Обозначения и сокращения (1 стр)

advertisement
Государственный Университет Аэрокосмического Приборостроения
Дипломный проект
КОНТРОЛЛЕР ДЛЯ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ
ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ
Руководитель: к.т.н., начальник СКБ ГУАП
Студент: Гончаров А..
Астапкович А. М.
СОДЕРЖАНИЕ
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ…………………………………………..……...3
ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………..4
1 ОБЗОР НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ…………………………….6
1.1 Обзор систем мониторинга и управления распределенными объектами…..6
1.2 Обзор контроллеров и встраиваемых компьютеров………………………....9
1.3 Выводы…………………………………………………………………………14
2 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ…………………………………………...…………….16
2.1 Описание современного состояния системы ПоТок-С……………………...17
2.2 Модернизация подсистемы ПТС-2…………………………………………...22
3 ОПИСАНИЕ КОНТРОЛЛЕРА ASK-LAB……………………………………..…23
3.1 Назначение и основные функции контроллера ASK-LAB…………………23
3.2 Технические характеристики контроллера…………………………………..24
3.3 Аппаратное обеспечение контроллера……………………………………….25
3.4 Программное обеспечение контроллера…………………………………….33
3.5 Описание обмена данными…………………………………………………...34
3.6 Обеспечение робастности и защиты информации………………………….38
4 МОДЕРНИЗАЦИЯ КОНТРОЛЛЕРА……………………………………………..42
4.1 Постановка задачи…………………………………………………………….42
4.2 Модернизация аппаратной части контроллера…………………………...…48
4.3 Модернизация программного обеспечения контроллера…………………51
4.4 Модернизация программного обеспечения ПК…………………………..61
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…….………………………………………………………………….65
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ…………………………………67
2
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
ПТК
– программно-технический комплекс;
АПК
– аппаратно-программный комплекс;
ИС
– информационная система;
ИИС
– информационно-измерительная система;
ИУС
– информационно-управляющая система;
РИУС
– распределенная информационно-управляющая система;
ПК
– персональный компьютер;
КИП
– контрольно-измерительный прибор;
УСО
– устройствами связи с объектом;
АСУТП
– автоматическая система управления технологическим процессом;
ЭЦРТ
– электронный цифровой регулятор температуры;
ТК
– технологический контроллер;
СДМУ
– система дистанционного мониторинга и управления;
ББП
– блок бесперебойного питания;
«ГТС»
– «Городские Тепловые Сети»;
ПД
– пульт диспетчера;
АРМ
– автоматизированные рабочие места;
АТС
– автоматическая телефонная станция;
ДПС
– диспетчерский пункт системы;
АУЭ
– автоматизированный учет энергии;
ЖК
– жидкокристаллический;
ПО
– программное обеспечение;
СУБД
– система управления базой данных;
ОСРВ
– операционная система реального времени;
мОСРВ
– микрооперационная система реального времени;
3
ВВЕДЕНИЕ
Реформа ЖКХ, проводимая в России, делает чрезвычайно актуальной
проблематику, связанную с распределенными информационно-управляющими
системами, предназначенными для управления системами жизнеобеспечения
объектов
городского
хозяйства.
В
России
работы
по
созданию
экспериментальных систем такого рода ведутся на протяжении последних десяти
лет. Толчком к их развитию послужило принятие в 1996 году закона РФ “Об
энергосбережении”.
Анализ сложившейся ситуации к началу работ по созданию коммерческих
систем учета был выполнен в работах [1], [2]. В этих работах рассмотрена
специфика и системные аспекты создания чисто информационных систем.
В промышленности и жилищно-коммунальном хозяйстве страны имеется
огромное
количество
таких
объектов,
как
котельные,
теплопункты,
канализационные насосные станции, водоподкачивающие станции и т.п.
Функциональные обязанности персонала подобных объектов (часто малоквалифицированного) сводятся, как правило, к наблюдению за работой агрегатов и
механизмов и простейшим функциям управления (включение/выключение
оборудования в заданные моменты времени и т. п.). Для устранения возникших
нештатных ситуаций или аварий обслуживающий персонал вынужден
вызывать квалифицированных специалистов. Для обеспечения работы таких
объектов требуется большая численность персонала, и в целом, весь комплекс
эксплуатационных
и
противоаварийных
мероприятий
является
дорогостоящим.
