3. Программно-технические комплексы и их проекты (Лекции по дисциплине "Управляющие ЭВМ и комплексы")

3. Программно-технические комплексы (ПТК) и их компонентыПТК КОНТАРКОНТАР (КОНТроль, Автоматизация, Разработка) - это совместная российско-американская разработка московского завода тепловой автоматики (МЗТА) и Arecont Systems, Ink., включающая:- семейство программируемых промышленных контроллеров (ПРК);- инструментальную систему для разработки программного обеспечения ПРК;- программу наладчика;- инструментальные программные средства для разработки ПО верхнего уровня системы.Комплекс обеспечивает доступность информации, получаемой от датчиков и ПРК, на всех информационных уровнях, включая глобальную сеть Internet.Аппаратную часть ПТК рассмотрим на примере стендов КОНТАР (рис.1)Автомат питания QF1 6,3Блок питанияЛампа накаливания HL5ТермисторТМ1ИндикаторныелампыHL3, HL4МодульрелейныйMR8Индикаторные лампыHL1, HL2ДатчикHCI/RH(температурыи влажности)КонтроллерМС5ИсполнительныймеханизмBelimoLM24SMТумблеры S1, S2Контроллер МС8Рис.

1. Общий вид стенда КОНТАРСтенд предназначен для проведения исследований систем, построенных на базе ПТК КОНТАР в режимах имитационного, полунатурного и натурного моделирования. Он позволяет подключать ПРК, объединенные в сеть по RS-485, к последовательному порту компьютера по интерфейсу RS-232. С помощью миниатюрного web-сервера работа системы может быть представлена в локальной сети Ethernet или в Internet в видеweb-проекта, позволяющего осуществлять оперативное управление и мониторинг системы.1В состав стенда входят:- контроллер МС8: питание 24 В, симисторные выходы, интерфейсные субмодули RS-232C,Ethernet, часы-календарь, микроконтроллер (МК) C8051F125;- контроллер МС5: с пультом, без интерфейсного субмодуля;- модуль релейный MR8: с пультом, 4 релейных выхода, МК C8051F311;- датчик температуры - термистор ТМ1 типа 10 кОм-2; датчики ACI/RH для определенияпараметров окружающего воздуха; выход 0-10 В;- тумблеры S1, S2 для имитации дискретных воздействий; автомат питания QF1 (6,3 А);- исполнительный механизм с плавной регулировкой (Belimo) LM24SM;- индикаторные лампы HL1/HL2/HL3/HL4 (24 В); лампа накаливания HL5 (220 В, 60 Вт).Контроллер MC8 (рис.

2) - является базовым элементом ПТК. Может использоваться в качестве автономных ПРК или в составе локальной сети ПРК и сложных иерархических систем.Основные функции контроллера- ввод и преобразование в цифровую форму входных сигналов, формирование выходных сигналов;- выполнение алгоритмов обработки данных, регулирования; формирование различных видовзадания и др.;2- вывод данных на дисплей встроенного пульта или на виртуальную панель;- возможность ручного управления в режиме реального времени;- обеспечение связи по интерфейсу RS-485 между ПРК МС8 и другими приборами ПТК;- обеспечение связи по интерфейсу RS-232 с периферийными устройствам; - и другие.Рис. 2.

Контроллер МС8 со встроенным субмодулем WebLinker (справа)Исполнения МС8:а) для питания от сети ~220 B с транзисторными выходными ключами; они обычно устанавливаютсяв комплекте с релейными модулями MR8 (усиление мощности и расширение дискретных входов);б) для питания от сети ~24 B с симисторными, гальванически изолированными выходными ключам;они могут непосредственно управлять некоторыми исполнительными механизмами.К базовому модулю могут подключаться субмодули дополнительных интерфейсов Ethernet, RS-232,встроенный пульт.

