ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ PLC СЕТИ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат наук Наинг Лин Зо

• Наинг Лин Зо
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Наинг Лин Зо

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА. 1. АНАЛИЗ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПО PLC

1.1. Анализ технологии PLC

1.1.1. Исторический обзор

1.1.2. PLC технологии

1.1.3. Области применения PLC

1.2. Схема организация распределительных электрических сетей

1.3. PLC в распределительных сетях

1.4. Передачи данных по PLC

1.5. Элементы сети PLC

1.6. Архитектура систем PLC

1.7. Система PLC

Выводы по главе

ГЛАВА. 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЕМ МЕТОДАМИ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ PLC КАНАЛА

2.1. Анализ некоторых факторов, влияющих на функцию передачи

2.2. Математическое моделирование передачи данных по PLC сети

2.3. Анализ модема для передачи данных по PLC

2.4. Схема реализации способа передачи/приема данных от компьютера к

линии электропередачи

2.5. Анализ методов физического кодирования

2.6. Методы передачи информации по технологии PLC

2.6.1. Узкополосный и широкополосный доступ

2.6.2. Выбор схемы модуляции для системы PLC

2.7. Моделирование канала передачи данных PLC технологии

Выводы по главе

ГЛАВА. 3. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПО ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ

3.1. Автоматизированная система управления технологическим процессом

3.1.1. Функции автоматизированной системы управления технологическим процессом

3.2. Разработка структуры системы передачи данных по электрической сети в АСУ ТП

3.3. Устройство числового программного управления NC-202

3.4. Разработка алгоритма системы передачи данных в автоматизированной системе управления станками

3.5. Разработка алгоритма работы системы связи по линии электропередачи

3.6. Методы обеспечения достоверности передачи информации в информационно-управляющих PLC сетях предприятий

Выводы по главе

ГЛАВА. 4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕТОДОВ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

4.1. Моделирование узлов PLC модема в среде Multisim

4.2. Моделирование с использованием MATLAB

4.3. Структурная схема системы передачи данных в системах управления технологическими процессами на базе PLC

4.4. Блок-схема приемопередатчика линии электропередачи на основе PLM-1

4.4.1. Функциональная блок-схема PLM-1

4.5. Аппаратно-программное моделирование системы передачи данных в АСУ ТП

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ PLC СЕТИ»

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время несколько видов оборудования и станков с ЧПУ объединяют в автоматизированную производственную систему, которая, в свою очередь, входит в состав автоматической производственной линии, что позволяет отслеживать производственный процесс на всем его протяжении. Для создания каналов передачи данных при объединении станков и технологического оборудования могут быть использованы PLC (силовые линии) (Power Line Communication).

Система числового программного управления (ЧПУ) - компьютеризованная система управления, управляющая приводами подач, главного движения и другими системами технологического оборудования, собирая информацию с датчиков и анализируя их показания в режиме реального времени, на сегодняшний день незаменима при производстве высокоточных деталей сложной геометрической формы, находит широчайшее применение в станках и промышленном оборудовании.

PLC (силовые линии) (Power Line Communication) технология позволяет использовать сети подачи электроэнергии для целей связи, а в настоящее время также услуг широкополосной связи. Основная идея PLC - это снижение эксплуатационных расходов и расходов на реализацию новых телекоммуникационных сетей. Таким образом, высоковольтные и низковольтные сети были использованы для внутренних связей в электрических приборах и для реализации задач дистанционного измерения и контроля. PLC также используется во внутренних электрических установках внутри зданий и домов (так называемые домашние PLC) для различных коммуникационных приложений. Как правило, системы PLC можно разделить на две группы: узкополосные PLC, которые позволяют услуги связи за относительно низкие ставки данных (до 100 Кбит/с) и обеспечение реализации различных приложений автоматизации и управления, а также несколько голосовых каналов и широкополосных систем PLC. Однако использование PLC технологий для организации каналов передачи данных в АСУ ТП изучено недостаточно полно и требует дополнительных исследований.

Широкополосные PLC в сетях низкого напряжения питания являются экономически эффективным решением для сетей связи «последней мили», так

называемых PLC сетей доступа. В настоящее время есть много примеров, связанных с развитием и применением технологии PLC в зоне доступа.

Таким образом, разработка алгоритмов и анализ методов кодирования в каналах передачи информации по силовым сетям с созданием математических моделей для передачи информации и серверного оборудования силовых сетей и расширения области применения требует проведения моделирования режимов роботы и функционирования PLC модемов, анализа взаимного влияния элементов системы и разработки математических моделей для расчета показателей достоверности передачи информации по силовым сетям и связанным с этим параметров. Разработанные алгоритмы и методы передачи обеспечивают качественно новые характеристики устройств и снижают себестоимость систем управления оборудованием.

Все вышесказанное позволяет сделать вывод об актуальности создания теоретических основ и прикладных методов анализа и повышения эффективности передачи данных в системах управления технологическими процессами с использованием PLC - технологий.

Эти вопросы, составляющие предмет данной работы, вполне актуальны. Цель и задачи диссертационной работы.

Целью диссертационной работы является исследование и разработка методов передачи данных в системах управления технологическими процессами, используя технологию PLC.

Поставленная цель достигается благодаря решению следующих основных

задач:

- сравнению различных видов модуляции в системах PLC сети, а также выбора оптимального метода модуляции;

- разработке модели PLC канала с OFDM системой кодирования;

- имитационному моделированию PLC канала передачи данных при воздействии источников помех и шумов в канале, с использованием различных методов модуляции и разработанных алгоритмов обработки, обеспечивающих снижение уровня ошибок;

- моделированию режимов работы модема передачи данных по PLC сети;

- разработке системы передачи данных в системах управления технологическими процессами на базе PLC при использовании PLM-1 модема;

- разработке аппаратно-программной модели системы передачи данных в АСУ ТП по PLC;

- экспериментальной отработке системы управления роботом манипулятором с использованием PLC технологии.

Методы исследований. Для решения поставленных задач в диссертации использованы: методы математического анализа, математического моделирования, физического моделирования, теория измерений, теория автоматического регулирования и методы передачи информации с использованием PLC -технологии.

Научная новизна диссертации состоит в создании, проведении и реализации следующих научно-обоснованных разработок:

- предложена и разработана система передачи данных в системах управления технологическими процессами на базе PLC технологий;

- предложена модель PLC канала с OFDM системой кодирования, обеспечивающая достоверную передачу данных при воздействии помех и шумов в канале;

- разработаны алгоритмы обработки, обеспечивающие снижение уровня ошибок;

- разработана модель сети электропередачи для узкополосной PLC коммуникации. Проведенные, методом математического моделирования, исследования позволили определить влияние интерференции на перестановку символов в диаграмме созвездия. Определено, что наиболее устойчивой к влиянию интерференции является модель OFDM с QPSK и 16-QAM;

- разработаны схемы и последовательность этапов кодирования и обработки данных при работе с PLC каналом;

- разработана система передачи данных в системах управления технологическими процессами на базе PLC при использовании PLM-1 модема;

- разработана структурная схема системы передачи данных по существующим силовым кабельным линиям электропередачи машиностроительного предприятия.

