Мы открываем новую серию видеоуроков, посвященных модулям ввода-вывода серии MDS из номенклатуры НПФ КонтрАвт.
Cегодня мы разберем, что представляют собой MDS-модули и для решения каких задач их целесообразно применять. Подробное рассмотрение номенклатуры MDS-модулей и обзор конкретных моделей мы проведем в отдельных видео.
Что такое MDS-модули?
Что же такое MDS-модули? Сама аббревиатура MDS дает подсказку. MDS - это "Modules for Distributed System", то есть модули для распределенных систем. Такие модули еще называют "модули удаленного ввода-вывода". Данные модули предназначены для работы в составе распределенных систем сбора данных и автоматического управления объектами.
Архитектура системы
"Рассмотрим первые три уровня таких систем.
1. Первый уровень - измерительные датчики различных параметров (температура, давление, расход, уровень и т.п.), исполнительные механизмы (запорные и регулирующие клапаны, двигатели, тиристорные регуляторы мощности, сигнализаторы, индикаторы и т.п)
2. Во втором уровне находятся устройства ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов
3. Третий уровень - уровень управления. На нем находятся программируемые контроллеры, промышленные компьютеры. На этом уровне решается задача регистрации (а возможно , и архивирование) данных, их обработка, реализация алгоритмов управления, формирование управляющих воздействий обратно в систему. На этом же уровне может выполняться подготовка и передача данных на верхний уровень, если он существует в системе.
Как видно из этой схемы, рассматриваемые здесь модули ввода-вывода располагаются на втором уровне. Их основная задача состоит в том, чтобы получить данные с первого уровня и качественно их передать на третий уровень, а также обеспечить обратный поток сигналов от управляющих устройств к исполнительным. Конечно, они должны решать и задачу физического согласования сигналов.
Можно выделить два основных подхода к реализации модулей ввода-вывода:
Первый - сосредоточенный, когда модули конструктивно встраиваются в управляющее устройство. Как правило, в этом случае для обмена данными между модулями и управляющим устройством используется достаточно производительные высокоскоростные шина и интерфейс. Вероятность нарушения информационного обмена минимальна.
В нашем случае используется второй подход. Модули физически отделены от управляющего устройства, связь с ним осуществляется по интерфейсу RS-485. Основной смысл и достоинство такого подхода - возможность расположения модулей максимально близко к первичному уровню (то есть к датчикам и исполнительным устройствам) и возможность большого пространственного разнесения модулей от управляющего устройства.
Эти два обстоятельства сразу дают ответ, для каких объектов и каких задач применение распределенной архитектуры, а значит и MDS-модулей наиболее целесообразно. Критерия фактически два: большая пространственная распределенность объекта и умеренный объем и скорость передачи данных между первым и третьим урвонями в обоих направлениях.
Где могут применяться MDS-модули?
Приведем несколько примеров возможных объектов и задач.
ЖКХ. Организация поквартирного учета потребляемых ресурсов. МDS-модули располагаются на лестничных клетках, данные со всего дома собираются процессорным модулем и далее централизованно отправляются на сервер, где собираются данные со всего района или города.
Стекольная промышленность. Стекловаренная печь имеет внушительные размеры и занимает большую площадь. Решение: управляющее устройство располагается в операторской, а непосредственно рядом с печью располагаются стойки с MDS-модулями.
Стройиндустрия. Производство технологических бетонных смесей и товарного бетона. Ввиду большой протяженности технологического объекта первичные датчики оказываются удалены от управляющего устройства на расстояние до 1000 м. Решение: на территории технологического объекта расположены стойки с MDS-модулями, а управляющее устройство размещается в операторском помещении.
Тепличное хозяйство. Теплицы имеют большую протяженность, поэтому управляющее устройство вместе с устройством визуализации целесообразно расположить в операторской, а MDS-модули размещать в блоках теплицы ближе к датчикам и исполнительным устройствам.
Складские хозяйства. Во многих случаях условия складского хранения требуют контроля и поддержания определенных параметров микроклимата. Здесь также применение MDS-модулей будет оптимальным.
Похожие на задачи и решения можно встретить во многих других отраслях промышленности и агропромышленного комплекса.
Функции MDS-модулей
Учитывая промежуточное положение MDS-модулей в архитектуре системы они должны обеспечивать решение следующих функций:
1. Обеспечивать прием и измерение сигналов от первичных датчиков , а также передачу управляющих сигналов к исполнительным устрйоствам.
2. Обеспечивать устойчивую связь с удаленным управляющим устройством в цифровой форме
3. Обеспечивать гальваническую развязку всех значимых цепей
4. Выполнять различные дополнительные функции по обработке входных сигналов и по формированию выходных сигналов
Кондиционирование сигналов
Рассмотрим первую функцию - ввод аналоговых и дискретных сигналов.
В качестве источников входных аналоговых сигналов для MDS-модулей могут выступать – термопары, термосопротивления, потенциометры, датчики с унифицированными выходными сигналами и т.п.
