litceysel.ru
добавить свой файл
  1 2 3 4

2 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Дипломная работа “Контроллер для распределенных информационно-управляющих систем ” была выполнена в рамках реализуемого на практике проекта по модернизации эксплуатирующейся распределенной информационно-управляющей системы ПоТок-С для филиала ПТС (Петербургские Телефонные Сети) ОАО “Северо-Западный Телеком”.

Фактически, выполненная работа касалась всех уровней системы, так как

проект предусматривал:


  • модернизацию аппаратной части контроллера нижнего уровня;

  • обновление существующего ПО нижнего уровня;

  • обновление существующего ПО верхнего уровня;

  • проведение необходимых экспериментов по апробации предлагаемых решений ;

  • выполнение монтажно и пуско-наладочных работ.


Для лучшего понимания сути проекта и задач, решаемых в рамках дипломной работы, ниже приведено описание проблематики (система ПоТок-С и контроллер ASK-Lab).

2.1 Описание современного состояния системы ПоТок-С

В 2005 г. в OAO ПТС [3],[4] запущена в опытно-промышленную эксплуатацию распределенная информационно-управляющая система (РИУС) ПоТок-С, предназначенная для мониторинга режимов теплоснабжения, коммерческого учета потребления тепла сооружениями этой организации, а также обеспечения ряда функций по дистанционному управлению режимами теплоснабжения объектов. Структура системы представлена на рисунке 2.1.

Верхний уровень системы представлен ДПС, в котором организовано несколько рабочих мест: АРМы диспетчера, администратора, коммерческого учета и инженера. АРМы объединены в ЛВС.

Н
ижний уровень системы образуют более 100 зданий АТС, расположеных в разных районах города СПб. Эти здания отапливаются с использованием городских ТЭЦ и оборудованы средствами учета и регулировки подачи горячей воды в отопительную систему АТС.

Коммуникационная составляющая системы организована посредством модемной связи с использованием телефонных линий общего пользования. При этом каждой станции выделена только одна телефонная линия.


В настоящее время объекты ПТС можно разделить на две группы по признаку наличия автономного контура регулирования тепловым режимом станции: ПТС-1 и ПТС-2 (рисунок 2.2).





Узлы учета ПТС-1 оборудованы только теплосчетчиками (рисунок 2.3), позволяющими дистанционно считывать параметры системы теплоснабжения, как-то:


  • температура и давление воды;

  • объемный либо массовый расход воды;

  • перенесенная тепловая энергия в подающем и обратном трубопроводе (на входе и выходе системы отопления АТС).

Данные с теплосчетчиков снимаются в ручном или автоматическом режиме (по расписанию) и используются для выявления нештатных ситуаций, например нарушение температурного режима АТС, нарушение договорных показателей отопления, прорыв трубопровода и т.д.

Узлы учета ПТС-2 кроме теплосчетчика оборудованы контроллером ECL Comfort 300 (рисунок 2.4), который в соответствии с заданными параметрами осуществляет автономное регулирование тепловым режимом станции.








Функции управления в подсистеме ПТС-2 реализованы на базе специализированного контроллера ASK-Lab, разработанного в СКБ Государственного Университета Аэрокосмического Приборостроения. Внешний вид контроллера в подвале ПТС представлен на рис. 2.5.




Рисунок 2.5 – Контроллер ASK-Lab в подвале ПТС

Узлы теплоснабжения, входящие в подсистему ПТС-2 снабжены автоматизированными задвижками (рисунок 2.6), управление которыми может осуществляться как теплорегулятором ECL COMFORT-300 в автономном режиме, так и в режиме ручного управления с АРМ инженера.


Одной из главных функций контроллера ASK-Lab является обеспечение возможности принятия экстренных мер в случае возникновения аварийных ситуаций в отопительной системе АТС. Исполнительными устройствами, подключенными к контроллеру, являются два электропривода и клапан слива воды. Так, в случае аварии в режиме ручного управления с АРМ инженера подсистемы ПТС-2 можно дистанционно перекрыть воду в трубах, открыть клапан для слива воды и таким образом предотвратить порчу дорогостоящего оборудования.