Практическую значимость работы имеют:

- результаты математического моделирования передачи данных по PLC сети;

- разработанные системы передачи данных в автоматизированной системе управления технологическими процессами на базе PLC;

- разработанные алгоритмы и методы передачи, обеспечивающие качественно новые характеристики устройств и снижающие себестоимость систем управления оборудованием;

- разработанная физическая модель для моделирования PLC канала в MATLAB;

- результаты математического моделирования PLC модема схемы связи и блок питания с использованием MULTISIM;

- разработанные системы передачи данных в системах управления технологическими процессами на базе PLC при использовании PLM-1 модема;

- результаты исследований диссертационной работы, используются в учебном процессе кафедры «Системы автоматического управления и контроля» НИУ МИЭТ и внедрены в систему управления промышленным освещением производственных площадей светодиодными светильниками на машиностроительном предприятии.

На защиту выносятся:

- результаты математического моделирования передачи данных на основе PLC сети;

- структурная схема моделирования эффекта интерференции с помощью 16-QAM и результаты моделирование эффекта интерференции QPSK и 16-QAM;

- алгоритм работы разработанной модели PLC- системы;

- алгоритм работы системы связи по линии электропередачи;

- разработанная математическая модель PLC модема, схемы связи и блока питания в среде MULTISIM и результаты их моделирования;

- разработанная математическая модель PLC канала с использованием MATLAB и результаты моделирования PLC канала;

- структурная схема и алгоритмы работы системы передачи данных в системах управления технологическими процессами на базе PLC.

Личный вклад автора

Основные результаты диссертационной работы получены автором лично на основе научных исследований, выполненных под управлением руководителя диссертации. Автором создан программно методический комплекс, реализующий процесс изучения предложенных методов, моделей и алгоритмов.

Реализация полученных результатов и внедрение результатов

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планом научно-технических исследований кафедры «Системы автоматического управления и контроля» Национального исследовательского университета «Московский государственный институт электронной техники».

Все работы по программной реализации проводились при непосредственном участии автора. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе кафедры «Системы автоматического управления и контроля» Национального исследовательского университета "МИЭТ" в лекционных и практических занятиях по дисциплинам «Автоматизированные информационно управляющие системы», «Автоматизация технологических процессов», «Моделирование систем управления».

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на ряде научно-технических конференций, в частности:

1. Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика» (Москва, Зеленоград, МИЭТ, 20112012 - 2013 - 2015 г.).

2т-ч и и о и Л

. Всероссийской межвузовской научно-практической конференции «Актуальные проблемы информатизации в науке, образовании и экономике» (Москва, Зеленоград, МИЭТ, 2012 - 2013 - 2014 г.).

3. Перспективы развития науки и образования «Сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции» ( ТАМБОВ 2012 г.).

4. Международной научно-технической конференции «Современные информационные технологии» (Пенза, ПГТА, 2012 г.).

5. Инновационные процессы технологии в современном мире «Международной научно- практической конференции» (Уфа, 2013 г.).

6. Международная телекоммуникационная конференция студентов и молодых

ученых «МОЛОДЕЖЬ И НАУКА» (Москва, МИФИ, 2012-2013 г.). Публикации по работе. Основное содержание диссертации отражено в 24 опубликованных работах, в том числе 5 статьях в ведущих научных журналах, утвержденных ВАК и 6 статьях в журнале. Без соавторов опубликовано 16 работ. Автором получены 2 свидетельства РФ на программу для ЭВМ. Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и четырёх приложений. Работа содержит 132 страницы основного текста, 94 рисунков и 12 таблиц.

Краткое содержание работы

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы и приводится ее краткая характеристика. Формулируются цель работы, задачи исследования и представляются основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен обзор и анализ системы передачи данных по PLC. Технология PLC (Power Line Communications - коммуникации по силовым линиям), также называемая PLT (Power Line Telecoms), является проводной технологией, направленной на использование кабельной инфраструктуры силовых электросетей для организации высокоскоростной передачи данных и голоса. В зависимости от скорости передачи делится на широкополосную (BPL) со скоростью более 1 Мбит/с и узкополосную (NPL).

В настоящее время для передачи энергии и информации применяются, прежде всего, металлические кабели. Принцип построения сети абонентского доступа на базе PLC следующий.

Сети низкого напряжения питания состоят из блока трансформатора и какого- то количества кабелей питания, соединяющих конечных пользователей, которые подключены к сети через блоки измерителя. Система PLC, применяемая к сети низкого напряжения использует его как средство для реализации сетей доступа PLC.

Во второй главе проводится исследование передачи данных в системах управления оборудованием методами математического моделирования PLC канала. Существуют многочисленные варианты классификации PLC технологии передачи

данных по электрической сети принято разделять на широкополосные и узкополосные по ширине частотного спектра.

Для построения полной системы PLC необходимо создать модель каналов, а также модели шума передатчика и модели приемника. Полная модель PLC будет создана на основе конкретных моделей. Таким образом, будет возможно создать конкретную линию электропередачи на основе моделирования системы с различными моделями линий и оценить с точки зрения возможности использования различных комбинаций PLC технологии: безопасность передачи, модуляция, кодирование и т.д. Таким образом, могут быть получены наилучшие параметры линии передачи данных. Систему PLC можно разделить на определенные части для целей моделирования: PLC модели коммуникации, модель линии электропередачи, модель шума.

Третья глава. Разработка структуры системы передачи данных по электрической сети в системе управления технологическим процессом. Система АСУ ТП - это автоматизированная человеко-машинная система управления, предназначена для автоматизирования технологических процессов (комплексов технологического оборудования) и производств. Система включает в себя средства автоматизации и оперативный персонал (операторов, диспетчеров).

Новые сложные технологические процессы, агрегаты и производства должны проектироваться с применением автоматизированных систем управления технологическими процессами. АСУ ТП являются продукцией производственно-технического назначения, входят как комплектующие изделия в автоматизированные технологические комплексы (АТК) и поставляются в соответствии с техническими условиями на данный вид продукции. Ответственной за создание АТК, включая системы управления, является организация - головной разработчик (генпроектировщик) комплекса.

