Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Омский государственный университет путей сообщения

Кафедра «Автоматика и системы управления»

ОТЧЕТ О ПРОХОЖДЕНИИ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ПРАКТИКИ МЕСТО ПРОХОЖДЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ПРАКТИКИ: ОАО «НИИТКД»

Студент

Степанов С.А.

Омск 2017



Содержание

Введение

1. Знакомство с предприятием

1.1 Деятельность предприятия

1.2 Ознакомление c локальными нормативными документами

1.3 Экскурсия по предприятию

2. Получение практических навыков

2.1 Сухой реостат

2.2 ПЛК Siemens s7-1200

2.3 Программирование в среде STEP 7 Basic

2.4 Микроконтроллер Atmel ATtiny 13

2.5 Программная реализация SPI-протокола

Заключение

Приложение



Введение

Прохождение производственной практики - необходимая составляющая курса обучения. Практика позволяет закрепить теоретические знания, полученные при изучении специальных дисциплин, и приобрести практические навыки и опыт работы по специальности.



1. Знакомство с предприятием

1.1 Деятельность предприятия

Место прохождения производственной практики - Научно-исследовательский институт технологии, контроля и диагностики подвижного состава (ОАО «НИИТКД»). ОАО «НИИТКД» - научно-исследовательский институт, занимающийся вопросами научного сопровождения технологических процессов, метрологического обеспечения, обслуживания и ремонта подвижного состава на всех этапах его эксплуатации.

Деятельность предприятия направлена на повышение качества ремонта и эксплуатации подвижного состава, другой техники и основана на обеспечении потребностей предприятий железнодорожного транспорта, начиная с уровня разработки и заканчивая внедрением, тиражированием.

На предприятии разрабатываются микропроцессорные системы, электронные диагностические комплексы и стенды, полный перечень средств измерений и средств допускового контроля (СИ и СДК), металлообрабатывающее и прочее оборудование, позволяющее быстро и качественно выполнять поставленные задачи.

ОАО «НИИТКД» изготавливает нестандартное технологическое и диагностическое оборудование, бортовые и стационарные средства диагностирования, производит испытательные станции тяговых электрических двигателей и вспомогательных машин, установки ультразвуковой очистки, бортовые диагностические системы, комплексы виброаккустического диагностирования редукторных и подшипниковых узлов, комплексы реостатных испытаний дизель-генераторных установок, разрабатывает новое специализированное оборудование, программные продукты и прочее.

Также предприятие занимается сервисным обслуживанием. Сервисное обслуживание в ОАО «НИИТКД» представляет собой комплекс мероприятий по поддержанию работоспособного или исправного состояния гарантийного и постгарантийного оборудования при использовании его по назначению, путем проведения соответствующего технического обслуживания и ремонта.

1.2 Ознакомление c локальными нормативными документами

В первый день практики были проведены инструктажи по охране труда, противопожарной охране и производственной санитарии на рабочем месте. Также я ознакомился с локальными нормативными документами ОАО «НИИТКД»: правилами внутреннего трудового распорядка и кодексом деловой этики.

1.3 Экскурсия по предприятию

Руководителем практики была проведена экскурсия по главному офису и производственным цехам ОАО «НИИТКД». В главном офисе располагаются отделы, занимающиеся разработкой различных электронных систем, систем автоматики, программного обеспечения, конструированием испытательных стендов. Также в главном офисе находится руководство предприятия. На территории предприятия есть и производственные помещения: цех сборки автоматики (рисунок 1) и цех сборки металлоконструкций (рисунок 2).



Рисунок 1 - цех сборки автоматики

Рисунок 2 - цех сборки металлоконструкций.



2. Получение практических навыков

2.1 Сухой реостат

Я проходил практику в отделе разработки электронных систем и алгоритмов диагностирования. Во время моей практики в отделе велась работа по разработке программного обеспечения для установки реостатных испытаний тепловозов.

