Информационные системы в научных исследованиях

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО СВЯЗИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

им. проф. М. А. БОНЧ-БРУЕВИЧА»

Кафедра информационных управляющих систем

Контрольная работа

Информационные системы в научных исследованиях

Преподаватель: М.П. Белов

Исполнил: П.С. Войцеховский

Группа: ИСМ-71з

Санкт-Петербург, 2018

Задание:

1. Разработать функциональную схему для данной АСУ, выбрать контроллер и датчики и дать обоснование выбранного оборудования.

2. Описать интерфейсы, использующиеся для передачи информации.

На рисунке 1 приведен автоматизированный комплекс производства и расфасовки сахарного и затяжного печенья.

автоматизированный расфасовка сахарный печенье

Рисунок 1.

Для разработки АСУ необходимо разработать функциональную схему данной АСУ.

Рисунок 2. Функциональная схема АСУ

Возьмём участки приготовления сиропа и теста (затяжного и сахарного).

Нам потребуются следующие датчики:

датчики температуры:

датчики влажности:

датчики измерения уровня наполнения;

Все датчики выбираем цифровые.

В качестве датчиков температуры выберем герметичный датчик DS18B20.

Этот датчик температуры основан на популярной микросхеме DS18B20. Он позволяет определить температуру окружающей среды в диапазоне от -55°C до +125°C и получать данные в виде цифрового сигнала с 12-битным разрешением по 1-Wire протоколу. Этот протокол позволит подключить огромное количество таких датчиков, используя всего 1 цифровой порт контроллера, и всего 2 провода для всех датчиков: земли и сигнала. В этом случае применяется так называемое «паразитное питание», при котором датчик получает энергию прямо с линии сигнала. Каждый датчик имеет уникальный прошитый на производстве 64-битный код, который может использоваться микроконтроллером для общения с конкретным сенсором на общей шине. Код отдельного сенсора может быть считан отдельной командой.

В постоянной памяти DS18B20 можно сохранить граничные значения температуры, при выходе из которых сенсор будет переходить в режим тревоги. На общей шине из многих сенсоров микроконтроллер может за раз узнать, какие из них перешли в этот режим. Таким образом становится легко определить проблемный участок в контролируемой среде.

Разрешение показаний настраивается и может составлять от 9 до 12 бит. Меньше разрешение -- выше скорость преобразования.

Подключение

Герметичный датчик на основе микросхемы DS18B20 можно подключить двумя способами:

По трём проводам: питание (красный), земля (чёрный) и сигнал (белый).

По двум проводам: земля и сигнал. В этом случае датчик изредка может давать неверные показания, которые легко исключить из конечного результата фильтрацией.

Независимо от способа подключения, сигнальный провод необходимо соединить с питанием через резистор 4,7 кОм. При подключении только одного датчика, подойдёт и резистор на 10 кОм.

Для подключения датчика к контроллеру удобно будет использовать нажимной клеммник.

Характеристики

Диапазон измеряемых температур: ?55…+125 °C

Точность: ±0,5°C (в пределах ?10…+85 °C)

Время получения данных: 750 мс при 12-битном разрешении; 94 мс при 9-битном разрешении

Напряжение питания: 3-5,5 В

Потребляемый ток при бездействии: 750 нА

Потребляемый ток при опросе: 1 мА

В качестве датчиков влажности выберем цифровой датчик ДВТ-03.RS.P.

Стандартный цифровой протокол связи RS485 Modbus

* Взаимозаменяемый чувствительный элемент

* Расширенный диапазон измерения температуры и влажности

* Улучшенная временная стабильность

* Программа-конфигуратор содержит встроенную программу регистрации параметров в виде таблицы или графика

* Количество датчиков в сети - до 247 (максимум 32 датчика на одной линии RS485)

* Двухпозиционный регулятор (опционально)

* Возможность изменения уставок с компьютера (для ДВТ-03.RS.P).

Цифровой датчик влажности ДВТ-03.RS.Р с выходным исполнительным релейно-симисторным устройством выполняет функцию регулятора температуры и влажности без дополнительного прибора. Использование в ДВТ-03.RS.Р релейно-симисторного силового блока, разработанного НПК «Рэлсиб», позволяет значительно повысить надёжность прибора за счёт уменьшения электромагнитных помех и увеличения количества коммутационных циклов реле.

