Материал: Разработка автоматизированной системы дистанционного управления прогревом двигателя автомобиля с использованием парковочного места

Состояние регистра управления определяет доступность ресурсов как таймера, так и страниц энергонезависимой памяти. Установки его битов останавливают генератор, запрещают изменения установок календаря, интервального таймера, счетчика циклов, чтение общей энергонезависимой памяти.удобно использовать для ограничения срока работы приборов или устройств. В этом варианте он устанавливается в специальном зажиме, по аналогии с дисковыми аккумуляторами, и имеет постоянное соединение со схемой устройства.

Система команд DS1994 содержит как типичные для iButton команды ПЗУ так и команды работы с таймерами и счетчиком.

Для нашей системы подойдет простой ключ без памяти, т.к. перед нами стоит задача только идентификации пользователя. Поэтому остановим выбор на iButton DS-1990 (Рисунок 16). Он представляет собой наиболее простой прибор - электронный идентификатор без памяти, который содержит только идентификационный номер. Так же в нашем случае он обладает преимуществом в силу невысокой стоимости, надёжности, простоты считывающих устройств (Считыватель подбирается в соответствии с выбранным идентификатором).

Рисунок 16 - Идентификатор iButton DS1990A-F5

Отличительные особенности iButton DS-1990:

·        Уникальный 48-битный номер;

·        Дешёвый электронный ключ для систем контроля доступа;

·        8 бит CRC для контроля данных;

·        Считывание менее чем за 5 мс;

·        Рабочий температурный диапазон от -40°C до +85°C;

·        Стандартные функции iButton DS-1990;

·        Уникальный, нанесённый лазером и контролируемый, 64-х разрядный регистрационный номер (8 бит - код семейства (для DS-1990=01), 48 бит - серийный номер + 8 бит CRC - проверка), гарантия отслеживаемости и идентификации, т.к. не существует двух идентичных изделий;

·        Мгновенная цифровая идентификация и передача информации при контакте;

·        Твердотельный носитель данных обеспечивает компактность хранения информации;

·        Доступ к данным осуществляется при контакте с объектом;

·        Экономичное подключение к управляющему устройству по однопроводной цифровой шине со скоростью 16.3 Кбит/сек;

·        Стандартный 16 мм диаметр корпуса и протокол 1-Wire, обеспечивающие совместимость с устройствами семейства iButton;

·        Цилиндрическая форма (в виде пуговицы) обеспечивает автоматическое выравнивание в контактном разъёме чашевидной формы;

·        Прочный корпус из нержавеющей стали с выгравированным регистрационным номером противостоит агрессивным внешним воздействиям;

·        Легко прикрепляется на самоклеющуюся поверхность с защёлкой на фланце, или закрепляется в кольцо, напрессовываемое на торец;

·        Детектор присутствия определяет первую подачу напряжения считывающим устройством;

.3.2 Считывательчитыватели представляют собой контактные устройства, предназначенные для считывания / записи информации при прикосновении к ним электронного идентификатора ("таблетки") iButton [14].

Считыватель имеет удобный пластмассовый корпус и снабжен клеящейся подложкой, что позволяет прикрепить его к любой поверхности.

Для удержания "таблетки" при длительной работе считыватели могут иметь специальный фиксатор.

Для подключения к компьютеру или к другому оборудованию считыватели могут иметь различные варианты адаптеров:

·              с адаптером для порта RS-232;

·              для USB-порта;

·              без адаптера с разъемом RJ-11;

·              без адаптера.

Рисунок 17 - Считыватель для идентификатора iButton

2.3.3 Контроллер

Для реализации системы было рассмотрено три варианта - регулятор ОВЕН ТРМ 1, контроллер ОВЕН ПЛК 150 и контроллер ОВЕН ПЛК304.

Измеритель регулятор одноканальный ТРМ 1 (Рисунок 18) предназначен для измерения, регистрации или регулирования температуры теплоносителей и различных сред в холодильной технике, сушильных шкафах, печах различного назначения и другом технологическом оборудовании, а также для измерения других физических параметров (веса, давления, влажности и т.п.) [17].

Основные функции измерителя-регулятора овен ТРМ 1

·              Универсальный вход для подключения широкого спектра датчиков температуры, давления, влажности, расхода, уровня;

·              Регулирование входной величины: двухпозиционное регулирование; аналоговое п-регулирование;

·              Цифровая фильтрация и коррекция входного сигнала, масштабирование шкалы для аналогового входа;

·              Вычисление и индикация квадратного корня из измеряемой величины (например, для регулирования мгновенного расхода);

·              Выходной сигнал тока 4-20 ма для регистрации измеренной величины;

·              Возможность управления трехфазной нагрузкой;

·              Импульсный источник питания 90-245 в 47-63 Гц;

·              Встроенный источник питания 24В для активных датчиков, выходных аналоговых устройств (ЦАП) и др.;

·              Программирование кнопками на лицевой панели прибора;

·              Сохранение настроек при отключении питания;

·              Защита настроек от несанкционированных изменений;

Рисунок 18 - ТРМ 1

К ТРМ 1 невозможно подключить GSM-модуль, поэтому был рассмотрен контроллер ОВЕН ПЛК 150 (Рисунок 19).

