О САЙТЕ
Добро пожаловать!

Теперь вы можете поделиться своей работой!

Просто нажмите на значок
O2 Design Template

ФЭА / АИТ / ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА по дисциплине: «Моделирование систем» на тему: «Контроллер ADAM – 5510»

(автор - student, добавлено - 28-09-2017, 17:19)

Скачать:  fdb-na-zaschitu.rar [676,52 Kb] (cкачиваний: 8)

 

Знакомство с ADAM – 5510

Целью настоящей работы является ознакомление с программируемыми контроллерами ADAM серии 5000, получение навыков их конфигурирования и программирования в системе UltraLogik32. Кроме того, в ней затрагиваются основные аспекты температур­ных измерений, а также использование встроенной в UltraLogik функции табличного преобразования.

Теоретический материал

Сферы применения и особенности контроллеров ADAM - 5510 и ADAM - 5511

ADAM-5510 представляет собой программируемый контроллер на базе микропроцес­сора AM188ES. Он обладает 256 Кбайт ОЗУ, 256 Кбайт флэш-ПЗУ и тремя после­довательными портами. Контроллер совместим с любыми модулями ввода-вывода 5000 серии, сочетая в себе преимущества открытости архитектуры IBM PC и удоб­ства классической модульной конструкции программируемых логических контролле­ров. Его усовершенствованный аналог ADAM-5511 обладает также встроенной про­граммной поддержкой протокола Modbus, увеличенным объемом flash-памяти и воз­можностями удаленной загрузки и запуска программ. Более поздняя версия контроллера, ADAM-5510M, обладает 640 Кбайт оперативной памяти и дополнительным последо­вательным портом RS-232/485. Как и в ADAM-5511, в нем имеется 512 Кбайт flash-памяти с поддержкой файловой системы, 400 Кбайт из которых доступно пользователю. Кроме того, пользователь может выделить до 512 Кбайт SDRAMдля сохранения своих данных в энергонезависимой памяти. Предусмотрена также утили­та для загрузки программ в контроллер, работающая под управлением ОС Windows. Основной областью применения контроллеров ADAM-5510 является управление медленно меняющимися сигналами, например, температурой. Не уступая по произ­водительности классическим PLC, благодаря своей низкой стоимости он находит применение в таких областях, в которых бывает зачастую экономически нецеле­сообразно использовать традиционные решения, в частности, для управления венти­ляцией, отоплением, кондиционированием воздуха в современных зданиях. Хоро­шо подходит он и для решения наиболее простых задач. Так, к примеру, на ВДНХ ADAM-5510 используется для подсчета посетителей в турникетах. UltraLogik позво­ляет расширить рамки применение ADAM-5510, обеспечивая более высокое Качество программирования по сравнению с библиотеками от Advantech ставя, его, в один ряд с классическими контроллерами, используемыми для управления про­изводственными процессами. Так, на алюминиевом производстве в Подмосковье ADAM-5510 применяется для управления системами «печь-ковш». Программирование ADAM-5510 с помощью UltraLogik позволяет добиться повышения эффективно­сти трудозатрат с меньшими капиталовложениями. При этом Вам не придется поку­пать исполнительные модули для каждого контроллера, как это бывает при использо­вании других систем разработки в стандарте 1ЕС 61131-3.

Создание программы для ADAM-5510

ADAM-5510, строго говоря, не является полностью совместимым с IBM PC контрол­лером. Несмотря на то, что в нем используется х86 совместимый процессор, организа­ция работы с системными ресурсами в нем достаточно заметно отличается от приня­той в IBM PC. Это обстоятельство несколько осложняет перенос программного обеспечения. Тем не менее, работа программ осуществляется в нем под управлени­ем DOS. В этом смысле ADAM-5510 является DOS-совместимым контроллером. Фирма Advantech предоставляет разработчикам библиотеки для Borland C++ 3.0, с помощью которых можно создавать программы для контроллеров ADAM-5510 на языке С. При использовании UltraLogik все, что вам потребуется сделать для того, чтобы про­грамма работала на ADAM-5510, это установить специальную модель «ADAM-5510» во вкладке «Конфигурация». При этом станут доступны все ресурсы контрол­лера.

Ресурсы контроллера

ADAM-553O располагает следующими ресурсами: перезапуск контроллера в слу­чае «зависания» программы.

Последовательные порты СОМ1 (RS-232) и COM2 (RS-485) позволяют вести об­мен данными с удаленными устройствами и компьютером верхнего уровня. Порт COM3 (Program Download Port) недоступен для пользователя и предназначен для загрузки программ.