Второй путь - создание АСУ ТП для действующих технологических комплексов. В этом случае внедрение АСУ ТП относится к техническому перевооружению производства и ответственность за него несет само предприятие. Разработка системы может осуществляться либо силами самого предприятия, либо специализированной организацией.

Создание АСУ ТП включает в себя большой круг разнородных работ: разработку системы, конструирование специализированных приборов и средств автоматизации, проектирование помещений для ЭВМ, подготовку обслуживающего персонала и операторов - технологов, комплектацию технических средств, монтаж и наладку системы, ее сдачу и эксплуатацию. Все эти работы должны быть четко скоординированы единым планом-графиком.

В четвертой главе проведено математическое моделирование и экспериментальные исследования методов передачи данных. Конструкция модема линии электропередачи делится на 3 основных подблока, которые включают цифровой блок, блок питания и цепь связи. Это сделано для облегчения проверки и устранения ошибок в процессе проектирования.

Экспериментальные и теоретические работы, были направлены на исследование возможности создания систем связи по линиям электропередачи. Исследование включает в себя теоретический анализ методами математического моделирования и экспериментальную отработку. Результаты физического моделирования соответствуют теоретическим положениям. Используя технологии передачи сигнала по существующим силовым кабельным сетям (PLC- технологии), удалось решить проблему автоматизации сбора данных с удаленных объектов и контроля их эксплуатационных и технологических параметров. PLC позволяет передавать команды управления и обработки, а также получать результаты выполнения технологических операций по существующим линиям электропередач. Основным преимуществом PLC является возможность использования существующей инфраструктуры, без создания промышленной сети передачи данных, что позволяет экономить время и уменьшает стоимость работ, а также обеспечивает гибкость в решении проблем.

ГЛАВА. 1. АНАЛИЗ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПО PLC

1.1. Анализ технологии PLC

Технология PLC (Power Line Communications - коммуникации по силовым линиям), также называемая PLT (Power Line Telecoms), является проводной технологией, направленной на использование кабельной инфраструктуры силовых электросетей для организации высокоскоростной передачи данных и голоса [1]. В зависимости от скорости передачи делится на широкополосную ^PL) со скоростью более 1 Мбит/с и узкополосную (NPL).

1.1.1. Исторический обзор

PLC - это использование сетей подачи электроэнергии для целей связи. В этом случае электрические сети распределения дополнительно используются в качестве передающей среды для передачи различных телекоммуникационных услуг. Основная идея PLC - снижение стоимости и расходов в реализации новых телекоммуникационных сетей.

Сети подачи энергии высокого или среднего напряжения можно использовать, для преодоления большего расстояния, чтобы избежать создания дополнительной коммуникационной сети. Сети низкого напряжения доступны по всему миру в очень большом количестве в быту и могут быть использованы для реализации сетей доступа PLC, чтобы преодолеть так называемую "последнюю милю" телекоммуникаций. PLC также можно применять в зданиях или домах, где используется внутренняя электрическая установка для реализации в домашних PLC сетях [2].

Применение электрических сетей питания в телекоммуникациях было известно с начала двадцатого (20) столетия. Первые системы частот (CFS) были применены в электрических сетях высокого напряжения, которые могли увеличить расстояния на более, чем 500 км при использовании мощности передачи сигнала 10-W. Такие системы использовались для внутренней связи электрических приборов и реализации задач дистанционного управления и измерения. Более того, использовалась связь с помощью электрических сетей среднего- и низкого напряжения. Системы сигнализации Ripple носителей использовались в сетях

среднего- и низкого напряжения для реализации управления нагрузкой в электрических системах.

Внутренние электрические сети в основном использовались для реализации различных услуг автоматизации. Применение в домашних системах PLC позволяет управлять многочисленными электрическими устройствами в пределах здания или частного дома с центрального поста управления без установки дополнительной коммуникационной сети. Типичные системы автоматизации заданий на базе PLC используются для соблюдения безопасности, надзора за нагревательными приборами, управления освещением и т.д.

1.1.2. PLC технологии

В 1838 году (Englishman Edward Davy) англичанин Эдуард Дэви предложил решение, позволяющее использовать дистанционное измерение уровня батарей, расположенных далеко от телеграфной системы между Лондоном и Ливерпулом [3]. В 1897 году он представил первый патент (Британский патент № 24833) [4] для технологии дистанционного измерения метров электрической сети, взаимодействующей в электропроводке.

В 1950 году, были разработаны первые системы PLC, известные как Ripple Control, а затем их использовали в средне- и низковольтных электрических сетях. Несущая частота, составляла между 100 Гц и 1 кГц. Было необходимо создать однонаправленные связи с помощью управляющих сигналов для дистанционного включения и выключения света общественного света или изменений тарифа. Первые промышленные системы, названные Pulsadis появились во Франции в 1960 году [5].

Затем появились первые PLC системы CENELEC группы, которые простирались от 3 до 148,5 кГц, и позволяли двустороннюю связь в электрической сети LV (низкое напряжение), например, для показаний счётчиков (дистанционного показания счетчиков) а также для большого количества приложений, относящихся к сфере домашней автоматизации (охранной сигнализации, пожарной сигнализации, обнаружения утечки газа и т.д.). Требовалось гораздо меньше энергии, так как мощность была уменьшена до уровня примерно сто милливатт.

Выражение "носители линий электропередач," как правило, сокращённое сокращено до PLC, появилось в конце Второй мировой войны в 1945 году. К тому времени, многие телефонные и электрические линии были разрушены и было больше инфраструктурных линий электропередач, чем телефонных линий. Для целей связи были разработаны системы передачи данных по проводам высокого или среднего напряжения, передавая дистанционно показания счетчиков электрической энергии. Структура доступа к PLC сетям

В настоящее время для передачи энергии и информации применяются, прежде всего, металлические кабели. Принцип построения сети абонентского доступа на базе PLC следующий [6].

Сети низкого напряжения питания состоят из блока трансформатора и какого- то количества кабелей питания, соединяющих конечных пользователей, которые подключены к сети через блоки измерителя. Система PLC, применяемая к сети низкого напряжения использует его как средство для реализации сетей доступа PLC. Сети низкого напряжения питания соединены к средне и высоковольтным сетям через трансформатор рис. 1. 1. Сети доступа PLC подключены к магистральным коммуникационным сетям (WAN) через базовую/ главную станцию (BS) обычно расположенную в блоке трансформатора. Многие приборы поставляющие электроэнергию, имеют свои собственные телекоммуникационные сети, связывающие блоки трансформатора, и они могут использоваться в качестве магистральной сети. Если это не так, то блоки трансформатора могут подключаться к обычной телекоммуникационной сети.

