Скачать:  tsa.zip [871,47 Kb] (cкачиваний: 42)

КАФЕДРА АИТ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ

ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ

НА ТЕМУ:

" ПРОГРАММИРОВАНИЕ КОНТРОЛЛЕРОВ С ПОМОЩЬЮ СИСТЕМ ULTRALOGIK "

Контроллер ADAM-5510

Микроконтроллер ADAM-5510 позволяет реализовать автономно функционирующие распределенные системы управления.

Программируемый микроконтроллер ADAM-5510 предназначен для использования в локальных и распределенных системах автоматизации в качестве автономного контроллера. Он обеспечивает прием и выдачу аналоговых и дискретных сигналов, первичное преобразование сигналов по запрограммированным пользователем алгоритмам и обмен информацией по последовательным каналам связи на базе интерфейса RS-485.

Контроллер имеет открытую архитектуру и может программироваться как с помощью традиционных языков, так и с помощью языков логического программирования. В этот стандарт входят следующие языки: FSC(функциональные последовательные схемы), FBD (функциональные блоковые диаграммы), RLL (аппаратным аналогом данного языка является контактная релейная логика).

При применении микроконтроллера ADAM-5510 становится возможной реализация многих специальных функций, недостижимых с помощью традиционных контроллеров. Каждое устройство на базе ADAM-5510 может содержать до четырех модулей, обеспечивая до 64 каналов ввода/вывода.

Конфигурация системы на базе микроконтроллера ADAM-5510 приведена на рис.1.

Рис. 1. Конфигурация системы на базе микроконтроллера ADAM-5510

Микроконтроллер ADAM-5510 состоит из двух основных частей: базового блока (рис.2) и модулей ввода/вывода. Базовый блок содержит узел центрального процессора (CPU), преобразователь питания, 4-слотовую пассивную объединительную панель, два последовательных коммуникационных порта и порт программирования. Ниже приведены основные характеристики блока центрального процессора ADAM-5510.

Рис. 2. Структурная схема блока центрального процессора ADAM-5510

Технические данные блока центрального процессора ADAM –5510

¹ 170 кбайт из 256 для прикладных про­грамм.

² 192 кбайт из 256 для системных задач, 60 кбайт имеют резервное батарейное пи­тание.

Микроконтроллер ADAM-5510 имеет в своем составе три последовательных коммуникационных порта, которые обеспечивают возможность организации взаимодействия практически с любыми устройствами с последовательным доступом. Порт COM 1 поддерживает работу в режиме интерфейса RS232, а порт COM 2 – работу в режиме интерфейса RS485. Порт COM 3 предназначен для осуществления загрузки в микроконтроллер управляющих программ. Кроме того, он может быть использован и как коммуникационный порт общего назначения с интерфейсом RS232.

Базовый блок на своей лицевой панели имеет четыре светодиодных индикатора, предназначенных для сигнализации следующих четырех состояний блока:

•Свечение индикатора POWER красного цвета – на блок подано напряжение питания;

•Свечение индикатора RUN зеленого красного цвета – идет процесс начальной загрузки;

•Свечение индикатора COMM оранжевого цвета – происходит обмен по последовательному каналу связи;

•Свечение индикатора BATT желтого цвета – разряженное состояние батареи.

Основной областью применения контроллеров ADAM-5510 является управление медленно меняющимися сигналами, например, температурой. Не уступая по производительности классическим программируемым логическим контроллерам (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. UltraLogik позволяет расширить рамки применения ADAM-5510, обеспечивая более высокое качество программирования по сравнению с библиотеками от Advantech и ставя его в один ряд с классическими контроллерами, используемыми для управления производственными процессами. Например, ADAM-5510 можно применять для управления котельной установкой, процессом подготовки нефти.

ADAM-5510 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 индикаторыLED1....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.

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

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

Описание модулей ввода/вывода аналоговых и дискретных сигналов

Модули ввода аналоговых сигналов используют АЦП для преобразования сигналов с датчика в виде напряжения тока, сигналов термопар или термометров сопротивления в цифровой код. При этом цифровой выходной сигнал представлен в инженерных (физических) единицах. По запросу управляющего компьютера данные передаются по интерфейсу RS-485. Модули ввода аналоговых сигналов имеют цепь гальванической развязки (оптической) по входу и трансформаторной гальванической развязки по цепям питания, что обеспечивает защиту от земляных петель.