Современный уровень развития вычислительной техники и средств связи
позволяет перевести большинство подобных объектов на автоматический режим
работы с предоставлением
возможности
дистанционного
мониторинга
и
управления сетью объектов с единых диспетчерских пунктов. Такой подход
приводит к снижению затрат на эксплуатацию объектов, позволяет сократить
численность их персонала при одновременном существенном улучшении
4
качества
обслуживания,
оптимизации
решении
управления
задачи
автоматизированного
технологическими
процессами.
учета
и
Получение
объективной информации позволяет реально оценивать истинное состояние
объектов и их оборудования, что обеспечивает принятие обоснованных
решений для планирования opганизационно-технических мероприятий.
Дипломная
работа
посвящена
модернизации
распределенной
информационно-управляющей системы ПоТок-С для филиала ПТС ОАО “СевероЗападный Телеком”, которая была сдана в опытную эксплуатацию в 2005 году
[3],[4]. Следует сказать, что ОАО “Северо-Западный Телеком” была одной из
первых организаций в России, в которой в 1996 году начались работы по
использованию
систем
для
мониторинга
режимов
теплоснабжения
и
коммерческого учета потребления тепла сооружениями этой организации.
Сложившаяся инфраструктура позволила в рамках выполнения этого проекта
провести ряд исследований и демонстрационных экспериментов, результаты
которых представляют интерес для системных интеграторов подобного рода
проектов, а также для целого ряда смежных областей.
В рамках дипломного проекта был решен целый комплекс задач, связанных
с
необходимостью
проведения
модернизации
как
аппаратных,
так
и
программных компонент системы , а также участия непосредственного участия в
пуско-наладочных работах при передаче системы Заказчику в лице ОАО “СевероЗападный ТЕЛЕКОМ”.
В настоящее время система эксплуатируется в штатном режиме.
5
1 ОБЗОР НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1.1
Обзор систем мониторинга и управления распределенными
объектами
Научно-библиографический поиск проводился для обзора современных
идей, методов и примеров практического построения информационных и
информационно-управляющих
систем
управления
объектами.
распределенными
для
диспетчерского
Поиск
вёлся
по
контроля
и
следующим
источникам: журнал «Датчики и системы», журнал «Энергосбережение»,
журнал «Системная интеграция», труды конференции «Коммерческий учет
энергоносителей»,
журнал
«Системы
Технологической
автоматизации»,
материалы сайтов www.rtservice.ru, www.logika.spb.ru.
Результаты
обзора
распределенных
информационно-управляющих
систем сведены в таблицу 1.1.
Следует отметить одну важную особенность систем подобного рода. В
силу значительного масштаба и достаточно большой стоимости эти системы
обладают значительной инерцией в смысле возможности изменения в однажды
принятых концептуальных решениях. Как правило, модернизация такого рода
систем осуществляется в условиях действующего производства, что существенно
усложняет требования к качеству реализации. В полной степени с этим пришлось
столкнуться при выполнении дипломной работы.
Как показал анализ литературных источников наиболее близкой по
функциональным возможностям к системе ПоТок-С является система
ИНТЕК» [9] описывается новая измерительная система коммерческого учета «
(Сертификат об утверждении типа средств измерений RU.C.32.004.A № 14858).
Эта система была разработана при участии ведущих специалистов в области
теплотехники, систем водоучета и гидродинамики. Система представляет собой
программно-аппаратный информационно-вычислительный комплекс, способный
решать широкий круг прикладных задач.
6
Таблица 1.1
Обзор систем используемых в ЖКХ
Название
Назначение
КРУГ
2000
[5]
ИУС для коммерческого
учета тепловой энергии и
газопотребления
для крупных
промышленных
предприятий
Синтал
Телетерм
[6]
ИУС для автоматического
регулирования тепловых
режимов крупного
сооружения
(Дворец спорта в г.
