Функциональная схема подключения контроллера

Функциональная схема контроллера.

Рисунок 3.1 — Функциональная схема контроллера АТ89С2051.

Функциональная схема данного контроллера обычная как для всех микроконтроллеров семейства MCS-51. Всю информацию об этом контроллере можно взять с datasheet этого МК.

5. Разработка программы.

PLL Chip is ADF4350

Reference is custom

VCO Divider Inside Loop: division ratio = 16

Loop Filter designed at a VCO frequency of 3.2723GHz with a Kv of 36.37MHz/V

Frequency Domain Analysis of PLL

Analysis at PLL output frequency of 204.525MHz

Phase Noise Table

Freq Total VCO Ref Chip SDM Filter

100 -67.59 -67.60 — -94.22 — -110.4

1.00k -68.50 -68.54 — -91.61 — -93.98

10.0k -105.7 -105.9 — -122.4 — -123.7

100k -135.1 -135.1 — -162.3 — -163.6

1.00M -157.3 -157.3 — -202.3 — -203.6

Noise and Jitter Calculations include the first 10 ref spurs

First three spurs: -85 dBc -97 dBc -104 dBc

Fractional-N Spur Estimate (worst case)

Phase jitter using brick wall filter

from 10.0kHz to 100kHz

Phase Jitter 0.03 degrees rms

Channel 1 is centred 25.0kHz from carrier with bandwidth 15.0kHz

Power in channel = -76.5dBc

—- End of Frequency Domain Results —-

Transient Analysis of PLL

Frequency change from 191MHz to 219MHz

Simulation run for 4.82ms

Time to lock to 1.00kHz is 2.28ms

Time to lock to 10.0 Hz is 3.08ms

Phase Locking (VCO Output Phase)

Time to lock to 10.0 deg is 2.34ms

Time to lock to 1.00 deg is 2.96ms

Lock Detect Threshold

Lock Detect output did not pass 2.50 V

—- End of Time Domain Results —-

datasheets кварца, супервизорпитания, МК. ТУ стабилизатора…

Источник

VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2016

ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОГРАММИРУЕМОГО ЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЛЕРА

Ключевые слова: программируемый логический контроллер, функциональная схема, автоматизированная система управления.

Abstract: this article contains basic principles of programmable logic controllers operation and functional design of such a device.

Keywords: programmable logic controller, functional diagram, automatic control system.

Понятие о программируемом логическом контроллере.

Любое устройство, способное работать автоматически, имеет в своем составе управляющий контроллер — модуль, определяющий логику работы устройства.

Программируемый логический контроллер (сокращенно ПЛК) — электронная составляющая промышленного контроллера, специализированного (компьютеризированного) устройства, используемого для автоматизации технологических процессов.

Физически типичный ПЛК представляет собой блок, имеющий определенный набор выходов и входов для подключения датчиков и исполнительных механизмов. Логика управления описывается программно на основе микрокомпьютерного ядра. Абсолютно одинаковые ПЛК могут выполнять совершенно разные функции. Причем для изменения алгоритма работы не требуется каких-либо переделок аппаратной части. Аппаратная реализация входов и выходов ПЛК ориентирована на сопряжение с унифицированными приборами и мало подвержена изменениям.

Актуальность новой разработки.

Каждое предприятие имеет свою специфику и, несмотря на большое количество готовых решений, не всегда можно найти устройство, удовлетворяющее всем требованиям.

На основе предъявленных требований к устройству были отобраны существующие на рынке решения. В таблице 1 представлены результаты этой выборки.

В результате анализа можно сделать вывод, что готовые решения имеют высокую цену и обладают при этом некоторыми недостатками.

Требования к устройству.

К разрабатываемому программируемому логическому контроллеру были предъявлены технические требования, они изображены на рисунке 1.

Рис. 1. Технические требования к ПЛК.

Устройство должно иметь:

8 дискретных входов. Они реализуются в виде сухих контактов. Эти контакты позволят принимать сигналы с таких устройств как: кнопки, датчики закрытия дверей, реле и др.

8 дискретных выходов. Реализуются также в виде сухих контактов, на которые генерируется сигнал.

Позволяют передавать дискретные сигналы типа лог. О или 1. Можно использовать для передачи сигнала запуска или остановки некоторого процесса/устройства: включить/выключить свет, активировать сигнализацию и т. п.

4 аналоговых входа 4-20 мА. Возможность принимать с таких контактов уровень сигнала предоставляет достаточно широкие технологические возможности. В частности, можно сопоставить некоторые уровни сигнала различным командам или информационным сообщениям. Например: сигнал 4мА означает, что нужно подать сигнал на 1-ый дискретный выход, 6 мА — на 2-ой, 8мА — на 3-ий и так далее. Также зачастую сигналы такого типа применяются для передачи информации о значении некоторой переменной. Например, по таким линиям можно передавать информацию о температуре с термостата или о положении заслонки в трубе и многое другое.

