Разработка АСУТП развальцовки труб в трубных решетках теплообменных аппаратов на базе комплектных микроконтроллеров

       Высокие  эксплуатационные характеристики контроллеров обеспечиваются оригинальной архитектурой, использованием электронных элементов ведущих зарубежных фирм, применением новейших технологий при изготовлении печатных плат и монтаже модулей.

      Контроллеры серии ЭК-2000 в зависимости  от конфигурации могут быть отнесены к контроллерам как малого (до 64 входов-выходов), и среднего (до 320 входов-выходов) класса. При объединении нескольких контроллеров в локальную сеть число входов-выходов увеличивается до 1280.

      Конструктивно  контроллеры ЭК-2000 состоят из вычислительного и кроссового блоков, соединенных между собой кабелем .

      Широкий набор модулей связи с объектом позволяет создавать системы упрявления различной конфигурации и степени сложности.

      В состав контроллера входят  следующие модули:

-   центральный модуль CPU-01А (процессор 180С188ЕВ (16 МГц),

-   системное ПЗУ  (32 Кбайт), пользовательское ПЗУ (32 Кбайт),

- энергозависимое ОЗУ  (32/64 Кбайт), энергозависимый таймер/календарь,                                                           один последовательный интерфейс RS-232 или RS-485, один последовательный             гальванически развязанный интерфейс RS-232 или (токовая петля 20 мА);     -    модуль ввода дискретных сигналов постоянного тока DI-01A (U_{BX ,НОM} -24 В, число каналов N - 32);

- модуль вывода дискретных сигналов  постоянного тока DO-01A (U_BblХ,_НОМ -24 В, 1 - 2 А, N - 32, открытый сток, электронная защита от короткого замыкания выхода, активная и индуктивная нагрузка);

-   модуль ввода-вывода  сигналов постоянного тока DIO-01A (U,_НOM - 24 В,

I_Н.МАКС – 2А, N_ВХ. – 16, N_ВЫХ – 16);

- модуль вывода дискретных сигналов  переменного тока DO-01A 
(~U_BblХ,НОМ - 110 В, I_|НОМ -2 А, N - 8);

• модуль ввода аналоговых сигналов AI-01А (диапазоны: 0... 10В; 0...5В; 0...2,5В;-10... + 10 В;-5...+5 В;-2,5...+2,5 В;-1,25... + 1,25 В; 12разр., N - 16);

-   модуль  ввода аналоговых сигналов AI-01В (диапазоны: 0...+1В; 0...+0,5В; 0...+250 мВ; -1...+1 В; -0,5...+0,5 В; -250...+250 мВ; -125... + 125 мВ; 12разр., N- 16);

- модуль ввода аналоговых  сигналов AI-01C (диапазоны:0...+20мА; 
0...+10мА;0...+5мА;-20...+20мА;-10...+10мА;-5...+5мА;-2,5...+2,5мА; 12 разр., N- 16);

-   модуль ввода  сигналов с термометров сопротивлений AI-02A (12 разр., N - 16, четырехпроводное подключение датчиков типа ТСМ, ТСП);

-модуль ввода с  термопар AI-02B (12 разр., N - 16, внешняя термокомпенсация);

-модуль вывода  аналоговых сигналов АО-01 А (диапазоны: -10...+ 10 В; 0... + 10 В; -5U...+5 В, 12 разр., N-4);

-    модуль  вывода аналоговых сигналов АО-02А  (диапазоны: 0...5 мА; 0...20мА, 12разр., N-4);

-    модуль быстрых  счетчиков QC-01 (500 кГц, 16 разр., N - 8);

-    модуль реверсивных  счетчиков QC-02 (500 кГц, 16 разр., N - 2); ^s

-  модуль  управления монохромным видеотерминалом V-01 (64 символа, 25 строк, алфавитно-цифровая информация и псевдографика, видеовыход);

-   модуль  связи с принтером Р-01 (Centronics);

-    сетевой  модуль низкого быстродействия  С-01 (2400 бит/с, 10 км, токовая петля 20 мА);

-    сетевой  модуль среднего быстродействия  С-02 (1 Мбит/с до 100 м, 64 Кбит/с до 500м . RS-485);

• блок питания PU-01A (U_BX - 220 В, U_вых1, - 5 В, U_вых2 - ±15 В, I_вых1 –4A, I_вых2 –0,4);
• блок питания PU-01B (U_BX - 24 В, U_вых1, - 5 В, I_вых1 –4A);
• блок питания PU-02A (U_BX - 220 В, U_вых1, - 5 В, U_вых2 - ±15 В, I_вых1 – 4A, I_вых2 –0,4);
• блок питания PU-02B (U_BX - 24 В, U_вых1, - 5 В, I_вых1 –4A);

     Все  модули  связи  с   объектом   имеют  гальваническую  развязку   между входными и выходными цепями и системным питанием.

 

       2.3 Технические характеристики микроконтроллера DEP-системы

       Система автомвтизации на базе DEP-обородувания имеет распределенную модульную архитектуру. Функции консоли выполняет IBM PC, которая служит для сбораи отображения технологических данных, управления состояниемобъекта и протоколирования его работы.

