник (Receiver) и передатчик (Transmitter). В состав UART входят: тактовый генератор связи (бодрейт-генератор), управляющие регистры, статусные регистры, буферы и сдвиговые регистры приемника и передатчика. Бодрейт-генератор задает тактовую частоту приемопередатчика для данной скорости связи. Управляющие регистры задают режим работы последовательного порта и его прерываний. В статусном регистре устанавливаются флаги по различным событиям. В буфер приемника попадает принятый символ, в буфер передатчика помещают передаваемый. Сдвиговый регистр передатчика - это обойма, из которой в последовательный порт выстреливаются биты передаваемого символа (кадра). Сдвиговый регистр приемника по биту накапливает принимаемые из порта биты. По различным событиям устанавливаются флаги и генерируются прерывания (завершение приема/отправки кадра, освобождение буфера, различные ошибки).
UART - полнодуплексный интерфейс, то есть приемник и передатчик могут работать одновременно, независимо друг от друга. За каждым из них закреплен порт - одна ножка контроллера. Порт приемника обозначают RX, передатчика - TX. Последовательной установкой уровней на этих портах относительно общего провода ("земли") и передается информация. По умолчанию передатчик устанавливает на линии единичный уровень. Передача начинается посылкой бита с нулевым уровнем (старт-бита), затем идут биты данных младшим битом вперед (низкий уровень - "0", высокий уровень - "1"), завершается посылка передачей одного или двух битов с единичным уровнем (стоп-битов).
Перед началом связи между двумя устройствами необходимо настроить их приемопередатчики на одинаковую скорость связи и формат кадра. Скорость связи измеряется в бодах - число передаваемых бит в секунду (включая старт и стоп-биты. Формат кадра определяет число стоп-битов (1 или 2), число бит данных (8 или 9), а также назначение девятого бита данных. Все это зависит от типа контроллера.
Приемник, поймав старт-бита, отсчитывает несколько тактов и следующие три такта считывает (семплирует) порт RX. Это как раз середина старт-бита. Если большинство значений семплов - "0", старт-бит считается состоявшимся, иначе приемник принимает его за шум и ждет следующего падающего фронта. После удачного определения старт-бита, приемник точно также семплирует серединки битов данных и по большинству семплов считает бит "0" или "1", записывая их в сдвиговый регистр. Стоп-биты тоже семплируются, и если уровень стоп-бита не "1" - UART определяет ошибку кадра и устанавливает соответствующий флаг в управляющем регистре.
18. Характеристика ПТК «Контар». Виды контроллеров и их область применения.Состав ПО
ПТК «Контар» включает в себя:
1)аппаратные средства:МС8,МС5,MR8,MR4.
2)программные средства(инструментальные):Конграф,Консоль,Контар-АРМ,Контар-SCADA.
APM-автоматизированное рабочее место.
SCADA-системы верхнего уровня для работы и подготовки.
Назначение:
1)автоматическое регулирование
2)сбор и передача информации(мониторинг)
3)дистанционное управление
ФУНКЦИИ: обеспечивает сбор информации от различных датчиков и передачу на верхний уровень по интерфейсному каналу связи.
Аппаратура комплекса может быть использована автономно.
Контроллеры могут использоваться в системе распределенного управления, связываются между собой интерфейсом и общим протоколом управления.
Характеристика программного обеспечения
Конграф-инструментальная система программирования контроллеров, достаточна для того, чтобы разрабатывать алгоритм.
1)ориентированна для автоматчиков
2)обеспечивает разработку алгоритмов технологич.процессов.
3)содержит библиотеку алгоритмич. Блоков
4)позволяет составить алгоритм как для одного контроллера, так и для нескольких,обьединенных в сеть.
5)содержит встроенный симулятор физич. Контроллера, позволяет проверить функционирование программы не подключаясь к самому контроллеру.
Консоль-программа для наладки, мониторинга и управления контроллером(как для одного,так и для сети). В качестве среды используется Windows.
