Аппаратура нижнего уровня

Аппаратура нижнего уровня обеспечивает сбор, первичную обработку и контроль достоверности принимаемой информации и выполнена в виде контроллерных станций. Оборудование имеет модульную структуру, что обеспечивает простоту обслуживания и не требует конструктивных изменений или дополнительных регулировок при замене.

Содержание

• Контроллерные станции
• Устройства сопряжения с объектом (УСО)
• Выносные УСО
• Система единого времени (СЕВ)
• Промышленный контроллер (ПрК)
• Одноплатный промышленный контроллер CPC150
• Плата интерфейса пользователя (ИП)
• Плата генератора сигналов времени (ГСВ)/адаптера синхронизации (АС)
• Модуль аналогового ввода МАВ
• Модуль дискретного ввода МДВ
• Модуль дискретного управления МДУ

Контроллерные станции

Аппаратура контроллерных станций размещается в шкафах (фирмы Schroff, конструкция – «Евромеханика»). В каждом шкафу устанавливается до 6 крейтов (этажей). На рисунке показан шкаф, содержащий 6 крейтов, и кроссшкаф, а также вариант размещения функциональных блоков и клеммных соединителей в одном шкафу.

Каждый шкаф содержит в своем составе два промышленных контроллера - основной и резервный, которые имеют возможность обмена информацией с контроллерами других стоек и с аппаратурой верхнего уровня по сетевой магистрали типа Ethernet, а через соответствующие устройства сопряжения с объектом (УСО) подключаются к оборудованию станции.

Устройства сопряжения с объектом (УСО)

Модули УСО обеспечивают прием и коммутацию следующих сигналов:

• напряжений и токов ±5мА; ±20мА; ±1В; ±5В;
• сигналы от датчиков термометров сопротивлений типов: 50П, 100П, 50М и 100М;
• сигналы от датчиков термопар типов ХА, ХК.
• входные дискретные сигналы @ 24В или @ 48В;
• входные дискретные сигналы типа “сухой контакт” с запиткой контактов от источников питания, устанавливаемых в КС;/
• входные дискретные сигналы @ 220В;
• выходные дискретные сигналы =60В/1,5А; =220В/1,0А; ~280В/1,0А;
• выходные унифицированные токовые сигналы (0...5мА, 4...20мА);
• прием, обработка, осциллографирование сигналов переменного тока (50Гц , 5А, 100В, 40- кратная перегрузка по току) в нормальном и аварийном режимах.

Использование интеллектуальных УСО в отличие от систем, в которых все функции опроса в стойке возлагаются на один единственный центральный контроллер, позволяет:

• разгрузить центральный контроллер от рутинных операций циклического опроса датчиков, фильтрации, предварительной обработки, и передавать в центральный контроллер только существенную информацию;
• сделать любой сигнал инициативным, работающим по прерыванию;
• программировать режимы работы УСО (период опроса, режимы фильтрации и т.п.);
• проводить самодиагностику УСО, включая контроль всех встроенных источников питания что повышает общую надежность системы;
• при использовании системы единого времени (СЕВ) обеспечить синхронный опрос всех входных сигналов в комплексе в единые моменты времени, привязанные к единой секундной метке;
• обеспечить привязку входной информации от датчиков ко времени с точностью не хуже 1 мс;
• проводить автоматическую программную коррекцию метрологических характеристик измерительных каналов с целью устранения уходов точностных характеристик в результате старения элементов.

Блоки УСО ПТК «Космотроника-Венец» обеспечивают напряжение гальванической развязки между входом и выходом 1,5 кВ, гальваническую развязку между каналами не менее 500В.

Выносные УСО

Для связи с удаленными объектами в системе применяются выносные УСО (ВУСО).

Типовая конструкция – навесной шкаф 600х600х220 мм или 800х800х220 мм (высота, ширина, глубина) стандарта «Conceptline» фирмы Schroff со степенью защиты IP65. По заказу могут быть использованы другие типоразмеры.

ВУСО в общем случае может включать в себя следующие составляющие:

• корпус;
• узел ввода-вывода WAGO-I/O-SYSTEM 750;
• источник(и) питания узла ввода-вывода;
• клеммы;
• источники питания датчиков;
• преобразователь среды интерфейса RS485;
• сигнальные внешние кабели из многожильного провода;
• кабельные вводы;
• цифровой внешний кабель;
• кабель питания.

