Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
2 ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМОТЕХНИКИ УСТРОЙСТВА
2.1 Разработка структурной схемы
Основываясь на первый пункт дипломного проекта, построим структурную схему данного контроллера. На рисунке 4 представлена структурная схема устройства.
Рисунок 4 – Структурная схема,
Где МП7 – модуль процессора ( младшее поколение );
МИ4 – модуль интерфейса;
МСТ – модуль сопряжения с терминалом;
БПИ3 – блок питания изолированный.
Блок для входных/выходных модулей включает в себя ряд других модулей.
2.2 Анализ функциональных узлов
В состав прибора обязательно входят модуль процессора МП7 и блок питания изолированный БПИ3, а так же интерфейсные модули ввода/вывода.
Модуль процессора МП7 является центральным узлом прибора и предназначен для:
-обеспечения двухстороннего информативного обмена ПЛК с ЭВМ верхнего уровня по последовательному интерфейсу RS – 485 в формате протокола Modbus RTU, в том числе, загрузки, своей управляющей программы и размещения её во внутренней энергозависимой памяти (ЭП);
-обеспечения двухстороннего информационного обмена с интерфейсными модулями, в состав ПЛК, по последовательному интерфейсу CAN в формате внутреннего протокола ЗАО «Альбатрос»;
-определения типа и проведения диагностики интерфейсных модулей, входящих в состав ПЛК;
-формирования массива телеметрической информации, собранной интерфейсными модулями, входящими в состав ПЛК, и характеризующей текущее состояние контролируемого объекта;
-трансляции массива настроечных параметров от ЭВМ верхнего уровня к интерфейсным модулям, входящим в состав ПЛК;
-сбора данных от интерфейсных модулей ввода ПЛК и принятия решений на формирование с помощью интерфейсных модулей вывода ПЛК управляющих воздействий по результатам анализа;
-данных о состоянии контролируемого объекта в соответствии с установленным алгоритмом;
-реализации «горячего» резервирования при работе совместно со вторым модулем процессора МП7;
-поддержки системы логического программирования SoftLogic производства ЗАО «Альбатрос».
Блок питания изолированный БПИ3 предназначен для преобразования сетевого напряжения 220В, 50Гц в постоянное. БПИ3 имеет защиту от перегрузок и коротких замыканий в течении не ограниченного времени.
Модуль ввода МВ2 предназначен для определения состояния контактов внешних устройств автоматики. Находится в блоке входных модулей.
Модуль ввода МВ3 предназначен для определения состояния контактов внешних устройств автоматики, находящихся под напряжением ~220В, 50 Гц. Находится в блоке входных модулей.
Модуль интерфейса МИ4 предназначен для:
-подключения к нему устройств, работающих по физическому интерфейсу RS-485 в рамках логического протокола Modbus RTU.
Модуль ключей МК2 предназначен для работы с дискретными входами внешних устройств переменного тока промышленной автоматики и обеспечивает:
-формирование восьми входных дискретных сигналов ( тиристорный выход с переключением при переходе напряжения через ноль), в дальнейшем именуемых «ключи», гальванически, изолированных как между собой, так и от общего провода ПЛК;
-передачу состояния ключей, а так же управление ключами по внутренней шине CAN;
-приём и хранение в своём ОЗУ массива параметров настройки. Находится в блоке выходных модулей.
Модуль ключей МК3 предназначен для работы с дискретными входами внешних низковольтных устройств промышленной автоматики ( например, обмотки реле). Находится в блоке выходных модулей.
-формирование 16 входных дискретных сигналов типа «сухой контакт» с защитными диодами ( ключей), гальванически, изолированных как между собой, так и от общего провода ПЛК;
-передачу состояния ключей, а также управления ключами по внутренней шине CAN;
-приём и хранение в своём ОЗУ массива параметров настройки.
Модуль сопряжения с датчиками МСД2 имеет взрывозащищённое исполнение и предназначен для подключения к нему двух датчиков производства ЗАО «Альбатрос» из следующей номенклатуры вне зависимости от их типов и исполнений – ДУУ2, ДУУ2М, ДТМ1 и ДИД1. Находится в блоке входных модулей.
