Міністерство освіти і науки України
Донбаська державна машинобудівна академія
Кафедра "Автоматизація виробничих процесів"
Практична робота з ОКІУ
"Прилади комплексу контаре: контролери МС8, МС5, модулі релейні MR8"
Мета роботи: вивчити прилади комплексу контаре: контролери МС8, МС5, модулі релейні MR8.
ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ
У ПТК контаре в даний час входять три модулі:
MC8 (контролер вимірювальний);
MC5 (контролер вимірювальний);
MR8 (модуль релейний).
1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА КОМПЛЕКСУ контаре (КМ800)
Комплекс контаре (КМ800) являє собою систему модулів, що виконують спільне завдання розподіленого керування та збору інформації, пов'язаних між собою інтерфейсом і загальним протоколом обміну.
Функції складних систем управління розподіляються по модулях комплексу і, як правило, не вимагають централізованого управління.
Для моніторингу стану обладнання, відображення на екрані, диспетчеризації, тривожних сповіщень і т. д. використовується мережа Інтернет або Інтранет.
Комплекс побудований на новітній елементній базі і забезпечує простий доступ до сучасних комунікаційних технологій. (Підключення до мережі Ethernet, передача інформації по стільниковій мережі стандарту GSM, використання технології LonWorks).
Комплекс дозволяє вирішувати широке коло завдань автоматичного управління технологічними процесами, в першу чергу завдань теплопостачання, вентиляції та кондиціонування повітря, при мінімізації витрат в залежності від складності та технічних особливостей об'єкта.
Комплекс забезпечує збір інформації від різноманітних джерел, які використовуються на об'єкті (датчики температури, тиску, витрати, тепло-, водо-та електролічильники і т.п.) і передачу її на верхній рівень по одному каналу зв'язку.
Можливо також і повністю автономне застосування апаратури комплексу у вигляді локальних модулів.
2. ПРИЗНАЧЕННЯ ТА ОСНОВНІ ФУНКЦІЇ МОДУЛЯ MR8
Модулі релейні MR8 (надалі модулі) входять до складу комплексу модульних пристроїв контаре (КМ800).
Модулі призначені для застосування в автоматизованих системах управління технологічними процесами, а також в системах збору і передачі інформації з інтерфейсної мережі RS485.
Модулі виконують такі основні функції:
• управління електричними виконавчими механізмами, пусковими пристроями насосів, вентиляторів та іншого обладнання;
• прийом дискретних сигналів від контролерів МС8 або інших пристроїв для безпосереднього (прямого) управління вихідними силовими ключами;
• прийом по каналу цифрової інтерфейсної зв'язку RS485 від контролерів МС8 або інших пристроїв сигналів, керуючих вихідними силовими ключами;
• передача по каналу цифрової інтерфейсної зв'язку RS485 на верхній рівень управління інформації про стан вхідних дискретних сигналів і органів ручного управління модуля;
• перемикання режимів управління та ручне управління електричними виконавчим механізмами і пусковими пристроями за допомогою механічних перемикачів (тумблерів);
• формування нестабілізованого напруги 24В постійного струму для живлення зовнішніх ланцюгів;
• виконання алгоритмів функціонування, необхідних для управління конкретним технологічним процесом.
2.1 ОСНОВНІ ТЕХНІЧНІ ДАНІ І ХАРАКТЕРИСТИКИ
1.1. УМОВИ ЕКСПЛУАТАЦІЇ
• Температура повітря - від 5 до 50 С;
• Відносна вологість - не більше 80%, без конденсату;
• Атмосферний тиск - від 86 до 106,7 кПа;
• Вібрація - амплітуда не більше 0,1 мм з частотою не бол25Гц;
• Агресивні і вибухонебезпечні компоненти в навко повітрі повинні бути відсутні.
1.2. Вимоги до живлення
• Номінальна напруга змінного струму - 220В;
• Допустимі відхилення напруги харчування - від 187 до 242
• Частота - від 48 до 62Гц;
• Споживана потужність - не більше 6ВА.