- доступа к сети PLC -

г низкое напряжение

напряжение

Рис. 1. 1. Структура PLC

Подключение к магистральной сети также может быть реализовано с помощью абонента или трансформатора, особенно если есть удобная возможность для его установки. В любом случае, коммуникационный сигнал от магистральной сети должен быть преобразован в форму, которая делает возможной передачу его в сеть более низким напряжением. Преобразование происходит в основной / базовой станции системы PLC.

PLC абоненты подключены к сети через модем PLC, размещённый в устройстве измерителя электрической мощности (M, рис. 1. 1) или подключены к любой розетке во внутренней электрической сети. В первом случае, абоненты внутри дома или здания подключены к модему PLC, используя другую коммуникационную технологию (например, DSL, WLAN). Во втором случае, внутренняя электрическая установка используется в качестве среды передачи, что приводит к так называемому решению PLC на дому.

Модем преобразует сигнал, полученный от сети PLC в стандартную форму, который может быть обработан с помощью обычных коммуникационных систем. В доме, передача может осуществляться через отдельную коммуникационную сеть или через внутреннюю электрическую установку (решение проблемы PLC внутри дома). Таким образом, ряд устройств коммуникации в доме также могут быть подключены к сети доступа PLC.

1.1.3. Области применения PLC

- Широкополосный доступ в Интернет;

- Домашние и офисные компьютерные сети;

- VoIP - IP-телефония;

- Высокоскоростная аудио- и видеопередача;

- Офисное и домашнее (в том числе через Internet) видеонаблюдение, построение систем удаленного видеомониторинга;

- Построение каналов передачи цифровых данных для промышленной и домашней автоматизации (АИИС КУЭ, АСУ ТП (SCADA), СКУД);

- Системы безопасности (пожарно-охранная сигнализация).

1.2. Схема организация распределительных электрических сетей

Электрические системы энергопитания состоят из трех сетевых уровней, которые используются в качестве передающей среды для реализации сетей PLC (рис. 1. 2) [7]:

- высоковольтные (HV) (110-380 кВ) сети соединяют электростанции с регионами больших поставок или крупных клиентов. Они, как правило, охватывают очень большие расстояния, что позволяет осуществлять энергетический обмен в пределах континента. Сети высокого напряжения, как правило, применяются в наземных кабелях питания,

- сети среднего напряжения (MV) (10-30 кВ) поставляют в большие области, города или крупным промышленным или коммерческим клиентам. Расширенные расстояния значительно короче, чем в сетях высокого напряжения. Сети среднего напряжения реализуются как в наземных, так и подземных сетях,

- сети низкого напряжения (LV) (0,4 кВ, 110в, 220в) обеспечивают конечных пользователей или как индивидуальных клиентов, или как отдельных пользователей более крупного клиента. Их длина, как правило, до нескольких сотен метров. В городских районах, сети низкого напряжения используются с подземными кабелями, в то время как в сельской местности они существуют, как правило, в виде наземных сетей.

Рис. 1. 2. Схема организация распределительных электрических сетей

1.3. PLC в распределительных сетях

Общий принцип сети PLC, использующий как MV/ LV сети объясняется на рисунке 1.3. Видно, что для трансформаторной подстанции MV/ LV, необходимы два модема PLC, связь между ними обеспечивается с помощью кабеля Ethernet. Мост Ethernet необходим для того, чтобы обойти трансформатор MV/LV, т.к ослабление связаное с этим блоком может быть больше, чем 40 дБ. Затем можно определить первую линию связи на стороне LV между модемом LV PLC ( голубые модемы) на подстанции и модемом LV PLC, расположенным дальше в сети (см. зеленые модемы). Конечное звено связи необходимо, чтобы достичь конечных потребителей (красные модемы) [8]. Поэтому можно отметить, что зеленые модемы полезны для достижения повторения между LV модемами на подстанции и LV модемами в помещении заказчика.

МЛ' сеть

Рис. 1. 3. Сеть PLC, использующая сети низкого и среднего напряжения

1.4. Передачи данных по PLC

PLDT это способ передачи данных по линиям электропередач. Основной процесс включает в себя три этапа:

1. Модуляция данных таким образом, чтобы их можно было передать через среду передачи.

2. Передача сигнала таким образом, чтобы уменьшить искажение сигнала.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Наинг Лин Зо, 2015 год

Источник

Циклический префикс (CP)

Входные данные

g.

£

"8

S

Приемник

Принимаемые данные

I i

S 8 о ^ о 1

Удаление CP "

Рис. 2. 35. Базовая модель PLC коммуникации с OFDM системой. Кодер добавляет избыточную информацию к последовательности битов. Если имеется ошибка в цепи битов, то избыточная информация, может быть использована для обнаружения и коррекции ошибок с помощью обнаружения и исправления. Схема кодирования предназначена для обнаружения и коррекции независимых ошибок. Схема не предназначена для обнаружения всех ошибок. Технологии перемежения используются для повторения всех ошибок во время передачи. Последовательную передачу данных получают из блока кодирования.

Этот блок подключен к блоку отображения. В блоке отображения существует передача битов последовательности в последовательность символов. Распределение символа является результатом отображения. Это распределение показано в диаграмме и оно зависит от выбранной модуляции.

Пилот - сигналы необходимы для подключения в передачу в случае обнаружения непрерывной системы. Оценка важна для определения амплитуды и фазы карты созвездий каждой из поднесущих. Оценка канала передачи в системе OFDM требует вставки известных символов или пилот- сигнала в сигнал OFDM. Полезные данные передаются в параллельный поток в S/P-преобразователе. Количество параллельных потоков соответствует количеству носителей. Эти носители будут передавать полезные данные. Защитный интервал используется в OFDM для предотвращения интерференции внутреннего символа (ISI). Цикличное добавление (CP) создается с помощью нескольких последних OFDM символов.

CP создает защитный интервал между соседними переданными символами OFDM во временной области. Это способ сохранения носителей в ортогональном положении. IFFT блок передает данные от частоты во временную область. Помимо моделирования передаточной характеристики необходимо идентифицировать возможные источники помех, так как в линии электропередачи есть значительное затухание сигнала, различные помехи и шумы. Поэтому при передаче данных имеется высокая погрешность без алгоритма проверки. Основное влияние на передачу данных по линии электропередач, оказывают в основном негативные характеристики электрических сетей. Можно резюмировать следующим образом;

- несоответствие импеданса,

- затухание на канале связи,

- помехи (шум),

- изменение помехи во времени.

На рис. 2. 36. показана упрощенная модель блока канала связи PLC, в котором включены описанные характеристики и параметры. Параметры помехи, за исключением шума, представлены в виде временной переменной линейного фильтра, описанного частотными параметрами. Шум изображается как процесс дополнительной случайной интерференции.