Субмодуль RS-232 при подключении МС8 к компьютеру обеспечивает возможность контроля работы устройства с помощью программы КОНСОЛЬ, а также производить загрузку алгоритма.Программирование МС8. Работа МС8 осуществляется в соответствии с функциональным алгоритмом(ФА), записанным в память МК. Для разработки ФА используется инструментальная программная системаКОНГРАФ, позволяющая в графической форме запрограммировать желаемый алгоритм на основе библиотеки, в которой содержатся как отдельные функциональные узлы, так и готовые проекты управления типовымиобъектами.

Разработанный ФА или выбранный готовый проект транслируется в исполняемый код. ЗагрузкаФА может происходить по RS-232 посредством подключения ПРК к компьютеру или по сети Ethernet. Связь сдиспетчерской, персоналом или сервером обеспечивается подключением МС8 к сотовому (SMS или GPRS),телефонному или радио-модемам.Контроллер MC5 (рис. 3) - является элементом ПТК КОНТАР.Его основные функции:- измерение и преобразование в цифровую форму сигналов, поступающих от датчиков;формирование дискретных и аналоговых выходных сигналов;- выполнение алгоритмов обработки информации и управления объектами;- вывод информации на дисплей встроенного пульта или на виртуальную панель на экранемонитора компьютера, Notebook, PDА или другого средства;- обеспечение связи по RS-485 между ПРК и другими приборами ПТК (через Master-контроллерМС8).Питание: напряжение ~220 В.

потребляемая мощность не более 6 ВА.Рис. 3. Контроллер МС5 со встроенным пультом управления342434445 4647 48 49DO.1МО.1-2DO.2DO.3MO.3-4DO.5DCRS-485ГальваническаяразвязкаDO.6АО.2AC0…10 В0(4)…20 мАRS-232505152DO.841MO.7-840DO.739MO.5-635 36DO.434LON-33LON+32АО.С31RxDSGВАTxDАО.129RxD28DC27TxDНа рис. 4 приведена функциональная схема ПРК МС8.“Норма”“Отказ”.

. . .. . . ..0…10 В0(4)…20 мАLONDO.1DO.2DO.7DO.8RxDDO.1ГальваническаяразвязкаЧасыкалендарь…DO.8ГальваническаяразвязкаLONUART0CPUEthernetLONUART1SPIRS-232RJ-11DI.1Блокпитания...DI.4DI.4DCDC24 В+24 ВГальваническая развязка24 ВACAI.1AI.1AI.8.. .AI.7AI.8AI.2КонфигураторыAI.1AI.2=КонфигураторыAI.7AI.8... . .15 16 1718 19 2022 23AI.721AI.6AI.C13 14AI.510AI.49AI.CDI.C8AI.3DI.37ACAI.2DI.26AI.CDI.C5AI.1DI.13- 24 BGND2+ 24 B 24 B1DI.4 24 BAC24AI.8DI.1 ..

.AI.CRJ-4525 26Рис. 4. Функциональная схема ПРК МС8: CPU - центральный процессор (микроконтроллер);UART - универсальный асинхронный приемопередатчик;SPI - последовательный периферийный интерфейс;I.1… АI.8 - аналоговые входы;АI.C - общая точка аналоговых входов;АО.1, АО.2 - аналоговые выходы;АО.C - общая точка аналоговых выходов;АC - общая точка аналоговая;DI.1…DI.4 - дискретные входы;DO.1…DO.8 - дискретные выходы;DI.C - общая точка дискретных входов;MO.j-k - средняя точка между DO.j и DO.k; DC – общая точка дискретная.1Контроллер MC5 (рис.

4) - является элементом ПТК КОНТАР.Его основные функции:- измерение и преобразование в цифровую форму сигналов, поступающих от датчиков;формирование дискретных и аналоговых выходных сигналов;- выполнение алгоритмов обработки информации и управления объектами;- вывод информации на дисплей встроенного пульта или на виртуальную панель на экранемонитора компьютера, Notebook, PDА или другого средства;- обеспечение связи по RS-485 между ПРК и другими приборами ПТК (через Master-контроллер МС8).Питание: напряжение ~220 В. потребляемая мощность не более 6 ВА.Рис. 4. Контроллер МС5 со встроенным пультом управленияНа схеме МС5 (рис.