Реостатные испытания - контрольно-диагностическая процедура, при которой вместо подачи напряжения на тяговый электродвигатель, к дизель-генератору тепловоза подключается сухой реостат.

Реостатные испытания тепловозов проводятся для проверки параметров работы дизель-генераторной установки тепловозов. Испытания позволяют убедиться в работоспособности силовых и вспомогательных узлов, отвечающих за нормальную работу тепловоза при эксплуатации.

Автоматизация этого технологического процесса в реостатной установке, разрабатываемой на предприятии, происходит на базе программируемого логического контроллера (ПЛК) Siemens s7-1200. Руководителем практики было предложено изучить архитектуру этого контроллера и принципы его программирования. Далее предполагалось мое участие в разработке ПО для автоматики установки реостатных испытаний.

2.2 ПЛК Siemens s7-1200

Simatic S7-1200 -- семейство программируемых логических контроллеров модульной конструкции универсального применения фирмы Siemens AG из семейства устройств автоматизации Simatic S7. В состав программируемого контроллера S7-1200 вошли модули центральных процессоров (CPU); коммуникационные модули (CM); коммуникационные процессоры (CP); сигнальные модули (SM); платы (SB) ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов.

Все центральные процессоры обладают высокой производительностью и обеспечивают поддержку широкого набора функций:

Программирование на языках LAD и FBD, исчерпывающий набор команд.

Высокое быстродействие, время выполнения логической операции не превышает 0.1 мкс.

Встроенная загружаемая память объемом до 2 Мбайт, расширяемая картой памяти емкостью до 24 Мбайт.

Рабочая память емкостью до 50 Кбайт.

Энергонезависимая память емкостью 2 Кбайт для необслуживаемого сохранения данных при перебоях в питании контроллера.

Встроенные дискретные входы универсального назначения, позволяющие вводить потенциальные или импульсные сигналы.

Встроенные аппаратные часы реального времени с запасом хода при перебоях в питании 240 часов.

Встроенные скоростные счетчики с частотой следования входных сигналов до 100 кГц.

Встроенные импульсные выходы с частотой следования импульсов до 100 кГц (только в CPU с транзисторными выходами).

Поддержка функций ПИД регулирования.

Поддержка функций управления перемещением в соответствии с требованиями стандарта PLCopen.

Поддержка функций обновления операционной системы.

Парольная защита программы пользователя.

Свободно программируемые порты для обмена данными с другими устройствами на коммуникационных модулях CM 1241.

На рисунке 3 показан ПЛК Siemens s7-1200.



Рисунок 3 - ПЛК Siemens s7-1200.

2.3 Программирование в среде STEP 7 Basic

Программное обеспечение STEP 7 Basic - это система проектирования систем автоматизации на основе программируемых контроллеров SIMATIC S7-1200. Встроенная система проектирования WinCC Basic включает инструментальные средства, позволяющие выполнять конфигурирование панелей операторов SIMATIC Basic Panel, работающих с программируемыми контроллерами S7-1200.

STEP 7 Basic обеспечивает поддержку всех фаз разработки проекта автоматизации:

· конфигурирование и настройка параметров аппаратуры;

· конфигурирование систем промышленной связи;

· программирование контроллеров S7-1200 на языках LD (Ladder Diagram) и FBD (Function Block Diagram);

· конфигурирование панелей операторов SIMATIC Basic Panel;

· тестирование, выполнение пуско-наладочных работ и обслуживание готовой системы.

В ходе работы над проектом я программировал пользовательский интерфейс оператора установки реостатных испытаний. У оператора есть возможность переключать резисторы реостата, тем самым менять его сопротивление. Данные, поступающие с датчиков, выводятся на экран. Предусмотрен режим отладки оборудования и сигнализация о неполадках.

Программирование выполняется на языке FBD. FBD -- графический язык для программирования логических контроллеров (ПЛК). Программа образуется из списка цепей, выполняемых последовательно сверху вниз. Цепи могут иметь метки. Инструкция перехода на метку позволяет изменять последовательность выполнения цепей для программирования условий и циклов. Пример кода на языке FBD показан на рисунке 4.