Светодиодные индикаторы LED1..LED4 (они пронумерованы снизу вверх) дос­тупны для пользователя. При этом LED1 (индикатор разрядки батарей) будет све­титься только в том случае, если разряжена батарея питания.

Батарея питания питает часы реального времени и 64К статической памяти, кото­рые можно использовать для сохранения данных на период отключения питания. Сде­лать это можно, написав небольшой внешний модуль на языке С, взяв за основу пример, прилагаемый к UltraLogik.

.• DIP переключатель можно использовать для задания адреса, если в сети имеется несколько контроллеров с одинаковыми программами.

Flash памятьобеспечивает хранение образа диска, используемого для загрузки DOS и программ пользователя. Объем Flash-ПЗУ составляет 256Кбайт, из них 170 Кбайт доступно для пользователя.

Загрузка программ

Контроллер ADAM-5510 имеет специальный порт для загрузки программ, нуль-модемный адаптер для подключения не нужен.

Для загрузки программы в контроллер необходимо создать образ flash-диска, с которого будет производиться загрузка контроллера. Для этого нужно переписать системные файлы и файлы программы в каталог C:\5510\ALLFILE (C:\5511\5511FILE для ADAM-5511) и воспользоваться программой ADAM5510.EXE. С помощью драйвера VDISK.SYS можно создать в оперативной памяти контроллера виртуальный диск, содержимое которого будет теряться при перезапуске. В этом случае загрузку программ на виртуальный диск можно будет производить с помощью функции «Terminal» программы ADAM5510 или любого другого эмулятора терминала, напри­мер, SmartLink. Для этого следует воспользоваться командой TRANSFER /R <имя фай­ла>.

Контроллер ADAM-5511 обладает увеличенным объемом flash-диска (400 Кб) с поддержкой файловой системы. Доступ к файловой системе обеспечивается с помощью диска D, на который можно загружать программы с удаленного компьютера. Для этого можно воспользоваться любым эмулятором терминала, в том числе SmartLink, и утилитой TRANSFER. Для загрузки программ в контроллер можно воспользовать­ся тем же методом, что и для ADAM-5510, с той лишь разницей, что программа загруз­ки называется ADAM5511 .ЕХЕ2 и файлы для загрузки должны находиться в папке 55 И FILE. При этом будет сформирован образ загрузочного, диска С, который не может быть изменен во время работы контроллера. Однако, существует более удоб­ный способ работы. Чтобы им воспользоваться, нужно, чтобы при запуске контроллера загружалась резидентная программа ADAM5511.EXE (объем 58 Кбайт, не путайте её с самим пакетом конфигурирования), которая обеспечивает удаленную загрузку с по­мощью протокола обмена ModBus. Эта программа запускается по умолчанию. Загруз­ка и запуск программ с помощью ModBus осуществляется программой ADAM-5511 Utility. Для этого нужно настроить номер скорость обмена с помощью переключате­лей с стороны контроллера. Обмен возможен интерфейсу RS-485, так и по RS-232. В последнем случае нужно воспользоваться нуль-модемным адаптером. Программа под­держки ModBus осуществляет прямой доступ к модулям ввода-вывода и обмен данны­ми с вышестоящим компьютером. Если управляющая программа написана на UltraLogik, необходимо учитывать, что UltraLogik использует собственные механизмы обмена с модулями, из-за чего возникают конфликты и данные иногда считываются неправильно. В этом случае, следует пользоваться поддержкой ModBus, встроенной в UltraLogik версии 1.04.026 и более поздние, отключив запуск резидентной про­граммы ADAM551I.EXE в контроллере.

Отключить запуск программы ADAM5511.EXE в контроллере ADAM-5511 проще всего следующим образом: установить все DIPпереключатели, кроме «СОМ1», в по­ложение OFF. В таком случае программа ADAM5511.ЕХЕ после запуска автоматически завершит свою работу, и управление будет передано следующей программе, вызы­ваемой после неё в файле AUTOEXEC.BAT, или интерпретатору командной строки ROM-DOS.