2 аналоговых выхода 4-20 мА. Позволяет передавать различные уровни сигнала. Аналогично приему эти контакты можно использовать для передачи логических уровней или управлять значением какой-либо переменной в заданных пределах.

COM-порт, то есть интерфейс стандарта RS-232. Позволит ПЛК связывать с ПК или другими устройствами. Через этот порт будет осуществляться программирование ПЛК, а также доступ с ПК к памяти контроллера. Возможна организация связи с другими устройствами, например, SCADA системами, другими контроллерами.

Алгоритм работы устройства.

При проектировании системы необходимо отчетливо представлять алгоритм её работы. Алгоритм работы разрабатываемого контроллера представлен на рисунке 2.

Рис.2. Алгоритм работы устройства.

Структурная схема контроллера.

Проектирование любой системы начинается с разработки структурной схемы. Она включает в себя набор элементарных звеньев объекта и связей между ними. Структурная схема разрабатываемого ПЛК представлена на рисунке 3.

Рис. 3. Структурная схема ПЛК.

Разрабатываемое устройство состоит из 7 блоков.

МК: Основной блок. Содержит в себе микропроцессор, ПЗУ в виде флеш-памяти и ОЗУ, АЦП и ЦАП. Исполняет заданную пользователем программу и осуществляет управление интерфейсом RS-232, принимает сигналы с портов ввода, формирует воздействия для передачи сигналов через порты вывода. АЦП преобразует входные аналоговые сигналы в цифровые для передачи на процессор. ЦАП преобразует цифровые сигналы процессора в аналоговые для передачи на контакты аналог овых выходов.

Сухие контакты: Это контакты, не имеющие гальванической связи с цепями электропитания и «землёй», то есть контакт гальванически развязан от управляющего сигнала. Требует питания 24В, 2А.

Контакты аналогового сигнала: Контакт передаст уровень сигнала с помощью тока 4-20 мА. Отсутствие тока (0 мА) означает отсутствие подключения к контакту. Для передачи сигнала на процессор требуется АЦП. Для передачи сигнала с процессора на контакты требуется ЦАП.

Блок питания: Подключается к внешнему питанию 24В. Осуществляет фильтрацию и преобразование входного напряжения до уровней, необходимых элементам схемы.

Интерфейс RS-232: Порт RS-232 необходим для связи с ПК. С его помощью осуществляется программирование ПЛК и снятие данных с его памяти.

Функциональная схема контроллера.

Функциональная схема разъясняет процессы, протекающие в отдельных функциональных цепях изделия или установки в целом.

Рис. 4. Функциональная схема ПЛК.

Функциональная схема на рисунке 4 дополняет структурную схему, раскрывая принципы построения контактов ввода/вывода.

Дискретные сигналы — контакты типа «сухой контакт». Для приема сигнала с таких контактов требуется компаратор и выработка опорного напряжения для него. При наличии на входной линии напряжения больше опорного, компаратор подает сигнал на микроконтроллер. Сухой контакт требует питания, которое реализуется линией от блока питания с напряжением 24 В.

Для передачи сигнала на сухой контакт используется твердотельное реле. МК формирует управляющее воздействие и при его подаче, реле передает сигнал с напряжением 24В и током 2Л с источника питания на контакт. Использование именно твердотельного реле обуславливается их небольшими размерами, которые позволяют свободно монтировать их на платы. Также они имеют много других преимуществ: высокое быстродействие, отсутствие акустического шума, дребезжания и искрения, энергопотребление.

Аналоговые входы — пара контактов, по которым течет ток 4-20 мА. Уровень сигнала передается силой тока. Для регистрации этого уровня контакты подключаются к прецизионным резисторам 250 Ом, и значение снимается уже по напряжению 1-5 В. Оно передается на АЦП для оцифровки и передачи в МК. Аналоговые выходы — на МК с помощью ЦАП генерируется сигнал 1-5 В. Он подается на прецизионный резистор 250 Ом для генерации на контактах сигнала 4-20 мА.

Список литературы:

Матул Г.А., Мартынова А.Б. Информационно-измерительные системы в автоматизированном производстве // В сборнике: Молодежь в науке: Новые аргументы Сборник научных работ II-го Международного молодежного конкурса. Отв. ред. А.В. Горбенко. Липецк, 2015. С. 105-108.

Матул Г.А., Андросова А.С. Система подземной микросотовой мобильной связи // В сборнике: Молодежь в науке: Новые аргументы Сборник научных работ II-го Международного молодежного конкурса. Отв. ред. А.В. Горбенко. Липецк, 2015. С. 23-25.