Контроллер ОВЕН ПЛК 150 предназначен для создания систем управления малыми и средними объектами и построения систем диспетчеризации.

Построение системы управления и диспетчеризации на базе ОВЕН ПЛК возможно как с помощью проводных средств - используя встроенные интерфейсы Ethernet, RS-232, RS-485, так и с помощью беспроводных средств - использую радио, GSM, ADSL модемы [15].

В контроллере изначально заложены мощные вычислительные ресурсы при отсутствии операционной системы:

1)      высокопроизводительный процессор RISC архитектуры ARM9, с частотой 180МГц компании Atmel;

2)      большой объем оперативной памяти - 8МБ;

)        большой объем постоянной памяти - Flash память, 4МБ;

4)      объем энергонезависимой памяти, для хранения значений переменных - до 16КБ.

Конкурентные преимущества ОВЕН ПЛК150:

1)      Отсутствие ОС, что повышает надежность работы контроллеров;

) Скорость работы дискретных входов - до 10КГц при использовании подмодулей счетчика;

3) Наличие аналоговых входов и выходов;

4) Большое количество интерфейсов на борту: Ethernet, 3 последовательных порта, работающих независимо друг от друга;

5) Расширенный температурный диапазон работы: от минус 20 до плюс 70 градусов Цельсия;

) Широкие возможности самодиагностики контроллера;

) Встроенные часы реального времени;

) Встроенный аккумулятор, позволяющий "пережидать" пропадание питания - выполнять программу при пропадании питания, и переводить выходные элементы в "безопасное состояние";

) Возможность создавать и сохранять архивы на Flash контроллера;

) Возможность работы по любому нестандартному протоколу по любому из портов, что позволяет подключать устройства с нестандартным протоколом (электро-, газо-, водосчетчики, считыватели штрих - кодов и т.д.);

) Набор готовых программных модулей, предоставляемых бесплатно.

Создание программ для контроллеров ОВЕН ПЛК150, и их конфигурирование осуществляется профессиональной системой программирования CoDeSys v.2.3.6.1 и старше.

Рисунок 19 - Схема подключения

ПЛК 150 имеет мало дискретных выходов. К тому же, имеются аналоговые входы и выходы, которые нам не нужны. Поэтому в итоге был выбран коммуникационный программируемый логический контроллер ОВЕН ПЛК 304 (Рисунок 20), связь с которым будет осуществляться через протокол RS-485. Такой контроллер применятся для осуществления взаимодействия между оборудованием, имеющим различные протоколы и интерфейсы связи. Применение коммуникационных контроллеров даёт возможность получить удалённый консольный доступ к различному оборудованию, также применение ОВЕН ПЛК 304 позволит создать системы диспетчеризации и мониторинга инженерных систем, технологических процессов и т.д.

Рисунок 20 - Внешний вид ОВЕН ПЛК 304

Коммуникационный контроллер ПЛК 304 имеет мощные ресурсы для вычислений на базе встроенной ОС. Кроме того ПЛК имеет достаточно большой размер RAM-64 Мб и энергонезависимой памяти - 16 Мб. Тактовая частота RISC процессора составляет 180 МГц, процессор построен на архитектуре ARM9 [16].

Особенности:

.        Порт Ethernet;

.        Для подключения внешних накопителей имеются два порта USB;

.        Часы реального времени;

.        Операционная система;

.        3 порта RS-232 и один универсальный порт RS-232/RS-485;

.        Картридер для SD-карт (2 Гб максимально);

7.      Использование двух сред программирования ПЛК ISagraf 5 и CoDeSys 3.

Преимущества контроллеров ОВЕН ПЛК 304:

) Контроллеры имеют открытую архитектуру на основе ОС, что облегчает их встраивание в вертикально интегрированные среды разработки;

2) Контроллеры имеют мощные аппаратные ресурсы: быстродействующий процессор и большой объем оперативной(SDRAM) и энергонезависимой (Flash) памяти;

3) Наличие портов USB-host позволяет подключать к контроллерам различные устройства:

для организации связи с внешним оборудованием (gsm/gprs- модемы, wifi-шлюзы);

для подключения внешних накопителей данных (usb-flash).

4) Наличие встроенного картридера позволяет расширять энергонезависимую (flash) память контроллера до 2 ГБ. Увеличенное количество последовательных интерфейсов, позволяет подключать к контроллерам большое количество оборудования от разных производителей с поддержкой разных интерфейсов/протоколов связи;

5) Встроенные часы реального времени;

) Возможность работы по любому нестандартному протоколу по любому из портов, что позволяет подключать устройства с нестандартным протоколом (электро-, газо-, водосчетчики, считыватели штрих - кодов и т.д.);

) Возможность программирования контроллеров в 2-х, наиболее распространенных средах программирования контроллеров: Codesys 3.x и Isagraf 5;

) Возможность программирования контроллеров из SCADA-систем с встроенным softlogic пакетом;

) Набор готовых программных модулей, предоставляемых бесплатно.

