Блок контроля дискретных сигналов MDI8

Блок контроля дискретных сигналов MDI8

27

Введение

Сенсорные панели оператора SIMATIC TP170A/TP170B предназначены для построения профессиональных систем человеко-машинного интерфейса в системах управления на основе программируемых контроллеров SIMATIC S7. Они способны поддерживать функции мониторинга и оперативного управления, позволяют решать задачи визуализации, обеспечивают поддержку динамических полей ввода-вывода, использования сенсорной клавиатуры, масштабируемых шрифтов и других сервисных возможностей, предоставляемых операционной системой Windows CE.

Обе панели легко конфигурируются и имеют преемственность: проекты, созданные для SIMATIC TP170A, могут быть легко переведены на SIMATIC TP170B и дополнены возможностями, предоставляемыми этой панелью

Встроенный интерфейс RS 485 может быть использован для включения панелей в сети MPI или протокола MODBUS RTU. Для загрузки параметров конфигурации панели снабжены встроенным интерфейсом RS 232. Этот же интерфейс может использоваться для подключения панели к контроллерам других производителей.

Во второй части данной курсовой работы рассмотрен интерфейс передачи данных RS-485. Рассмотрены базовые понятия и способ работы.

В третий части рассмотрен протокол передачи данных для данного устройства Modbus RTU. Также рассмотрены базовые понятия и способ передачи данных.

1. Сенсорные панели оператора SIMATIC TP170A/TP170B

Конструкция

Панели SIMATIC TP170A и SIMATIC TP170B характеризуются следующими показателями:

* Фронтальная панель размерами 212х156 мм, монтажный проем размерами 198х142х42 мм.

* Прочный пластиковый корпус. Степень защиты фронтальной панели IP 65, остальной части корпуса. IP 20.

* Опциональная защитная крышка для обеспечения степени защиты NEMA4.

* Пассивный STN CCFL (Cold Cathode Fluorescence Lamps) дисплей голубого свечения. Наработка на отказ 50000 часов (6 лет непрерывной работы).

* Графическое разрешение 320х240 точек.

* Сенсорная аналоговая резистивная клавиатура.

* 32-разрядный микропроцессор с RISC архитектурой, 66МГц.

* Алфавитная клавиатура (от ProTool V5.2 SP2).

* Цифровая клавиатура, поддерживающая выполнение операций в десятичной, двоичной или шестнадцатеричной системах счисления.

* Встроенные интерфейсы RS 485 и RS 232.

* Организация связи через MPI или протокола MODBUS RTU. В сети протокола MODBUS RTU скорость передачи данных может достигать 1.5 Мбит/с для панели TP170A и 12 Мбит/с для панели TP170B.

* Терминалы для подключения питания =24В.

Дополнительные особенности SIMATIC TP 170B:

* Последовательный интерфейс RS 232 для подключения принтера.

* Разъем для установки Flash карты.

* Обмен данными через MPI со скоростью до 12 Мбит/с.

Связь

Панели SIMATIC TP 170 могут подключаться:

* К программируемым контроллерам SIMATIC S7-200/-300/-400.

* К системам компьютерного управления SIMATIC WinAC V3.0 или выше.

* К программируемым контроллерам SIMATIC S5/505.

* К системам управления SINUMERIK и SIMOTION (только TP 170B).

* К программируемым контроллерам Allen Bradley, Mitsubishi, Telemecanique, Modicon, Lucky Goldstar GLOFA, GE Fanuc, OMRON.

Функции SIMATIC TP 170A/TP 170B:

* Поля ввода-вывода для отображения и модификации значений параметров.

* Кнопки: для непосредственного вызова функций или активизации определенных действий. Допускается конфигурирование до 16 одновременно выполняемых функций.

* Графика: использование графики в качестве фоновых изображений, а также иконок для маркировки кнопок. Наличие библиотек графических объектов в инструментальных средствах конфигурирования панели. Использование графических редакторов Windows с OLE интерфейсом (Paint-Shop, Designer, Corel Draw и т.д.).

* Фиксированные тексты: для маркировки клавиш, формирования наименований диаграмм и значений переменных. Надписи могут выводиться шрифтом любого размера. Максимальная высота символов может достигать 2.4 см.

* Построение бар-графиков динамически изменяющихся параметров.

* Выбор отображаемой информации, хранящейся в памяти программируемого контроллера.

* Использование стандартных библиотек графических объектов и кнопок пакета ProTool.