Модуль сопряжения с терминалом МСТ предназначен для подключения терминала и обеспечивает:
-двухсторонний информационный обмен с терминалом по последовательному интерфейсу RS-485;
-просмотр на терминале текущей конфигурации ПЛК, массива данных телеметрии каналов ввода/вывода ПЛК и регистров данных алгоритма;
-просмотр и изменение параметров настройки интерфейсных модулей;
-трансляцию управляющих воздействий для модуля, имеющих каналы вывода;
-загрузку образов экранов терминала с ЭВМ верхнего уровня;
-хранение образов экранов в своей энергонезависимой памяти и их загрузку в терминал;
-двухсторонний информационный обмен обмен с модулем процессора МП7, входящим в состав ПЛК, по последовательному интерфейсу CAN.
Модуль токовых входов МТВ3 имеет взрывозащищённое исполнение и предназначен для:
-искробезопасного питания и одновременного измерения четырёх токовых сигналов датчиков взрывобезопасного исполнения, имеющих стандартный токовый выход 4…20мА, по двухпроводной схеме включения;
-питания и одновременного измерения четырёх токовых сигналов датчиков обычного исполнения, имеющих стандартный токовый выход 4…20мА;
-одновременного измерения четырёх токовых сигналов датчиков обычного исполнения, имеющих стандартный токовый выход 0…5 мА или 0…20 мА;
-приёма и хранения в своём ОЗУ массива параметров настройки, а также передачи результатов измерения в формате с плавающей запятой по внутренней шине CAN. Находится в блоке входных модулей.
Модуль токовых входов МТВ4 предназначен для:
-одновременного измерения 16 токовых сигналов датчиков, имеющих стандартный токовый выход 0…5мА, 0…20 мА, 4…20 мА, по двухпроводной схеме включения;
-приёма и хранения в своём ОЗУ массива параметров настройки модуля, а также передачи результатов измерения в формате с плавающей запятой по внутренней шине CAN. Находится в блоке входных модулей.
2.3 Разработка функциональной схемы
Основываясь на предыдущие подпункты построим функциональную схему данного контроллера, указанного на рисунке 5.
Рисунок 5 – Функциональная схема,
Где ОЗУ – оперативное запоминающее устройство;
ППЗУ – перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство;
МСД2 – модуль сопряжения с датчиками;
МТВ3, МТВ4 – модули токовых входов;
МВ2, МВ3 – модули ввода;
МК2, МК3 – модули ключей.
2.4 Принцип действия устройства
Прибор имеет модульную структуру. Обмен информацией между модулями, входящими в состав прибора, осуществляется по последовательному CAN-интерфейсу. Каждый интерфейсный модуль прибора (кроме МСТ ) выполнен на основе микроконтроллера (МКР) семейства PICmicro фирмы Microchip Technology Inc. Для реализации CAN – интерфейса МКР имееи встроенный аппаратный CAN – контроллер, согласование уровней сигналов МКР с уровнями на шине CAN – интерфейса осуществляется с помощью микросхем трансиверов.
Центральным узлом прибора является МП7, встроенный на основе МКР фирмы Silicon Laboratories, Inc. Являвшегося расширением МКР семейства MCS-51 фирмы Intel.
МП7 осуществляет связь с ЭВМ верхнего уровня по интерфейсу RS-485, хранит в своей ЭП параметры настройки и типы интерфейсных модулей прибора, обеспечивает сбор телеметрической информации от интерфейсных модулей и управление выходными сигналами интерфейсных модулей в соответствии с загруженными в МП7 алгоритмом. МП7 программируется посредством среды SoftLogic.
В приборе заложена возможность резервирования работы МП7. Это достигается путём ввода в состав прибора второго МП7, способного в случае отказа основного МП7 принять на себя в режиме реального времени управление прибором в целом без проведения каких-либо коммуникаций.