5) обозначено: CPU – микроконтроллер; AI.1…AI.5 – аналоговые входы;AO.1 – аналоговый выход;AI.C – общая точка аналоговых входов; AO.C – общая точка аналоговых выходов;DI.1…DI.4 – дискретные входы; DO.1…DO.5 – дискретные выходы; DI.С – общая точка дискретных входов;MO – средняя точка между парой дискретных выходов; AO.U – аналоговый выход по напряжению 0-10 В;AI.5/– аналоговый вход 0-10 B;AC,DC– общие точки аналоговая и дискретная.“Норма”“Отказ”MO.5DO.5DO.5MO.4DO.4MO.3DO.3DO.350 51 52U2ГальваническаяразвязкаГальваническаяразвязкаГальваническаяразвязкаKВых.1UARTВых.2KВых.3KВых.4Вых.5CPU+5 ВSPIDI.4AI.1 .. .+18 ВDI.1 ..

.+3 ВDO.447 48 4944 45 46DО.2DО.1U1DCRS-485MO.1-241 42 43AO.1SGAI.5ПультRS-232DI.1 .. . . . DI.4ГальваническаяразвязкаГальваническая развязкаAI.1AI.2AI.3AI.4AI.5Блок питанияKI15 16 1718 19 20AI.5AI.5/ACAI.4DI.311 12AI.2DI.28 9 10AI.CDI.C7AI.1DI.16- 18 BGND5+ 18 B 220 B3DI.4 220 B2KACAI.CKAC1DI.CKKDCAI.C+18 В DCDCAI.3ВАRxDAO.C34 35 36TxDAO.U27 28 2921 22 23Рис. 5.

Функциональная схема программируемого контроллера МС52Входы-выходыАналоговые входы:5 конфигурируемых под нужный вид и диапазон сигнала.AI.5/ - аналоговый вход 5/(0-10 В).Аналоговые выходы: 1 конфигурируемый под нужный вид и диапазон сигнала, гальваническиизолированный от остальных цепей.Дискретные входы: 4 входа типа “сухой” контакт/ключ, гальванически изолированные.Дискретные выходы: 3 релейных выхода типа «сухой» контакт DO.3, DO.4, DO.5 (номерам выводов 44, 47, 50соответствуют размыкающие контакты/нормально замкнутые, а номерам 45, 48, 51– замыкающие контакты/нормально разомкнутые); гальваническая изоляция от остальных цепей;2 выхода типа «сухой» симисторный ключ, гальваническая изоляция от других цепей.Интерфейсы.

Основной - RS-485 (57600 Бод); дополнительный - RS-232С (115200 Бод).Встроенный пульт управления (в зависимости от исполнения).Программирование МС5. Работа МС5 осуществляется в соответствии с ФА, записанным в памятьМК. Для разработки ФА используется ИПС КОНГРАФ, позволяющая в наглядной графической форме запрограммировать желаемый алгоритм на основе предлагаемой библиотеки алгоритмов, содержащей как отдельные функциональные узлы, так и готовые проекты. Разработанный ФА или выбранный готовый проект транслируется в исполняемый код в виде bin-файлов (например, на web-сервере изготовителя, доступном через сетьInternet).