* Выбор языка для вывода сообщений. Для вывода сообщений выбирается один из 21 языка. Обеспечивается поддержка русского и азиатских языков. В TP 170A поддерживается один, в TP 170B. 5 интерактивных языков (от ProTool V6.0 и выше).

* Парольная защита доступа: в TP 170A. 2-уровневая, в TP 170B. 10-уровневая.

* Обслуживание статусных и системных сообщений.

* Тексты подсказок для диаграмм, сообщений и переменных.

* Математические функции.

* Мониторинг граничных значений переменных.

* Индикация состояний автоматизируемого оборудования.

* Загрузка драйверов других производителей (от ProTool V6.0 и выше).

* Функции обслуживания и конфигурирования:

- создание резервных копий и восстановление параметров конфигурации, операционной системы, данных и микропрограмм на компьютере с использованием программного обеспечения ProSave или в CF-карте (только для TP 170B);

- загрузка / считывание параметров конфигурации через MPI/ PROFIBUS-DP/ RS 232;

- автоматическая настройка на прием параметров конфигурации;

- регулировка контрастности изображения и калибровка экрана;

- очистка экрана;

- имитационная проверка конфигурации на компьютере с программным обеспечением конфигурирования;

- упрощение обслуживания за счет отсутствия буферной батареи.

Дополнительные возможности панели SIMATIC TP 170B:

* Векторная графика: использование для оформления экрана различных геометрических фигур (линий, прямоугольников, окружностей, эллипсов и т.д.).

* Построение графиков кривых.

* Обслуживание рецептов:

- сохранение рецептурных данных и параметров настройки в CF карте;

- интерактивное/ автономное редактирование рецептур;

- сохранение рецептурных данных в стандартном Windows-формате CSV;

- внешняя обработка данных средствами Excel и Access.

* Интервальный таймер для циклического выполнения различных функций.

* Встроенный порт для подключения принтера.

* Динамическое перемещение объектов, отображение/ скрытие объектов.

* Перманентные окна, присутствующие на различных экранных изображениях.

* Поддержка сообщений помощи и информационных сообщений для переменных, диаграмм и передаваемых сообщений.

Конфигурирование

Для конфигурирования панелей SIMATIC TP 170A/TP 170B может использоваться программное обеспечение SIMATIC ProTool/Lite, SIMATIC ProTool или SIMATIC ProTool/Pro от V5.2 и выше (для панели TP 170B. от V5.2 SP2 и выше).

1.1 Общее описание интерфейса RS-485

Интерфейс RS-485 (другое название - EIA/TIA-485) - один из наиболее распространенных стандартов физического уровня связи. Физический уровень - это канал связи и способ передачи сигнала (1 уровень модели взаимосвязи открытых систем OSI).

Базовые рекомендации по выбору схемы соединений для сетей на основе RS-485. Спецификация RS-485 (официальное название TIA/EIA-485-A) не дает конкретных пояснений по поводу того, как должна осуществляться разводка сетей RS-485. Однако она предоставляет некоторые рекомендации. Эти рекомендации и инженерная практика в области обработки звука положены в основу этой статьи. Однако представленные здесь советы ни в коем случае не охватывают всего разнообразия возможных вариантов построения сетей. Сеть, построенная на интерфейсе RS-485, представляет собой приемопередатчики, соединенные при помощи витой пары - двух скрученных проводов. В основе интерфейса RS-485 лежит принцип дифференциальной (балансной) передачи данных. Суть его заключается в передаче одного сигнала по двум проводам. Причем по одному проводу (условно A) идет оригинальный сигнал, а по другому (условно B) - его инверсная копия. Другими словами, если на одном проводе «1», то на другом «0» и наоборот. Таким образом, между двумя проводами витой пары всегда есть разность потенциалов: при «1» она положительна, при «0» - отрицательна.

Рисунок 1.1 - Устройство передачи сигнала

Именно этой разностью потенциалов и передается сигнал. Такой способ передачи обеспечивает высокую устойчивость к синфазной помехе. Синфазной называют помеху, действующую на оба провода линии одинаково. К примеру, электромагнитная волна, проходя через участок линии связи, наводит в обоих проводах потенциал. Если сигнал передается потенциалом в одном проводе относительно общего, как в RS-232, то наводка на этот провод может исказить сигнал относительно хорошо поглощающего наводки общего («земли»). Кроме того, на сопротивлении длинного общего провода будет падать разность потенциалов земель - дополнительный источник искажений. А при дифференциальной передаче искажения не происходит. В самом деле, если два провода пролегают близко друг к другу, да еще перевиты, то наводка на оба провода одинакова. Потенциал в обоих одинаково нагруженных проводах изменяется одинаково, при этом информативная разность потенциалов остается без изменений.