Датчики работают в сети RS485 по протоколу Modbus. Поставляются совместно с программой-конфигуратором ПАС-ДВТ. Программа ПАС-ДВТ предоставляется бесплатно и предназначена для поиска и настройки датчиков ДВТ-03.RS и ДВТ-03.Е, находящихся в сети, а также для получения данных, визуализации их в виде таблиц и графиков, экспорта данных в формате Exсel.

Программа-конфигуратор обеспечивает:

* задание сетевого адреса 1…247;

* задание скорости обмена от 1200 до 115200 бит/с;

* задание параметров цифрового фильтра;

* задание периода опроса датчиков в сети от 1 сек;

* контроль целостности датчика и сети;

* юстировку каждого датчика в сети по двум точкам;

* регистрацию параметров в виде таблицы и графика.

для датчика влажности с регулятором ДВТ-03.RS.Р также:

- задание уставок регулирования для каждого датчика

- индикацию состояния выходных э/м реле регулятора;

- задание реверса релейного выхода.

Для измерения уровня наполнения резервуаров применим датчик NLS-M.

Область применения: непрерывное измерение уровня наполнения в металлических резервуарах высотой до 3 м. Отлично подходит для работы с пастообразными и липкими средами. Измерение уровня наполнения пеносодержащих сред. Минимальная проводимость продукта от 1 µS/cm. Хорошая альтернатива поплавковым датчикам в гигиеническом исполнении. Примеры использования: регулировка уровня наполнения в накопительном резервуаре, измерение уровня наполнения в накопительных танках, измерение объема танков, находящихся под давлением.

Гигиеническое исполнение / соединительный разъем: использование монтажной системы Negele CLEANadapt позволяет обеспечить стерильное соединение без зазоров и мертвых зон, которое легко очищается и стерилизуется. · Соединительный разъем G1/2" и G1" в гигиеническом исполнении или Tri-Clamp, адаптер для молокопровода (DIN 11851), Varivent, DRD, ... (см. информацию о продукте CLEANadapt) · Соединительный разъем CLEANadapt, сертифицированный в соответствии с нормами EHEDG · Соответствие стандарту 3-A. Все соприкасающиеся с продуктом материалы имеют допуск FDA. Сенсор полностью выполнен из нержавеющей стали (класс защиты IP 69 K). Возможность CIP-/ SIP мойки с температурой до 143 °C / 120 мин.

Особые характеристики / преимущества: четырёхпроводниковый сенсор с выходным сигналом 4...20 мА. Благодаря использованию потенциометрического принципа измерения, не требуется производить корректировку при смене среды. Возможность индивидуальной настройки / программирования через ПК. Возможность регулировки штекера M12 - посредством вращения головки сенсора. Возможность установки в танке как сверху, так и снизу. Также предусмотрена возможность установки углового датчика сбоку. Токовый сигнал может настраиваться для отображения диапазона измерения, сообщений о неполадках и информации об отсутствии среды.

Опции / вспомогательное оснащение: Простой и удобный пользовательский интерфейс с дисплеем. Предварительно подготовленный кабель для штекера M12. Адаптер для программирования MPI-200 с программным обеспечением для ПК.

Потенциометрический принцип измерения основан на изменении коэффициента напряжения между электродным стержнем сенсора и металлической стенкой заполненного танка. В жидкости возникает электрическое поле течения, образующееся из-за электрической проводимости и объёмных свойств среды. При этом коэффициент напряжения пропорционален погруженной в жидкость длине стержня. Так как в расчет берется только отношение величин напряжения, свойства среды, в особенности её электрическая проводимость, не влияют на результат измерений. Дополнительно сенсор определяет (по второму запатентованному измерительному принципу) состояние погруженного электродного стержня. Данный принцип основан на анализе электрических резонансных свойств, он обеспечивает надежное распознавание и исключение из результатов измерений пены, а также исключение ошибок измерений из-за прилипания среды к стенкам танка.

Выбор контроллера.

- 1 датчик температуры;

- 4 датчика влажности;

- 10 датчиков измерения уровня наполнения.

Для нашей АСУ выбран контроллер OMRON СP1L с возможностью подключения до 24 датчиков.

Описание интерфейса RS-485

RS-485 -- стандарт передачи данных по полудуплексному многоточечному последовательному интерфейсу. Стандарт получил широкое распространение в промышленных системах благодаря удобству применения и хорошей помехоустойчивости благодаря применению дифференциальной линии. Данный стандарт является основой для многих промышленных сетей, таких, как Modbus. Как пример устройств, использующих данный интерфейс, можно привести электропривод, в частности, контроллеры шаговых двигателей. Использование RS-485 позволяет не только увеличить дальность управления шаговым приводом, повысить помехозащищенность линии, но и организовать сеть из нескольких устройств, что существенно расширяет диапазон применения шаговых приводов в составе различных технологических линий и механизмах. Интерфейс является достаточно старым, но до сих пор не потерявшим актуальность в силу высокого удобства применения, помехозащищенности, проработанным протоколам верхнего уровня, а главное, простоте.