1)загрузка в контроллеры разработанной технологической программы
2)Контроль параметров и их изменение
3)управление режимом работы
4)управление выходами контроллеров
5)отображение графиков, разл. Переменных при отладке алгоритмов.
Контар-АРМ-программа , обеспечивающая функции рабочей станции, оператора.
1)предназначена для наблюдения работой системы управления, для локальной диспетчеризации обьектов.
2)устанавливается на ПК и связь контроллера с программой обеспечивается по каналу интерфейса Ethernet/RS 232.
3)база данных, архив,сервис взаимод.с контроллерами.
Контар- SCADA- программа, предназанченая для наблюдения работой автоматизации, диспетчеризации с использованием Internet.
1)управление происходит через сервер, который осуществляет обмен информации между сетью контроллеров и компьютера диспетчера, который имеет выход в Интернет.
2)подключение контроллеров к сети Интенет осуществляется через встроенный в Контар специальный Web-модуль.
Характеристика контроллеров:
-интеллектуальные модули(МС)
-Исполнительные модули(MR)
MC8-является основным базовым элементом в комплексе «Контар»
МС8(12) представляет собой универсальное измерительное, сигнализирующее, управляющее и коммуникационное устройство, к клеммам которого могут непосредственно подключаться датчики, исполнительные устройства и другие источники и приемники информации.
Можно использовать как автоном.контроллер или для обьединения несколких контроллеров в локальную сеть или для создания многоуровн.систем . Обеспечивает сбор информации от разных измерит преобразователей.Позволяет передовать информацию по единому каналу связи(Интернет)
Является маломощным, для мощной нагрузки используются дополнительные релейные модули.
МС5, отличающийся от контроллера МС8 наличием силовых выходов (~220В) и упрощенной организацией входов - наличие типовых выходов, комбинированный контроллер.
Аналоговых входов-5
Выходы:ДО релейные-3;симистерные 2
В отличие от МС-8 есть силовые выходы,меньше кол-во аналоговых выходов,меньше памяти.
MR-4 - отличается выходными ключами в виде симисторов с фазоимпульсным управлением.Предназначен для плавного изменения выходной мощности.
-служит для управления электрич.мощностью нагревателя с помощью фазоимпульсной модуляции.Функция:прием по каналу интерфейсной связи RS-485 или др.устройства верхнего уровня.
MR-8-предназначенные для управления исполнительными механизмами, рассчитанными
на напряжение ~24_2220В. Выходы: реле и симисторы. Специально адаптированы к работе с конденсаторными электродвигателями, отличающимися высокими перенапряжениями на коммутирующих элементах.
релейный содержит реле и силовые ключи.Реализует разл.алгоритмы управления с дискретными входными сигнлами.Сбор и передача информации по каналу RS-485. Служит для управления ИМ пост. скорости и для др.дискретных ИМ.
19. Характеристика ПТК «Контар». Виды интерфейсов. Сетевая архитектура.Разработка программы пользователя для контроллеров.
СПОСОБЫ ОРГАНИЦАЗИИ СВЯЗЕЙ МЕЖДУ КОНТРОЛЛЕРАМИ И ПЕРИФЕРИЙНЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ
Объединение двух контроллеров МС8(12) в "составной" контроллер
Обеспечение автономности (от основной сети RS485) связки двух контроллеров МС8(12), обмен информацией происходит по каналу RS232. Преимущества такого объединения: максимальная скорость передачи данных, высокая надежность связи.
Межсетевой обмен
Каждая сеть контроллеров КОНТАР может запрашивать параметры из других сетей. Обмен информацией осуществляется через Master контроллеры по каналу Ethernet ". Для настройки
межсетевого обмена используются программы MC8Net Конфигуратор и КОНТАР АРМ (серверная
часть).
