Цифровые системы автоматизации и управления (ЦСАУ)

Цифровые системы автоматизации и управления (ЦСАУ) Читает: Елизаров Владимир Николаевич Изучение программируемых логических контроллеров (ПЛК). ПЛК начала разрабатывать американская фирма Allen Bradley. На российском рынке в наши дни она представлена очень слабо. Основными производителями ПЛК являются немецкие фирмы Siemens (90% российского рынка ПЛК), Schnider-electric, Turck, Moeller. Так же можно выделить японские фирмы ( Mitsubishi, Omron, Koyo) и тайваньские (Advantech, ICP DAS). В России одна из наиболее крупных фирм — московская фирма Овен. Но она делает очень ограниченные и небольшие ПЛК, ориентируемые на системы отопления и горячего водоснабжения. Каждая из этих фирм представляет целое семейство ПЛК. Мы будем рассматривать Siemens и Koyo. Koyo — фирма, занимающаяся изготовление шарикоподшипников, но делает ещё и довольно хорошие и дешёвые контроллеры. Семейства ПЛК Logo: 1 CPU S7-200: 4 (5) CPU (221, 222, 224, 226) – от выбора CPU зависит количество входных и выходных сигналов. S7-1200 S7-300 S7-400 До появления S7-1200 Siemens выпускала для каждого контроллера своё ПО, но после создало ПО для всего семейства (за исключением Logo) — TIA Portal. Семейство Koyo: DL 05 (~ Logo): 1 CPU DL 06 ~ S7-200 DL 205 ~ S7-300 DL 305 ~ S7-400 Литература: Олссон Г., Пиани Дж., Цифровые системы автоматизации и управления. Парр Э., Программируемые контроллеры Петров И.П., Программируемые контроллеры. Стандарты и языки программирования. Hugh Jack, Automating Manufacturing systems with PLC. Журнал «Современные технологии автоматизации»: cta.ru «Мир компьютерной автоматизации»: mka.ru Особенности ПЛК Конструктивно ПЛК состоят из 3х основных устройств: 1. Процессорный модуль (CPU) 2. Модули систем ввода-вывода внешних сигналов 3. Каркас (объединяющая плата) с блоком питания Центральный процессор управляет всей логикой работы ПЛК и состоит из собственного процессора и памяти (ОЗУ, ПЗУ, ППЗУ). Модули ввода-вывода физически подключаются к датчикам входных сигналов, соленоидам, пускателям, цепям управлениям, исполнительным механизмам. Алгоритм работы ПЛК довольно прост: при подаче питания процессор начинает работать, читает входные данные, запускает управляющую программу, которая загружается в память процессорного модуля. На основе работы программы ПЛК вычисляет и записывает новые значения выходов и обновляет эти выходы через выходные интерфейсы. Этот процесс называется циклом сканирования, который выполняется в одной и той же последовательности и изменяется, когда вносятся изменения в управляющую программу. Начало Нет Питание подано? Считывание входных сигналов Цикл сканирования Управляющая Программа Запись выходов Программирование под Logo. Рассмотрим версии данного ПЛК. DI/DO – дискретные входы и выходы AI/AO – аналоговые входы и выходы М — дискретные маркеры АМ — аналоговые маркеры DC – постоянный ток AC — переменный ток Максимальные ресурсы версий Logo …3 …6 …7 Параметры ОВА 0 Число функциональных блоков 30 56 200 400 - 15 250 250 6/4 24/16 24/16 24/16 Флаги М/АМ - 8/8 27/6 27/6 AI/AO - ? 8/2 8/2 Текстовое поле - 5 50 50 Программируемая память - - 3800 8000 Регистры сдвига - - 1 4 Разрядность регистра сдвига - - 8 8 Сетевые DI/AI - - - 64/32 Сетевые DO/AO - - - 64/16 Задаваемые пользователем функции (UDF): типы + экземпляры - - - 16 + 64 Фильтры аналоговых сигналов - - - 8 Число специальных функций 8 22 31 36 Сохраняемая память REM (число блоков) DI/DO Аппаратное обеспечение logo 16 8 8 Logo Модули Расширения DI / DO AI / AO Коммутац. модули Текстовый дисплей 4 12 2 Рабочая температура базового Logo: 0..+55 град. Цельсия (без конденсата). Для улицы выпускается специальная версия, работающая при температуре от -25 до +70 градусов или от -40 до +70. Они переносят конденсат, росу и даже обледенении печатных плат. Форум Siemens: http://dfpd.siemens.ru/forum/ 12 сентября 2015 Лекция 2 Logo!Basic – Logo с клавиатурой и дисплеем. Logo!Pure — Logo без клавиатуры и дисплея. Входы и выходы ПЛК 1. Выходы — 2 типа: • транзисторные; • релейные. Схема транзисторного выхода (схема с открытым коллектором) имеет следующий вид: Нагрузка ПЛК Обычно в качестве нагрузки используют реле, для того, чтобы увеличить ток в цепи нагрузки. Ток в цепи — до 30 mA. Печатная плата Подключение реле к транзисторному выходу. Срок службы и коммутационная способность релейных выходов: чем меньше ток, тем дольше срок службы реле. Число циклов переключение реле (млн) 0,5 0,1 2 10 Коммутируе мый ток (А) Если коммутируемый ток большой, а число циклом небольшое, то при заказе ПЛК целесообразно использовать транзисторный выход, и тогда вне контроллера устанавливать реле, которое легко заменить. Элементы технологического оборудования ПЛК позволяет создать программу без программирования, методами, доступными для понимания простому инженеры или технологу. Появились программы для создания интерфейса человек-машина. Нормально открытый контакт (НОК) — без фиксации и с фиксацией: Нормально замкнутый контакт (НЗК) — без фиксации и с фиксацией: Реле: НЗК Катушка -> НОК Магнитный пускатель: используется для подключения устройств с питанием 380V (AC). Схема похожа на схему реле. 380 В Катушка -> Двигатель 220 В Для того, чтобы двигатель начал работать, используют схемы с магнитным пускателем и с частотным преобразователем. За счёт переключения фаз двигатель будет вращаться в другую сторону. МЭО-16 — механизм электронный однооборотный (картинка). Устройство состоит из электродвигателя на 220 В и группы контактов, при чём положение вала двигателя влияет на положение контактов. Имеет 7 точек подключения. Группы контактов Х (А, B) и Y (C, D) всегда находятся в противофазе: если B замкнут, то А разомкнут, и наоборот. Контакты В и С служат для управления двигателем, а A и D — информационные, используются для фиксации состояния двигателя. На схеме показано положение контактов, когда кран находится в промежуточном состоянии (не открыт, не закрыт) — тогда контакты В и С замкнуты, и обеспечивают цепи управления для открытия и для закрытия крана. При подаче управляющего сигнала «Открыть» через контакт В и двигатель протекает ток, двигатель вращается и при достижении открытого положения контакт В размыкается, а контакт А замыкается, тк они находятся в противофазе. Двигатель останавливается в этом положении, тк контакт В разомкнут и ток по двигателю не протекает. Аналогично для управляющего сигнала «Закрыть». При размыкании контакта С двигатель останавливается и в этом случае контакт В размыкается. (картинка — подключение двигателя к Лого) Замечание: в точки 1 и 4 необходимо подать напряжение. Какое? Напряжение в точке 1 и 4 зависит от питания и выбора контроллера. Если выбран Лого с питанием 15-25 В, то в точку 1 и 4 необходимо подать данное напряжение. Если Лого 230 вольт, то в точку 1 и 4 подам 220 В. Hefele — используется двигатель на 280 В, так же используется группа контактов, положение которых связано с положением вала двигателя. Эта схема похожа на схему мультиплексора и демультиплексора в цифровой технике. На схеме все контакты замкнуты, тк выходная точка барабана не соединена ни с одним отверстием корпуса. При подключении Лого, в отличие от МЭУ-16, необходим 1 сигнал управления, который подаётся на магнитный пускатель. На входах ПЛК могут быть дискретные и аналоговые сигналы. Ниже частично про то, как делать лабу. После анализа технологического процесса составляется таблица входных и выходных сигналов, которые привязываются к конкретным контактам Лого. Рассмотрим следующий технологический процесс: по ленте движутся бутыли разных объёмов, которые следует заполнить из двух баков. Краны К1, К2 — пневмо (1 управляющий сигнал), К3 и К4 — под управлением МЭУ-16. При использовании пневмоустройств (управление с помощью воздуха) примеряется при взрывоопасных производствах, в состав оборудования включаются: компрессор, устройство подготовки воздуха, пневмоостров. Входы Контакты Лого Выходы Контакты Лого Пуск/Стоп D1 D2 D3 D4 D5 D6 К3 — открыть К3 — закрыть К4 — открыть К4 — закрыть УПВ I1 I2 I3 I4 I5 I6 I9 I10 I11 I12 I13 I14 Сигнал Роботу 1 Сигнал Роботу 2 Включить М Открыть К1 Открыть К2 Открыть К3 Закрыть К3 Открыть К4 Закрыть К4 Авария Включить компрессор Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 Q10 Q11 AI1 AI2 I7 I8 После составления таблицы рисуем схему подключения к Лого и модулям расширения элементов оборудования. Программирование МК 1. При построении программы — коммутационной схемы движемся от выходов ко входам. 