Программируемые контроллеры. Стандартные языки и приемы прикладного проектирования. И. В. Петров. Под редакцией проф. В. П. Дьяконова. Москва СОЛОН-Пресс, 2004.

Матул Г.А. Комплексная автоматизация и оптимизация производства алмазодобывающих предприятий // Международный студенческий научный вестник. 2015. № 3-4. С. 412-414.

Семёнов А.С., Матул Г.А., Хазиев Р.Р., Шевчук В.А., Черенков Н.С. Анализ показателей качества электрической энергии при работе асинхронного двигателя от трёхфазного источника питания // Фундаментальные исследования. 2014. № 9-6. С. 1210-1215.

Рушкин Е.И., Семёнов А.С., Саввинов П.В. Анализ применения протокола MODBUS для управления электроприводом на горных предприятиях // Фундаментальные исследования. 2014. № 11-12. С. 2615-2619.

Семёнов А.С., Шипулин В.С. Использование газоаналитических систем нового поколения для защиты рудника // Фундаментальные исследования. 2014. № 6-3. С. 480-484

Источник

Контроллер АСУНО с ВЕБ интерфейсом настроек

Вступление

Это моя первая статья на Хабр. Статья посвящена разработке и некоторым особенностям контроллера, поэтому вопросы, относящиеся к организации работы сервера не рассматриваются в данной статье. Но для того, чтобы лучше понять работу контроллера АСУНО некоторые моменты все же будут даны. В статье будет рассмотрено назначение контроллера, дана функциональная схема, фото самого контроллера и подключение внешнего оборудования. В статье приводятся принтскрины веб интерфейса. ВЕБ интерфейсом легко пользоваться, он интуитивно понятен для обслуживающего персонала. Хотя им пользуются только при настройке контроллера во время пусконаладочных работ это сильно экономит время настройки и подготовки контроллера к работе. Наличие в контроллере ТСР клиента и ТСР сервера расширяет возможности диагностики оборудования. Контроллер выполнен на процессоре PIC32MX795F512L фирмы Micrpchip. ПО разработано без использования ОС, написано на С. Возможно данная статья будет иметь продолжение, если заинтересует читателей. Приятного чтения. Область применения

Аппаратно-программный комплекс автоматизированной системы управления наружным освещением предназначен для оперативного автоматизированного централизованного управления и контроля наружным освещением населенных пунктов, промышленных объектов и автомагистралей. Он реализует следующие основные функциональные возможности:

возможность включать — отключать освещение улиц, в автоматическом, дистанционном и ручном режимах;

контролировать основные параметры электрической сети;

регулировать энергопотребление системы;

контролировать целостность оборудования;

своевременно сигнализировать оперативному персоналу об аварийных ситуациях в сети;

проводить учет потребленной электроэнергии.

Термины и определения Комплекс – совокупность всех элементов, необходимых для реализации функциональных возможностей. ПО – программное обеспечение АСУНО – автоматизированная система управления наружным освещением ШУНО – шкаф управления наружным освещением АРМ – автоматизированное рабочее место; подразумевает разрабатываемое ПО для реализации человеко-машинного интерфейса управления и настройки Комплекса. Контроллер – аналого-цифровое устройство, установленное в ШУНО и реализующее функции: управления элементами ШУНО, контроль состояния элементов ШУНО, связи с сервером АСУНО СУБД – система управления базами данных

Структурная схема

Назначение контроллера АСУНО

Контроллер АСУНО самостоятельный автономный модуль с функциями слежения и управления:

следит за состоянием ШУНО и энергопотреблением, подключенных к нему потребителей,

управляет включением/выключением потребителей на основании расписания или по датчику освещенности,

ведет, с определенной периодичностью (по умолчанию 15 мин) подробный журнал слежения, содержащий полую информацию о состоянии ШУНО на определенный момент времени (а именно, состояние входов/выходов, напряжения, токи, мощности по трем фазам)

имеет собственную систему АТ-команд для конфигурирования, дистанционного управления и запроса данных.

Ниже приведена структурная схема аппаратной части. Она объединяет два модуля: Модуль связи и Плату управления. Нуждается в источнике бесперебойного питания 12V с аккумуляторной батареей не менее 7А/ч (из расчета 3 часа бесперебойной работы при отсутствии напряжения)

Структурная схема

Модуль связи

Модуль связи предназначается для формирования канала передачи данных, поступивших через порт RS232, на сервер (настроенный адрес и порт). Этот модуль удовлетворяет следующим требованиям:

Поддерживает операторов GSM-связи: МТС, Билаин, Мегафон

Имеет возможность смены SIM-карты

Имеет дискретный выход «Готов», сигнализирующий о готовности модема к передаче данных

Активироваться при включении питания (самостоятельный модуль)