Принцип передачи сигнала

Дифференциальная передача сигнала заключается в том, что в одном проводника (А) идет сигнал, а во втором (В) - инверсный. В итоге между проводами всегда есть разность потенциалов. Это обеспечивает высокую устойчивость к синфазным помехам. Кроме того, для улучшения защищенности, особенно при большой протяженности, применяется экранирование витой пары. Все это позволяет обеспечивать достаточно высокую скорость и дальность передачи, которая может достигать 120м при скорости 10Мбит, либо 1000м при небольших скоростях передачи (порядка 100 кбит). Важным фактором, влияющим на работоспособность сети RS-485, является наличие терминальных резисторов на концах кабеля. Номинал данных резисторов должен быть равен волновому сопротивлению кабеля. Стандартным значением считается величина 100-120 Ом. Витые пары типа UTP-5 имеют сопротивление 100 Ом, кабели, выпускаемые для сети RS-485 - 120 Ом. Необходимо убедиться в том, что значение терминального резистора равно значению для выбранного кабеля. Кроме того, в топологии сети не должно быть ответвлений. Иными словами, кабель должен входить в устройство в том же месте, откуда он идет не следующее устройство, длина ответвления должна быть минимальной. Все эти меры направлены на то, чтобы уменьшить отраженные и стоячие волны в линии.

Многоточечность

Стандарт оговаривает только физические параметры системы, оставляя вопросы протокола на усмотрение конкретного разработчика. Для передачи используется одна витая пара проводов. При этом, стандарт предусматривает подключение нескольких устройств в одну сеть, но очень важно понимать, что при этом только одно из них может быть передатчиком. Стандартный передатчик RS-485 позволяет осуществить подключение 32 стандартным приемникам. Существуют так же приемники и передатчики, позволяющие расширить количество устройств. Эти приемники при включении в сеть создают нагрузку, меньшую, чем определено в стандарте, и, соответственно, позволяют использовать большее число устройств в сети, вплоть до 256. Так же возможно применение специальных устройств согласования для увеличения числа подключенных

Решения

Современные интегральные решения для сетей RS-485 используют, обычно, концепцию «приемпередатчика», то есть объединяют передатчик и приемник в одном корпусе, управляя направлением передачи при помощи отдельного выхода. Так как рассматриваемый нами интерфейс является полудуплексным, такой подход позволяет существенно упростить конструкцию. При этом переключение направления осуществляет управляющий микроконтроллер согласно протоколу обмена. Как уже говорилось, в режиме приёмника драйвер имеет определенное входное сопротивление, ограничивающее число устройств на линии. По стандарту оно равно 12 кОм. Эту величину принято называть единичной нагрузкой. Выпускаемые драйверы могут иметь сопротивление 24 кОм, 48 кОм и т.д. Суммарное сопротивление всех приёмников не должно быть ниже 375 Ом.

С другой стороны, выходное сопротивление в режиме передатчика должно быть низким, по стандарту это 54 Ом. Это позволяет обеспечить передачу на значительное число устройств с меньшими потерями, кроме того, увеличение тока в линии снижает чувствительность к помехам.

Технические характеристики RS-485.

Допустимое число приёмопередатчиков: 32

Максимальная длина линии связи: 1200 м

Максимальная скорость передачи: 10 Мбит/с

Напряжение выходного сигнала, не менее: ±1,5 В

Напряжение выходного сигнала, не более: ±5 В

Максимальный ток короткого замыкания драйвера: 250 мА

Выходное сопротивление драйвера, не более: 54 Ом

Входное сопротивление драйвера, не менее: 12 кОм

Допустимое суммарное входное сопротивление на линии: 375 Ом

Диапазон нечувствительности к сигналу: ±200 мВ

Уровень логической единицы: более +200 мВ

Уровень логического нуля: менее -200 мВ

Применение

Таким образом, интерфейс RS-485 представляет собой удобное решение для организации технологической линии из нескольких устройств, управляемых из единого центра, которым может служить ПК, ПЛК или другой контроллер.

Размещено на Allbest.ru