СПОСОБЫ ПОДКЛЮЧЕНИЯ КОНТРОЛЛЕРОВ К СЕТИ ИНТЕРНЕТ
Возможность простого подключения контроллера МС8(12) к сети ИНТЕРНЕТ является одним из решающих преимуществ комплекса КОНТАР. Выход в Интернет может быть обеспечен через локальную сеть с помощью маршрутизатора (или сервера) по выделенной линии, либо с помощью DSL_модема по телефонной линии. Другой вариант выхода в Интернет это использование сотовых сетей мобильной связи стандартов GSM и CDMA. Для этого используется GPRS и CDMA модемы.
СПОСОБЫ ОРГАНИЗАЦИИ БЕСПРОВОДНОГО СОЕДИНЕНИЯ
Организация беспроводной связи с датчиками
Возможность организации беспроводного соединения с датчиками открывается при внедрении новой технологии микромощной самоорганизующейся связи – ZigBee.
ZigBee – набор протоколов и расширений к международному стандарту IEEE .ZigBee предполагает небольшую скорость передачи данных (250 Кбит/c) и сверхнизкий уровень потребления энергии.
Организация беспроводной связи с компьютером
Master_контроллер МС8(12) может быть подключен к компьютеру (локальной сети) с использованием технологии Wi_Fi (Wi_Max). Контроллер по интерфейсу Ethernet, подключается к Wi_Fi (Wi_Max) адаптеру (точке доступа).
Wi-Fi – современная беспроводная технология передачи данных по радио каналу, позволяющая
подключаться к Интернету (локальной сети). Wi-Max –Для организации подключения в пределах городских кварталов и населенных пунктов в сельской местности, радиус действия составляет немногим меньше 50 км.
Сетевая архитектура.
Первый уровень.
Уровень первичных преобразователей и исполнительных механизмов.
Первичные преобразователи (датчики) измеряют технологические параметры (температуры, давления, сигналы о состоянии оборудования и т.п.) и преобразуют их в электрические сигналы. Исполнительные механизмы (приводы с цифровым и аналоговым управлением, реле, устройства плавного пуска, частотные регуляторы и т.п.) используют внешние подаваемые электрические сигналы и совершают соответствующие физические действия.
Второй уровень.
Уровень программно логических контролеров.
Контроллеры КОНТАР подключаются непосредственно к оборудованию первого уровня (обвязке технологического оборудования), осуществляют измерение и выдачу электрических сигналов согласно заложенному алгоритму функционирования (программа контроллера). Несколько контроллеров КОНТАР могут объединяться в группу для решения более сложной задачи управления. При этом они связываются через цифровую шину, в основе которой лежит протокол RS485 (данные передаются по двухжильному кабелю).
Третий уровень.
Уровень диспетчерского управления.
Контроллеры и группы контроллеров КОНТАР могут связываться с системой диспетчеризации КОНТАР через протоколы TCP/IP или RS232. Система диспетчеризации КОНТАР может быть выполнена на локальном уровне по клиент-серверной технологии: серверный диспетчерский компьютер (сервер КОНТАР АРМ) и клиентские автоматизированные рабочие станции диспетчера (клиент КОНТАР АРМ), установленные на объекте или удаленные на некоторое расстояние в отдельной диспетчерской или нескольких диспетчерских. Эту задачу решает специализированное программное обеспечение - система диспетчеризации КОНТАР АРМ для операционной системы Microsoft Windows.
Разработка программы пользователя для контроллеровОсуществляется с помощью программы «Конграф». Инструментальная графическая среда КОНГРАФ предназначена для создания проектов (алгоритмов) автоматизации инженерного оборудования на базе свободно программируемых контроллеров КОНТАР
КОНГРАФ позволяет с легкостью освоить и начать работу, использовать ранее созданные проекты и собирать новые из готовых алгоритмических модулей и функциональных блоков (FBD - Function Block Diagram). Инструментальная среда КОНГРАФ содержит большую библиотеку элементарных блоков, таких как логические, математические, условные, а также регуляторов, реализующих различные законы управления (ПИ, ПИД,...). В библиотеке КОНГРАФ есть готовые блоки, решающие более сложные, но часто встречающиеся задачи - например, управление 2 насосами, график отопления, суточные режимы работы, планирование.