       Измерительно-управляющие контроллеры являются локальными устройствами связи с объектом (ЛУСО) и осуществляют сбор, первичную обработку, передачу информации по сети и выдачу управляющих воздействий. Они устанавливаются в непосредственной близости от датчиков и исполнительных механизмов. ЛУСО имеют интерфейс для подключения в локальную технологическую сеть (ЛТС).

       Каналообразующая аппаратура объединяет  консоль и все ЛУСО в единую технологическую сеть. Архитектура системы может иметь смешанную топологиюи строится с применением различных контроллеров связи (КС): расширителей, модемных и радио контроллеров.

Состав аппаратно технических  средств DEP-оборудования:

-   измерительно-управляющие  контроллеры серий DEP-SL и DEP-TL;

-  контроллеры связи  серий DEP-SR и DEP-RL: контроллеры для связи по телефонным линиям, радиоканалу, расширитель ЛТС;

-   дополнительное  оборудование: блоки питания, сетевые  адаптеры для включения консоли в ЛТС и источники тока ЛТС;

• стенды для диагностики состояния контроллеров DEP-SL и TL. Программно-информационное обеспечение включает:
• DOC-документы по использованию DEP-оборудования

-   DEP-DEMO - графическая демонстрационная программа системы < 5ора, отображения информации и ручного управления на базе DEP-контроллеров. Обеспечивает автоматическую настройку на конфигурацию системы, диагностику состояния всех контроллеров, ведение и просмотр архива событий, удобный графический интерфейс для оператора. Поддерживает работу в режиме имитации без реальной связи с DEP-оборудованием. -    LUSODRV

• LUSODRV - системное программное обеспечение: программа

 CONFIG и драйвер контроллера – LUSODRV

Драйвер LUSODRV- многозадачная оболочка, обеспечивающая в режиме реального времени информационно-командный    обмен    со    всеми    контроллерами   по заданным в конфигурации параметрам. Используя функции драйвера,можно 

самостоятельно  создавать программы обработки  поступающей 
информации и управления системой на любом языке программирования. 
Данное    системное    обеспечение    используется    во    всех    системах, 
работающих на базе DEP-оборудования.

-  DR-DEMO - программа проверки работоспособности контроллеров. Обеспечивает сбор, отображение информации и ручное управление.

-  MIK&SYS - интегрированная оболочка для создания прикладных программных комплексов на одном или нескольких ПК, объединенных в локальную сеть. Включает в себя как исполнительную систему с развитыми графическими возможностями, так и инструментальную для     разработки     собственных     программных     продуктов     силами пользователей.

 

Специализированные  АРМы.

	Параметры	DEP-SL/DA	DEP-SL/DC	DEP-SL/FC	DEP-SL/TC	DEP-SL/UC
1	Потребляемая мощность, не более. Вт	5	5	5	5	5
2	Напряжения питания, В	-23…29	-23…29	-23…29	-23…29	-23…29
3	Скорость передячи в ЛТС, бод	300-38400	300-38400	300-38400	300-38400	300-38400
4	Аналоговый вход Тчность во всех измерениях Режим тока        Диапозоны измерения, мА        Входное сопротивления, Ом Режим напряжения         Диапазон измерения, мА         Входное сопротивления, кОм	6   ±25°% 0-5,0-20,4-20 не более  130 0-5,0-10 не менее 40			8    ±25°%	6   ±25°% 0-5,0-20,4-20 не более  130 0-5,0-10 не менее 40
5	Аналоговый вход Тчность во всех измерениях Режим тока        Диапозоны измерения, мА        Максимальное  напряжение, В Режим напряжения         Диапазон измерения, В         Максималный  выходной ток, мА					2    ±5°%   0-5,0-20       10 0-5,0-10        5
6	Дискретный вход Характеристики        Состояние ”  1” не более, В        Состояние   ’’0’’ не мение,В        Макс.значение  входа, В	16                                                                                                                                               1.5        15        30	32                                                                                                                                              1.5        15        30	16                                                                                                                                                  1.5        15        30	16                                                                                                                                                  1.5        15        30	16                                                                                                                                                  1.5        15        30
7	Дискретный выход Минимальная длительность импульсов мсек Изолированный кльч с характеристиками:       Состаяние ’’выкл’’         Максимальное напряжение, В       Ток утечки, мкА Состояние’’вкл’’        Коммутируемый  ток, мА         Падение на  ключе,не более, В	8       20     разомкнуто       30      100     3-250	16        20     разомкнуто       30      100       3-250	8       20     разомкнуто        30      100      3-250	8        20     разомкнуто        30      100     3-250	8       20     разомкнуто         30        100           3-250
8	Счетно- импульсный вход Максимальная входная частота, кГц Максимальное значения счетчика до переполнения.         Состояние1  ток не более,мА         Состояние  0 ток не более,мА    Активный режим:          ЭДС источника напряжения.          Не мение,В          Внутренниее  сопротивление,Ом          Диапозоны  езмерения,мА          Входное сопротивление не  более,Ом          Пассивный  режим:          Макс.значение  входного тока			8        20 1.073.741.82                                   1        10            10       470 0-5,4-20,0-20, 130   20