Существует три основных метода преобразования температуры в цифровое значение для ввода в ЭВМ: с использованием термометров сопротивлений, термоэлектриче­ских преобразователей (термопар) и полупроводниковых датчиков. Последний из них наиболее удобен, так как позволяет получать нормализованный электриче­ский сигнал как в аналоговой, так и в цифровой форме. Однако, область применения этого метода ограничена температурным диапазоном работы полупроводниковых элементов и лежит в пределах примерно от -50°С до 150°С. Примером полупро­водникового датчика может служить датчик, используемый в модуле ADAM-5018 для компенсации температуры холодного спая термопар. Этот датчик имеет на вы­ходе токовый сигнал, пропорциональный его температуре.

Измерение температуры при помощи термометров сопротивления

Этот метод основан на зависимости сопротивления проводника от его температуры и позволяет достичь более широкого диапазона измерения, чем у полупроводнико­вых датчиков. Суть метода состоит в том, что для некоторых металлов или спла­вов существуют температурные диапазоны, внутри которых сопротивление проводника из этого материала меняется почти линейно с ростом температуры. Как правило, мате­риалом для датчика служит платина; применяются также медные и никелевые датчики. Характеристики термосопротивлений этих типов стандартизованы. Коэффициент выражающий зависимость сопротивления от температуры, называется температур­ным коэффициентом сопротивления (а) и является основной характеристикой датчика:

где RO - сопротивление датчика при 0°С. В нашей стране чаще применяется коэффициент W1oo, выражаемый как отношение сопротивления датчика при 100°С к его сопротивлению при 0°С:



Отсюда легко выразить соотношение между d и W1oo;

Термосопротивления подключаются к измерительному преобразователю по мостовой схеме или схеме с токовым возбуждением. При этом для компенсации сопротивления соединительных проводников применяется трехпроводное или четырехпроводное подключение. Для ввода сигналов термосопротивлений можно использовать модули нормализации ADAM-3013, а также устройства аналогового ввода ADAM-6015, ADAM-4013 и ADAM-50I3.

Измерение температуры при помощи термоэлектрического преобразователя (термопары) Термоэлектрический метод позволяет измерять температуру в очень широком диа­пазоне (от -100 до 2500°С), обеспечивая при этом достаточно высокую точность, и часто оказывается единственно возможным. Принцип измерения температуры с помощью термопары основывается на эффекте Зеебека, заключающемся в том, что в це­пи, состоящей из двух разнородных металлических проводников, протекает электри­ческий ток. При этом ЭДС, вызывающая этот ток (термоЭДС), зависит от разности тем­ператур между спаями:

В случае, если один из спаев термопары находится при температуре 0°С, зависимость термоЭДС от температуры другого спая Е = F (Т£- 0°С) называется градуировочной ха­рактеристикой термопары. Эти характеристики стандартизованы для всех наиболее распространенных типов термопар. На стендах в учебном классе используется термопара типа J.

На практике температура свободного (холодного) спая, как правило, не равна нулю, вследствие чего при измерении температуры с помощью термопары возникает необходимость в компенсации температуры холодного спая. Это становится возмож­ным благодаря одному из свойств термопары - закону промежуточной температуры. Если в цепи индуцируется термоЭДС E1 при температурах контактов Т1 и Т2 и термо­ЭДС Е2 при температурах контактов Т2 и Т3, то при температурах Т1 и Т3 термоЭДС будет равна E1 + Е2:

В нашем случае, обозначив температуры холодного и рабочего спаев как Тх и Тр, а термоЭДС, соответственно, Ех и Eизм, получим:

где Еизм - измеренное значение ЭДС. Отсюда следует, что для компенсации тем­пературы холодного спая нужно сложить измеренное значение ЭДС термопары и значение ЭДС компенсации, соответствующее термоЭДС, возникающей в тер­мопаре при температуре холодного спая. Это можно сделать, зная температуру холодного спая, для измерения которой обычно применяются полупровод­никовые датчики и терморезисторы. Найдем температуру рабочего спая Тр при известных Eизм и Тх:

Как видим, чтобы преобразовать значение ЭДС в температуру, нам необходимо так­же иметь таблицу, обратную градуировочной таблице термопары. Такую таблицу легко получить путем перестановки столбцов. При измерении температур, достаточно близ­ких к 0°С, можно воспользоваться тем, что градуировочная характеристика большин­ства термопар в этом диапазоне близка к линейной. В этом случае достаточно приба­вить температуру холодного спая к температуре, вычисленной с помощью градуиро­вочной таблицы:

Модули аналогового ввода

Ввод аналоговых сигналов, таких, как сигналы с термопар и термосопротивлений, осуществляется с помощью модулей аналогового ввода, которые строятся на основе аналого-цифровых преобразователей. Этаким модулям относятся ADAM-5013, ADAM-5017 и ADAM-5018. ADAM-5O13 представляет собой 16-битный трехканальный модуль для подключения термосопротивлений, поддерживающий трехпроводную и четырехпроводную схему подключения. Он создан на базе АЦП AD7711 фирмы Analog Devices и оснащен источниками тока для питания температурных датчи­ков. Соответствующая OEM библиотека UltraLogik позволяет получать готовый ре­зультат измерения в омах, на основании которого нетрудно, зная характеристику термосопротивления вычислить температуру, воспользовавшись функцией табличного преобразования, описанной ниже. ADAM-5017 и ADAM-5018 построе­ны на базе АЦП AD7710 фирмы Analog Devices. При этом ADAM-5018 оснащен про­граммируемым входным усилителем и полупроводниковым датчиком температуры AD590, что позволяет производить непосредственное подключение термопар и компен­сацию температуры холодного спая. Во всех трех описанных модулях используются АЦП с сигма-дельта преобразователем. Принцип его действия основан на преобразова­нии аналоговой величины в бесконечную последовательность дискретных импуль­сов, которые затем поступают на вход цифрового фильтра. Время преобразования АЦП связано с первой частотой режекции этого фильтра, от которой зависит и точность пре­образования. Чем выше частота режекции и меньше время преобразования, тем меньше соотношение сигнал/шум и тем хуже точность. В реальных условиях трудно получить отношение сигнал/шум лучше 90 дБ, что соответствует примерно 14 разрядам АЦП.

Функция табличного преобразования

Функция табличного преобразования служит для преобразования величины, поступающей с датчика, в инженерную величину. Если величина, выдаваемая дат­чиком, изменяется линейно в зависимости от измеряемой величины, используется ка­либровка по двум точкам. В случае нелинейной характеристики датчика преобразова­ние осуществляется методом кусочно-линейной аппроксимации с помощью таблицы или- полиномиальной аппроксимации. Кусочно-линейная аппроксимация наиболее эф­фективна при отсутствии математического сопроцессора и дает тем большую точ­ность, чем больше указано точек. При полиномиальной аппроксимации, по N точкам производится расчет коэффициентов полинома степени не выше N-1, кото­рый используется для вычисления. Можно использовать полиномы до 20 степени, но при этом следует помнить, что чем выше степень полинома, тем большее влияние ока­зывает на результат неточность вычисления коэффициентов.

Данные для аппроксимации можно взять из документации на датчик или получить экспериментально. Вместе с UltraLogik поставляются градуировочные таблицы для большинства типов термопар.

Описание стенда

3 контроллерах, установленных на наших стендах, используются следующие мо­дули ввода-вывода:

5024: Четырехканальный модуль аналогового вывода с токовыми выходами и вы­ходами О-10В. Выход АОО этого модуля соединен с вольтметром, а также поступает на терминальную плату ТВ-26, и далее на аналоговый вход контроллера 6040. 5051: 16-канальный модуль дискретного ввода. Модуль 5051, в отличие от 505IS, не обеспечивает гальваническую изоляцию входов. К нему подключены два переключателя SW1 (DIO) и SW2 (DI1) и выход одного из реле на плате TBR8 (DI2).

5056: 16 цифровых выходов с открытым -коллектором. К выходам DOO...D03 под­ключены индикаторы: желтые (DOO и DO1), красный (DO2) и зеленый (D03). К вы­ходу DO4 подключен вентилятор.

5018: Семиканальный модуль для подключения термопар, оснащенный полупроводни­ковым датчиком температуры, предназначенным для компенсации температуры хо­лодного спая. К первому входу этого модуля подключена термопара типа J.

Указания к работе

Конфигурирование контроллера и модулей ввода-вывода

С помощью кнопки «Создать новый проект» создаем новый проект UltraLogik. Уста­навливаем для него модель «ADAM-5510, Advantech». Устанавливаем тип компилятора «80x86 compatible simple compiler». В конфигурации контроллера, «Установленные модули ввода-вывода» перечислили модули, установленные в контроллере на стенде. Отметили также использование порта COM2.

Для порта COM2 указали использование драйвера PLCNet Driver(slave) и задали номер узла 8, чтобы избежать конфликтов по адресам с другими участниками сети.

Контроллер ADAM-5510 не может являться ведущим узлом (master) в сети PLCNet. Для этого необходимо иметь процессор не ниже 80386.