2. Необходимо учитывать, что число последовательно соединённых блоков не должно превышать 7. 3. При образовании кольцевых схем кольцо разрывается и ставится маркер. 4. Целесообразно применять следующую схему управления выходом: схема ИЛИ — формирователь импульса — SR триггер — текстовое окно — выход // Начиная с версии 5 у логических элементов 4 входа. 5. Переходя от одного события к другому желательно запускать новый режим, если получено условие, что предыдущий режим выполнился. То есть в программе необходимо фиксировать завершение события. Импульс формируется, когда триггер переходит из 1 в 0. 26 сентября 2015 Изолирующие барьеры ПЛК Условно ПЛК можно разбить на три контура: первичный, вторичный и выходной. Устройство программирования Входня цепь Вход питания Блок питания Барьер 1 CPU Выходная цепь Барьер 2 Изолирующие барьеры защищают процессор при сильных электрических полях и при сбоях компьютера. В блоке питания изолирующим барьером является трансформатор, в котором входная и выходная катушки не связаны электрически. Во входных и выходных цепях используется оптопара, которая состоит из фотодиода и транзистора и обеспечивает развязку между одной цепью и другой. Серия I-700 (ICP COM) МК ICP DAS. В состав серии входят: • Базовый промышленный внедряемый контроллер I-7188xx • Модули I/O (дискретные и аналоговые) • Конверторы или преобразователи сигналов • Усилители сигналов (повторители, репиторы) • Радиомодемы (2 типа, различающиеся рабочим расстоянием) • Два текстовых терминала Особенности серии: 1. Модули объединяются в асинхронную полудуплексную двухпроводную сеть по стандарту RS-485. Это многоточечный последовательный интерфейс. 2. Максимальная длина сегмента сети до 1200 м. С использованием репиторов и повторителей длина сети увеличивается в два раза. Реально на практике эта длина достигает 3000 метров. 3. Скорость передачи данных в сети от 9600 до 115 200 бот. 4. Возможно объединять в одном сегменте до 256 модулей. 5. Формат данных 10 бит. 6. Питание всех устройств 10-30 В постоянного тока. 7. В устройстве имеется 2 сторожевых таймера. 8. Промышленное исполнение, где рабочий диапазон температур -20 +75 градусов Цельсия. 9. Корпуса изделий пластиковые, негорючие. Примеры промышленный сетей на базе серии I-7000 1. Сеть без контроллера COM-порт RS-232 (до 15 м) ПК Конвертор I-7520 RS-485 (до 1200 м) В А 1 2 N Технологическое оборудование (модули I/O, повторители, радиомодемы) В сети все модули ввода-вывода имеют не повторяющиеся настройки. Устройства могут отличаться адресами и скоростью передачи данных. Параметр Адрес Скорость передачи данных Адрес Скорость передачи данных Заводские настройки: • Начальный адрес 0 • Скорость передачи 9600 • Нет контроля по чётности Устройство А Устройство В 1 1 9600 115 200 1 2 9600 9600 Сеть работает следующим образом: • ПК передаёт команду • Все модули дешифрируют из команды адрес и скорость передачи данных • Тот модуль, настройки которого совпадают с полученной информацией, откликается («Я есть в сети!») и выполняет соответствующую команду • Все остальные модули игнорируют эту команду • После выполнения команды модуль сообщает, что команда выполнена • ПК формирует новую команду Замечание: этот режим будем использовать в лабораторных работах для тестирования и отладки программы для контроллера. 2. Сеть с контроллером I-7188 COM RS-232 ПК COM COM1 RS-232 I-7188 COM4 TD COM2 COM3 RS-485 (до 1200 м) В А 1 2 N COM1 используется при реальной работе, когда в контроллер зашита программа. COM4 служит для записи данных в контроллер, а так же для отладки и тестирования программы. COM2 — подключение модулей ввода-вывода (RS-485), COM3 — для подключения текстового терминала, который работает по RS-232. Работа сети: • После записи программы в контроллер, при подаче питания на контроллер автоматически запускается программа управления, где контроллер выдаёт команды. • Работа команды аналогична с первым вариантом сети. • В ПК может отображаться человеко-машинный интерфейс системы управления для визуализации и внесения изменений в программу, а так же могут работать другие программы (например, БД). 3. Сеть с несколькими контроллерами RS-232 (до 15 м) ПК Конвертор I-7520 RS-485 (до 1200 м) I-7188 (1) I-7188 (2) I-7188 (N) RS-485 Для программирования контроллеров в сети каждый контроллер подключается к ПК через COM4 и загружается программа. последовательно Ко всем устройствам сети подключается устройство питания на 10-30 VDC (вольт постоянного напряжения). Когда сеть собрана и контроллеры запрограммированы, при подаче питания каждый контроллер управляет своим сегментом сети. Недостаток сети и интерфейса RS-485: контроллеры в сети не могут общаться между собой! В сегменте сети присутствует одно ведущее и множество ведомых устройств. В ПК отображаются все элементы технологического оборудования во всех сегментах сети. Так как связи между контроллерами нет, то можно опосредованно обеспечивать передачу данных между контроллерами. Это можно делать несколькими методами: • Через модули дискретного ввода-вывода; • При помощи радиомодемов (беспроводная связь). Существует интерфейс CAN, разработанный фирмой Bosh, он широко используется в автомобильной и авиационной промышленности, где не требуется больших расстояний для сегментов сети. В этом интерфейсе: • Может быть несколько ведущих устройство; • Контроллеры могут общаться между собой. Структура контроллера I-7188 COM1 RAM (256 KB) Flash-ROM (512 KB) RTC (часы реаль. Врем) NVS RAM (энерго-независ. пам) COM2 CPU AMD 80188 40 МГц EEP ROM COM3 5 сегментных индекаторов COM4 Power 10-30 VDC Особенности контроллера По существу контроллер представляет собой маленький PC-совместимый компьютер, в который встроена операционная система ROM-DOS, аналог MS-DOS 6.2. Имеется несколько видов памяти и часы реального времени. ОС ROM-DOS работает не с жёсткого диска, а с ROM-диска, защищённого от записи. Для программирования контроллера используются универсальные языки программирования: С, Pascal и другие, для которых имеются соответствующий приложения. Для удобства программирования и перехода на технологические языки в память контроллера записывается специальное ПО SoftLogic или SCADA, которое содержит средства разработки для языка FBD, среду создания ЧМИ, COM и OPC-серверы. Программа для контроллера ЧМИ OPC, COM-сервера В лаборатории имеются: I-7188, в который встроено ПО SoftLogic (GoodHelp). Всё это называется ROBO-3140, можно программировать на языке FBD. Так же может быть встроена среда программирования Trace Mode: такой контроллер имеем имя Lagon-3140. Структура модулей ввода-вывода Условно её можно разделить на левую и правую части. Левые части у всех модулей одинаковы: они различаются только правой частью. Схема левой части состоит из следующих устройств: LED module EEP ROM CPU AMD8088 20 МГц Data (+) Data (-) I/O RS 485 Interface +5 VDC Power 2 Рассмотрим несколько модулей