Рисунок 4 - Пример кода на языке FBD.

При программировании используются наборы библиотечных блоков и собственные блоки. Блок (элемент) -- это подпрограмма, функция или функциональный блок (И, ИЛИ, НЕ, триггеры, таймеры, счётчики, блоки обработки аналогового сигнала, математические операции и др.).

Каждая отдельная цепь представляет собой выражение, составленное графически из отдельных элементов. К выходу блока подключается следующий блок, образуя цепь. Внутри цепи блоки выполняются строго в порядке их соединения. Результат вычисления цепи записывается во внутреннюю переменную либо подается на выход ПЛК.

В результате был реализован пользовательский интерфейс оператора установки. На рисунке 5 показан экран переключения резисторов реостата.

Рисунок 5 - Переключение резисторов установки реостатных испытаний.

2.4 Микроконтроллер Atmel ATtiny 13

Помимо программирования контроллеров Siemens, мне было предложено изучение AVR-микроконтроллеров ATtiny 13 фирмы Atmel. Этот микроконтроллер хорошо подходит для обучения, так как является наиболее простым во всей линейке микроконтроллеров Atmel.

ATtiny13 - низкопотребляющий 8 битный микроконтроллер с AVR RISC архитектурой. Выполняя команды за один цикл, ATtiny13 достигает производительности 1 MIPS (миллион инструкций в секунду) при частоте задающего генератора 1 МГц, что позволяет разработчику оптимизировать отношение потребления к производительности.

AVR ядро объединяет богатую систему команд и 32 рабочих регистра общего назначения. Все 32 регистра непосредственно связаны с арифметико-логическим устройством (АЛУ), что позволяет получить доступ к двум независимым регистрам при выполнении одной команды. В результате эта архитектура позволяет обеспечить в десятки раз большую производительность, чем стандартная CISC архитектура.

ATtiny13 имеет следующие характеристики: 1 КБ внутрисистемно программируемой Flash память программы, 64 байтную EEPROM память данных, 64 байтное SRAM (статическое ОЗУ), 6 линий ввода - вывода общего применения, 32 рабочих регистра общего назначения, 8 битный таймер/счетчик со схемой сравнения, внутренние и внешние источники прерывания, 4 канальный 10 битный АЦП, программируемый сторожевой таймер со встроенным генератором и три программно инициализируемых режима пониженного потребления. В режиме Idle останавливается ядро, но ОЗУ, таймер/счетчик, АЦП, аналоговый компаратор и система прерываний продолжают функционировать. В режиме Power-down регистры сохраняют свое значение, но генератор останавливается, блокируя все функции прибора до следующего прерывания или аппаратного сброса. В режиме ADC Noise Reduction останавливается вычислительное ядро и все модули ввода-вывода за исключением АЦП, что позволяет минимизировать шумы при выполнении преобразования. ATtiny13 поддерживается различными программными средствами и интегрированными средствами разработки, такими как компиляторы C, макроассемблеры, программные отладчики/симуляторы, внутрисхемные эмуляторы и ознакомительные наборы.

2.5 Программная реализация SPI-протокола

Для того, чтобы получить практические навыки программирования микроконтроллеров, мне было дано задание реализовать обмен данными между микроконтроллером Atmel ATtiny 13 и часами реального времени MAX6902. Часы имеют аппаратную поддержку SPI-протокола, но в ATtiny 13 она не предусмотрена. Поэтому необходимо реализовать этот протокол на стороне микроконтроллера программно.

Схема подключения MAX6902 к ATTiny 13 показана на рисунке 6. Схема выполнена в эмуляторе электронных схем - Proteus 8.5.



Рисунок 6 - Схема подключения часов реального времени к микроконтроллеру.