Существует широкий набор характеристик первичных преобразователей (датчиков), которые позволяют сразу использовать все наиболее распространенные типы датчиков. Для редких типов датчиков закон преобразования в физическую величину можно задать в виде его градуировочной характеристики. Таким образом, аппаратная часть КОНТАР и система КОНГРАФ поддерживают практически все существующие типы первичных преобразователей.
Специально для контроллеров КОНТАР МС8, имеющих цифровой интерфейс RS232 на плате существует набор функциональных блоков, осуществляющих взаимодействие КОНТАР МС8 с внешними подключаемыми через RS232/485 приборами.
Также пользователь может сохранять свои отдельные алгоритмические модули (комплексные блоки), решающие определенную задачу, для последующего использования в других проектах.КОНГРАФ обладает мощной и удобной функцией симулирования процессов управления - КОНГРАФ Симулятор. Симулятор позволяет проводить предварительное тестирование функционирования созданного алгоритма, изменяя некоторые параметры и наблюдая процессы регулирования на нескольких графиках. После разработки алгоритма проводится компиляция, результатом которой является файлы с исполняемым кодом (они загружается в сами приборы).
20. Характеристика ПТК «Квинт». Концепции, состав программно - технических средств.
Многофункциональность: позволяет реализовать все задачи АСУТП крупных объектов. (Управление, защита, передача и хранение информации) Эти все функции реализованы на едином информационном пространстве, едином аппаратном решении, по назначению могут быть использованы в различных отраслях.
Интегрируемость: на базе КВИНТа можно объединить на информационном плане несколько автономных систем одного предприятия, содержит свойство связи с АСУТП производства
Возможность интеграции с другим ПТК на базе современной ОРС-технологии
Возможность применять для объектов различного масштаба (масштабируемость кол-ва сигналов от 100 до нескольких тысяч)
Аддаптированность КВИНТа к отечественным периферийным устройствам (ИМ и датчики)
Модульное построение аппаратных средств и объектно ориентированное программное обеспечение. Даёт возможность поэтапной модернизации системы и самого КВИНТа.
Содержит САПР, позволяющий без профессионального программиста готовить программу обеспечения и создания рабочего места оператора.
В Квинте СИ используется иерархическая распределенная архитектура сетевых средств, на нижнем уровне которых расположены специализированные микропроцессорные контроллеры, а на верхнем - информационно-вычислительные средства представления и хранения информации. Каждый контроллер Квинта СИ работает независимо от остальных средств, а каждая операторская станция верхнего уровня работает независимо от остальных рабочих станций и не связана с работоспособностью какого бы то ни было сервера. Такое построение предопределяет высокий уровень живучести комплекса, - в нем отсутствуют элементы, отказ которых приводит к отказу всей системы.
Квинт СИ включает три связанных подкомплекса (в дальнейшем – комплекса) – управляющий, информационно-вычислительный и сетевой. Управляющий комплекс состоит из контролеров, информационно-вычислительный – из рабочих станций, сетевой – из шлюзов, мостов и коммутаторов. В совокупности эти комплексы позволяют строить полнофункциональную интегрированную АСУ Т
Концепции:
Принцип распределённого управления объекта
Принцип избирательного централизированного контроля с помощью операторских станций, связанных с контроллерами
Централизация базы данных при подготовке проекта и децентрализация в операторском режиме
Принцип технологического программирования
Объектная ориентируемость
Масштабируемость
Функциональные возможности:
Контроллеры:
Сбор информации от объекта
Автоматическое регулирование
Логическое управление
Ручное управление
Технологическая защита
Рабочии станции:
Представление информации оператору
Хранение
Сигнализация
Мониторинг
Расчеты, оптимизация
Состав программно-технических средств:
Оперативные средства: работают в режиме реального времени взаимодействуя с технологическим объектом, получают от него сигнал и воздействуют на него, т.е. выполняют задачи проекта автоматизации
Ремиконты
Средства ИВК
Сетевые
Средства проектирования: предназначены для прикладных задач пользователя, обеспечивая настройку универсальных средств на специфику конкретного объекта.