Модуль ввода аналоговых сигналов и сигналов с термопар (ADAM-5018)

Модуль ADAM-5018 представляет собой 16-ти разрядный 7-ми канальный модуль ввода дифференциальных аналоговых сигналов, который обеспечивает программное изменение входных диапазонов для всех каналов. Модуль работает с милливольтами (т. е. изменение производится для всех каналов одновременно и невозможно настроить один канал на работу в одном диапазоне, а второй – в другой). Модуль работает с милливольтами (±15мВ, ±50мВ, ±100мВ, ±500мВ), вольтами (±1В, ±2,5В), токовыми сигналами (±20мА, с внешним резистором 125 Ом) и термопарами типов J, K,T, R, S,E, B. Модуль передаёт данные в инженерных единицах (мВ, В, мА или температура °С). Наружный компенсатор температуры холодного спая, устанавливаемый на внешней терминальной колодке предназначен для точных температурных измерений. Семиканальный модуль для подключения термопар оснащенный полупроводниковым датчиком температуры, предназначенным для компенсации температуры холодного спая. К первому входу этого модуля подключена термопара типа J.

Модуль вывода аналоговых сигналов ADAM-5024

Модуль ADAM-5024 представляет собой 4-х канальный модуль вывода аналоговых сигналов. Модуль принимает цифровые данные по интерфейсу RS-485 из управляющего компьютера, представленные в инженерных (физических) единицах. Затем модуль использует встроенный ЦАП, управляемый из системного модуля для преобразования цифровых данных в аналоговые выходные сигналы. Используя прикладное программное обеспечение, пользователь может задать скорость нарастания выходного сигнала, его начальное значение и тип (ток или напряжение). Цепи гальванической развязки (оптической) обеспечивают изоляцию 500В по цепям питания. Цепи гальваноразвязки защищают модуль и периферийные устройства от возникновения земляных петель. Выход AO0 этого модуля соединен с вольтметром

Модуль ввода дискретных сигналов ADAM-5051

В номенклатуре ADAM-5000 есть 16-ти канальный модуль ввода дискретных сигналов. Модули работают с 24-х вольтовой логикой (Uвых = Uвх=3,5…30В) и, кроме того, позволяют применять дополнительные устройства связи с объектом (твердотельные реле или входные устройства) и обеспечивает при этом управление или сопряжение с мощными высоковольтными нагрузками. Под управлением команд, переданных с центрального компьютера, модуль преобразует цифровые сигналы ТТЛ-уровня в сигналы, требуемые для работы с данным типом УСО. К нему подключены 2 переключателя SW1 (DI0) и SW2 (DI1)

Модуль вывода дискретных сигналов ADAM-5056

Модуль ADAM-5056 является 16-канальным модулем дискретного вывода.

16 цифровых выходов с открытым колектором. К выходам DO0…DO3 подключены индикаторы: желтые (DO0 и DO1), красный (DO2) и зеленый (DO3). К выходу DO4 подключен вентилятор

Общие сведения об устройствах серии ADAM-5000

Устройства серии ADAM-5000, базирующиеся на стандарте EIA RS-485 и протоколе CAN (Controller area Net Work), позволяют при необходимости построить для сбора данных и управления три вида многоточечных промышленных сетей, управляемых центральным компьютером:

1. Система сбора данных и управления на базе интерфейса RS-485 разработана для реализации распределённых систем, в которых сбор данных и управление исполнительными устройствами осуществляется удалёнными многоканальными модулями ввода/вывода.

2. Система сбора данных и управления на основе протокола CAN. В этих системах устройства ADAM-5000/CAN выступают в качестве ведомых узлов по отношению к центральному компьютеру системы. Они поддерживают коммуникационные протоколы.

3. Системы сбора данных и управления произвольной архитектуры.

Устройства ADAM-5000 являются полностью изолированными и при передачи и приёме данных работают с единственной витой парой. Поскольку соединение узлов выполняются параллельно, модули могут быть свободно отключены с головного (системного) компьютера без каких-либо последствий для функционирования остальных узлов. Применение экранированной витой пары в промышленных условиях является предпочтительным, поскольку это обеспечивает получение высокого соотношения сигнал/шум и защиту от синфазной помехи.

Механизм разрешения конфликтов в сети использует простой доступ типа команд команда/возвращенное значение. В сети всегда присутствует один инициатор (master) обмена (без адреса) и некоторое количество пассивных (slave) узлов (с адресом). В частности в качестве арбитра выступает персональный компьютер, подключенный через свой последовательный RS-232 порт, к сетевому преобразователю RS-485/RS-485 серии ADAM. В качестве пассивных участников обмена данными выступают системные блоки ADAM-5000. Когда системные блоки не передают данные, они находятся в состоянии ожидания. Головной компьютер инициирует обмен данными с одним из системных блоков путём реализации командной последовательности команда/возвращаемое значение. Команда обычно состоит из адреса системного блокаADAM-5000, с которым хочет установит связь головной компьютер. Системный блок ADAM-5000 (slave) с указанным адресом выполняет команду и передаёт возвращаемое значение в головной компьютер (master).