SPI -- последовательный синхронный стандарт передачи данных в режиме полного дуплекса, предназначенный для обеспечения простого и недорогого высокоскоростного сопряжения микроконтроллеров и периферии. тепловоз дизель генераторный автоматизация

SPI является синхронным интерфейсом, в котором любая передача синхронизирована с общим тактовым сигналом, генерируемым ведущим устройством (процессором). Принимающая (ведомая) периферия синхронизирует получение битовой последовательности с тактовым сигналом. К одному последовательному периферийному интерфейсу ведущего устройства-микросхемы может присоединяться несколько микросхем. Ведущее устройство выбирает ведомое для передачи, активируя сигнал «выбор кристалла» на ведомой микросхеме. Периферия, не выбранная процессором, не принимает участия в передаче по SPI.

В SPI используются четыре цифровых сигнала:

1) MOSI -- выход ведущего, вход ведомого (Master Out Slave In). Служит для передачи данных от ведущего устройства ведомому.

2) MISO -- вход ведущего, выход ведомого (Master In Slave Out). Служит для передачи данных от ведомого устройства ведущему.

3) SCLK -- последовательный тактовый сигнал (Serial Clock). Служит для передачи тактового сигнала для ведомых устройств.

4) CS или SS -- выбор микросхемы, выбор ведомого (Chip Select, Slave Select).

Частота следования битовых интервалов в линиях передачи данных определяется синхросигналом SCK, который генерирует ведущее устройство, ведомые устройства используют синхросигнал для определения моментов изменения битов на линии данных, при этом ведомые устройства никак не могут влиять на частоту следования битовых интервалов. Как в ведущем устройстве, так и в ведомом устройстве имеется счетчик импульсов синхронизации (битов). Счетчик в ведомом устройстве позволяет последнему определить момент окончания передачи пакета. Счетчик сбрасывается при выключении подсистемы SPI, такая возможность всегда имеется в ведущем устройстве. В ведомом устройстве счетчик обычно сбрасывается деактивацией интерфейсного сигнала SS.

Передача осуществляется пакетами. Длина пакета, как правило, составляет 1 байт (8 бит). Ведущее устройство инициирует цикл связи установкой низкого уровня на выводе выбора подчиненного устройства (SS) того устройства, с которым необходимо установить соединение. При низком уровне сигнала SS схемотехника ведомого устройства находится в активном состоянии и тактовый сигнал SCLK от ведущего устройства воспринимается ведомым, вызывая считывание на входе MOSI значений передаваемых от ведущего битов, и сдвиг регистра ведомого устройства.

Подлежащие передаче данные ведущее и ведомое устройства помещают в сдвиговые регистры. После этого ведущее устройство начинает генерировать импульсы синхронизации на линии SCLK, что приводит к взаимному обмену данными. Передача данных осуществляется бит за битом от ведущего по линии MOSI и от ведомого по линии MISO. Передача осуществляется начиная со старших битов. После передачи каждого пакета данных ведущее устройство переводит линию SS в высокое состояние.

После начала трансфера, чтобы инициировать передачу данных часами, на их вход нужно передать «командный» байт. Этот байт определяет параметры передачи: будет ли происходить чтение или запись в сдвиговый регистр часов, а также какие именно данные будут читаться или записываться. Функция, выполняющая запись командного байта в сдвиговый регистр часов показана на рисунке 7.

Рисунок 7 - Запись командного байта.

После передачи байта со значением 0xBF (полный перечень возможных значений указан в спецификации устройства) начинается пакетная передача часами 7 байт с информацией о текущем времени. Эта информация считывается на порту MISO микроконтроллера. Функция, выполняющая считывание байта с входа микроконтроллера показана на рисунке 8.

Рисунок 8 - Считывание байта с входа микроконтроллера.



В результате была разработана программа на языке С, программно реализующая передачу информации о времени от часов MAX6902 микроконтроллеру ATtiny 13. Листинг исходного кода программы представлен в приложении 1.