и схему подключения к ним нагрузки. Модуль I-7041 DC на 14 каналов. Транзистор открывается светом, когда по цепи диода протекает ток. Если тумблер разомкнут и в точку I0 не поступает ток, транзистор закрыт, сигнал поступает на входную шину контроллера. На шину идёт 5 В (логическая 1). Особенность модуля: после тумблера нужно подключить землю. Если тумблер замкнут, на шине будет 0. Модуль I-7065 4DI/5DO R (релейные выходы) При подключении МЭО-16 в общую точку подаётся земля. С модуля на контакты МЭО-16 подаётся земля, и, если в МЭО-16 контакт замкнут, то сигнал идёт на цепь фотодиода. Для модулей основными параметрами являются: 1. Количество каналов ввода-вывода и их тип (аналоговые или дискретные); 2. Тип гальванической развязки, если она имеется в модуле; 3. Напряжение изоляции от 3700 В до 5000 В; 4. Уровень логического «0» от 0 до +1 В, уровень логической «1» от +4 до +34 В; 5. Напряжение питания 10-30 VDC; 6. Потребляемая мощность 0,2 — 1,9 Вт. В любом модуле имеется контакт INIT и электрически переписываемая постоянная память IEEP ROM, где хранятся данные о его конфигурации (адрес модуля, тип, скорость передачи данных, контроль по чётности и другие). Модули являются интеллектуальными устройствами, где имеется система команд. Контакт INIT служит для перехода модуля к начальным настройкам (контрольной суммы нет, скорость передачи данных 9600, начальный адрес 0). Следующий алгоритм использования данного контакта: 1. Отключаем питание модуля; 2. Соединяем контакт INIT с землёй; 3. Включаем питание и подаём команду $002 и считываем данные. При аварийной ситуации может сработать сторожевой таймер. В модулях вывода, которые управляют исполнительными механизмами, имеется возможность установки начальных значений выходов при подаче питания на модуль (фиксация начальных значений выходов). Кроме того, есть возможность при срабатывании сторожевого таймера установить на выходах модулей безопасные значения. Сторожевой таймер (Watchdog) Все модули имеют 2 сторожевых таймера: 1. Аппаратная схема внутреннего сторожевого таймера; 2. Программная реализация для контроля работы ПК и контроллера. При сильных электромагнитных полях в жёстких условиях промышленной эксплуатации внутри модуля могут произойти переходные процессы и электромагнитные наводки. В модуле может произойти сбой и он может зависнуть. То есть срабатывает внутренний сторожевой таймер. В этой ситуации требуется перезапуск модуля. В других случаях при зависании PC, контроллера, обрыве связей с модулем срабатывает программная часть сторожевого таймера. В модуле имеется возможность ввести интервал времени, который влияет на запрос модуля и ответ ПК или контроллера. Запрос ПК Ответ Таймер Модуль Можно настроить время отклика: если через заданный интервал времени ответ на запрос не получен, срабатывает таймер. Выходы при этом переводятся в безопасное состояние. Гальваническая изоляция (2 элемента) занимает небольшую площадь. Но, если хочется увеличить число выходов или входов, ей можно пожертвовать. Схема модуля I-7043 (без гальванической изоляции), DO = 16 DO 0 16 DO N Реле + Power Диоды защищают от неправильной полярности питания. Нагрузка Контроллер ROBO-3140 с интегрированной средой разработки GoodHelp Замечание: модули ввода-вывода в технической литературе часто называют устройства связи с объектами (УСО) или устройства сбора данных. I-7043, DO = 16 DO 0 16 DO 15 + Реле + Нагрузка Power Схема с открытым коллектором. I-7050, DI = 7, DO = 7 DO 0 DO 6 DO 0 DO 6 Нет ГИ I-7050 +5B DI 0 Тип модуля AI I-7011 AO DI DO Примечания 1 1 2 Термопара I-7012 1 1 1 I-7013 1 I-7014 1 I-7016 2 I-7017 8 I-7018 8 Термосопротивление 1 1 I-7022 2 I-7024 4 I-7041 2 Пересчёт шкалы 1 4 Тензодатчик Термопара I-7021 I-7033 1 3 Термосопротивление 14 С гальванической изоляцией I-7042 13 С открытым коллектором I-7043 16 С открытым коллектором С гальванической изоляцией I-7044 4 8 I-7050 7 8 (?) I-7052 8 I-7053 16 I-7058 8 I-7060 4 4 С гальванической изоляцией I-7065 4 5 С гальванической изоляцией 7 Релейный выход, ГИ I-7066 С гальванической изоляцией С гальванической изоляцией Радиомодемы I-7000 Модель Параметры Дальность связи (км) SST-900 SST-900EXT SST-2400 SST-2400EXT 0,2 1 0,3 1 / 5 (в зависимости от антенны) Диапазон несущих частот Антенна Число радиоканалов 902-928 МГц 2426-2460 МГц Встроенная Внешняя Встроенная Внешняя 8 8 8 8 Команды в модулях связи с объектами Формат команды: (Начальный символ) (Адрес) (Команда) (Символ контрольной суммы) Команды делятся на 2 типа: 1. Набор команд сторожевого таймера и главного ПК (всего 6 команд); 2. Команды проверки и настройки параметров модулей (описания в файле Модули DI/O I-7000 — там можно посмотреть про эти команды подробнее). Основные команды: установка значений выходов по-умолчанию и для аварийного режима. Это нужно будет в лабораторной работе. Интегрированная среда разработки Good Help Набор программ состоит из: • Программа Amaker.exe — архиватор; • Edchart.exe — редактор для FBD; • Aview.exe — программа просмотра архива; • Ghcomsrv.exe — DDE и COM серверы; • Ghterm.exe — текстовый терминал; • Mbilder.exe — построение меню для терминала; • Testcom.exe — тестирование COM-сервера; • Testdde.exe — тестирование DDE-сервера; • wstation.exe — создание ЧМИ; • wst.exe • rune-time.exe — система визуализации. В пакете есть файлы edchart.doc и wstation.doc, содержащие справочную информацию по созданию программы на языке FBD и пользовательского интерфейса. Замечание: после инсталляции системы программ для работы с объектами ЧМИ необходимо вначале запустить DDE и COM-серверы, настроить скорости последовательных портов, на которых происходит поиск адресов процессоров. При эмуляции без модулей ввода-вывода для отладки программы устанавливают в программе DDE и COM-сервер виртуальный порт с номером 17. DDE и COM-сервер. Эта программа является связующим звеном между всеми компонентами системы и обеспечивает настройку компонентов для режима эмуляции. Является связующим звеном между МК и ЧМИ. Эмуляция программы на языке FBD может быть с подключёнными модулями ввода-вывода к ПК или без модулей (домашний вариант). OPS-сервер. Служит для получения данных от DDE и COM серверов, используется для связи с другими системами, например, с базой данных. Программа Edchart.exe позволяет разработать программу управления технологическим процессом на языке FBD, так же отладить программу с использованием трёх режимов эмуляции. Позволяет записать отлаженную программу в контроллер. Режимы эмуляции: 1. Непрерывный — происходит запуск программы FBD на исполнение. Созданная программа выполняется с обычной скоростью, при чём на входах и выходах функциональных блоков отображаются их текущие значения. 2. Пошагово — программа выполняется по шагам и за 1 шаг выполняется 1 цикл ПЛК. На входах и выходах функциональных блоков отображаются последние значения после выполнения цикла. Для запуска следующего цикла в меню нажимается «Следующий шаг». 