Рис. 2. 36. Модель PLC канала

Модель охватывает весь диапазон параметров, которые необходимы для модели системы связи с соответствующими характеристиками, хотя эта модель схематично упрощена на рис. 2. 36. Функция передачи и шум могут быть либо вычислены из измерений или выведены от теоретического анализа. В работе рассматриваются четыре различных типа шума [45]:

Фоновый шум: он всегда присутствует в сети. Он обусловлен несколькими источниками шума с низкой мощностью. Его можно описать с помощью PSD (спектральная плотность мощности), потому что он снижается увеличением с частоты. Плотность фонового шума мощности можно описать с помощью уравнения:

-L

A(f) = Ax + , (15)

где Ада - плотность мощности для f ^ да, A0 0 - разница между Am (да) и A0. Эта модель позволяет моделировать фоновый шум как процесс белого шума, который получает спектральную окраску с помощью фильтра.

Узкополосный шум: этот шум первично происходит от вещательных станций, которые передают информацию в длинном, среднем и коротком диапазоне волн. Амплитуда может быть изменена в зависимости от времени и места. Узкополосный шум можно смоделировать в виде суммы множества шума синуса с различной амплитудой:

N

n(t) = Х A, (t).sm(2f + () , (16)

1=1

где n - число волн f разностных частот, амплитуды A (t) и фазы (. Амплитуда A (t) является константой в простейшем случае, но её можно установить из широковещательной передачи. Фаза A (t) случайно устанавливается из интервала [0; 2п].

Асинхронный импульсный шум: шум этого типа характеризуется высокими и короткими выбросами напряжения длиной 10 - 100 цб. Эти выбросы могут достигать до 2 кВ уровня. Этот шум является причиной переключения оборудования в распределительной сети. Эти виды шума рассматривается как части фонового шума.

Синхронный импульсный шум: вызван переключением тиристоров, симисторов и т.д. Шум представляет собой всплески помех с повторяющимися периодами. Синхронные импульсные шумы могут быть смоделированы с помощью источника белого шума со спектральной окраской вместе с периодическим переключением (рис. 2. 37).

Периодический прямоугольный сигнал

Спектральная окраска

Белый шум Фильтр

Синхронный импульсный шум

Рис. 2. 37. Синхронный импульсный шум Линия может быть описана с помощью L', С', G' параметров. Эти параметры обозначают сопротивление, индуктивность, емкость и утечку по отношению к длине линии. Тогда можно определить основные параметры с помощью уравнений [46]:

R =.

MrMof

noa

— 2a

—i

¿ = ^Cosh Л-);

л 2a

C =

cosh ) 2a

(17)

(18) (19)

G = 2л fC tan (20)

Где d - расстояние между центрами проводников, a - радиус проводника, а - проводимость меди, ег - относительная диэлектрическая проницаемость

ЛЕгЕо

изоляции, s0 - проницаемость вакуума, tan 5 - фактором дисперсия, цг -относительная магнитная проницаемость меди.

Распространение сигнала в надземной модели линии электропередачи приведено на рис. 2. 38.

источник замена модели линии электропередачи

нагрузка

x + dx x = 1

Рис. 2. 38. Распространение сигнала в надземной линии электропередач Напряжение и ток на линии получаются из модели элементарного участка

линии.

Ux = A/x + A2 e-?x

Ix =

G + jaC

(A?* + A2e ).

(21) (22)

R + jшL

Параметры, которые описывают участок линий, - характеристический импеданс и специфический коэффициент передачи:

Zq =

R + jal.

(23)

G + jaC

у = а + ^ = (R + joL)(G+ joC ). (24)

Если рассмотреть линию, которая эквивалентна волне, распространяющейсяхся от источника к истоку, то функцию передачи линии

и 7

длиной, I можно определить:

ТТ(лг - 1\

(25)

H (f) = U(x =1) = e-rl = e-a(f )le-jP(f )1

U (x = 0)

R (f) << 2f (f )a G(f) << 2nfC(f), для

f = (1,30) MHz .

(26)

(27)

Было установлено, что зависимость L и С от частоты незначительна. Таким образом, можно упростить характеристический импеданс и данный коэффициент передачи:

Z

x = 0 x

z =

- , (28)

C

11ЦР- +1G (f)zc + j InfJlC . (29)

Г =

2 Z 2

Заменим Я( /) уравнения (30) для описания реальной части коэффициентов передачи как функцию:

R(f) = \i~t, (30)

V rr

где ¡и0 и ^ постоянная проницаемости электропроводности, г - радиус проводника. Известно, что & (/) ~ / . Теперь можно определить формулировку реальной части коэффициента передачи:

/^о , , ^

а

(f) = Re{r} = ib/l^+ff- (31)

Если заменить строку параметров (Zc, r и др.) с помощью констант k, k2 и k3, то можно получить реальную и мнимую части коэффициента передачи:

a(f) = Re {Г} = Kjf + kj; (32)

Af) = Im {r} = kj. (33)

Уравнение (32) было аппроксимировано с помощью констант а0, а и k:

a(f) = ао + afkk; (34)

коэффициента передачи представляет собой потери на линии относительно длины линии в уравнении (32). Таким образом, коэффициент передачи является функцией длины l. Можно определить затухание линии как амплитуду передаточной функции канала, определенного в уравнении (35), соответствующим подбором параметров а0, а и k.

A( f, l) = e "а( f )l = ао +af )l. (35)

Прогресс в PLC технологии произошел в последнее десятилетие. Технология PLC является альтернативным способом передачи данных при реализации информационных каналов с использованием электрических сетей. Модель PLC канала состоит из OFDM коммуникационной модели, модели линии

электропередачи и модели шума. PLC модель может быть использована для сравнения эффективности различных схем модуляции и кодирования.

Выводы по главе 2.

Таким образом, рассмотренные методы кодирования обеспечивают увеличение скоростей передачи данных без пропорционального увеличения диапазона частот среды передачи или ширины информационных магистралей и необходимую достоверность.

Методы модуляции, которые необходимо применять для физического уровня PLC, должны преодолеть сильные нарушения PLC канала для того, чтобы реализовать высокие скорости передачи данных. Кроме того, схема модуляции должна реализовать, приемлемый BER с SNR как можно более низким, чтобы иметь возможность сосуществовать с другими системами, уже развернутыми в своей среде и гарантировать удовлетворительное качество обслуживания.