САПР
Подготовка технологических алгоритмов управления
21. Функции ПТК «Квинт» (информационные, управляющие, сервисные).
В рамках АСУ ТП КВИНТ выполняет следующие функции:
информационные
управляющие
вычислительные
автоматизации проектирования АСУ ТП
вспомогательные и сервисные
Информационные функции обеспечивают сбор и предварительную обработку информации, регистрацию и накопление архивных данных, отображение информации и технологическую сигнализацию. Ввод сигналов производится непосредственно в контроллеры через модули УСО, а также из других контроллеров и/или рабочих станций через цифровые интерфейсные каналы.
Управляющие функции обеспечивают дискретное управление, автоматическое регулирование, шаговое логическое управление, технологические блокировки и защиты. Вывод управляющих сигналов производится непосредственно из контроллеров с помощью их модулей УСО.
Вычислительные функции обеспечивают расчеты, необходимые для представления отчетов и ведомостей, а также для оптимизации процесса управления. Сравнительно простые расчетные задачи решаются в Ремиконтах, сложные – в специальной вычислительной станции.
Вспомогательные функции обеспечивают мониторинг технических средств КВИНТа, его тестирование и самодиагностику, синхронизацию часов всех интеллектуальных устройств.
Функции автоматизация проектирования предоставляют инструментальные средства для системы автоматизации проектирования (САПР) АСУ ТП на базе КВИНТа.
Информационные функции
Сбор и первичная обработка аналоговых и дискретных сигналов
Регистрация и накопление архивных данных
Отображение информации
Технологическая сигнализация
Управляющие функции
Автоматическое регулирование
Автоматическое регулирование выполняется по стандартным законам регулирования (П, ПИ, ПИД) с необходимыми преобразованиями входной и выходной информации.
Дискретное управление
Дискретное управление обеспечивает автоматическое управление агрегатами, автоматическими устройствами и функционально связанными группами технологического оборудования по заранее заданным дискретным алгоритмам. Управление может вводиться автоматически или по командам оператора.
Логическое шаговое управление
Шаговое управление используется для последовательного (шаг за шагом) воздействия на исполнительные устройства. При выполнении каждого очередного шага анализируются допустимые условия (по параметрам и/или времени) его выполнения. Алгоритмы шагового управления обычно используются для автоматизации процессов пуска и останова оборудования или глубокого изменения нагрузки.
Технологические защиты и блокировки
внутреннее и внешнее (кластерное) резервирование контроллеров
специальные алгоритмы для реализации каналов защит
специальное программное обеспечение по синхронизации состояния технологической программы в контроллерах, входящих в защитный кластер.
Ручное управление
Ручное управление реализует команды оператора-технолога с Операторской станции по управлению оборудованием и охватывает все исполнительные устройства, а также элементы автоматических устройств, предусматривающие ручное управление.
Вспомогательные (сервисные) функции
Эти функции обеспечивают диагностику контроля исправности аппаратных устройств КВИНТа и правильность функционирования фирменного ПО, мониторинг его устройств в реальном времени, метрологический контроль, а также защиту от несанкционированного доступа к информации.
К вспомогательным функциям относится также система единого времени, обеспечивающая синхронизацию часов всех станций и Ремиконтов. Источником эталонного времени в системе является Станция единого времени, имеющая возможность синхронизации своих часов с помощью антенной системы по сигналам единого времени от спутников.
Объем защитных средств организуется проектным путем при создании базы данных АСУ ТП конкретного объекта. Для защиты от несанкционированного доступа КВИНТ имеет следующие средства:
устройство чтения SMART-карт (магнитные карты)
систему контроля списка пользователей АСУ ТП с их индивидуальными паролями
для каждого пользователя систему контроля его прав на конкретные оперативные действия и действия с базой данных проекта
монитор приложений.
Монитор приложений – отдельное программное приложение, которое позволяет контролировать работу оперативных станций и в случае их зависания или несанкционированного закрытия восстанавливать их работу.