3. Трассировка — программа выполняется последовательно по шагам, где за 1 шаг исполняется 1 функциональный блок. Тем самым можно контролировать последовательность срабатывания блоков. Вычисляемый блок подсвечивается красным цветом. Замечание: в программе при создании FBD желательно использовать переменные (они заменяют собой провода). Есть блоки, которых нет в Logo, многие модули требуют предварительной настройки. Для работы с серией I-7000 мы изменяем таблицу входных и выходных сигналов, которую построили для Logo. Каждый сигнал мы привязываем к конкретному каналу конкретного модуля, которые заданы на рабочем месте. То есть входные сигналы сопоставляются со входами модулей соответствующего рабочего места. Сигналы Тип модуля Адрес Вх1 I-7050 32 (20h) Вх2 I-7041 31 (1Fh) Скорость Номер канала DI 115 200 DO Вых1 Графу «скорость» можно опустить, если все скорости одинаковы. Если в лаборатории не хватает входов/выходов для данного технологического процесса, то эти сигналы можно виртуально задавать на ЧМИ. В программе FBD виртульный вход или выход — это переменная VLA. Реальные и виртуальные I (O) DI 0 Реальный вход – сигнал подаётся с модуля (со стенда) 1 Vba 1 Вирутальный вход – сигнал подаётся с ЧМИ Для работы DDE и COM сервера составляется таблица внешнего доступа, в которой отображаются имена объектов, которые будут передаваться из одной программы в другую. При любых изменениях в программах необходимо запускать сохранение данных, так как DDE и COM сервер работают с сохранёнными значениями. Для занесения объекта в таблицу внешнего доступа нужно выделить его выход и присвоить ему имя, которое будет занесено в таблицу. Если всё прошло успешно, то выход подкрасится другим цветом. 24 октября 2015 В Лр2 должны быть представлены схемы модулей, необходимо знать, как подключать к ним нагрузку. Если модуль с релейным выходом, то для подключения технологического оборудования есть две точки, и всё просто. Если выходы транзисторные, необходимо использовать реле: Системы для умного дома • • • Smart Home Intelligent bilding АСУЗ — автоматические системы управления зданиями Под названием «умный» дом следует понимать систему, которая обеспечивает комфорт и безопасность, а так же ресурсосбережение для всех пользователей. В простейшем случае система распознаёт конкретные ситуации и соответствующим образом на них реагирует. Различие систем управления умным домом в России и в Мире зависят от их конкретного предназначения и в подходах к реализации. В Европе предназначение — прежде всего энергосбережение, и только потом — комфорт. В России на первом месте комфорт и имидж для высокобюджетных проектов. Для простейших проектов (охранная, пожарная сигнализация) подход в Европе — максимальная унификация, а в России — строго индивидуальные проекты. По установке: в Европе проекты готовят сами разработчики и производители систем, а установкой занимаются квалифицированные монтажники, которые работают строго по схемам, в России — специалисты работают со многими производителями оборудования, что позволяет строить оптимальные системы для поставленных задач, и эти же специалисты занимаются монатжом, запуском и обслуживанием оборудования. По развитию систем «умного» дома оценки аналитиков следующие: к 2020 году общий объём мирового рынка для таких систем достигнет 52 млд. долларов. В период с 2012 по 2020 год среднегодовые темпы роста рынка будут на уровне 18%. В России эти цифры значительно скромнее: в 2012 году объём рынка составлял 2,3 млд рублей, в 2013 вырос на 30%, но это докризисная ситуация. Под термином «умный» дом понимают интеграцию следующих систем в единую систему управления зданием: • Системы управления и связи • Системы отопления, вентиляции и кондиционирования • Системы освещения • Системы электропитания здания • Системы безопасности и мониторинга Пример: www.aurabi.ru Протоколы и технологии для «умного» дома и АСУЗ Пока не существует единого стандарта, и на рынке известны следующие протоколы: 1. Х10 и дальнейшее развитие INSTEON 2. iButton 3. LON (Lon Works) 4. KNK / EIB 5. BAC net (Siemens) 6. C-bus 7. и другие Протокол Х10 Международный открытый промышленный стандарт, который применяется для связи электронных устройств в системах домашней автоматизации. Этот стандарт определяет методы и протокол передачи сигналов управления электронным модулем, к которому подключены бытовые приборы с использованием обычной электропроводки или беспроводных каналов. Сигналы управления передаются и принимаются непосредственно по электрической сети. Так как отсутствуют дополнительные провода, то инсталляцию систем с протоколом Х10 можно проводить легко и быстро. Кроме силовой проводки используется радиоканал с частотой 433 МГц. Закодированные цифровые данные передаются с использованием радиочастотных импульсов, вспышки частотой 120 КГц и длительностью около 1 мили секунды, и эти импульсы синхронизированы с моментами перехода переменного тока в сети через нулевые значения. Стандарт разработан фирмой PICO в 70х гг прошлого века. В наши дни автоматикой Х10 оснащены миллионы домов во всём мире. Наибольшее распространение и популярность: Северная Америка и Канада. Технология Х10 Использует цифровое представление сигналов управления. Информация кодируется двоичным кодом и передаётся по электрической сети с использованием высокочастотных импульсов. Каждый передаваемый импульс соответствует одному биту в значении 1. Передача очередного импульса происходит в момент времени, когда сетевое напряжение принимает нулевое значение. фаза1 и фаза2 фаза3 и АС и 3,3 мс 6,7 мс 50 Гц Длина информационного импульса — 1 мс. Для передачи команды требуется 11 циклов: первые 2 команды передают стартовый код, следующие 4 код дома, оставшиеся — код устройства или код функции (ключевой код). Этот полный код передаётся дважды непрерывным блоком, и между блоками различных команд всегда существует разрыв в 3 цикла силового напряжения. При передаче команды сначала отправляется кадр с кодом устройства, а далее — кадр с самой командой. SC HC FC 11 периодов SC HC FC 11 периодов SC 3 периода HC FC 11 периодов SC HC FC 11 периодов Цикл команды — примерно 1 секунда Развитие этого протокола получило в промышленных модемах ПЛК, которые для передачи данных от электрических счётчиков по силовой проводке. счётчиках «Меркурий» Московской фирмы Инкотекс, используется данный закрытый, тк внутри зашит фирменный алгоритм кодирования данных, что высокую защищённость этих данных. применяются Например, в протокол, но обеспечивает Все изделия, которые удовлетворяют данному протоколу, можно разделить на передатчики (источники управляющих сигналов) и приёмники (исполнительные схемы). Управляющие сигналы передаются, когда сетевое напряжение равно 0. Таким образом передатчик определяет возникновение 0 напряжения, и с запаздыванием не более 2 мили секунд и передаёт инфу в виде пакета колебаний амплитудой 5 вольт, длительность1 мс и частотой 120 КГц. Приёмники сигналов на это время открывают «временное окно» и «слушают» сеть. При появлении сигнала в разрешённое время данный сигнал обрабатывается. При оценке стоимости проекта часто используют такой показатель как затраты на одну точку управления. Для проектов на Х10 эта величина колеблется от 1500 до 2500 тыс. рублей. Уменьшается при увеличении числа точек управления. Недостатки Х10: • Медленный протокол, команда занимает примерно 1 секунду — для домашней автоматизации это не критично • Низкая помехозащищённость устройств, работающих по протоколу Бытовые приборы создают сильные помехи при включении в сеть. Для борьбы с помехами используют фильтры. Несколько лет назад появилась система Mega_sx-250. Это небольшая домашняя система автоматизации, которая стоит 5-6 тысяч рублей. 31 октября 2015 Промышленная сеть на базе микросхем iButton iButton, touch memory, contact memory. Это класс устройств, которые имеют однопроводной протокол обмена информацией и помещённых в стандартный металлический корпус в виде таблетки. Выпускется американской фирмой Dallas Semiconductor. Эти устройства используются в домашней автоматизации. Любая такая микросхема имеет уникальный идентификационный номер (id), который записывается в процессе изготовления чипа во внутренней ПЗУ. Для обеспечения повышенной устойчивости к внешним воздействиям полупроводниковый кристалл помещается в стандартный металлический корпус, который называется MicroCan. Представляет собой небольшой цилиндр диаметром 16,25 мм с высотой 3,10 мм (модификация F3) или 5,89 мм (модификация F5). Верхняя часть корпуса электрически изолирована от остальной части цилиндра и является контактом данных. Нижняя часть является землёй. По выполняемым функциям схемы подразделяются следующим образом: 1. Только ID — например, магнитные замки, домофоны. 