1.3. КОНСТРУКТИВНЕ ВИКОНАННЯ
• Корпус - "Каскад KZ-104";
• Габаритні розміри - 139х89х63мм;
• Маса - не більше 0,8 кг;
• Монтаж - на DIN-рейку за стандартом DIN EN 50 022;
• Підключення зовнішніх з'єднань - до 38 клем під гвинт 2 (максимальне перетин дроту 2,5 мм);
• Ступінь захисту - IP20;
• Ручне управління - 4 тумблера або відсутній.
1.4. ВИХІДНІ КЛЮЧІ
• 4 ключа на електромагнітних реле;
• 2 симісторних ключа і 2 ключа на електромагнітних реле;
• Параметри симісторних ключів:
- Максимальна напруга змінного струму - 380В, частотою 50 (60) Гц;
- Максимальний змінний струм - 0,8 А;
- Мінімальний змінний струм - 0,02 А.
• Параметри релейних ключів:
- Вид ключа - перемикаючий контакт;
- Максимальна напруга змінного струму - 250В, частотою 50 (60) Гц;
- Максимальний змінний струм - 3А.
1.5. Входи УПРАВЛІННЯ
• Тип - дискретні;
• Призначення - безпосереднє управління вихідними ключами;
• Кількість - 4;
• Максимальна напруга постійного струму на керуючому ключі - 35В;
• Максимальний постійний струм через керуючий ключ -
20мА.
1.6. Дискретні входи
• Кількість - 8;
• Призначення - передача інформації на верхній рівень;
• Максимальна напруга постійного струму на ключі - 35В;
• Максимальний постійний струм на ключі - 10мА.
1.7. ІНТЕРФЕЙС
• RS485 на частоті до 57600Бод.
1.8. Гальванічної ізоляції
• Живлення модуля / інші ланцюги - 1500В;
• Вихідні ключі / інші ланцюги - 1500В;
• Дискретні входи і джерело живлення ± 24В / інші ланцюги - 500В;
• RS485 / інші ланцюги - 500В.
1.9. ДІАГНОСТИКА
• світлодіод "Мережа" - постійне світіння при нормальній роботі модуля і миготіння при збої функціонального алгоритму;
• 4 світлодіода "Виходи 1,2,3,4" - постійне світіння при вступі керуючого сигналу на спрацьовування відповідного ключа 1,2,3,4;
• 2 світлодіоди "TxD" і "RxD" (прийом та передача) інтерфейсу RS485 - миготливе світіння під час прийому / передачі інформації.
1.10. ДОДАТКОВІ ПАРАМЕТРИ
• Вихід 24В (струм не більше 40мА) - напруга постійного струму для живлення датчиків і (або) дискретних входів контролера МС8 (нестабілізована).
2.2 ОПИС ФУНКЦІОНАЛЬНИХ СХЕМ
Основний елемент схеми - процесор (CPU).
Управління вихідними ключами може здійснюватися:
• безпосередньо по 4-м дискретним входам DD.1 ... DD.4 від пристроїв, що мають "сухий" дискретний вихід;
• по каналу інтерфейсної зв'язку RS485 з верхнього рівня через CPU. Цей режим встановлюється при перемиканні механічних замикачів блоку конфігуратором;
• примусово, минаючи електронні ключі, - для виконань 1221 і 1231, що мають блок ручного управління. Інформація про стан органів ручного управління передається по каналу інтерфейсної зв'язку RS485 на верхній рівень.
Дискретні входи DI.1 ... DI.8 використовуються для передачі на верхній рівень управління інформації про стан дискретних сигналів, підключених до цих входів.
Гальванічний роздільник забезпечує гальванічну ізоляцію дискретних входів і джерела живлення (± 24В) від процесора і каналу інтерфейсної зв'язку RS485.
Дискретні виходи гальванічно ізольовані від усіх інших ланцюгів.
Блок живлення, крім харчування внутрішніх ланцюгів модуля МR8, формує нестабілізована напруга постійного струму ± 24В для живлення датчиків і (або) дискретних входів контролера МС8.