В работе была предложена детерминированная модель широкополосных PLC каналов. Она рассматривает, физическую поддержку как проводных сетей с различными длинами ветвей так различными нагрузками импеданса. Здесь проверяются, влияния длины линии от передатчика к приемнику, длины и количество ветвей и, наконец рассматриваются, на конце ветвей нагрузки согласно имитационным моделям. Было показано, что эти параметры вызывают нежелательные эффекты на канале PLC. Измерение импеданса некоторых внутренних устройств позволило выделить изменчивость передаточной функции устройств, подключенных к PLC и получить информацию, которая может быть полезна для ограничения их побочных реакций. Наконец, было показано, что можно уменьшить колебания, вызванные электрическими приборами. Замечания, представленные в этом разделе, могут быть полезны в соответствующих конструкциях PLC системы для лучшей передачи данных и производительности системы.

ГЛАВА. 3. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПО ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ

3.1. Автоматизированная система управления технологическим процессом

Система АСУ ТП - это автоматизированная человеко-машинная система управления, предназначеная для автоматизирования технологических процессов (комплексов технологического оборудования) и производств [51]. Система включает в себя средства автоматизации и оперативный персонал (операторов, диспетчеров) [52].

Управление технологическими процессами на основе систем АСУ ТП стало осуществляться в передовых странах в 1980-е годы.

Основными областями применения систем диспетчерского управления являются:

1) управление передачей и распределением электроэнергии;

2) промышленное производство;

3) производство электроэнергии;

4) водозабор, водоочистка и водораспределение;

5) добыча, транспортировка и распределение нефти и газа;

6) управление космическими объектами;

7) управление на транспорте (все виды транспорта: авиа, метро,

железнодорожный, автомобильный, водный транспорт);

8) телекоммуникации;

9) военная область.

В качестве примеров АСУ ТП можно назвать следующие системы: АСУ дробильно-сортировочным комплексом, АСУ технологическим комплексом поверхности угольной шахты, АСУ процессом приготовления бетона, АСУ конвейерным транспортом и др.

Практически все современные АСУ ТП - системы включают три основных структурных компонента [53][54] (рис. 3.1): RTU, MTU и СS.

Рис. 3. 1. Структурные компоненты АСУ ТП- систем

АСУ ТП имеют, как правило, два-три уровня управления, могут работать как в автоматизированном, так и автоматическом режимах управления.

В современных АСУ ТП реализуется принцип распределенного управления на базе программируемых управляющих устройств (контроллеров, компьютеров), связанных между собой промышленными шинами (коммуникационными средствами).

Структура АСУ ТП, поясняющая принцип распределенного управления, представлена на рис. 3. 2.

Рис. 3. 2. Структурная схема АСУ ТП MTU - главный терминал; УК - управляющий компьютер;

CS - коммуникационная система (система связи между программируемыми

устройствами);

RTU - удаленный терминал;

М - PLC модем;

Kb K2.. .Kn - программируемые контроллеры; ЦР - цифровой регулятор; Д - датчик;

ИУ - исполнительное устройство;

ИД, ИП - интеллектуальные датчики и приводы;

ТОУ - технологический объект управления;

Oi, O2.. ,Ой - технологические участки (звенья) объекта управления.

MTU (Mater Terminal Unit) - диспетчерский пункт управления, который осуществляет обработку данных и управление высокого уровня, как правило, в режиме мягкого реального времени. Одна из основных функций MTU -обеспечение интерфейса между человеком-оператором и системой.

RTU (Remote Terminal Unit) - удаленный терминал, осуществляющий обработку задачи в режиме реального времени. Спектр воплощения RTU широк -от примитивных датчиков, осуществляющих съем информации с объекта, до специализированных многопроцессорных отказоустойчивых вычислительных комплексов, осуществляющих обработку информации и управление в режиме жесткого реального времени. Его реализация определяется конкретной областью применения.

CS (Communication System) - коммуникационная система (каналы связи), необходимая для передачи данных с удаленных объектов на центральный интерфейс оператора- диспетчера, и передача сигналов управления на RTU.

ТОУ - совокупность технологического оборудования и реализованного на нем по соответствующим инструкциям или регламентам технологического процесса производства.

К технологическим объектам управления относятся:

1. Технологические агрегаты и установки (группы станков), реализующие самостоятельный технологический процесс.

2. Отдельные производства (цехи, участки) или производственный процесс всего промышленного предприятия, если управление этим производством носит в основном технологический характер, т. е. заключается в реализации

рациональных режимов работы взаимосвязанных агрегатов (участков, производств).

3. Любую АСУ ТП можно представить в виде трехуровневой системы (рис. 3. 3.).

5 АРМ

я

Вн онера-го

_

1 1

I _

Рис. 3. 3. Трехуровневая система АСУ ТП Первый (нижний) полевой уровень системы автоматизации включает контрольно-измерительные приборы и приборы автоматики, а также исполнительные устройства управления, пульты сигнализации.

На втором (среднем) уровне для связи с технологическими объектами управления предусмотрены программируемые логические контроллеры (ПЛК). Они обеспечивают:

1. Сбор информации с полевого оборудования, входящего в АСУ ТП;

2. Обработку и передачу информации о состоянии объектов на верхний уровень системы;

3. Автоматическое регулирование и управление технологическим оборудованием и контроль его работы;

4. Прием информации с верхнего уровня управления и формирование

управляющих воздействий на электроприводы исполнительных механизмов.

Третий (верхний) уровень включает в себя:

1. Автоматизированные рабочие места (АРМ) операторов на базе персональных компьютеров со АСУ ТП- системой операторского управления;

2. Сервер баз данных (БД), если используется автоматизированная система оперативного управления или коммерческого учета [55].

3.1.1. Функции автоматизированной системы управления технологическим процессом

Диспетчер в многоуровневой АСУ ТП получает информацию с монитора ЭВМ или с электронной системы отображения информации и воздействует на объекты, находящиеся от него на значительном расстоянии, с помощью телекоммуникационных систем, контроллеров, интеллектуальных исполнительных механизмов.

Основой, необходимым условием эффективной реализации диспетчерского управления, имеющего ярко выраженный динамический характер, становится работа с информацией, т.е. процесс сбора, передачи, обработки, отображения и представления информации.

Таким образом, можно выделить следующие основные функции АСУ ТП-систем:

1. Сбор первичной информации от устройств нижнего уровня;

2. Обработка первичной информации;

3. Визуализация информации в виде графиков, гистограмм и т.п.;

4. Хранение информации с возможностью ее последующей обработки;

5. Управление и регистрация сигналов об аварийных ситуациях.

Существуют два типа управления удалёнными объектами в АСУ ТП -

системах: автоматическое и полуавтоматическое (инициируемое человеком). Во втором случае можно выделить пять функций человека-оператора в системе диспетчерского управления и сбора данных:

1. Планирование (человек-оператор планирует, какие следующие действия необходимо выполнить).