2. ID + энергонезависимое ОЗУ, ПЗУ, ППЗУ. 3. ID + энергонезависимое ОЗУ, ПЗУ, ППЗУ + часы реального времени (S). 4. ID + термометр. 5. ID + Java криптопроцессор (для шифрования данных). Обмен данных в схемах iButton производится через однопроводной интерфейс, который является фирменной разработкой Dallas Semiconductor. Информация в этом интерфейсе передаётся по единственному проводу. Таким образом шина данных однопроводная. Питание схема получает из этого же проводника, заряжая внутренний конденсатор, когда на шине нет обмена данными. Скорость обмена достаточна для обеспечения передачи данных в момент касания устройства. Данный протокол обеспечивает возможность работы с множеством схем, которые подключаются параллельно линии данных. Команды интерфейса позволяют определить ID всех устройств, которые подключены в данный момент к шине. Работает то устройство, ID которого содержится в команде. На это время остальные устройства переводятся в режим ожидания. Управляет линией данных ведущее устройство, которое формирует команды и в качестве такого устройства можно использовать ПК или МК. Для хранения кодов используется аппаратный промежуточный буффер в ОЗУ. Данные записываются в буфер, ведущее устройство проверяет их целостность и правильность, и только после этого передаёт команду. Данные копируются из буфера в основную память. Для подключения к ПК, так же, как и для 485 интерфейса, выпускаются специальные адаптеры для портов компьютера 232, USB и других, которые преобразуют сигналы компьютера в однопроводной интерфейс. Этот однопроводной интерфейс разработан в 80гг для применения в трёх сферах: 1. Изготовление приборов, решающий проблемы идентификации, переноса преобразования информации. 2. Программирование встроенной памяти интегральных компонентов. 3. Системы автоматизации. и Приборы имеют следующую конфигурацию: Data In Команда + Адрес Память Мультиплексор Питание Data Out Однопроводная сеть состоит из: • Мастера шины, имеющего однопроводной интерфейс — инициирует все процессы, которые происходят в сети, и управляет ими • Ведомого устройства • Электрических соединений между мастером и ведомыми Передача данных осуществляется побайтно и побитно в полудуплексном режиме. Уровень логического нуля до 0,8В, уровень логической единицы более 2,2В. Условием функционирования сети является присвоение адресов всех входящих в неё приборов. Адрес состоит из 8 бит группового кода, 40 разрядов ID и 8 битов — значения контрольной суммы, то есть циклический избыточный код, с помощью которого Мастер быстро определяет наличие ошибок при чтении адреса. В этих схемах нет непрерывного синхросигнала. Поэтому каждая схема имеет собственную встроенную схему синхронизации. Данная схема обеспечивает изменение и формирование цифровых импульсов различной длины. Для синхронизации внутренних времязадающих цепей используется падающий фронт сигнала, так как в схемах с открытым коллектором он менее подвержен ёмкостной нагрузке. Основной топологией этих сетей является топология общей шины без ветвлений. Конфигурация сети может произвольно меняться в процессе её работы. Это достигается благодаря присутствию в протоколе специальной команды поиска ведомых устройств, которая позволяет быстро определить, что были подключены новые микросхемы. Стандартная скорость обработки такой команды составляет 75 узлов сети в секунду. Передача информации в сети асинхронная полудуплексная, вся информация, циркулирующая в сети, воспринимается абонентами или как команда, или как данные. Стандартная скорость работы сетей составляет 15,4 Кб/сек. Эта скорость была выбрана исходя из необходимости максимально надёжной передачи данных на большие расстояния. Кроме того, эта скорость соответствует быстродействию наиболее распространённых МК. Значение данной скорости может быть уменьшено до любого значения благодаря внедрению принудительной задержки между передачей в линиях отдельных битов данных. Так же скорость может быть увеличена (до 125 Кб/сек) для отдельных компонентов, которые расположены недалеко от ведущего устройства. Типы сетей Эти сети могут различаться по своим размерам и топологии. Различают миниатюрные, простые, типичные, сложные сети. Миниатюрные и простые различаются только расстоянием от ведущего до ведомого устройства (до 5 и до 25 метров соответственно). Все ведомые подключаются к Мастеру по средствам двухпроводной линии, которую называют магистралью. Число ведомых может достигать 80-100 устройств. Мастер Ведомый Ведомый Ведомый Топологии типичных сетей. Могут содержать локальные кластеры (ЛК). ЛК ведомых приборов могут представлять как миниатюрные, так и простые сети. Ведомые приборы, которые подключены к Мастеру или к дополнительному выходу ответвителя, не нагружают сеть и не участвуют в обмене данных до тех пор, пока Мастер не адресует и не активирует соответствующий ответвитель. В один момент времени может быть активным только один выход ответвителя. ПО Мастера должно гарантировать, что в каждый момент времени был активен только 1 ответвитель. Расстояние между узлами до 125 метров. + Местное питание + Мастер Ответвитель ЛК Контактное устройство Ответвитель Локальный кластер Топология сложных сетей. Расстояние между узлами до 300 метров. + Местное питание + Мастер Ответвитель Ответвитель ЛК ЛК - Комплект разработчика для таких сетей: www.ibutton.com 7 ноября 2015 Основы релейной логики • • • LD, LAD, RLL Релейно-контактные схемы Лестничные диаграммы Синтаксис языка удобен для замены логических схем. Ориентирован на инженеров по автоматизации, которые работают на промышленных предприятиях. Язык обеспечивает наглядный интерфейс логики работы контроллера. Является самым распространённым языком в США. Основными элементами языка являются контакты: нормально разомкнутый и нормальной замкнутый. Нормально разомкнутый контакт (НРК) — без фиксации и с фиксацией: Нормально замкнутый контакт (НЗК) — без фиксации и с фиксацией: Другие элементы: инвертор, катушка реле (обозначается парой скобок ()). Релейная схема представляет собой две вертикальные линии, то есть шины питания, между которыми расположены горизонтальные цепи, которые состоят из контактов и катушек реле. Контакты могут соединяться параллельно, последовательно. В цепи могут быть параллельно подключены несколько реле. Последовательное соединение реле недопустимо. В цепи каждому контакту ставится в соответствие логическая переменная. Если контакт замкнут, то логическая переменная имеет значение 1, если разомкнут — значение 0. Последовательное соединение контактов равносильно логической операции И. Параллельное — операция ИЛИ. Реле1 = a!c || ab Схема подачи питания на ПЛК: состоит из контактов Пуск и Стоп, контакта реле и самого реле: |-----|/|-----| |-----( )-----| Примеры различных цепей |-----| |------| |------( )-----------| | | |-----| |------| |----| |----( )-------| | || || | |-----| |------| |----| |------------- | Идеология релейных схем подразумевает параллельную работу всех цепей, так как питание на все цепи подаётся одновременно. Однако в языке релейной логики цепи (диаграммы) вычисляются последовательно слева направо сверху вниз. В каждом рабочем цикле однократно вычисляются все цепи, что создаёт эффект параллельной работы цепей. Любая переменная в рамках одной цепи всегда имеет одно значение, либо 0, либо 1. Если даже реле изменит переменную, то новое значение поступает на контакт только в следующем цикле. При чём цепи, расположенные