Рисунок 1 - Функціональна схема для виконання MR8 1121 (1221)
DI-дискретний вхід К - електромагнітне реле
DD - дискретний вхід управління CPU - процесор
DI.C - заг. точка дискрет. входів
DO - дискретний вихід
MO - середня точка дискретних виходів
DC - спільна точка живлення процесора
Пунктирними лініями позначені вузли, які є приналежністю окремих виконань.
3. ПРИЗНАЧЕННЯ ТА ОСНОВНІ функції контролера МС8
Контролери вимірювальні МС8 (надалі контролери МС8) призначені для реалізації різноманітних алгоритмів автоматизованого управління технологічними процесами.
Контролери МС8 є основним елементом комплексу модульних пристроїв контаре (КМ800).
Контролери виконують такі основні функції:
• вимірювання і перетворення в цифрову форму сигналів, що надходять від аналогових і дискретних датчиків технологічних параметрів;
• формування дискретних і аналогових вихідних сигналів для впливу на технологічний процес;
• формування алгоритмів функціонування, необхідних для управління конкретними технологічними процесами (наприклад, аналогове або імпульсне ПІД-регулювання, різні види формування завдання, в тому числі з можливістю зміни в реальному часі, програмно-логічне керування, автоматичне включення резервного устаткування і т.д. )
• висновок інформації на дисплей вбудованого пульта оператора або на віртуальну панель на екрані монітора комп'ютера, Notebook, PDА або іншого засобу обчислювальної техніки через інтерфейсний субмодуль RS232C;
• забезпечення зв'язку через інтерфейс RS485 між контролерами та іншими модулями;
• забезпечення зв'язку через інтерфейс RS232C (на основній платі) з периферійними пристроями (модем і т.д.);
• забезпечення зв'язку з сервером через інтерфейсний субмодуль Ethernet при роботі в локальній мережі та мережі Інтернет.
Є виконання контролерів з симісторний і транзисторними вихідними ключами. Контролери, що мають симісторний вихідні ключі, можуть безпосередньо управляти виконавчими механізмами клапанів, заслінок, магнітними пускачами і т.д.
• Контролери c транзисторними вихідними ключами звичайно встановлюються в комплекті з релейними модулями MR8, які виконують функції посилення потужності і розширення дискретних входів.
3.1 ОСНОВНІ ТЕХНІЧНІ ДАНІ І ХАРАКТЕРИСТИКИ
1.1. УМОВИ ЕКСПЛУАТАЦІЇ
Температура повітря - від 5 до 50 С;
Відносна вологість - не більше 80%, без конденсату;
Атмосферний тиск - від 86 до 106,7 кПа;
Вібрація - амплітуда не більше 0,1 мм з частотою не більше 25
Агресивні і вибухонебезпечні компоненти в навколишньому пов повинні бути відсутніми.
1.2. Вимоги до живлення
Номінальна напруга змінного струму:
- Для виконань МС8.1х1хххх - 220 В,
- Для виконань МС8.2х2хххх - 24 В.
Допустимі відхилення напруги живлення:
- Для виконань МС8.1х1хххх - від 187 до 242 В,
- Для виконань МС8.2х2хххх - від 22 до 29.5 В;
Частота - від 48 до 62 Гц;
Споживана потужність - не більше 6 ВА.
1.3. КОНСТРУКТИВНЕ ВИКОНАННЯ
Корпус - OKW Railtec, тип 157, версія 1;
Габаритні розміри - 157х86х59 мм;
Маса - не більше 0,8 кг;
Монтаж - на DIN-рейку за стандартом DIN EN 50 022;
Підключення зовнішніх з'єднань: 2
- 46 клем під гвинт (максимальне перетин дроту 2,5 мм)
- Роз'єм RJ-45 для підключення Ethernet - інтерфейсу;
- Роз'єм RJ-11 для підключення додаткових інтерфейс
Ступінь захисту - IP20.