Волгограде),
отапливаемого
электрокотлами
КАРАТ
[7]
Автоматизированная
система
контроля
и
коммерческого
учета
режимов теплоснабжения
городских
объектов
городской
инфраструктуры
(г.Калининград).
Телескоп+ Автоматизированная ИУС
[8]
для коммерческого учета
потребляемых
энергоресурсов и воды и
регулирования тепловых
режимов объектов ЖКХ
(г.Сургут)
Верхний
уровень
системы
ЛВС (сеть
предприятия) с
возможностью
входа сторонних
пользователей
посредством
браузера Internet
ПК c ПО,
обеспечивающем
мониторинг
состояния
объектов,
задание режимов
регулирования,
дистантное
управление,
обработку
учетной
информации
Ведущий и
резервный
диспетчерский
пульты,
реализованные на
ПК, об. по ЛВС
Нижний
уровень
системы
Цифровые
интеллект.
датчики и
контроллеры с
интерфейсами
RS-232,RS485,Ethernet
Цифровые
регуляторы
ЭЦР-ХРОНО
подкл. к
контролл.
ЭЦРТТЕЛЕТЕРМ
Коммуникация
Количество
узлов
Витая пара и
локальные
проводные
соединения
Проектная
спецификация
- до 30 000.
Радиоканал на
GSM модемах
В системе
используется
96 датчиков
DS18S20 и
17 силовых
шкафов
управления
электрокотлами.
Шкаф
управления
На базе
ADAM –5510
ADAM-501H
ADAM-5050
ADAM3854
сети сотовой
связи GSM на
модемах
Siemens TC35
Terminal
Проектная
спецификация
до 50
теплопунктов
АРМ ы
диспетчеров,
операторов и
пользователей
системы
Контроллеры
ПИК-УВП,
ПИК2
Сбор
информации
осуществляетс
я по
радиоканалу
(УКВ), комм.
тел. линия.
100 узлов
«Интек»
[9]
ИУС тепло- и водоучета,
диспетчеризация
различных промышленных
объектов.
центральный
компьютер с ПО
обеспечивающим
мониторинг.
Возможно
управление
процессами
контроллеры
SCADAPack
или
DirectLOGIC,
приборы учета
воды и тепла,
оборудование
SonyEriccson,
Wavecom для
передачи по
GSM каналу
каналы
проводной
связи, ADSL,
GSM, GPRS
До 500 (по
GSM каналу)
Логика
[10]
Информационноизмерительная система
коммерческого и
технического учета
энергоресурсов
сбор и
соответствующее
представление
информации
обеспечивается
единым
программным
комплексом
СПСеть
серийновыпускаемые
спец.
вычислители,
преобразовател
и, счетчики
ЗАО НПФ
ЛОГИКА
Коммутируем
ые и
некоммутируе
мые линии
связи,
радиоканал.
неизвестно
7
Система обладает рядом отличительных особенностей :
- область применения системы не ограничивается только тепло- и
водоучетом. Вторая часть системы «ИНТЕК» — диспетчеризация
различных промышленных объектов;
- передача данных по каналам проводной связи, ADSL, GSM, GPRS;
- все протоколы передачи данных являются открытыми. Кроме того,
применяются протоколы, только хорошо зарекомендовавшие себя с точки
зрения помехозащищенности и устойчивости к сбоям (MODBUS,
ProfiBUS);
- все ПО специально разработано для создания подобных приложений. На
базе программного продукта FactorySuite InTouch.
С точки зрения архитектурных особенностей систему можно разделить на
две части. Первая отвечает за сбор данных с приборов учета. Система
функционирует в автономном режиме, и при отключении ПК информация с
приборов учета не теряется. Система «ИНТЕК» формирует отчеты о потреблении
энергоносителей за любой промежуток времени и производит самодиагностику
аппаратуры.
Кроме этого система может быть настроена для решения любых задач АСУ
ТП,
обеспечивая
полный
контроль
над
технологическими
процессами
производств. Более того, программное обеспечение настраивается так, что кроме
контроля
технологических
параметров
контролируется
также
и
работа
обслуживающего персонала. Наличие кнопок дисциплинирующего контроля,
определение присутствия оператора на рабочем месте снижает вероятность
ошибки персонала.