ниже, получают новое значение переменной сразу, а цепи, которые выше получают значение в следующем цикле. Это обеспечивает устойчивость системы управления при наличии обратных связей. |------| |-----( )------| |------| |-----( )------| |------|/|-----( )------| Разомкнутый контакт + реле Кнопка + реле Замкнутый контакт + реле Схема из 3 контактов, один из которых кнопка (2 разомкнуты, одна замкнута) и 3 реле: • Цикл 0: Если не нажата кнопка, ток протекает по цепи 3. • Цикл 1: Нажмём кнопку. В первой цепи тока нет, во второй начинает протекать ток, включается реле 2 и отключается реле 3. |------| |-----( )------| |------|/|-----( )------| |------| |-----( )------| • Цикл 2: Включается реле 1, если держим кнопку, то остаётся включённым реле 2. |------|/|-----( )------| |------|/|-----( )------| |------| |-----( )------| • Цикл 3: Отпускаем кнопку, реле 2 выключается, реле 3 включается. |------|/|-----( )------| |------| |-----( )------| |------|/|-----( )------| Рассмотрим более сложный пример — схему кодового замка. Замок имеет 9 точек управления (кнопки с 1 по 9). В схеме кодового замка используется реле с 3 группами контактов. Для открывания замка необходимо набрать код последовательным нажатием кнопок К2, К3, К4, К5. При чём первая кнопка К2 нажимается одновременно с кнопкой К1 (кнопкой дверного звонка). Все промежуточные реле (2-5) работают с самофиксацией. Ошибочное нажатие любой из кнопок или открытие двери сбрасывает замок в исходное состояние. Таким образом «свой» откроет замок с очень коротким звонком. Одновременное нажатие всех кнопок сбрасывает замок в исходное состояние. Принципиальная электрическая схема кодового замка на реле будет иметь следующий вид: Секретность кода замка достигается распайкой кнопок K2-K5 к различным клавишам наборного поля. В данной схеме не показаны силовые цепи звонка и электромагнита замка. Для реализации кодового замка на ПЛК необходимо иметь 10 входов (клавиши + контакт двери) и два выхода: для звонка и для замка. Программа на языке релейной логики практически повторяет принципиальную электрическую схему. Единственное отличие: контакт реле 6 разделён на несколько цепей. Кроме контактов в цепях в языке релейной логики используются функциональные блоки (как в FBD): счётчики, таймеры, задержки, сдвиговые регистры и другие блоки, а так же команды перехода, которые позволяют изменять логику работы контроллера. Среди функциональных блоков имеется множество блоков арифметики с плавающей и фиксированной запятой, которые позволяют легко произвести вычисления и сравнения в программе. Использование таймеров Таймер обеспечивает возможность фиксации момента остановки и возобновления процесса с того момента, когда процесс был прерван. Одновходовой таймер — считает время так долго, как вход находится во включённом состоянии. Если в схеме присутствует таймер, то в программе будет контакт таймера. Пример: TMR K30. Реализация булевых сравнений Пример: число сравнивается с содержимым ячейки. Области памяти в ПЛК В современных ПЛК для хранения данных используются следующие области памяти: • Регистр входов • Регистр выходов • Память переменных (V) • Битовая память (М) • Память таймеров (Т) • Память счётчиков (С) • Память аккумуляторов (АС) • Память локальных данных (L) Обращение к разным областям памяти происходит с разной скоростью. Если мы обращается к памяти L или AC, то скорость значительно меньше, чем если мы обращаемся к памяти переменных. При чём области V, М, С, Т можно сконфигурировать как сохраняемые. Пример распределения памяти в контроле фирмы Siemens I7-200 c CPU 221 Регистр дискретных входов DI (I0.0 – I15.7): память разбита на биты с 0 по 7, и так для всех входов. Регистр дискретных выходов DO (Q0.0 – Q15.7) так же разбит на отдельные биты. Аналоговые входы AI (W0 – W30) разбиты на слова. Слово состоит из 2 байтов. Аналоговые выходы AO (QW0 – QW30). V: VB0 – VB2047 L: LB0 – LB63 M: M0.0 – M31.7 Замечание: в память переменных можно обращаться в формате бита, байта, слова и двойного слова. Стандарт на языки программирования в ПЛК I-1131-3 В этом стандарте 2 графических языка (FBD и RLL) и 3 текстовых (IL — список команд, ST — структурированный текст, SFC — язык последовательных функциональных схем). IL — язык низкого уровня, ST — язык ВУ, разработанный для структурного программирования. Системы программирования CoDeSus и ISaGraf Автоматы (оценка зависит от качества ЧМИ во 2й лабораторной): • Сдать лабораторные до 15 декабря • 80% посещения лекций 21 ноября 2015 Сеть локального управления LON Разработана в США. Система распределённого интеллекта, где устройство в сети, где устройства в сети могут самостоятельно обрабатывать события и имеют встроенное ПО. Эти сети имеют ряд особенностей: • В этих сетях можно применять различные среды передачи сигналов (проводные, радиочастотные, оптические), использовать передачу сигналов по питающей сети как в протоколе Х10. • В этих сетях нет разделения на основные и подчинённые устройства. • Все устройства имеют встроенное ПО, где программы выполняются по событиям. • Таким образом наличие инструментальной программной поддержки максимально упрощает и ускоряет процесс внедрения системы. В связи с этим многие производители оборудования для автоматизации зданий оснащают свои агрегаты, механизмы и устройства интерфейсом LON. Например, практически во всех кондиционерах используется протокол LON. Данная технология разрабатывается не только как техническое решение, но и является коммерческим продуктом: целью является получение прибыли от каждого применяемого устройства и каждого автоматизируемого объекта. Таким образом автоматически стоимость лицензии включена в цену каждого выпускаемого специального чипа. При этом стоимость ПО достаточно высока. Однако, несмотря на данный недостаток, эти системы широко внедряются, так как дают большой выигрыш по части затрат на программирование и монтаж оборудования. При этом существенно снижаются затраты времени на внедрение системы. Основным элементом любого устройства LON является процессор Neuron. Специальная микросхема нейрон-чип составляет основу аппаратной части технологии. Такая микросхема имеется в каждом устройстве сети. Эти чипы выпускают только два производителя: Toshiba и Cypress. Структура процессора Neuron Содержит: • МАС процессор • Сетевой процессор • Процессор приложений • ОЗУ • ПЗУ • ППЗУ • Шина адреса: 8 бит • Шина данных: 16 бит • Сетевой коммутационный порт (5) • Программный порт (11 I/O) • Тактовый генератор Кристал содержит 2К динамической памяти для хранения весов и данных, 512 байт (EEPROM), для размещения управляющих программ. Для выполнения специализированных сетевых и управляющих операций в структуре кристалла имеется два спецвычислителя: Applications CPU, Network CPU. Так же следует отметить широкие коммуникационные возможности реализованные на кристалле. Все три процессора являются 8и разрядными, при чём 2 управляют сетевой передачей данных по специальному протоколу LON Talk, а 3й процессор обслуживает прикладную часть ПО узла и взаимодействия с внешними устройствами через программируемый порт ввода-вывода. МП объединены общей шиной и синхронизация из работы осуществляется за счёт обращения к общим областям памяти данных. Для сопряжения устройства с внешними каналами связи используются приёмо-передатчики, которые выбираются в соответствии с типом канала связи и подключается к сетевому коммутационному порту. Внутренняя структура узла сети LON Works имеет следующий вид: Уникальность адреса каждой микросхемы Neuron обеспечивает не повторяющийся 48 разрядный идентификационный код Id, записывающийся в не перезаписываемую память при производстве чипа. ПО состоит из 3х разделов: системного, прикладного