2.2 Модернизация подсистемы ПТС-2


В таком виде (подраздел 2.1) система эксплуатировалась до сентября 2007 года. На основании накопленного опыта у Заказчика появились требования к усовершенствованию РИУС ПоТок-С.

В рамках дипломного проекта решались поставленные Заказчиком задачи по модернизации подсистемы ПТС-2, а именно:


  1. Принудительное выключение электромоторов по истечении тайм-аута;

  2. Обеспечение контроля положения задвижек;

  3. Повышение надежности каналообразующей аппаратуры.

Модернизация ПТС-2 потребовала изменений на нескольких уровнях системы:

  1. Аппаратное обеспечение контроллера ASK-Lab;

  2. Программное обеспечение контроллера ASK-Lab;

  3. Программное обеспечение АРМ инженера.


Работы по модернизации подсистемы ПТС-2 велись в межотопительный сезон 2007 года и составляют суть дипломного проекта.


3 Описание контроллера
ask-lab

3.1 Назначение и основные функции контроллера ask
-lab

Контроллер ask
-lab разработан в СКБ ГУАП и предназначен для работы в составе системы удаленного сбора данных с бытовых и промышленных счетчиков учета электрической энергии, воды, газа и т.д., а так же для удаленного управления электрическими устройствами (до 8-ми), например электродвигателями, освещением и т.д. Контроллер так же имеет дополнительные аналоговые и цифровые входы, позволяющие получать данные с датчиков температуры, давления и т.д.


Применительно к проекту ПТС, контроллер ASK-Lab предназначен для построения системы удаленного сбора данных с теплосчетчиков различного типа, удаленного управления регулятором температуры ECL Comfort 300, двумя задвижками и сливным клапаном. Так же контроллер позволяет осуществлять управление 3-мя дополнительно подключенными силовыми устройствами.

Основные функции контроллера:

• возможность обращения к 3-м устройствам по одной линии связи (контроллер ASK-Lab, теплосчетчик и контроллер ECL Comfort 300);

• настройка параметров контроллера;

• энергонезависимое хранение параметров;

• использование алгоритма ГОСТ 28147-89 для кодирования-декодирования данных;

• считывание данных (параметров) с теплосчетчиков и контроллера ECL Comfort 300;

• изменения параметров контроллера ECL Comfort 300;

• управление силовыми устройствами (до 8-и);

• протоколирование событий.

3.2 Технические характеристики контроллера

Технические характеристики контроллера приведены в таблице 3.1.


Таблица 3.1.

Технические характеристики контроллера ASK Lab

• Напряжение питания.............................................5В

• Потребляемый ток.................................................400мА

• Внешние интерфейсы..........................................RS232 (3 канала с оптической развязкой)

• Аналоговые входы.................................................5

• Кол-во выходов с силовыми реле.……….……..8

• Номинальное напряжение силовых реле………12-220В

• Номинальный ток силовых реле………………..1.5А

• Пиковый ток силовых реле……………………...10А (1 полупериод)

• Входной диапазон АЦП.........................................0..+5В

• Разрядность АЦП....................................................8/10 бит


• Рабочая частота процессоров................................9,216 МГц

• Клавиатура ……………………………………….8 кн.

• ЖКИ……………………………………………….символьный 2х16

• Встроенные часы с календарем

• Габаритные размеры…………………………….215х180х70мм


3.3 Аппаратное обеспечение контроллера

Конструктивно контроллер ASK-Lab состоит из двух частей: панель управления и коммуникационная панель, которые соединены между собой проводами. Такое конструктивное решение позволяет производит модификацию низкоуровневого программного обеспечения без демонтажа всего контроллера. На рисунке 3.1 приведен внешний вид контроллера, а в таблице 3.2. описан перечень основных элементов контроллера




Таблица 3.2.

Состав контроллера (основные элементы)

• Микропроцессор PIC18F458-I/PT...........................4

• Часы с календарем DS1307......................................1

• Корпус........................................................................1

• ЖК-индикатор LCD SC160FSLB-XH-HS...............1

• Твердотельные реле ASO241...................................8

• Клавиатура……………………….............................1

• Разъемы для подключения силовых устройств......8

• разъемы DB-9............................................................3

• разъем питания..........................................................1

• БП AC-DC ~220/ = 5V 1.5A......................................1

• Комплект соединительных проводов......................1

3.3.1 Панель управления контроллера

Панель управления обеспечивает всю логику работы контроллера и интерфейс с пользователем. Панель управления состоит следующих компонентов:

• Схема управления

• ЖК-индикатор


• Клавиатура

• Крышка корпуса

Схема управления, ЖК-индикатор и клавиатура конструктивно расположены на одной плате (далее плата управления). Внешний вид платы управления представлен на рисунке 3.2 и рисунке 3.3.