Загрузка ФА осуществляется через Master-контроллер МС8.Исполнения МС5: а) базовое; б) со встроенным пультом; в) с дополнительным субмодулем RS-232С.Модуль релейный MR8 (рис. 6) - является элементом ПТК КОНТАР. Его основные функции:- выполнение алгоритмов управления исполнительными механизмами, пусковыми устройствами насосов, вентиляторов и другим оборудованием;- прием дискретных сигналов от МС8 (или других устройств) для непосредственного управления выходными силовыми ключами;- прием по каналу цифровой интерфейсной связи RS-485 от МС8 (или других устройств) сигналовуправления выходными силовыми ключами;- передача по каналу цифровой интерфейсной связи RS-485 на верхний уровень управления информации о состоянии входных дискретных сигналов и органов ручного управления;- переключение режимов управления и ручное управление исполнительными механизмами, пусковымиустройствами с помощью переключателей (тумблеров);- формирование нестабилизированного 24 В постоянного тока для питания внешних цепей.Рис.

6. Модуль релейный MR8 с ручным управлением выходными ключамиНа функциональной схеме релейного модуля (рис. 7) обозначено: CPU - микроконтроллер; DI.1…DI.8– дискретные информационные входы; DD.1…DD.4 – дискретные входы управления; DI.C– общая точка дискретных входов; DO.1…DO.4 – дискретные выходы; MO – средняя точка дискретных выходов;DC - общаяточка питания процессора; K - электромагнитное реле.MR8 содержит:- 4 дискретных входа управления (DD1…DD4) для непосредственного управления выходами.- 8 дискретных информационных входов (DI.1…DI.8) для передачи на верхний уровеньинформации о состоянии дискретных сигналов, подключенных к этим входам.- 4 выходных ключа (выходы DO.1…DO.4) на электромагнитных реле с ручным управлениемключами (К1…К4) или2 симисторных ключа и 2 ключа на электромагнитных реле.3Для релейных выходов DO.1…DO.4 номера 31, 34, 37, 42 соответствуют замыкающим контактам(нормально разомкнутым), а номера 33, 36, 39, 44 – размыкающим контактам (нормально замкнутым); гальванически изолированы;Для симисторных ключей - при наличии блока ручного управления имеется переключатель режимовуправления "Автомат"-"Ручное" и переключатель ручного управления "Больше"-"Выключено"-"Меньше" (ссамовозвратом в состояние "Выключено") на оба выхода, объединенных по трехпроводной схеме.Для релейных ключей - при наличии ручного управления имеется переключатель режимов управления"Автомат"-Выключено"-"Включено" на каждый выход.Управление выходными ключами может осуществляться:- непосредственно по входам DD1…DD4 от устройств, имеющих “сухой” дискретный выход;- по каналу интерфейсной связи RS-485 с верхнего уровня через CPU; этот режим устанавливаетсяпри переключении механических замыкателей блока конфигураторов;- принудительно, минуя электронные ключи, блоком ручного управления (тумблеры 3х-позиционные: I/O/A –включен/выключен/автомат; используются для включения и выключения пускового устройства и переводаего на автоматическое управление; если тумблер находится в положениях “I” или “O”, то управление осуществляется вручную с модуля MR8); информация о состоянии органов ручного управления передается поканалу связи RS-485 на верхний уровень.Интерфейс – RS-485 на частоте до 57600 Бод.Питание: напряжение ~220 В, потребляемая мощность не более 6 Вт.Блок ручногоуправления10А2DD.3DO.4DO.4MO.4MO.3DO.3DO.3К4Вых 4Вых 3DD.4CPUDI.C+3 В14 15 1617 18 19DD.4DI.C11 12 13DD.310DD.29DI.C8DD.1DI.57DI.8DI.46DI.7DI.C5DI.6DI.3GND3DI.2 220 B2DI.C 220 B1СетьDI.CГальванический разделительDCDI.CБлокпитанияDI.1+24 ВВых 2DD.210АК3Вых 1DD.142 43 44410А3К2К1Блокконфигураторов37 38 39DO.2DO.210АМО.234 35 36DО.1DО.11RS-485MО.131 32 33DI.CВRxD29 30+24 ВTxDSGА23 24 2520 21 22Рис.