Связали светодиоды процессорного модуля с переменными ВАТТ, СОММ, RUN и POWR. Настроили конфигурацию модулей ввода-вывода и задали привязку пе­ременных к ресурсам контроллера. В свойствах модуля ADAM-5024 связали анало­говый выход 0 с сетевой переменной Volt.

Для модуля ADAM-5051 связали входы 0 и переменными DIO и DI1.

Связали выходы 0 и 1 модуля ADAM-5056 с переменными DOO и DO1, выходы 2 и 3 с переменными Green и Red, а выход 04 - с переменной Fan.

В конфигурации модуля ADAM-5018 установили входной диапазон ±78мВ и пер­вую частоту режекции фильтра 12.5 Гц, как показано на рисунке. Связали аналоговый вход 0 с сетевой переменной ТС типа Float, а вход 7 - с сетевой переменной CJC типа Float. После этого в переменной ТС будет сохраняться напряжение, измеряемое на ра­бочем спае термопары, а в переменной CJC -температура холодного спая в градусах Кельвина.

Ввод и нормализация сигналов термопар

Теперь, согласно нашей методике, преобразуем температуру холодного спая в ЭДС компенсации. Чтобы получить таблицу с зависимостью ЭДС компенсации от тем­пературы, выделили диапазон градуировочной таблицы, в котором может изме­няться температура холодного спая, и взяли из него значения напряжения, которые со­ответствуют точкам в этом диапазоне с некоторым шагом - например. 10 градусов. Это позволило нам, используя эту таблицу в качестве калибровочной таблицы для ка­нала измерения температуры холодного спая, получили значение термоЭДС, соот­ветствующее температуре холодного спая, и прибавили его к измеренному термо­парой значению термоЭДС. Такая таблица в готовом виде находится на нашем серве­ре под именем F:\cjc.txt (\\Msk-Teacher\Classrооm\cic.txt):

273.15 О

283.15 0.000507

293.15 0.001019

298.15 0.001277

303.15 0.001536

313.15 0.002058

323.15 0.002585

Создали программу Temp, изображенную на рисунке.

Функцию табличного преобразования «X/Y» можно найти на странице Analog контекстной панели инструментов. Первое преобразование будет осуществляться над температурой холодного спая для преобразования её в соответствующую ЭДС кор­рекции, которая затем прибавляется к измеренной термоЭДС. Следующий блок «X/Y» будет выполнять обратное преобразование ЭДС в температуру, которая сохраняется в переменной Temp. Значение температуры посредством масштабирования выведем на стрелочный индикатор, поставив напряжению 10В в соответствие 100°С. Затем с помо­щью нехитрой логики будем зажигать зеленый индикатор при температуре от 20 до 25 градусов, и мигающий красный индикатор при температуре более 25 градусов, включая одновременно вентилятор. С помощью двойного щелчка мышью на первом из блоков табличного преобразования мы попадем в программу задания табличной функции, В открывшемся диалоге «Интерполяция» нажмем кнопку «Загрузить данные из файла». Затем зададим тип файла «Text files *.TXT» и выберем файл F:\cjc.txt. Если сетевой диск F: не подключен к Вашему компьютер, нужно подключить его. найдя в сетевом окружении ресурс \\Msk-teacher\Classroom и выбрав в контекстном меню ко­манду «Map network drive».

В результате будет загружена таблица, показанная на рисунке. Градусам Кельвина в столбце аргумента соответствует термоЭДС в вольтах в столбце значений. Таким об­разом, для переменной CJC будет автоматически осуществляться пересчет в вольты с помощью табличной кусочно-линейной функции.

Закроим окно «Интерполяция», ответив «Yes» на предложение системы сохраним вве­денную таблицу. В качестве таблицы преобразования для второго блока укажем градуировочную таблицу для термопары типа J. Для этого откроем файл с характеристи­кой J термопары c:\plcwin32\Tables\TCouple\j.dat. Укажем метод аппроксимации полиномом пятой степе­ни. После нажатия кнопки «Просмотр» Вы должны увидеть график, изображенный на рисунке. Коэффициенты аппроксимации, рассчитанные программой, можно увидеть с помощью кнопки «С» в верхней части окна графика.

Закрыли диалог «Интерполяция», ответив «Да» на предложение системы сохранить введенные настройки. Откомпилировали проект. Сохранив предварительно в файле ADAM_T.PLC.


Ключевые слова -


ФНГ ФИМ ФЭА ФЭУ
Copyright 2018. Для правильного отображения сайта рекомендуем обновить Ваш браузер до последней версии!