Рисунок 21 - Пример структуры соединений при использовании ПЛК 304 в системе управления

2.3.4 Модуль ввода аналоговых сигналов МВ110-8А

Прибор предназначен для измерения аналоговых сигналов, преобразования измеренных параметров в значение физической величины и последующей передачи этого значения по сети RS-485. Приборы могут быть использованы для построения автоматизированных систем в различных областях промышленности, сельского и коммунального хозяйства, на транспорте [18]. По эксплуатационной законченности прибор относится к изделиям второго порядка.

Прибор выпускается в пластмассовом корпусе, предназначенном для крепления нa DIN- рейку шириной 35 мм или на стену. По верхней и нижней сторонам прибора расположены ряды клемм "под винт", предназначенных для подведения проводов питания, интерфейса RS-485, подключения датчиков. Разъемная конструкция клемм прибора позволяет осуществлять оперативную замену прибора без демонтажа подключенных к нему внешних линий связи. На лицевой панели прибора расположены светодиоды: ─ "RS-485", сигнализирующий миганием о передаче данных прибором; ─ "Питание", светящийся при включении питания. На рисунке представлен пример подключения модуля ввода/вывода к сети RS-485.

Рисунок 22 - Пример подключения модуля ввода/вывода к сети RS - 485

В качестве входных датчиков прибора могут быть использованы:

─ термометры сопротивления;

─ термопары (термоэлектрические преобразователи);

─ активные преобразователи с выходным аналоговым сигналом в виде постоянного

напряжения, сопротивления или тока;

─ датчики положения исполнительных механизмов;

─ сухие контакты реле или выключателя.

В нашем случае используется термосопротивление.

2.3.5 Модуль дискретного вывода МУ110-16К

Прибор предназначен для управления по сигналам из сети RS-485 встроенными дискретными ВЭ, используемыми для подключения исполнительных механизмов с дискретным управлением. Встроенные ВЭ могут работать в режиме ШИМ [19].

МУ110 работает в сети RS-485 по протоколам ОВЕН, ModBus-RTU, ModBus-ASCII, DCON.

МУ110 не является Мастером сети, поэтому сеть RS-485 должна иметь Мастер сети, например, ПК с запущенной на нем SCADA-системой, контроллер или регулятор.

К МУ110 предоставляется бесплатный ОРС-драйвер и библиотека стандарта WIN DLL, которые рекомендуется использовать при подключении прибора к SCADA-системам и контроллерам других производителей.

Конфигурирование МУ110 осуществляется на ПК через адаптер интерфейса RS-485/RS-232 или RS-485/USB (например ОВЕН АСЗ-М или АС4) с помощью программы "Конфигуратор М110", входящей в комплект поставки.

Прибор отвечает требованиям по устойчивости к воздействию помех в соответствии с ГОСТ Р 51522 для оборудования класса А.

Рисунок 23 - Внешний вид МУ110-16К

Основные особенности модуля дискретного вывода ОВЕН МУ110-16К

·              6 каналов дискретного вывода, групповая развязка;

·              Типы выходных элементов: К - транзисторная оптопара, открытый коллектор, 400мА, =60 В;

·              Возможность выдачи ШИМ-сигнала с любого выхода;

·              Напряжение питания: ~220 В или =24 В (в зависимости от модификации).

2.3.6 GSM-модем

Для дистанционного управления и обмена данными выбран GSM/GPRS модем ОВЕН ПМ01. Он предназначен для удаленного обмена данными через беспроводные системы связи стандарта GSM с оборудованием, оснащенным последовательными интерфейсами связи RS232 или RS485[21].

Преимущества GSM-модема ПМ01:

)        Защита от зависания - автоматическая перезагрузка модема;

2)      Интерфейс RS-232 или RS-485;

)        Два варианта напряжения питания: 24В постоянного и 220В переменного тока;

)        Широкий диапазон температур: -30..+70;

)        Области применения GSM/GPRS модема ОВЕН ПМ01;

)        Системы сбора данных, диспетчеризации и управления;

)        Автоматические терминалы самообслуживания (платежные, вендинг и др.);

8)      Системы охранной и противопожарной безопасности;

9)      Удаленный контроль датчиков и различного оборудования, оснащенными последовательными интерфейсами;

10)    Дистанционные измерения;

11)    Доступ в Интернет.

Основные функциональные возможности GSM/GPRS модема ОВЕН ПМ01:

)   Прием и передача SMS;

2)      Прием и передача данных с помощью CSD;

)        Прием и передача данных с помощью GPRS;

)        Работа с последовательными интерфейсами RS-232* или RS-485**;