1.4. Дискретні входи
Кількість входів - 4;
Вид сигналу - "сухий" ключ;
Напруга на ключі - 30 В постійного струму, 0
Струм через ключ - 10 мА постійного струму;
Струм витоку ключа - не більше 0.05 мА
Гальванічна ізоляція - від усіх інших ланцюгів.
1.5. АНАЛОГОВІ ВХОДИ
Кількість входів - 8;
Попередній підсилювач з програмованим посиленням - від 1 до 16.
1.6. Дискретні виходи
1.6.1. Дискретні виходи (для виконань МС8.1х1хххх)
Кількість виходів - 8;
Тип виходу - "сухий" транзисторний ключ;
Максимальна напруга - 48 В постійного струму;
Комутований струм - 0,15 А постійного струму;
Падіння напруги на відкритому ключі - не більше 1,2 В.
1.6.2. Дискретні виходи (для виконань МС8.2х2хххх)
Кількість виходів - 8;
Тип виходу - "сухий" симісторний ключ;
Максимальна напруга - 48 В змінного струму;
Комутований струм - 0,5 А змінного струму;
Падіння напруги на відкритому ключі: не більше 2 В;
Гальванічна ізоляція - від усіх інших ланцюгів.
1.7. АНАЛОГОВІ ВИХОДИ
Кількість виходів - 2;
Похибка ЦАП - не більше 1,5%;
Можливі діапазони сигналів:
- Від 0 (4) до 20мА постійного струму на навантаження не більше 0,5 кОм;
- Від 0 до 5мА постійного струму на навантаження не більше 2 кОм;
- Від 0 до 10В постійного струму на навантаження не менше 2 кОм.
1.8. ІНТЕРФЕЙС
RS232С на частоті до 115200 Бод;
RS485 на частоті до 57600 Бод (з гальванічною ізоляцією від інших ланцюгів); Ethernet (10 Мбіт / с).
1.9. ДОДАТКОВИЙ ІНТЕРФЕЙС
RS232С на частоті до 115200 Бод;
LonWorks.
1.10. ДІАГНОСТИКА
Світлодіод статусу контролера "Норма / Відмова";
Світлодіоди "RS485-прийом", "RS485-передача".
1.11. ВБУДОВАНИЙ Пульт керування
Дисплей - рідкокристалічний, символьний - 2 рядки та знаків;
Управління - 4 кнопки;
Індикація - 8 світлодіодів стану дискретних виходів
1.12. ГОДИННИК-КАЛЕНДАР
Підтримка індикації поточного часу і календарної та
· Енергонезалежність - не менше 300 годин.
1.13. ДЖЕРЕЛО НАПРУГИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ
(Тільки для виконань МС8.2х2хххх)
Напруга - 24 В, допустиме відхилення - від 22 до 25.5
Струм навантаження - не більше 100 мА.
3.2 ОПИСУ ФУНКЦІОНАЛЬНИХ СХЕМ
Функціональні схеми контролера МС8 показані на рис.2 і рис.3
Примітки до рис. 1:
Вузли, показані пунктиром, є змінними даними;
- Гальванічний роздільник (ГР);
CPU-центральний процесор;
AC - спільна точка аналогова;
DC - спільна точка дискретна;
Позначення входів та виходів:
AI - аналоговий вхід AO - аналоговий вихід
AI.C - спільна точка аналогових. AO.C - спільна точка аналогових входів виходів
DI - дискретний вхід DO - дискретний вихід
DI.C - спільна точка дискретних MO.jk-середня точка між DO.j входів і DO.k
Для виконань МС8.1х1хххх з транзисторними вихідними ключами
MO.jk і DC об'єднані;
Для МС8.2х2хххх клеми 13, 14 є виходом джерела напруги 24 В постійного струму для живлення датчиків.
Основою контролерів є плата, на якій розташовані всі елементи базового модуля. Базовий модуль випускається у двох виконаннях: для живлення від мережі ~ 220B з транзисторними вихідними ключами і для живлення від ~ 24B з симісторний вихідними ключами (з гальванічною ізоляцією).