В качестве источников входных дискретных сигналов - датчики положения, приближения, энкодеры, кнопки, контакты реле и пускателей.
Модули серии MDS берут на себя функцию кондиционирования сигналов. Кондиционирование сигналов означает аппаратную и программную реализацию метода регистрации и измерения данного сигнала, его первичную обработку, отработку аварийных ситуаций (например обрыв датчика), преобразование аналогового сигнала в цифровой вид. При работе с термометрами сопротивления предусмотрены различные схемы подключения: двух-, трех-. четырехпроводные.
Первичная обработка предполагает усиление слабого сигнала, подавление помех частотой 50 Гц нормального и общего вида, линеаризацию номинальной статической характеристики, компенсацию влияния холодного спая для термопар, низкочастотную фильтрацию.
В ряде модулей предусмотрена возможность дополнительного математического преобразования измеренных сигналов.
В качестве источников входных дискретных сигналов могут быть датчики положения, приближения, энкодеры, кнопки, контакты реле и пускателей. Модули могут работать с различными видами сигналов: сухой контакт .транзистор с открытым коллектором, логический сигнал, высоковольные сигналы урвоня 220 В.
Для устраненния эффекта дребезга контактов предусмотрена селекция сигналов по длительности.
Передача сигналов в цифровой форме на большие расстояния
Подключаемые на входы модулей сигналы как правило достаточно слабы и их сложно передавать в исходном виде на большие расстояние. Сказывается влияние электромагнитных помех, соединительных проводов. Поэтому в модулях серии MDS входные сигналы сразу преобразуются в цифровую форму и уже в этом виде передаются далее по линии связи. Такой подход позволяет передавать измеренные сигналы с высоким качеством и сохранением метрологических характтеристик. Кроме того, поскольку модули проводят первичную обработку сигналов, снижается вычислительная нагрузка на управляющее устройство.
Универсальность управляющего устройства
Одной из ключевых особенностей модулей серии MDS является то, что сущетвует большая свобода выбора управляющего устройства в распределенной системе, построенной из таких модулей. В качестве него можно использовать любой программируемый логический контроллер либо персональный компьютер. Единственное требование - ему необходимо обеспечить поддержку интерфейса RS-485 по протоколу ModBus RTU.
Интерфейс RS-485
Интерфейс RS-485 - широко распространенный высокоскоростной и помехоустойчивый промышленный последовательный интерфейс передачи данных. Практически все современные компьютеры в промышленном исполнении и программируемые логические контроллеры имеют интерфейс RS-485.
Если непосредственно интерфейс RS-485 отсутствует, то можно использовать преобразователи интерфейсов RS-232 или USB в RS-485, в том числе и выпускаемые фирмой КонтрАвт.
В модулях MDS интерфейса RS-485 обеспечивает передачу данных со скоростью до 115,2 Кбод. При использовании экранированной витой пары реально установить связь с модулями на расстояниях до 1000 м даже в промышленных условиях при наличии сильных электромагнитных помех.
Протоколы сетевого обмена
Для реализации информационного обмена по интерфейсу RS-485 модули серии MDS поддерживают протокол Modbus RTU. Некоторые виды модулей поддерживают протоколы DCON и RNET. Это позволяет использовать MDS модули в одной сети с модулями ввода вывода серии ADAM фирмы Advantech и модули фирмы ICP DAS с применением протокола DCON , а также с регуляторами серии МЕТАКОН фирмы КонтрАвт с применением протокола RNet.
Гальваническая развязка
Во всех модулях серии MDS присутствуют как минимум четыре гальванически развязанные друг от друга части. Это цепи питания, входы, выходы и интерфейс RS-485.
В ряде модулей дополнительно присутствует индивидуальная поканальная гальваническая развязка входов или выходов.
Подчеркнем, что в модулях серии MDS ВСЕГДА присутствует гальваническая развязка интерфейса RS-485. Это крайне важно для устойчивой работы распределенной системы.
Дополнительные функции модулей
Модули серии MDS способны реализовывать ряд дополнительных функций. Перечислим наиболее важные из них.
Функции счетчиков импульсов и тахометров при работе с дискретными сигналами.
Функция регистрации коротких импульсов в интервале времени период между опросами.
Функции формирования непрерывных или одиночных ШИМ сигналов на дискретном выходе
Функция «системного» сторожевого таймера (watchdog). Позволяет контролировать интервалы времени между «запросами» по сети и остлеживать потерю связи по интерфейсу RS-485.
Функция моточасов. Позволяет определить время наработки MDS модуля в сутках.
Функции компараторов (сигнализации), нормирующих преобразователей, ПИД-регуляторов .
Итак, мы рассмотрели MDS-модули и обсудили их ключевые особенности. В следующем видео мы рассмотрим номенклатуру модулей серии MDS, производимых научно-производственной фирмой КонтрАвт.
Авторизация