Максимальное количество сигналов 64…480, в зависимости от схемы подключения. Подключение сигнальных проводников производится к клеммам CAGE CLAMP® проводом 0.08...1.5 кв. мм.

Сеть питания переменного тока 87…264В 47…63Гц (по заказу возможно питание от сети с другими параметрами, а также резервированное питание от нескольких сетей или аварийное питание от внутреннего аккумулятора (внутренний ИБП 24В)).

Обмен информацией между выносными УСО и основным комплексом может осуществляться по витой паре или по оптоволоконному каналу по протоколу RS-485. Скорость передачи данных до 115 Кбит/сек.

Система единого времени (СЕВ)

В первом варианте раздача времени осуществляется по магистрали ЛВС. Код текущего времени выдается раз в секунду и одновременно выполняет функцию секундной метки. Получаемая при этом точность привязки информации ко времени составляет не хуже 5 мс.

Для применений, требующих более высокой точности (не хуже 1 мс) временной синхронизации системы, используется аппаратный блок «Генератор сигналов времени» (ГСВ). Блок обеспечивает стыковку и раздачу кода времени по магистрали на основе коаксиального кабеля, витой пары или ВОЛС. В целях повышения надежности возможна установка двух блоков ГСВ в один или разные контроллеры. При этом предусмотрена возможность их взаимной синхронизации. Обычно СЕВ устанавливается в сетевую стойку совместно с сетевым оборудованием.

Как правило, стойки компонуются из комбинации 3-х типов крейтов, выполняющих следующие функции.

Промышленный контроллер (ПрК)

В ПрК нижнего уровня используются новейшая разработка фирмы FASTWEL – промышленный одноплатный контроллер CPC150.

ПрК не требует принудительного охлаждения. Платы, входящие в состав ПрК, устанавливается на коммутационной плате (магистраль ISA), на которой расположено 6 соединителей (слотов). В один соединитель устанавливается плата CPC150, а остальные пять соединителей могут быть использованы для подключения плат расширения, описание которых приводится ниже.

Состав базовой конфигурации ПрК:

• одноплатный промышленный контроллер (CPC150);
• вторичный источник питания (ВИП).

Кроме того, в ПрК устанавливаются платы, которые обеспечивают работу модулей УСО и выполняют следующие функции:

• ГСВ - генератор сигналов времени обеспечивает точность счета времени не хуже ± 3,6*10-8 (уход времени не более 1с за 320 дней). Интерфейс ГСВ устанавливается в один (или в два в дублированном варианте) из контроллеров (ПрК) системы и является источником секундных меток для всего комплекса. В остальные ПрК и компьютеры устанавливаются платы адаптера синхронизации, которые принимает секундные метки от ГСВ. ГСВ позволяет:
  • выдавать секундные синхросигналы в модули УСО внутри шкафа;
  • организовать раздачу секундной метки в другие стойки АСУТП по последовательному гальванически развязанному каналу;
  • подключить внешний корректирующий источник секундных меток времени повышенной точности (например, спутниковый приемник систем GPS или “ГЛОНАС”).
• АС – адаптер синхронизации является упрощенной модификацией ГСВ, обеспечивающей прием сигналов секундных меток от ГСВ и их раздачу в модули УСО.
• ИП – интерфейс пользователя обеспечивает связь промышленного контроллера (ПрК) с модулями УСО, каждый модуль ИП обеспечивает параллельные каналы передачи данных и прерываний для связи ПрК с двумя крейтами УСО.

Одноплатный промышленный контроллер CPС150

Основные характеристики контроллера CPC150:

• процессор AMD GeodeTM LX 800 (500 МГц);
• оперативная память – DDR SDRAM 256 Мбайт;
• FLASH BIOS – 2x512 Кбайт (с резервированием);
• FLASH-диск – 1 Гбайт с файловой структурой;
• Compact Flash – 256 Мбайт;
• видеоадаптер SVGA – до 60 Мбайт из системной памяти;
• 2 контроллера Ethernet 10/100 BaseT;
• порты ввода-вывода: 4хUSB 2,0; 2хRS232; 2xRS422/485; PS/2;
• порт подключения НГМД;
• АС`97 совместимый контроллер звука;
• CMOS+SEPROM – для хранения конфигурации;
• часы реального времени с литиевой батарейкой;
• 2 сторожевых таймера;
• питание - +5В?5%, максимальный ток потребления – 1,3А;
• диапазон рабочих температур от –40 до 85°С;
• среднее время безотказной работы (MTBF) – не менее 150 000 часов.