2. Обучение технической части (человек-оператор обучает компьютерную систему последующим действиям).

3. Отслеживание результатов полуавтоматической и автоматической работы системы.

4. Вмешательство в процесс при возникновении критических ситуаций - отказа автоматики или необходимости настройки и регулировки параметров процесса.

5. Обучение человека-оператора в процессе работы.

В настоящее время, в связи с достаточно быстрым развитием информационных систем, от диспетчера требуется не только профессиональное знание технологического процесса, основ управления, но и опыт работы в этих информационных системах, умение принимать решение (в диалоге с ЭВМ) в нештатных и аварийных ситуациях и многое другое. Диспетчер становится главным действующим лицом в управлении технологическим процессом.

3.2. Разработка структуры системы передачи данных по электрической сети в АСУ ТП

Для снижения себестоимости при организации информационной сети, станки с ЧПУ для приема-передачи технологических программ и мониторинга их работы могут быть подключены к PLC сети. На рис. 3. 4. показан пример подключения станка с ЧПУ к PLC сети.

PLC- модем

-N "1/

Ядро 16 - Разрядного Риск- процессра

Прикладно

микроконтр оллер

Б^

Модуль CPU ECDA

ПО

; Палата CPU

Блок дисплея

Блок клавиатуры

Плата ECDA

Модуль шины УЧПУ

Модуль I/O

БП

Рис. 3. 4. Схема подключения станка с ЧПУ к PLC сети Система числового программного управления (ЧПУ) - компьютеризованная система управления, управляющая приводами подач, главного движения и другими системами технологического оборудования, собирает информацию с датчиков и анализирует их показания в режиме реального времени [56]. На сегодняшний день ЧПУ незаменима при производстве высокоточных деталей сложной геометрической формы, находит широчайшее применение в промышленном оборудовании.

Рис. 3. 5. Типовая структурная схема УЧПУ ЧПУ является программно управляемым устройством, имеет аппаратную и программную части. Структура ЧПУ включает БУ, ПО и БП. Связь между структурой ЧПУ и элементами конструкции. БУ управляет работой ЧПУ и внешнего подключаемого оборудования. БП обеспечивает ЧПУ набором питающих напряжений: +5В, +12В, -12В. В ЧПУ функции ПО выполняют блок дисплея, блок клавиатуры, плата переключателей, плата индикации, сетевой выключатель и аварийный выключатель [57].

Станки с ЧПУ для приема-передачи технологических программ и мониторинга их работы подключаются к PLC сети, которая, как правило, уже существует на промышленном предприятии. Концепция предлагаемой станочной сети, как части компьютерной сети предприятия, делает возможным установить единые стандарты передачи информации и осуществлять общий учет работы

оборудования различных моделей и годов выпуска. Станочная сеть такого типа обладает функциональными возможностями, необходимыми для успешной работы:

- возможностью подключения станков различных моделей и годов выпуска;

- невысокой стоимостью;

- простотой внедрения и обслуживания;

- подключаемое к сети станочное оборудование можно разделить на две группы;

- станки с современными системами ЧПУ, в которых аппаратно и программно предусмотрена возможность подключения к PLC сети;

- станки, в конструкции которых возможность подключения к PLC сети отсутствует.

PLC (Power Line Communication) - это собирательный термин, описывающий все варианты доставки данных по электрической сети. Базовая система PLC состоит из передатчика, способного передавать сигнал по линии питания переменного тока и приемник способный выделять сигнал из сигнала компонента питания переменного тока. PLC - модем предназначен для полудуплексной передачи данных по сетям переменного тока напряжением 220В. PLC - модем подключается к COM порту компьютера. В зависимости от исполнения интерфейсной цепи PLC - модема он может быть подключен напрямую к COM порту интерфейсным кабелем, либо через интерфейсный адаптер RS -232/RS-485.

3.3. Устройство числового программного управления N^202

Устройство числового программного управления КС-202 применяется в машиностроении, станкостроении, металлообрабатывающей,

деревообрабатывающей и в других отраслях промышленности [58].

УЧПУ используют как комплектующее изделие при создании комплексов «устройство - объект управления», например, технологических комплексов, установок, высокоавтоматизированных станков и обрабатывающих центров таких

групп, как фрезерно- сверлильно-расточные, токарно- карусельно- револьверные, газопламенные, лазерные, деревообрабатывающие и т.д.

Рис. 3. 7. Панель пульта оператора УЧПУ КС-202 Панель ПО КС-202 состоит из трёх секций:

1. секции дисплея;

2. секции алфавитно-цифровой клавиатуры;

3. секции функциональной клавиатуры и станочной консоли.

УЧПУ является программно управляемым устройством, имеет аппаратную и программную части [59]. Структурная схема УЧПУ представлена на рис. 3.8. Структура УЧПУ включает БУ, ПО и БП. Связь между структурными частями УЧПУ и сборочными единицами, а также краткая характеристика сборочных единиц представлена в таблице. 3. 1.

Таблица. 3. 1. Технические характеристики УЧПУ NC - 202

1. Число управляемых координат 4(сошпинделем)

2. Число каналов фотоэлектрического датчика перемещений (энкодера) 3

3. Число каналов ЦАП (14 разрядов) 1

4. Число каналов ЦИП 3

5. Число каналов электронного штурвала 1

6. Число дискретных каналов вх./вых. 40/24

7. Ёмкость памяти:

- ОЗУ (память системы + буфер кадра) - SDRAM: 16/32 MB - Flash Disk: DOM

- ЗУ 32/64/128 MB

8. Дисплей:

- цветной, ЖК, с плоским экраном - разрешающая способность - буфер кадра (видеопамять) - интерфейс - TFT 10.4" - 640x480 - SDRAM: 1/2 МБ - LCD

9. Клавиатура:

- клавиатура УЧПУ - интерфейс - 81 клавиша - EXKB

10. Интерфейсы внешних устройств ввода/вывода: - 1 канал на 2 FDD:

- интерфейс FDD 3,5 (1,44MB) - COM2: RS232/RS485

- последовательный интерфейс - интерфейс LAN - Ethernet: 10/100 Мбит/с - 2 канала USB

- интерфейс USB (в режиме УЧПУ)

11. Номинальное напряжение питания ~220 В, 50 Гц

12. Потребляемая мощность (без периферии) 60 ВА, не более

13. Потребляемый ток (без периферии) 250 мА, не более

14. Степень защиты оболочкой:

- лицевая панель - IP54

- корпус - IP20

15. Габаритные размеры 432x322x107 мм

16. Масса 9,5 кг, не более

(Л

Связь с объектом управления

ЦИПЗ ЦИП2 ЦИП1 ЦЛП] Штурвал ДОСЗ ДОС2 ДОС I

Ш.т ТТ и Ш-Ш

Плата разъёмов ЕСОР

N0202-27

А АА Аа А пАа Аи на 1ик А

И нтерфеисы внешен к устройств .-*-,

01

а

о =

Я

а

о

X

Е

XI

V" '—»—1

№ № т. <= 2?