Центральний процесор (СPU) представляє cобой однокристальний мікроконтроллер С8051, що включає багатоканальні аналого-цифровий і цифро аналоговий перетворювачі і підтримує кілька видів послідовних інтерфейсів.
Апаратний пристрій введення інформації містить гальванічний роздільник (ГР) для дискретних вхідних сигналів DI.1 ... DI.4 і Конфігуратор для аналогових вхідних сигналів AI.1 ... AI.8.
Апаратний пристрій виведення інформації включає в себе "сухі" ключі дискретних вихідних сигналів D0.1 ... D0.8 і конфігурується пристрій перетворення аналогових вихідних сигналів А0.1, А0.2.
Блок живлення формує напруги постійного струму для живлення всіх вузлів контролера.
Рисунок 2 - Функціональна схема контролера МС8.1х1хххх (на ~ 220 В)
Рисунок 3 - Функціональна схема контролера МС8.2х2хххх (на ~ 24 В)
4. ПРИЗНАЧЕННЯ ТА ОСНОВНІ функції контролера МС5
Контролери вимірювальні МС5 (надалі контролери МС5) є елементом комплексу модульних пристроїв контаре (КМ800).
Контролери МС5 призначені для автоматизації та моніторингу промислових об'єктів, зокрема, установок припливної вентиляції та кондиціонування повітря (наприклад, вентиляторних доводчиків типу "Fan Coil").
Контролери виконують такі основні функції:
• вимірювання і перетворення в цифрову форму сигналів, що надходять від аналогових і дискретних датчиків технологічних параметрів;
• формування дискретних і аналогових вихідних сигналів для безпосереднього управління електричними виконавчими механізмами і пусковими пристроями вентиляторів, компресорів, обігрівачів та іншого обладнання;
• формування алгоритмів функціонування, необхідних для управління конкретними технологічними процесами;
• висновок інформації на дисплей вбудованого пульта управління або на віртуальну панель на екрані монітора комп'ютера, Notebook, PDА або іншого засобу обчислювальної техніки, зчленованого з контролером по каналу інтерфейсної зв'язку;
• забезпечення зв'язку через інтерфейс RS485 між контролерами та іншими приладами комплексу.
4.1 ОСНОВНІ ТЕХНІЧНІ ДАНІ І ХАРАКТЕРИСТИКИ
УМОВИ ЕКСПЛУАТАЦІЇ
Температура повітря: від 5 до 50 С
Відносна вологість: не більше 80%, без конденсату;
Атмосферний тиск: від 86 до 106,7 кПа;
Вібрація: амплітуда не більше 0,1 мм з частотою не більше 25Гц;
Агресивні і вибухонебезпечні компоненти в навколишньому повітрі повинні бути відсутні.
Вимоги до живлення
Номінальна напруга змінного струму: 220 В;
Допустимі відхилення напруги живлення: від 187 до 242 В;
Частота: від 48 до 62 Гц;
Споживана потужність: не більше 6 ВА.
КОНСТРУКТИВНЕ ВИКОНАННЯ
Корпус: OKW Railtec, тип 157, версія 1;
Габаритні розміри: 157х86х58, 5 мм;
Маса: не більше 0,8 кг;
Монтаж: на DIN-рейка за стандартом DINEN 50 022;
Підключення зовнішніх з'єднань:
35 клем під гвинт (максимальне перетин дроту 2,5 мм);
роз'єм RJ-11 для підключення додаткового інтерфейсу RS232C;
Ступінь захисту: IP20.
Дискретні входи
Кількість входів: 4;
Вид сигналу: "сухий" ключ;
Напруга на ключі: 18 В постійного струму;
Струм через ключ: 5 мА постійного струму;
Гальванічна ізоляція від аналогових вхідних і дискретних вихідних ланцюгів;
Частота комутації: не більше 300 Гц.
АНАЛОГОВІ ВХОДИ
Кількість входів: 5;
Типи підключаються первинних перетворювачів, діапазон вимірювання сигналу і основна похибка вимірювання представлені в таблиці 2.