В качестве базовых аппаратных средств среднего уровня автоматизации в
системе «ИНТЕК» использованы высоконадежные контроллеры SCADAPack или
DirectLOGIC, выбор которых осуществляется исходя из условий эксплуатации.
При организации передачи данных в системе «ИНТЕК» предусмотрено
несколько вариантов. Так, например, возможно использование обычных каналов
8
передачи данных (по проводным линиям связи). Однако в этом случае на
реализацию системы накладываются некоторые ограничения, такие как длина
линии (до 1200 метров без повторителей) и сложности по прокладке кабеля.
Поэтому система «ИНТЕК» предусматривает использование альтернативных
каналов передачи данных, таких как ADSL, GSM, GPRS.
Примеры
систем,
представленные
в
таблице
1.1.,
отражают
ряд
характерных тенденций в развитии систем коммерческого учета. Отобранные
примеры отражают отчетливую тенденцию перехода от чисто информационных
систем (ИС) к информационно-управляющим системам (ИУС), так как только
последние обеспечивают возможность реальной экономии средств.
Второй вывод, который следует из обзора, заключается в том, что до
настоящего времени ведется как выбор каналов связи для сбора информации с
объектов и передачи команд управления, так и аппаратного обеспечения нижнего
уровня.
1.2 Обзор контроллеров и встраиваемых компьютеров
Научно-библиографический поиск проводился для обзора современных
контроллеров и встраиваемых компьютеров, используемых для работы в составе
информационно-управляющих системах. Поиск вёлся по следующим источникам:
каталог «RTSoft Средства и системы автоматизации. Каталог продукции», журнал
«Системная
интеграция»,
труды
конференции
«Коммерческий
учет
энергоносителей», материалы сайтов www.English.Eastday.com, www.Tral.ru,
www.mzta.ru, www.Prosoft.ru, www.nevabls.ru.
Результаты обзора используемых аппаратных средств сведены в таблицу
1.2.
9
Сравнение характеристик различных контроллеров и встраиваемых компьютеров
Название Тип Процессор
ThinkIO
К
SCADAPack К
NetCore
InorTek
"Контар"
МС8
UN0-2052
Siemens
Simatic S7200
Geode
5C1200,
266 МГц
Память

SDRA
M: 128 Мб

RAM:
128 Кб
Коммуникация
2xUSB1.1, RS232,
2xEthernet 10/100,
PROFIBUS-DP,
CANopen,
Ethernet, модули для
работы с
радиомодемами,
спутниковой и
сотовой связью
ВК 300/500
RAM: до 64 Мб, Ethernet 10/100,
МГц,
Flash: до 16 Мб RS232, RS485,
MIPS32
USB 1.1, IDE
К МикроRAM: до 512
MODBUS/RS, Ethernet
контроллер Кб,
10/100
i80C188
EEPROM: до
64 Кб
К неизвестно Flash: 60 Кб,
RS232, RS485
RAM: 30Кб
Ethernet 10/100,
32разрядный,
120 МГц
ВК GX1 300
МГц
К
20 МГц
RAM: 8 Мб,
Flash: 4 Мб
RAM: 64/128
Мб
EEPROM: 24
Кб,
SRAM: 10 Кб
ModBus/ RTU, 2x
CAN, Ethernet 10/100,
RS232
2x RS485
К – контроллер; ВК – встраиваемый компьютер.
10
Таблица 1.2
Вводы/
выводы
2xDI,
2xDO
ОС/мОСРВ
Средства разработки ПО
Windows CE,
Linux
CoDeSys, lSaGraf, ОРС
Driver, SOPH.I.A., CFC 6
~1000
до 40
модулей
нет
язык релейной логики,
C/C++, lSaGraf
~300
нет
Linux 2.4
C/C++, ПО совместимое с
Linux
250 - 300
8xAI,
4xAO,
10xDI,
10xDO
8xAI,
8xAO,
4xDI,
8xDO
2xAI,4xDI
4xDO
нет
C/C++, встроенные
библиотеки ПИ/ПИДрегулирования, ШИМуправления
Уникальная, КОНГРАФ, Алгоритмы для
записана
управления конкретными
производи- технологическими
телем
процессами
Windows CE ПО совместимое с Windows
.NET
CE .NET
215 359
24xDI,
16xDO
неизвестно
неизвест
но
STEP 7 Micro/Win, LAD,
STL (список инструкций),
FBD
Цена, $
400 550
неизвест
но
Можно утверждать, что к настоящему времени на практике используется
широкий спектр разнообразных решений.
