Автоматизированная система нагрева металла в печах

Каждый аналоговый канал  имеет также собственные независимые  цепи питания и, таким образом, является индивидуально гальванически изолированным от остальных. Измеряемый аналог в рассматриваемом модуле преобразуется в цифровой код без участия АЦП. Вместо обработки мгновенных значений с АЦП, неизбежно искаженных помехами, применен метод интегрирующего преобразования измеряемого сигнала в частоту. Такой метод обеспечивает эффективное устранение помех “в зародыше”. Перечисленные схемотехнические решения, усиленные распределенной модульной архитектурой комплекса обеспечивают подавление первопричины помех, а не борьбу с их последствиями.

Каждый модуль ввода-вывода при включении питания проводит циклическую обработку измеряемых каналов. Обработка производится по встроенным алгоритмам и не зависит от других модулей. Например, для измерения аналоговых сигналов широко применяется метод преобразования напряжение-частота с последующим подсчетом накопленных импульсов за период, кратный 20 мсек. Такой метод, помимо эффективной помехозащищенности, обеспечивает широкий динамический диапазон измерения. Иными словами, пользователю предоставляется возможность для каждого канала в отдельности варьировать период измерения в диапазоне 20…320 мсек. При этом разрядность измерения регулируется в диапазоне 9…14 разрядов.

Аналогично, при измерении  дискретных сигналов (модуль DIN16-xx) пользователь может выбрать оптимальное (для    конкретного    сигнала) время обработки дребезга: 1…320 мсек. В случае отсутствия установившегося значения сигнала в течение выбранного времени обработки каналу присваивается значение “нестабильное состояние”. Строго говоря, каждый входной дискретный сигнал в описываемых модулях анализируется с помощью более точного “аналогового подхода”. Логические состояния дискретного сигнала преобразуются встроенным АЦП в их кодовый эквивалент. Пользователь имеет возможность программирования пороговых значений в каждом канале для диагностики состояния объектовых проводов контрольного кабеля: обрыв, короткое замыкание, неопределенное состояние.

Модуль AIN16-I20: универсальные каналы ввода-вывода

Для «малосигнальных  объектов» автоматизации или объектов с менее жесткими требованиями по межканальной гальванической развязке несомненный интерес представляет модуль ввода-вывода AIN16-I20. Модуль содержит 16 программно настраиваемых каналов с общим проводом. Каждый канал в отдельности можно настроить на  работу в одном из 3-х вариантов:

• дискретный ввод 24В;
• дискретный вывод (транзисторный ключ) 24 В, 20 мА;
• аналоговый ввод (0-20 мА), (4-20 мА), точность 0,1 % от диапазона, защита от перегрузки.

Дальнейшим  развитием идеи «малосигнального объекта» может служить интерфейсная плата Z-IN6-I20 Плата имеет 6 универсальных каналов ввода/вывода с общим проводом, аналогичных каналам модуля ввода/вывода AIN16-I20.

Интеллектуальные  датчики

Компания  ДЭП выпускает также специализированные микропроцессорные платы, на базе которых создаются разнообразные интеллектуальные газоаналитические датчики.

Датчики предназначены  для измерения и преобразования концентрации измеряемых веществ в воздухе (аммиак, оксид углерода, сероводород, хлор, спирт этиловый, водород и др.). Датчики могут непосредственно включаться в локальную технологическую сеть комплекса ДЕКОНТ как  модули ввода/вывода.

Датчики обеспечивают  преобразование текущей концентрации в:

• выходной сигнал постоянного тока 4-20 мА;
• выходной сигнал текущей концентрации по RS-485, совместимый с протоколом комплекса  ДЕКОНТ;
• цифровое значение выходного сигнала на тестовом дисплее, подключаемого к преобразователю;
• срабатывание дискретных выходов, при превышении значения концентрации установленных с дисплея порогов (2 порога, устанавливаемых в процессе эксплуатации).

Сетевой протокол

Нижний уровень протокола  обмена между модулями ввода/вывода и контроллерами основан на стандарте HDLC с применением эффективного защитного циклического кода согласно международным рекомендациям ITU-T V.41 (МККТТ-16).