£ Ъэ § £ 1а

]=: > Е н ■Я ь

э э г о п

а

2 I

О * К гп

в ь

л ~

"ТУ

■5!1

Пгнтя рддъёмов

РШЖ15ВЛ_АН N02(52-25

¡Н)

Плата ийВ N0202-29-1

32. У

г

2 Я

П

го н

о и

К) о

ы —

С

/>—N

Щ

г ~

ю в1 ы «

/—N

И

т:

Н'

^ о п §

и В о с

Таблица. 3. 2. Состав УЧПУ

труктур- Сборочные единицы

ная часть

УЧПУ наименовани е обозначе ние краткая характеристика

Блок питания Источник NC202-11 Выходное напряжение:

(БП) питания +5В, 8А (регулируемое ±0,25 В); +12В, ЗА (нерегулируемое); -12В, 1А (нерегулируемое).

Входная NC202-12 Сетевой разъём «AC220V»; входное

плата напряжение ~220В/50Гц,

питания предохранитель - ЗА.

Фильтр NC202-13 ~250В/3А, 50/60 Гц

Плата NC202-14 Контроль питания УЧПУ. Реле

контроля готовности УЧПУ SPEPN (НРК).

питания

Блок Плата CPU NC202-21 CPU: AMD 5x86-133; шины: ISA BUS

управления (БУ) (PI-6488VN) 16bit, PC-104; интерфейсы: EXKB, LCD, FDD, RS-232/485, Ethernet.

Память (ЗУ) NC202-23 SDRAM: 16/32 МБ.

Память NC202-24 Flash Disk: DOM 32/64/128 МБ.

(ОЗУ)

Плата NC202-26 Разъёмы: «232/485», «FDD», «USB»,

разъёмов FDD/USB/L «LAN».

AN

Плата ECDP I/O NC202-25 Контроллер периферии. Канал энкодера - 3; канал ЦИП - 3; канал ЦАП 14 разр. - 1; канал штурвала - 1; канал дискретных входов 12мА/24В - 40; канал дискретных выходов 50мА/24В - 24.

Плата NC202-27 Разъёмы ECDP: энкодеры - «1»-«3»,

разъёмов ECDP штурвал - «4», ЦИП и ЦАП - «5».

Плата NC202-28 Разъёмы I/O: «32IN», «8IN», «24OUT»;

разъёмов I/O «SPEPN KEY», «ESTOP».

Плата USB NC202-29-1 Контроллер канала USB

Пульт Блок дисплея -

оператора (ПО) Конвертор TFT Дисплей NC202-31 NC202-32 Преобразователь напряжение +12В/550В (среднеквадратическое значение) для катодных ламп дисплея. Цветной, жидкокристаллический с плоским экраном - TFT 10.4", 640х480.

Блок - Клавиатура кнопочная

клавиатуры Плата NC202-41 герметизированная с тактильным эффектом на 80 кнопок.

алфавитно- 36 алфавитно-цифровых и 29

цифровой специальных кнопок. Контроллер

клавиатуры (АЦК) NC202-42 клавиатуры. 13 функциональных клавиш и 2

Плата специальные

функциональ клавиши.

ной

клавиатуры (ФК)

Плата NC202-43 Переключатели: «F», «S», «MDI,...,

переключате лей RESET»; кнопки «1» (ПУСК) и «0» (СТОП).

Плата NC202-44 Индикаторы: сетевое питание «AC»,

индикации питание УЧПУ «DC», останов по ошибке «ER».

Выключател NC202-46 Выключатель сетевого питания УЧПУ

ь сетевой (замок с ключом): ~240В/3А (две пары

Ключ NC202-461 НРК). Используется в комплекте с сетевым выключателем.

Выключател NC202-47 Кнопка-грибок красного цвета:

ь аварийный ~240В/3А (НРК, НЗК).

- Вентилятор NC202-5 Питание +12В

Корпус Кожух Панель NC202-6 NC202-7 Габаритные размеры: 432x322x107 мм

лицевая Плёнка NC202-71 Обеспечивает герметизацию клавиатуры ПО.

клавиатуры

Рис. 3. 9. Схема соединений блока питания

Рис. 3. 10. Схема подключения УЧПУ КС-2025 В РЭ приняты следующие обозначения и сокращения:

• БП - блок питания;

• БУ - блок управления;

• Вх./вых. -входы/выходы;

• ДОС- датчик обратной связи;

• ЗУ - запоминающее устройство;

• НЗК - нормально-замкнутый контакт;

• НРК - нормально-разомкнутый контакт;

• ОЗУ - оперативное запоминающее устройство;

• ПК - персональный компьютер;

• ПЛ - программа логики объекта управления;

• ПО - пульт оператора;

• ПрО - программное обеспечение;

• СП - станочный пульт;

• УП - управляющая программа;

• УЧПУ - устройство числового программного управления;

• ЦАП - цифровой аналоговый преобразователь;

• ЦИП - цифровой импульсный преобразователь;

• ШД - шаговый двигатель;

• AC - переменный ток;

• COM - последовательный канал передачи данных;

• CPU - центральный процессор;

• DC - постоянный ток;

• DOC - Disk-On-Chip - ЗУ типа Flash Disk;

• DOM - Disk-On-Module - ЗУ типа Flash Disk;

• DOS - дисковая операционная система;

• DRAM - динамическое ОЗУ;

• FDD - дисковод гибкого диска;

• Flash disk - твёрдотельный диск;

• HDD - дисковод жёсткого диска;

• LAN - локальная сеть;

• LCD - жидкокристаллический (ЖК) дисплей;

• NMI - немаскируемое прерывание - аппаратная ошибка, блокирующая работу УЧПУ;

• PLC - программируемый логический контроллер;

• SPEPN - сигнал/реле готовности УЧПУ;

• SWE - ошибка, блокирующая работу УЧПУ, которая выявляется программой;

• TFT - тонкоплёночный транзисторный монитор;

• ТО TIME OUT - (ТАЙМ-АУТ);

• USB - универсальный последовательный канал;

• VGA - видео графический адаптер;

• WD WATCH DOG - (ОШИБКА ОЖИДАНИЯ).

3.4. Разработка алгоритма системы передачи данных в автоматизированной системе управления станками

Рис. 3. 11. Алгоритм работы программы