и коммутационного. При чём системное ПО загружается в ПЗУ при производстве чипа. Это системное ПО обеспечивает работу сетевого протокола и включает библиотеку программных функций для управления портом ввода-вывода. Прикладное ПО реализует набор функций самого устройства. При чём для каждого устройства существует специальный файл с описаниями типа переменных, их разрядности и имён. Этот файл используется и необходим для правильной конфигурации устройства пакетом LON Talk. По создаётся на специальном языке Neuron-C. Следует учесть следующее: системные интеграторы, которые внедряются в систему, практически не используют этот язык, так как все устройства поставляются со встроенным ПО, и системный интегратор только конфигурирует систему. За счёт этого упрощается процесс настройки и внедрения системы. Для программирования сети используется специальная программа LON Marker, в которой прописываются связи между сетевыми переменными и производится настройка конфигурации устройств. При программировании с использованием данной программы не требуется написание кода. Она выполняет следующие задачи: 1. Проектирование сети; 2. Ввод устройств в эксплуатацию (передача программы на устройства); 3. Тестирование сети 4. Создание отчётов по отдельным устройствам и сети в целом. Для самостоятельной работы: • Патент США: US7800812 (SPD-технология) — это та самая технология, которая используется в здании на площади Конституции для подсветки. Динамическое тонирование окон, используемое в машиностроении, архитектуре, аэрокосмических и морских системах. Интерфейсы RS-422 и RS-485 Интерфейсы, используемые серией I-7000. Это стандарты передачи данных небольших объёмов до 2,5 Мбит/сек между устройствами при помощи витой пары. Этот стандарт используется в промышленных МК сетях. Принцип передачи сигнала в таких интерфейсах следующий: для передачи данных используется витая пара из двух жил и из двух проводников (TP). Подобную технологию называют балластной передачей данный или дифференциальной передачей напряжения. Если обозначить один из проводов витой пары как А, а другой как В, то сигнала не будет, если напряжение на проводе А отрицательно, а на проводе В положительно. Если сигнал присутствует, то в том случае, если на А положительное напряжение, а на В отрицательное. Принцип подачи электричества два интерфейсов 232, 422 и 485 одинаковый и основывает на подаче переменного напряжения от 0 до 5 вольт. Интерфейс 422 используется для передачи данных в двух направлениях одновременно, применяется для расширения сферы действия 232. RS-485 используется для многоточечной связи, где к одному кабелю подключается множество устройств. Практически RS-485 это аналог сети Ethernet, где многоточечная связь реализована через коаксиальный кабель. В системах автоматизации в основном используется RS-485. Данный интерфейс используют следующие сети: Mondbus, Profibus DP, ARCNET, LON, Bit Bus и др. Дифференциальная передача сигнала В основе RS-485 лежит дифференциальный способ передачи сигнала, когда напряжение, соответствующее уровню логической 1 или 0, отсчитывается не от «земли», а измеряется как разность потенциалов между двумя передающими линиями Data+ Data-. При этом напряжение каждой линии относительно «земли» может быть произвольным, но не должно выходить за пределы -7 вольт +12 вольт. Приёмники сигнала являются дифференциальными и воспринимают только разность между напряжениями на линиях Data+ Data-. При разность напряжений более 200 милиВольт до +12 вольт, считается, что на линии установлена логическая 1. При напряжении менее 200 милиВольт до -7 вольт — установлен логический 0. Дифференциальное напряжение на выходе передатчика в соответствии со стандартом не должно быть меньше 1,5 вольт. Сам протокол RS-485 выполняет следующие действия: • Преобразует входную последовательность из 0 и 1 в дифференциальный сигнал; • Передаёт дифференциальный сигнал в симметричную линию связи; • Подключает или отключает передатчик драйвера по сигналу высокого протокола; • Принимает дифференциальный сигнал с линии связи. Замечание: различают симплексную, полудуплексную и дуплексную связь. Симплексная связь — односторонняя (например, радио). Дуплексная — реализуется с использованием двух каналов связи: исходящего и входящего. Суммарная скорость в этом режиме достигает максимума. Возможно использование одного канала связи (модемная связь). Полудуплексная связь — передача данных ведётся по одному каналу связи в обоих направлениях, но с разделением по времени. В дифференциальной системе имеется провод-земля и два провода для передачи сигнала, при чём сигнал на одном проводе соответствует инверсному значению на втором проводе. Замечание: в передатчиках интерфейса 485 имеется возможность перевода выходных каскадов в третье «высокоомное» состояние состояние. Позволяет осуществлять полудуплексный обмен между двумя устройствами которые подключены к линии. Трёхстабильные элементы Наряду с двумя логическими состояниями 0 и 1 существует третье технологическое состояние когда выход элемента отключается от внутренней схемы. При этом сопротивление между выходом и «землёй» становится очень большим и выход микросхемы не оказывает никакого влияния на подключённые к нему выходы других микросхем. Это разновидность монтажного «И» применяется там, где несколько источников сигнала по очереди подключаются к входам одного или нескольких приёмников не мешая друг другу. Третье состояние называют так же высокоимпедансным или Z-состоянием. 5 декабря 2015 Дополнительный инверсный вход относится к классу управляющих или функциональных. Функция такого входа зашифрована в его обозначении: OE – Output Enable, разрешение выхода. Значение активного уровня на этом входе, при котором функция выполняется, равна 1. Если сигнал на этом входе равен нулю, то транзистор Т3 закрыт и включённые встречно диоды на оказывают никакого влияния на выходы элемента И, а напряжения на базах транзисторов 1 и 2 находятся в противофазе. Если на входах две 1, то верхний транзистор Т1 закрыт, а Т2 открыт. Потенциал коллектора транзистора Т2 примерно равен 0 и следовательно на выходе всей схемы 0. При других входных значениях нижний транзистор Т2 закрыт, а Т1 открыт, и на выходе схемы — высокий уровень. Таким образом схема в этом режиме работает как обычное И-НЕ. Работа схемы существенно меняется, если на вход ОЕ подать 1: при этом Т3 открывается и на базах Т1 и Т2 будет потенциал, равный 0. Таким образом выход схемы оказывается отключённым от внутренней логической схемы. Такие схемы используются там, где необходима передача информации по одной линии, от нескольких источников к одному или от одного к нескольким. Так как линия одна, то, чтобы выходы пассивных источников не искажали информацию на выходе активного источника, они должны переводиться в третье состояние. Состояние Z используется в микросхемах памяти, а так же в шинных формирователях. Монтажное И К Мастеру подключаются девайсы, которые могут замыкать эту линию на землю. Так как исходя из этого подключения на линии будет высокий уровень только тогда, когда все остальные подчинённые устройства выставят на своих выходах высокий уровень (?). Стоит одному девайсы придавить линию к земле, тогда на шине станет низкий уровень и никто из других девайсов не может повлиять на эту ситуацию. Как такая схема используется? Простейший пример: формирование сигнала готовности: есть набор блоков единого устройства, где каждый из них работает по своему алгоритму и, например, требует начальной инициализации. Чтобы Мастер понял, что все остальные блоки закончили инициализацию, он (Мастер) слушает линию. В качестве сигнала готовности девайс (ведомый) опускает линию на землю. И тогда, когда каждый блок