Контроллер Decont-182 играет ключевую роль в построении любой  системы на базе комплекса. Он обслуживает взаимодействие с модулями ввода-вывода, ведет алгоритмы, архивы, поддерживает связь с другими контроллерами и консолью. Дополняемый сменными интерфейсными платами, контроллер позволяет организовывать разнообразные каналы связи между удаленными объектами автоматизации и консолью.

Конструкция

Габаритные и присоединительные  размеры контроллера совпадают  с размерами модулей ввода-вывода – это облегчает монтаж системы и упрощает её проектирование.

Коммуникационные  возможности

Базовый процессор контроллера  имеет 4 независимых последовательных порта ввода-вывода, комбинации которых обеспечивают эффективное решение подавляющего количества коммуникационных задач.

Сменные интерфейсы

Основным  конструктивным отличием контроллера  от модулей ввода-вывода является его “мезонинная” архитектура. На плате контроллера присутствуют разъемы для подключения двух сменных интерфейсных плат. Интерфейсные платы расширяют коммуникационные возможности контроллера (более подробно информация о интерфейсных платах представлена в следующем разделе).

Для установки  такой платы достаточно снять  верхнюю крышку контроллера, вставить ответную часть разъема, присутствующего на плате, в один из двух имеющихся разъемов на плате контроллера и закрепить интерфейс тремя винтами.

При включении  питания интерфейс автоматически  идентифицируется, а с помощью  минипульта осуществляется его настройка. Один контроллер Decont-182 позволяет подключать до двух любых интерфейсов, которые образуют “2-й этаж” процессорного модуля. Такое решение обеспечивает гибкую реконфигурацию интерфейсных цепей системы пользователя, удобное резервирование каналов связи, простоту наращивания при минимальных затратах.

Помимо сменных интерфейсов  на плате контроллера присутствуют обязательные встроенные интерфейсы RS-485 и RS-232.

Основные характеристики

• Базовый процессор – ZILOG 80182 (30 МГц).
• Вспомогательный процессор – PIC16C73A.
• Энергонезависимое ОЗУ –

   512 Кбайт.

• Флэш-ПЗУ – 512 Кбайт.
• Количество портов последовательной связи – 4:
• порт “А” – RS-232;
• порт “B” – RS-485;
• порты “C” и “D” – универсалные.
• Часы реального времени (РВ).
• Сторожевой таймер.
• Супервизор управления питанием.
• Потребляемая мощность – 3 Вт.
• Диапазон рабочих температур:

-40…70 °C.

• Потребление в “ждущем” режиме – менее 5 мкА.

Архитектура контроллера

Контроллер Decont-182 является функционально законченным устройством, внутри которого реализованы две шины с различной пропускной способностью.

“Быстрая шина” организует обмен данными между базовым  процессором, ОЗУ и флэш-ПЗУ. Компактное расположение перечисленных элементов делает компактной саму шину, что гарантирует эффективную защиту от электромагнитных помех, максимальную скорость обмена.

Вторая шина типа I2C объединяет в единую информационную систему базовый процессор, вспомогательный процессор системы питания, часы РВ, а также EEPROM контроллера и сменных интерфейсных плат “C” и “D”.

Супервизор  питания

Особое внимание уделено  надежности функционирования контроллера и гарантированной сохранности накопленных данных. Системы, в которых применяются описываемые изделия, обычно являются критическими объектами инфраструктуры, которые должны надежно функционировать на протяжении многих лет. Перегрузки по питанию и температуре, импульсные помехи и пропадание питания, практически всегда усугубляемые невозможностью доступа к микропроцессорному устройству в течение нескольких дней, накладывают «неизгладимый отпечаток» на применяемые архитектурные решения.

Для обеспечения гарантированного запуска и корректного сохранения данных при аварийных ситуациях  в описываемом устройстве существует вспомогательный процессор – супервизор системы питания.

Встроенное во вспомогательный  процессор АЦП обеспечивает непрерывный контроль за состоянием литиевой батарейки, температуры внутри корпуса контроллера. Именно супервизор стартует первым при подаче питания и, если не обнаруживает внештатных ситуаций, дает команду на запуск базового процессора.