Передача управления от основного МП7 резервному носит однонаправленный характер, то есть восстановить управление прибором основным МП7 можно лишь после выключения питания прибора. Резервный МП7 не может принять управление прибором в двух случаях: если на момент подачи питания в составе прибора установлен только резервный МП7, или если отказ основного МП7 произошел в момент загрузки параметров настроек прибора (включая и исполняемый им алгоритм управления) из основного МП7 в резервный.
МСТ также выполнен на основе МКР фирмы Silicon Laboratories, Inc. и обеспечивает связь прибора с терминалом по интерфейсу RS-485.
Терминал позволяет просмотреть информацию о составе прибора, данных алгоритма, сформировать управляющее воздействие на для модулей выхода, а также просмотреть и оперативно изменить параметры настройки интерфейсных модулей. Структурировать исполняемые функции терминала позволяет среда программирования Screen Builder.
Напряжения питания МП7 и интерфейсных модулей прибора вырабатываются БПИ3. Для питания терминала необходим внешний источник питания с напряжением +24 В ±10%.
Конструктивно БПИ3, МП7 и интерфейсные модули выполнены в пластмассовых корпусах, которые предназначены для установки на DIN – рельс, для чего на задней стороне корпусов предусмотрен узел крепления.
Внутри каждого корпуса расположен соединитель, который можно представить в виде параллельной шины, состоящей из 10 проводников. Эта шина имеет выходы на боковые стенки корпуса (с левой стороны корпуса выход шины выполнен в виде вилки, а с правой – в виде розетки), что позволяет соедИнять между собой модули из состава ПЛК (включая БПИ3), получая наборную инструкцию. Внутри корпуса шина имеет щелевые разъёмы (розетки, количество которых, в зависимости от типа модуля, может быть от одной до трёх), предназначенные для установки ячеек модуля. Кроме того, на корпусе имеются контакты заземления, обеспечивающие электрическое соединение цепей заземления модуля с DIN – рельсом.
Ячейки модулей ( в зависимости от типа модуля и их количество может быть от одной до трёх ) представляют собой печатные платы, с одной стороны которых имеются ламели печатного разъёма, контактирующего с шинными разъёмами корпуса и контактами заземления, а с другой – элементы крепления крышек корпуса. Связь ячеек между собой осуществляется с помощью штыревого соединителя. Блок, образованный соединёнными между собой ячейками с установленными на них крышками, вставляется по направляющим в корпус и фиксируется с помощью защелок, имеющихся в конструкции крышек.
Для повышения помехоустойчивости CAN – интерфейса и согласования его сигналов в состав прибора входят две заглушки ( левая и правая ). Заглушка левая выполнена в виде розетки, подключаемой к разъёму внутренней шины первого модуля из состава прибора, заглушка правая выполнена в виде вилки, подключаемой к разъёму внутренней шины последнего модуля из состава прибора. Внутри заглушек размещены согласующие резисторы. Такой вариант состава прибора используется при размещении всех модулей прибора на одном DIN – рельсе.
При большом числе интерфейсных модулей в составе прибора и ограниченности места в монтажном шкафу, где располагается прибор, возможно размещение составных частей прибора на двух DIN – рельсах. При этом модули на соседних DIN – рельсах соединяются с помощью кабеля расширения, который подключается к разъёмам последних модулей на каждом DIN – рельсе, а для согласования CAN – интерфейса используются две левые заглушки.
На передней стороне корпуса расположена плёночно-мембранная клавиатура и окно со светофильтром, за которым расположен индикатор.
Задняя сторона корпуса имеет откидывающуюся подставку ( для удобства размещения терминала на столе ), узел крепления терминала на стенку, а так же нишу, закрываемую декоративной крышкой. В нише расположен соединитель для подключения терминала к блоку питания МСТ.
Все компоненты терминала расположены на одной печатной плате, закреплённой внутри корпуса. Связь клавиатуры с платой терминала осуществляется с помощью гибкого печатного шлейфа.