пройдёт инициализацию, то линия примет высокое значение. Это будет сигнал полной готовности устройства. По этому принципу работают шины 1-wire, I2C. По такому же принципу устроены линии сигналов reset на материнских платах. Если на этой схеме поменять + на -, то мы получим монтажное ИЛИ. Такие схемы применяются в системах охранной сигнализации, где датчики подключаются к шлейфу по такой схеме. Всё это относится к схеме реализации интерфейса 485. Сравнение интерфейсов RS-232, 422 и 485. Параметр Способ передачи сигнала Максимальное число приёмников RS-232 Однофазный RS-422 RS-485 Дифференциальный 1 10 32 15м 1200м 1200м Максимальная скорость передачи 540 Кбит/сек 10 Мбит/сек 30 Мбит/сек Синхрофазные напряжения на выходе +/- 25 Вольт -0,25.. +6 Вольт -7.. +12 Вольт Допустимый диапазон сигналов на входе приёмника +/- 15 Вольт +/- 10 Вольт -7.. +12 Вольт +/-3 Вольт +/- 200 мВ +/- 200 мВ Максимальная длина кабеля Чувствительность приёмника Протокол BACnet Данный протокол используется в сетях система автоматизации зданий. Назначение любого здания: быть укрытием от внешней среды и создавать комфортные условия для пребывания или проживания человека. Первые технические системы, которые появились в зданиях — печи, камины. Автоматизированные системы отопления с регуляторами температуры аналогового типа существуют более 70 лет. Новая эра в автоматизации зданий началась около 25 лет назад, когда появились микропроцессоры, которые обеспечивают цифровое программное управление. МП позволяют создавать распределённые управляющие и мониторинге системы отопления, вентиляции и кондиционирования. С помощью таких систем стало возможно обеспечить эксплуатацию зданий с большими площадями и относительно малым обслуживающим персоналом. Параллельно с ОВК развивались программно-управляющие системы охранной и пожарной сигнализации, видеомониторинга, системы управления освещением, вертикальным транспортом (лифты, эскалаторы), а так же телефонные сети и сети передачи данных. Поскольку все эти системы были полностью автономны, то требовали каждый раз прокладки отдельных кабелей. При чём эти системы были полностью не совместимы между собой. В начале 90х гг явно возникла необходимость стандартизации систем управления. Американское общество инженеров по отоплению, вентиляции и кондиционированию (ASHRAE) начало работы по созданию сетевого протокола. В итоге появился протокол BACnet. BACnet – Building Automatic and Control Network. Последняя редакция стандарта вышла в 2001 году. Представляет собой специализированный протокол для автоматизации зданий и управляющих сетей. Его главный приоритет сосредоточен на уровне прикладных задач. В протоколе регламентируются: • Параметры электрических сигналов; • Системы адресации; • Способы сетевого доступа (Master – Slave, Peer – to – Peer (одноранговая пининговая сеть)); • Процедуры управления потоком; • Последовательность сообщений; • Наличие контрольных точек; • Система сегментации; • Формат представления данных (упаковка, шифрование); • Формат сообщений. При разработке данного стандарта, по которому в начале был определён вид или модель где каждый производитель мог представить свою схему устройства. Далее был задан стандарт сообщений и услуг, который использует модель и выполняет другие общие функции. Затем было принято соглашение о том, что считать нулём, а что — 1. Было принято соглашение, какие использовать стандарты физических носителей, передачи данных и сетей. Проблемы при выборе ПЛК При выборе ПЛК для построения систем управления необходимо учитывать и сравнивать следующие характеристики: • Число точек ввода / вывода (аналоговые, дискретные, виртуальные); • Вид питания: самого контроллера, тип входов, тип выходов; • Сетевые возможности, в том числе протоколы и интерфейсы; • Стоимость; • Наличие быстродействующих входов; • Языки программирования; • Разновидность специальных функций; • Объём памяти программ; • Совместимость с другими ПЛК; • Число встроенных коммутационных портов. Ведущая фирма по ПЛК: Allen Bradley. Pico Micro logix SLC 500 PLC-5 Compact Logic I/O 38 32 128 256 4096 3072 1769 ПП 0,5К 1К 4К 14К 64К 100К 256К SFC, ST, RLL SFC, ST, RLL, FBD ЯП Релейная логика (RLL) 12 декабря 2015 Семейство ПЛК фирмы Koyo В этом семействе единое ПО для всех контроллеров: Direct Soft. Платформы в этих семействах используют шасси для подключения модулей ввода-вывода. У Siemens в этом отношении другая идеология. В своё время Siemens купила у Koyo патент на производство ПЛК. Тип ПЛК CPU Число I/O DL-05 05 8/6 30 6 2048 99-129 DL-06 06 20/16 100 14,8 7,3 K 199-259 256 2,4 896 3,8 1280 2048 14,8 7168 16 344 30,4 14,6 K 168 3,8 129 230 DL-205 240 250 128/128 260 DL-305 330 168 Мах число Объём Мах число Стоимость I/O памяти, КБ команд $ 139-299 255-399 340 184 3,9 192 350 880 14,8 7168 1152 6,5 3K 1664 22,5 7K 16 384 30,8 15,3K 430 DL-405 440 460 640 2048 489-819 Отличия Siemens от Koyo: 1. Семейства без шасси. 2. Для каждого ПЛК — свой софт. Только недавно стал появляться общий софт. SCADA-системы SCADA – программный пакет, который предназначен для разработки и обеспечения работы в реальном времени системы сбора, обработки, отображения и архивации информации от объектов мониторинга или управления. Часто такие системы комплектуются дополнительным ПО для программирования промышленных контроллеров. SCADA-системы решают следующие задачи: 1. Обмен данными с устройствами связи с объектами (с ПЛК, платами ввода-вывода и другими устройствами), то есть обмен данными в реальном времени через драйверы. 2. Обработка информации в реальном времени. 3. Логическое управление. 4. Отображение информации на экране монитора. 5. Ведение БД реального времени. 6. Аварийная сигнализация, управление тревожными сообщениями. 7. Генерация отчётов о ходе технологического процесса. 8. Организация сетевого взаимодействия. 9. Связь с внешними приложениями. В названии SCADA присутствуют две основные функции: сбор данных о контролируемом технологическом процессе и управление технологическим процессом. Фирма SCADA Allen Bradley RSView32 Можно отображать динамически изменяющиеся процессы, например, полёт самолёта или ракеты. Siemens WinCC Koyo InTouch (Wonderware) Omrou SYSMAC SCM Mitsubishi Melsoft ICP DAS Good Help Trace Mode Advantech (Adam-4000, Adam-5000) Genesis32 (Iconics) Некоторые фирмы разрабатывают SCADA-системы, не производя при этом контроллеры. Сенсорные панели Weintek — графические панели управления Разработчик и производитель устройств ЧМИ, где в ЧМИ используется жидкокристаллический дисплей с тонкоплёночным транзистором. В этом дисплее используется активная матрица для управления тонкоплёночным тразистором. Операторские панели — это компактные специализированные устройства, которые решают задачи организации ЧМИ. Считается, что это оптимальное решение для систем управления, где необходимо решать задачи ввода и корректировки технологического процесса. 1я серия MT6000i в 2009 • МТ6050i → 5'', два порта с RS-232 и RS-485. • МТ6070i → 7'', RS-232, RS-485, USB. • МТ6100i → 10'', RS-232, RS-485, USB, SD-карта. 2я серия MT8000i → аналог MT6000i с добавленной поддержкой Ethernet. • МТ8050i → 5'', два порта с RS-232 и RS-485. • МТ8070i → 7'', RS-232, RS-485, USB. • МТ8100i → 10'', RS-232, RS-485, USB, SD-карта. 1я и 2я серии программируются при помощи бесплатного русифицированного ПО Easy Builder 8000. Недостатки первых серий: пластиковый корпус (в следующих — алюминиевый), существенные ограничения на рабочую температуру. 3я серия eMT3000, 2012 год, более мощный процессор, увеличены ОЗУ и флеш-память, алюминиевый корпус, интерфейс CAN (Controller Area Network). В более поздних сериях добавлен новый дизайн, гальваническая изоляция портов. Нет USB.