Дискретний вихід (всього 5)
Релейні виходи
Кількість виходів: 3;
Тип виходу: "сухий" контакт реле на перемикання;
Максимальна напруга: 250 В змінного струму 50 (60) Гц;
Комутований струм: від 0 до 3 А;
Гальванічна ізоляція від усіх інших ланцюгів.
Сімісторний виходи
Кількість виходів: 2;
Тип виходу: "сухий" симісторний ключ;
Максимальна напруга змінного струму 50 (60) Гц: 380 В;
Комутований струм: від 0,02 до 0,8 А;
Падіння напруги на замкнутому ключі: не більше 6 В;
Гальванічна ізоляція від усіх інших ланцюгів.
АНАЛОГОВІ ВИХОДИ
Кількість виходів: 1;
Похибка ЦАП: не більше 4%;
Можливі діапазони сигналів:
- Від 0 (4) до 20 мА постійного струму на навантаження не більше 0,5 кОм;
- Від 0 до 10 В постійного струму на навантаження не менше 2 кОм;
Гальванічна ізоляція від аналогових вхідних і дискретних вихідних ланцюгів.
ІНТЕРФЕЙС
RS485 на частоті 57600 Бод.
ДОДАТКОВИЙ ІНТЕРФЕЙС
RS232С на частоті 115200бод.
ДІАГНОСТИКА
Світлодіод статусу контролера "Норма / Відмова":
Світлодіоди "RS485-прийом", "RS485-передача".
ВБУДОВАНИЙ Пульт керування
Дисплей: рідкокристалічний, символьний - 2 рядки по 16 знаків;
Управління: 4 кнопки;
Індикація: 5 світлодіодів стану дискретних виходів.
ДЖЕРЕЛО НАПРУГИ ДЛЯ ХАРЧУВАННЯ ДАТЧИКІВ
Номінальна напруга - 18 В постійного струму;
Допустимі відхилення напруги - від 13 до 22 В;
Струм навантаження - не більше 40 мА.
ГОДИННИК-КАЛЕНДАР
Підтримка індикації поточного часу і календарної дати;
Енергонезалежність - не менше 300 годин.
4.2 ОПИС ФУНКЦІОНАЛЬНОЇ СХЕМИ
Функціональна схема контролера МС5 показана на рис.4
Основою контролерів є плата, на якій розташовані всі елементи базового модуля.
Центральний процесор (СPU) представляє собою однокристальний мікроконтроллер С8051F311, що включає багатоканальний аналого-цифровий перетворювач і підтримує кілька видів послідовних інтерфейсів.
Апаратний пристрій введення інформації містить гальванічний роздільник (ГР) для дискретних вхідних сигналів DI.1 ... DI.4 і конфігуратора К) для аналогових вхідних сигналів AI.1 ... AI.5.
Рисунок 4 - Функціональна схема контролера МС5
Вузли, показані пунктиром, є змінними даними;
- Гальванічний роздільник;
AC - спільна точка аналогова; DC - спільна точка дискретна;
Позначення входів та виходів:
AI - аналоговий вхід AO - аналоговий вихід
AI.C - спільна точка AO.C - спільна точка аналогових входів виходів
DI - дискретний вхід DO - дискретний вихід
DI.C - спільна точка MO - середня точка між парою дискретних входів дискретних виходів
Апаратний пристрій виведення інформації включає в себе "сухі" ключі дискретних вихідних сигналів D0.1 ... D0.5 і пристрій перетворення аналогових вихідних сигналів А0.U, А0.I, з гальванічним роздільником ГР.
Блок живлення формує напруги постійного струму для живлення всіх вузлів контролера і зовнішніх пристроїв (датчиків).
Інтерфейси:
На основній платі: RS485;
Виконаний у вигляді додатково підключається інтерфейсного субмодуля або входить до складу пульта: RS232С.
Пульт управління: субмодуль, використовується як пристрій введення виведення інформації і для ручного управління виходами контролера. Має полнения:
МД8.1 - без годинника і вузла інтерфейсу RS232С;
МД8.1-01 - з годинником і вузлом інтерфейсу RS232С (для виконання МС5.111).