Плата интерфейса пользователя (ИП)

Плата генератора сигналов времени (ГСВ)/адаптера синхронизации (АС)

С помощью двух плат ГСВ может быть построена дублированная СЕВ. Синхронизация устройств в СЕВ производится путём раздачи ведущей платой ГСВ секундной метки. В зависимости от размещения комплекса может быть реализована шинная или радиальная (с помощью дополнительных разветвителей СЕВ (РСЕВ)) структура передачи секундной метки. Устройства конструктивно выполнены в формате платы микро-РС и могут быть установлены как в крейт микро-РС, так и в любой компьютер с шиной ISA.

Устройства выполняют следующие функции:

• отсчет времени в формате <десятки микросекунд>, <миллисекунды>, <секунды>;
• выдача секундной метки по 5-ти каналам (уровни ТТЛ): 1 канал синхронизации другой платы ГСВ и 4 канала синхронизации для 4 крейтов интеллектуальных УСО, имеющих вход секундной метки;
• прием внешней синхронизации по двум каналам (уровни ТТЛ) от другой платы ГСВ или/и приемника GPS;
• для режима передатчика: выдача секундной метки по одному или двум каналам (уровни RS-485 или ВОЛС);
• для режима приемника: прием внешней синхронизации по любому из двух каналов (уровни RS-485 или ВОЛС);
• программная синхронизация по команде, переданной по шине ISA;
• синхронизация ПрК путем выдачи прерывания (секундной метки) на шину ISA при отсчете очередной секунды;
• выдача прерывания на шину ISA при потере сигналов внешней синхронизации.

Технические характеристики:

• Напряжение питания - 5В±  5% при потребляемом токе:
  • не более 400мА для ГСВ – передатчика (580мА - в течение 4 мин после включения при работе встроенной системы термостабилизации);
  • не более 300мА для ГСВ – приемника;
• нестабильность частоты генератора в диапазоне рабочих температур для:
  • ГСВ – передатчика - не более ± 3, 6•10-8 ;
  • ГСВ – приемника - не более ± 5•10-5;
• Физическая среда передачи - витая пара (уровни RS-485) или оптоволокно.

Модуль аналогового ввода МАВ

С целью повышения надежности модуль имеет дублированную структуру с общей входной частью и два встроенных микропроцессора, обеспечивающих два независимых канала обработки сигнала, и соответственно выход на два ПрК. Применение микропроцессоров позволяет гибко управлять процессом опроса и обработки сигналов и разгрузить управляющие ПрК: микропроцессор осуществляет управление АЦП, фильтрацию и усреднение, обеспечивает для ПрК "прозрачное" чтение значений входных сигналов.

Модуль дискретного ввода МДВ

С целью повышения надежности модуль имеет дублированную структуру с общей входной частью и двумя встроенными микропроцессорами, обеспечивающими два независимых канала обработки сигнала, и соответственно выход на два ПрК. Применение микропроцессоров позволяет гибко управлять процессом опроса и обработки сигналов и разгрузить управляющие ПрК. Микропроцессор осуществляет фильтрацию от "дребезга" контактов, выделение из входных сигналов произвольной группы инициативных сигналов, запрет обработки произвольной группы сигналов, буферизация зарегистрированных изменений состояний входов, просмотр состояния входов через "прозрачные" регистры.

В случаях, не требующих больших скоростей опроса и обработки сигналов, могут быть использованы модификации модулей без плат контроллеров, имеющие меньшую стоимость.

Так же производятся модули для приема 16-ти дискретных сигналов постоянного или переменного тока напряжением 220В. Прием сигналов осуществляется гальванически развязанными группами входов.

С целью повышения надежности модуль имеет дублированную структуру с общей входной частью и выходом на два ПрК. Для снижения рассеиваемой входными цепями мощности, входы опрашиваются с большой скважностью, просмотр состояния входов производится через "прозрачные" регистры.

Модуль дискретного управления МДУ