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 (α) и является основной характеристикой датчика:

R=Rо(1 + αТ),

где R₀ - сопротивление датчика при 0 °С.

В нашей стране чаще применяется коэффициент W₁₀₀, выражаемый как отношение сопротивления датчика при 100°С к его сопротивлению при 0°С:

W₁₀₀= R₁₀₀ / R₀.

Отсюда легко выразить соотношение между α и W₁₀₀^:

W₁₀₀=1 + 100 α.

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:

E = F(T₂-T₁)

В случае, если один из спаев термопары находится при температуре 0°С, зависимость термоЭДС от температуры другого спая Е = F(Т₂ - 0°С)называется градуировочной характеристикой термопары.Эти характеристики стандартизованы для всех наиболее распространенных типов термопар. 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 Е₁ при температурах контактов Т₁и Т₂ и термоЭДС Е₂ при температурах контактовТ₂ и Т₃, то при температурах Т₁ и Т₃термоЭДС будет равна Е₁ + Е₂:

E₁=F(T₂-T₁), E₂ = F(T₃-T₂), =>

E₁+E₂ = F(T₃-T₁).

В нашем случае, обозначив температуры холодного и рабочего спаев как Т_х и Т_р, а термоЭДС, соответственно, Е_х и Е_р, получим:

Е_х= F(Т_х - 0°С), Е_изм=F (Т_р - Т_х) =>

Е_х+Е_изм=F(Т_р - 0°С),

где Е_изм- 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 Т_рпри известных Е_изм и Т_х:

Т_р =F^-1( Е_х + Е_изм)= F^-1 (F (Т_х - 0°С)+ Е_изм).

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:

Т_р ≈ Т_х+ F^-1 (Е_р)

РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ

КОНФИГУРИРОВАНИЕ КОНТРОЛЛЕРА И МОДУЛЕЙ ВВОДА-ВЫВОДА

Для начала работы мы выбрали пункт создать и указали модель контроллера «ADAM-5510, Advantech» и тип компилятора «80x86-compatible simple compiler». В конфигурации контроллера установили модули ввода-вывода и отметили использование порта COM2.

Рис. 1. Конфигурация контроллера

Связали светодиоды процессорного модуля с переменными ВАТТ, СОММ, RUNи 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-5051связали входы 0 и 1 с переменными DI0 и DI1.

Связали выходы 0 и 1 модуля ADAM-5056 с переменными DO0 и DO1, выходы 2 и 3 - с переменными Greenи Red, а выход DO4 - с переменной Fan.

В конфигурации модуля ADAM-5018 установили входной диапазон ±78 мВ и первую частоту режекции фильтра 12.5 Гц. Связали аналоговый вход 0 с сетевой переменной ТС типа Float, a вход 7-ссетевой 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 следует, согласно нашей методике, преобразовать температуру холодного спая в ЭДС компенсации. Чтобы получить таблицу с зависимостью ЭДС компенсации от температуры, нужно выделить диапазон градуировочной таблицы, в котором может изменяться температура холодного спая, и взять из него значения напряжения, которые соответствуют точкам в этом диапазоне с некоторым шагом - например, 10 градусов. Это позволит нам, используя эту таблицу в качестве калибровочной таблицы для канала измерения температуры холодного спая, получить значение термоЭДС, соответствующее температуре холодного спая, и прибавить его к измеренному термопарой значению термоЭДС. Такая таблица в готовом виде находится в папке ADAM-5510 под именем cjc.txt или же данную таблицу можно записать самостоятельно в блоке табличного преобразования в диалоговом окне «Интерполяция».

Таблица имеет следующий вид:

273.15 0

283.15 0.000507

293.15 0.001019

298.15 0.001277

303.15 0.001536

313.15 0.002058

323.15 0.002585

Создадим программу FBD1 Temp, изображенную на рис.2.

Рис. 2. FBD-программа

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

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 С:\ADAM-5510 Если же мы создаем таблицу самостоятельно, то в меню Правканеобходимо выбрать Добавить запись и последовательно записать значения температуры и термоЭДС.

В результате будет загружена таблица, показанная на рис.3. Градусам Кельвина в столбце аргумента соответствует термоЭДС в вольтах в столбце значений. Таким образом, для переменнойCJC будет автоматически осуществляться пересчет в вольты с помощью табличной кусочно-линейной функции.

Рис.3. Окно интерполяции

Закройте окно «Интерполяция», ответив «Yes» на предложение системы сохранить введенную таблицу. В качестве таблицы преобразования для второго блока укажем градуировочную таблицу для термопары типа J. Для этого откроем файл с характеристикой Jтермопары
c:\plcwin32\Tables\TCouple\j.dat. Укажемметод 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.