Аппаратная реализация интерфейса - микросхемы приемопередатчиков с дифференциальными входами / выходами (к линии) и цифровыми портами (к портам UART контроллера). Существуют два варианта такого интерфейса: RS-422 и RS-485.

RS-422 - полнодуплексный интерфейс. Прием и передача идут по двум отдельным парам проводов. На каждой паре проводов может быть только по одному передатчику.

RS-485 - полудуплексный интерфейс. Прием и передача идут по одной паре проводов с разделением по времени. В сети может быть много передатчиков, так как они могут отключаются в режиме приема.

Остановимся поподробнее на приемопередатчике RS-485. Цифровой выход приемника (RO) подключается к порту приемника UART (RX). Цифровой вход передатчика (DI) к порту передатчика UART (TX). Поскольку на дифференциальной стороне приемник и передатчик соединены, то во время приема нужно отключать передатчик, а во время передачи - приемник. Для этого служат управляющие входы - разрешение приемника (RE) и разрешения передатчика (DE). Так как вход RE инверсный, то его можно соединить с DE и переключать приемник и передатчик одним сигналом с любого порта контроллера. При уровне «0» - работа на прием, при «1» - на передачу.

Рисунок 2.2 - Схема работы интерфейса

Приемник, получая на дифференциальных входах (AB) разность потенциалов (UAB) переводит их в цифровой сигнал на выходе RO. Чувствительность приемника может быть разной, но гарантированный пороговый диапазон распознавания сигнала производители микросхем приемопередатчиков пишут в документации. Обычно эти пороги составляют ± 200 мВ. То есть, когда UAB > +200 мВ - приемник определяет «1», когда UAB < -200 мВ - приемник определяет «0». Если разность потенциалов в линии настолько мала, что не выходит за пороговые значения - правильное распознавание сигнала не гарантируется. Кроме того, в линии могут быть и не синфазные помехи, которые исказят столь слабый сигнал.

Все устройства подключаются к одной витой паре одинаково: прямые выходы (A) к одному проводу, инверсные (B) - к другому.

Входное сопротивление приемника со стороны линии (RAB) обычно составляет 12 КОм. Так как мощность передатчика не беспредельна, это создает ограничение на количество приемников, подключенных к линии. Согласно спецификации RS-485 c учетом согласующих резисторов передатчик может вести до 32 приемников. Однако есть ряд микросхем с повышенным входным сопротивлением, что позволяет подключить к линии значительно больше 32 устройств.

Максимальная скорость связи по спецификации RS-485 может достигать 10 Мбод/сек. Максимальное расстояние - 1200 м. Если необходимо организовать связь на расстоянии большем 1200 м или подключить больше устройств, чем допускает нагрузочная способность передатчика - применяют специальные повторители (репитеры).

Таблица 2.1

Кабель RS-485 спроектирован как балансная система. Проще говоря, это означает, что, помимо земляного, имеется два провода, которые используются для передачи сигнала.

Рис. 1. Балансная система использует, помимо земляного, два провода для передачи данных

Система называется балансной, потому что сигнал на одном проводе является идеально точной противоположностью сигнала на втором проводе. Другими словами, если один провод передает высокий уровень, другой провод будет передавать низкий уровень, и наоборот.

Рис. 2. Сигналы на двух проводах балансной системы идеально противоположны

Несмотря на то, что RS-485 может успешно осуществлять передачу с использованием различных типов передающей среды, он должен использоваться с проводкой, обычно называемой «витая пара».

Что такое витая пара и почему она используется?

Как следует из ее названия, витая пара - это просто пара проводов, которые имеют равную длину и свиты вместе. Использование передатчика, отвечающего требованиям спецификации RS-485, с кабелем на основе витой пары, уменьшает два главных источника проблем для разработчиков быстродействующих территориально распределенных сетей, а именно излучаемые электромагнитные помехи и индуцируемые электромагнитные помехи (наводка).

Излучаемые электромагнитные помехи

Как показано на рисунке 3, всякий раз, когда для передачи информации используются импульсы с крутыми фронтами, в сигнале присутствуют высокочастотные составляющие. Эти крутые фронты нужны при более высоких скоростях, чем способен обеспечить RS-485.

Рис. 3. Форма сигнала последовательности прямоугольных импульсов с частотой 125 кГц и ее БПФ

Страницы: 1, 2