Поддерживает систему АТ-команд, позволяющих сделать выбор SIM-карты, получить значение уровня сигнала GSM-канала, передать данные на удаленный компьютер, отправить SMS

Плата управления

Плата управления реализует основной функционал контроллера АСУНО. Он является самостоятельным и законченным модулем, что позволяет модифицировать его, не изменяя комплекс в целом. Плата управления реализует следующие функции:

Контроль состояния ШУНО

Ведение журнала событий

Организацию канала связи со счетчиками СЕ102М, СЕ303, Меркурий204, Меркурий206, Меркурий236, Миртек-12-РУ-W3, Миртек-32-РУ-W3

Формирование АТ-команд управления модулем связи

Плата управления построена на базе микроконтроллера PIC32MX795F512L, программное обеспечение которого реализует все основные функции контроля и управления:

Структурная схема

Плата управления состоит из печатной платы, на которой установлены: процессор PIC32MX795F512L, модуль модема SIM900, в более поздних версиях заменен на SIM800C, формирователи уровней сигналов для RS485, RS232, часы реального времени, SPI FLASH память, датчик температуры, реле, оптроны гальванической развязки входов, элементы индикации.

Основу контроллера составляет микроконтроллер фирмы MICROCHIP PIC32MX795F512L

Модуль Ethernet служит для организации ТСР канала управления, а также для настройки и управления контроллером АСУНО из локальной сети. Конфигурирование контроллера происходит через любой браузер интернета. Это дает определенные преимущества , так как не требуется установка специализированного ПО для настройки контроллера. Пользователь видит стандартную страницу интернета, на которой реализованы функции управления и настроек устройства. Модуль Ethernet состоит из разъема RJ45 с встроенными трансформаторами гальванической развязки. Весь алгоритм работы по ТСР реализован на процессоре PIC32MX795F512L.

Модуль управления модемом представляет входы и выходы МК для управления схемой модема. Блок модема изготовлен на одной плате с процессором. Состоит из модуля модема SIM900, держателя SIM карты. Модуль связи предназначается для формирования канала передачи данных, поступивших через порт PIC32MX795F512L, на сервер (настроенный адрес и порт). Этот модуль удовлетворяет следующим требованиям: Поддерживает операторов GSM-связи: МТС, Билаин, Мегафон. Поддерживает систему АТ-команд, поддерживает ТСР соединение.

Часы реального времени с календарем предназначены для формирования меток времени и предоставлении данных о времени.

В памяти EEPROM хранятся все необходимые данные о работе устройства, отчеты о событиях, и т.д. Ведется циклически перезаписываемый журнал событий глубиной 1000 записей.

Гальваническая развязка служит для обеспечения гальванической развязки между входами МК и датчиками установленными в шкафу, такими как датчик вскрытия двери, пожарный датчик, датчик освещенности, состояние автоматов защиты, состояние пускателей, состояние переключателя режимов работы ручной/ автоматический.

Ключи управления служат для увеличения нагрузочной способности выходов МК для управления промежуточными реле. Промежуточные реле устанавливаются непосредственно на плате контроллера. К реле подключаются пускатели для управления группами освещения.

Интерфейс RS 485 служит для связи с электросчетчиком. Состоит из микросхемы формирования уровней RS485.

Интерфейс RS 485/RS232 служит для связи с дополнительным оборудованием. Состоит из микросхемы формирования уровней RS485 и RS232.

Интерфейс 0-10В служит для управления регулируемыми диммерами.

АЦП измеряет напряжения на выходе БП и АКБ. Эти данные используются для определения факта перехода на батарейное питание. Блок питания формирует необходимые напряжения для платы управления и модема, используя напряжение блока питания и АКБ 12В.

Схема подключения

ВЕБ интерфейс настроек

Из ВЕБ интерфейса специально удалены элементы, которые идентифицируют производителя контроллера. ВЕБ интерфейс контроллера базируется на технологии ТСР стека от Microchip. Значительной переработке подвергся HTTP сервер, FTP сервер, файловая система MPFS. Знакомство с ВЕБ интерфейсом контроллера можно начать с загрузочного интерфейса. Этот интерфейс находится в памяти микроконтроллера PIC32MX795F512L, загружается в МК при помощи программатора. Его невозможно удалить и изменить без перепрограммирования МК. Файлы, находящиеся во внешней SPI EEPROM памяти могут быть записаны при помощи формы UPLOUD или при помощи любого FTP загрузчика, например windows commander. Помимо файлов веб интерфейса пользователь может записать различные схемы и инструкции, что бы они всегда были доступны на объекте во время пусконаладочных работ. Это очень удобно.

Основной интерфейс контроллера имеет несколько вкладок: Счетчик, Контроль, Входы, Выходы, Настройки, Ввод данных, Расписание, Команды, RS485, Помощь.

Первая вкладка – это показание приборов учета.

Источник