Разъемы для подключения коммуникационной панели (периферийные устройства)

Разъем для подключения коммуникационной панели (силовые устройства и питание)

Разъем для программирования ALTERA

Разъем для программирования PIC_Danf

Разъем для программирования PIC_Master

Разъем для программирования PIC_SPT



Структурная схема контроллера ASK Lab приведена на рис. 3.4.




В полной конфигурации управляющая часть контроллера ASK-Lab содержит 4 микроконтроллера PIC18F458. Использование этого типа микроконтроллеров обеспечивает поддержку широкого спектра интерфейсов, используемых в промышленности, так как они реализованы на аппаратном уровне.

На микроконтроллерах построена одномастерная внутриплатная сеть на базе интерфейса I2С. Мастером сети является микроконтроллер, обозначенный на рисунке 3.4 буквой М. Все остальные устройства в сети работают по отношению к мастеру одинаково как периферия. На этой же шине весит RTC с автономным питанием от литиевой батареи.


Тактирование контроллера и сброс обеспечивает PLD. На контроллере имеется схема контроля питания (supervisor) которая в случае провалов по питанию обеспечивает перезапуск всего контроллера. Для обеспечения пользовательского интерфейса на контроллере установлена клавиатура и двух строчный ЖК-индикатор.

Контроллер имеет набор стандартных аппаратно реализованных коммуникационных интерфейсов с оптической развязкой. Кроме того, контроллер имеет внешний разъем, на который выведены порты с периферийных микроконтроллеров и с PLD. Наличие PLD на управляющей плате обеспечивает наращивание аппаратных возможностей контроллера за счет соответствующей модификации “прошивки”.

Для целей данного проекта оказалось возможным использование усеченного варианта, реализованного на трех микроконтроллерах, что несколько снизило цену аппаратной составляющей подсистемы:

• PIC_Master – является мастером сети, отвечает за коммуникацию с ПК (через модем, или без него) и др. функции контроллера;

• PIC_SPT – является подчиненным (slave) устройством сети, отвечает за коммуникацию с теплосчетчиком и управление силовыми устройствами;

• PIC_Danf - является подчиненным (slave) устройством сети, отвечает за коммуникацию с терморегулятором ECL Comfort 300.


3.3.2 Коммуникационная панель

Коммуникационная панель контроллера ASK-Lab служит для подключения силовых и периферийных устройств. Блок питания также подключается через разъем на коммуникационной панели. Коммуникационная панель состоит из следующих компонентов:

• Разъемы для подключения силовых устройств

• Разъемы для подключения периферийных устройств

• Разъемы для соединения с панелью управления

• Разъем питания

• Твердотельные реле

• Корпус

На рисунке 3.5 представлено расположение разъемов, доступных для пользователя. На рисунке 3.6 представлено расположение разъемов для соединения коммуникационной платы с платой управления.







Разъем для подключения панели управления (силовые устройства и питание)

Разъемы для подключения панели управления (периферийные устройства)



3.4 Программное обеспечение контроллера

Программное обеспечение контроллера ASK-Lab было разработано на основе мОСРВ A3 [13].

Ядро мОСРВ, драйвера и библиотеки являются неизменной частью каждой системы. Для удобства проектирования систем под мОСРВ A3 используется специальное инструментальное программное обеспечение Конструктор А3. Структура ПО контроллера ASK-Lab представлена на рисунке 3.7.



Системное ПО

Ядро мОСРВ

Ядро мОСРВ A3

Драйвера устройств

I2C

LCD

USART (RS 232)



Прикладное ПО

Высокий приоритет прерываний

Прерывание 1


Прерывание K


Фоновые задачи

Задача 1



Задача N


<< предыдущая страница   следующая страница >>