В ходе работы контроллера при обнаружении аварийной ситуации супервизор делает запрос к базовому процессору на начало процедуры сохранения, контролируя при этом время до получения подтверждения от базового процессора. Когда базовый процессор заканчивает операции сохранения данных, он сообщает об этом супервизору. Супервизор останавливает базовый процессор, закрывает доступ к памяти и записывает в EEPROM результат операции.

При отработке любой  аварийной ситуации супервизор записывает результат операции в EEPROM, откуда, при очередном старте, эту информацию обязательно считывает базовый процессор и производит необходимые действия для корректного запуска прерванных алгоритмов.

Сменные интерфейсные платы

Сменные интерфейсные платы (интерфейсы) предназначены для недорого расширения или изменения конфигурации коммуникационных возможностей контроллера Decont-182. Интерфейсы – это небольшие по размеру платы (50х85 мм), имеющие унифицированный конструктив для установки на специальные “гнезда” контроллера.

Электрическое подключение  интерфейса к контроллеру осуществляется благодаря разъемному соединению. С обратной стороны печатной платы каждого интерфейса находится 40-контакный разъем, который при подключении вставляется в один из двух доступных ответных разъемов, впаянных в печатную плату контроллера.

Благодаря жесткому креплению, золотому покрытию и четырёхточечному контакту, обеспечивается надёжное соединение сменного интерфейса с платой контроллера.

В настоящее время  выпускаются интерфейсы:

• RS-232;
• RS-485. Два гальванически изолированных сегмента;
• PL-серия. Два гальванически изолированных сегмента для подключения PL-контроллеров;
• модем на выделенную 2-проводную линию;
• модем на телефонную линию;
• радиомодем для подключения к типовой радиостанции;
• шестиканальная универсальная плата ввода-вывода;
• модем для передачи данных по силовым линиям 0,4 – 35 КВ.

Минипульт

Системы ДЕКОНТ комплектуются  малогабаритными пультами оператора (минипульт), на передней поверхности  которого расположен двухстрочный символьный жидкокристаллический дисплей и кнопки управления. Размеры устройства позволяют без труда носить его в кармане.

С помощью такого “тестера”  можно быстро и автономно проверить  правильность подключения внешних цепей, параметров настройки, значений технологических переменных на любом ДЕКОНТ-устройстве. Минипульт может подключаться к любому модулю ввода-вывода и контроллеру Decont-182.

Встроенный в минипульт  микропроцессор обеспечивает доступ ко всем сигналам, измеряемым модулями ввода-вывода, и программируемым параметрам в контроллерах.

Стационарный  пульт

В номенклатуру ПТК ДЕКОНТ входит также стационарный пульт оператора (пульт), предназначенный для установки на передней поверхности защитных шкафов. Пульт используется для создания разнообразных систем локальной автоматики, АСКУЭ и др. Он позволяет решать задачи интерактивного взаимодействия с обслуживающим персоналом.

Пульт обеспечивает управление по 16 дополнительным каналам светодиодной индикации и обработку сигналов от 8 внешних кнопок управления. Связь с источниками/прием-никами дополнительных каналов осуществляется через боковой разъем типа DB25F.

С внутренней стороны  пульта, недоступной в закрытом шкафу, размещены три специализированные кнопки, обеспечивающие управление коммерческой информацией, не реагирующие на манипуляции со стандартной клавиатурой.

Топология систем автоматизации

В настоящее время  идеология построения различных  автоматизированных систем контроля и управления уверенно развивается в сторону распределенных принципов. Такой подход позволяет наиболее полно реализовать требования, предъявляемые к современным микропроцессорным системам автоматизации.

Предлагаемый комплекс ДЕКОНТ обладает модульной распределенной структурой, когда каждый модуль является функционально законченным устройством. В любой системе на базе комплекса не составляет труда организовать “обвязку” автоматизируемого объекта с распределением модулей ввода/вывода и контроллеров именно по требуемым местам. При этом максимально экономится кабельная продукция, упрощается монтаж, повышается надежность измерений.

Имеющиеся вычислительные мощности комплекса позволяют использовать его и для создания централизованных систем, добиваясь при этом технико-экономических показателей, недоступных при иных способах построения.