 

  

2.4 Техническая характеристика  микроЭВМ К1810

 

      Центральный  процессор (ЦП) К1810ВМ86 комплекта  имеет разрядность данных 16 бит, разрядность адреса 20 бит и тактовую частоту до 5 МГц. Его производительность примерно на порядок превышает производительность разработанного ранее 8-битового МП К580ВМ80. Дополнительное увеличение вычислительной мощности микропроцессорных систем (МПС), построенных на основе БИС серии К1810, достигается благодаря использованию специализированных процессоров: арифметического сопроцессора К1810ВМ87 и процессора ввода – вывода К1810ВМ89. Арифметический сопроцессор с высокими точностью и быстродействием выполняет разнообразные операции над числами с фиксированной и плавающей запятой. Процессор ввода – вывода эффективно осуществляет пересылку данных между внешними устройствами и памятью системы и производит при этом необходимые преобразования информации, освобождая тем самым ЦП для работы по основной программе.

Наличие большого числа  схем различной степени интеграции в МПК серии К1810 упрощает разработку МПС и делает их компактными и экономичными. Существенное значение имеет возможность использования совместимых с МПК серии К1810 программируемых БИС серии К580, число типов которых постоянно растет. На основе МПК К1810 выпускаются различные типы вычислительных средств, включая одноплатные управляющие микроЭВМ и микроконтроллеры, универсальные микроЭВМ, персональные ЭВМ и высокопроизводительные микропроцессорные системы, например ПЭВМ ЕС1840, «Нейрон И9.66», «Искра 1030.11», «АГАТ-П».

 

Состав МПК серии  К1810

 

Тип БИС

Назначение

К1810ВМ86 К1810ВМ88 К1810ВМ87 К1810ВМ89 К1810ГФ84 К1810ВГ88 К1810ВБ89 К1810ВТ02 К1810ВТ03 К1810ВИ54 К1810ВТ37   К1810ВН59 К1810ИР82/83 К1810ВА86/87

Центральный процессор Центральный процессор  с 8-битовой внешней памятью Арифметический сопроцессор Специализированный процессор  ввода – вывода Генератор тактовых сигналов Системный контроллер Арбитр системной шины Контроль динамической память (16К) Контроль динамической память (64К) Интервальный таймер Усовершенствованный контроллер прямого доступа к памяти Программируемый контроллер прерываний Регистр – защелка Шинный формирователь

 

Основные электрические  параметры БИС по постоянному току

 

Параметр	Значение (min/max)
Напряжение питания, В Входное напряжение низкого  уровня, В Входное напряжение высокого уровня, В Выходное напряжение низкого уровня, В Выходное напряжение высокого уровня, В Выходной ток высокого уровня, мА Выходной ток низкого  уровня, мА Ток утечки на входах или  на входах/выходах, мкА Емкость входа или  входа/выхода, пФ Емкость нагрузки, пФ	4,75/5,25 -/0,8 -/0,2 -/0,45 2,4/- -/-0,4 -/2,0 -/ ±10 -/10 -/100

 

       Нагрузочная  способность каждого входа БИС относительно невелика и соответствует одному входу микросхемы, выполненной по стандартной ТТЛ - технологии. Поэтому практически всегда выходные сигналы БИС необходимо буферизировать с помощью внешних схем, обеспечивающих требуемую нагрузочную способность.

       Предельно  допустимые условия эксплуатации  МПК БИС: температура окружающей  среды 0…70⁰С; напряжение на любом выводе относительно корпуса – 1,0…+7 В.

Центральный процессор  К1810ВМ86 осуществляет общую обработку данных и управление блоками системы в соответствии с заданной программой. Характерной особенностью МП К1810ВМ86 является возможность частичной реконфигурации аппаратной части для обеспечения работы в двух режимах – минимальном и максимальном.

       В минимальном режиме МП формирует все сигналы для управления внутрисистемным интерфейсом МПС и используется для построения однопроцессорных контроллеров и микроЭВМ.

В максимальном режиме МП используется для построения многопроцессорных систем (МПС), в которых сигналы управления шиной вырабатываются системным контроллером К1810ВГ88 на основании кода, сформированного МП.

       Микросхема  К1810ВМ86 представляет собой однокристальный 16-битовый МП, выполненный по высококачественной n-МОП-технологии. Кристалл микросхемы с геометрическими размерами 5,5х5,5 мм содержит около 29000 транзисторов и потребляет 1,7 Вт от источника питания +5 В. Схема выпускается в 40-выводном корпусе. Синхронизируется однофазными импульсами с частотой повторения 25 МГц от внешнего тактового генератора. Основные операции обработки данных (сложение, вычитание, логические действия) типа регистр – регистр выполняются за три такта. С максимальной быстротой (за два такта) выполняются регистровые пересылки, а также некоторые однооперандные команды. Микропроцессор К1810ВМ86 содержит 14 16-битовых внутренних регистров и образует 16-битовую шину данных для связи с внешней памятью и портами ввода – вывода.