Заключение

В ходе производственной практики были выполнены задачи, поставленные руководителем практики от профильной организации:

- автоматизация технологического оборудования на базе программируемого логического контроллера Siemens s7-1200;

- изучение архитектуры и программирование микроконтроллера Atmel ATtiny 13;

- знакомство со средой разработки Atmel Studio;

- знакомство со средой проектирования электронных схем Proteus;



Приложение

Листинг файла “MAX6902spi.h”

#define F_CPU 4800000L

#define CS PB3

#define MISO PINB1

#define SCLK PB2

#define MOSI PB0

#define SCLKPORT PORTB

#define MISOPIN PINB

#define CSPORT PORTB

#define MOSIPORT PORTB

#define CONTROLBYTE 0xBF

#define SPIFREQ

#include <avr/io.h>

#include <avr/iotn13.h>

#include <stdlib.h>

extern struct BinaryTime{

int seconds;

int minutes;

int hours;

int date;

int month;

int day;

int year;

} time ;

extern struct DecimalTime{

int seconds;

int minutes;

int hours;

int date;

int month;

int day;

int year;

} decimalTime ;

void readSingleByte();

void setControlByte();

void spiTransfer();

void convertTimeToDecimal();

Листинг файла “MAX6902spi.c”

#include "MAX6902spi.h"

struct BinaryTime time = {0,0,0,0,0,0,0};

struct DecimalTime decimalTime = {0,0,0,0,0,0,0};

void readSingleByte(int *byte) {

int i;

for(i = 7; i >= 0; i--) {

SCLKPORT &= ~(1<<SCLK);

int bit = MISOPIN & (1<<MISO);

if (bit) {

*byte |= (1 << i);

}

SCLKPORT |= (1<<SCLK);

}

}

/************************************************************************/

/*Send the control/address byte to a clock.

Control/address byte specifies the registers that will be sent from the clock.*/

/************************************************************************/

void setControlByte(int byte) {

int i;

for(i = 0; i < 8; i++) {

if(byte & 0x80){

MOSIPORT |= (1<<MOSI);

}

else {

MOSIPORT &= ~(1<<MOSI);

}

SCLKPORT ^= (1<<SCLK);

SCLKPORT ^= (1<<SCLK);

byte <<= 1;

}

}

/************************************************************************/

/* Do an spi transfer operation. Time is read and stored in binary format.*/

/************************************************************************/

void spiTransfer() {

CSPORT &= ~(1<<CS);

setControlByte(CONTROLBYTE);

readSingleByte(&time.seconds);

readSingleByte(&time.minutes);

readSingleByte(&time.hours);

readSingleByte(&time.date);

readSingleByte(&time.month);

readSingleByte(&time.day);

readSingleByte(&time.year);

CSPORT |= (1<<CS);

}

void convertTimeToDecimal() {

decimalTime.seconds = (time.seconds>>4)*10+time.seconds%16;

decimalTime.minutes = (time.minutes>>4)*10+time.minutes%16;

decimalTime.hours = (time.hours>>4)*10+time.hours%16;

decimalTime.date = (time.date>>4)*10+time.date%16;

decimalTime.month = (time.month>>4)*10+time.month%16;

decimalTime.day = (time.day>>4)*10+time.day%16;

decimalTime.year = (time.year>>4)*10+time.year%16;

}

Листинг файла “main.c”

#include "MAX6902spi.h"

#include <avr/interrupt.h>

void configure() {

PORTB |= (1<<MISO);

SCLKPORT |= (1<<SCLK);

CSPORT |= (1<<CS);

DDRB |= (1<<DDB0)|(1<<DDB2)|(1<<DDB3);

DDRB &= ~(1<<DDB1);

TCCR0B = 0x03;

OCR0A = (1<<CS00);

TIMSK0 = (1<<OCIE0A);

sei();

}

ISR (TIM0_COMPA_vect) {

spiTransfer();

convertTimeToDecimal();

TCNT0 = 0x00;

}

int main(void)

{

configure();

while (1) {

}

}

Размещено на Allbest.ru

...