В качестве наиболее близкого к контроллеру ASK Lab, можно указать
контроллер "КОНТАР" МС8. [11]
Комплекс модулей "КОНТАР" — совместная российско-американская
разработка
(МЗТА
–
Arecont
Systems,
Inc)
— основан
на
новейших
информационных технологиях и уже проверен во многих проектах различной
сложности (системы жизнеобеспечения зданий, объекты ЖКХ, автоматизация
цехов и т.п. в России и США).
Контроллеры измерительные МС8 (далее МС8) предназначены для сбора
информации и реализации разнообразных алгоритмов автоматизированного
управления
технологическими
процессами.
Контроллеры
МС8
являются
основным (базовым) элементом комплекса КОНТАР.
Контроллеры комплекса "КОНТАР" прошли сертификационные испытания
как средство измерения и на электромагнитную совместимость в России и США.
Имеется разрешение на их использование на объектах, подведомственных
ГОСГОРТЕХНАДЗОРу.
Внешний вид контроллера "КОНТАР" МС8 представлен на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 – Внешний вид контроллера "КОНТАР" МС8
Идеология построения MC8 позволяет использовать его как в качестве
автономного контроллера, так и объединять нужное количество контроллеров в
локальные сети и сложные иерархические системы, осуществлять управление и
сбор информации от разнообразных источников, передачу ее по единому каналу
11
связи, в том числе с использованием сети Интернет.
Система модулей обеспечивает возможность реализации следующих функций :
- измерение и преобразование в цифровую форму сигналов, поступающих от
аналоговых и дискретных датчиков технологических параметров;
- формирование дискретных и аналоговых выходных сигналов для воздействия
на технологический процесс;
- реализация алгоритмов функционирования, необходимых для управления
конкретными технологическими процессами (например, аналоговое или
импульсное ПИД-регулирование, различные виды формирования задания, в
том числе с возможностью изменения в реальном времени, программнологическое управление, автоматическое включение резервного оборудования и
т.д.);
- архивирование событий во внутренней памяти контроллера;
- вывод информации на дисплей встроенного пульта оператора, карманного
компьютера (PDA) или на экран монитора персонального компьютера через
интерфейс RS232C, Ethernet;
- обеспечение связи через различные интерфейсы (RS485 между контроллерами
и другими модулями, RS232С с периферийными устройствами, Ethernet при
работе в локальной сети и сети Интернет).
Для реализации управляющих функций имеется возможность использования :
- 4 дискретных входов;
- 8 аналоговых входов;
- 8 дискретных выходов;
- 8 аналоговых выходов,
и наиболее распространенных коммутационных интерфейсов, обеспечиваемых
отдельными модулями:
- RS232С;
- RS485, с гальванической изоляцией;
- Ethernet.
12
Кроме этого имеются специализированные модули расширения:
- интерфейсный субмодуль WebLinker (Ethernet и RS232C);
- коммуникационный модуль (GPRS/CDMA);
- пульт MD8.2 (внешний) Применяется для щитового утопленного
монтажа. Соединение пульта с контроллером осуществляется через
интерфейсный субмодуль SPI.
Модули
обладают
часами
реального
времени
и
календарем.
Пользовательский интерфейс обеспечивается с помощью ;
- 2-х строчный дисплея;
- 4-х кнопочной клавиатуры
- индикация – 8 светодиодов состояния дискретных выходов.
Низкоуровневое программное обеспечение реализуется на базе собственной
микрооперационной
разрабатывается
системы
при
Программное
помощи
обеспечение
графической
КОНГРАФ.
13
верхнего
инструментальной
уровня
системы
1.3 Выводы
Как показал выполненный обзор в настоящее время в исследуемой
предметной области ведется интенсивный поиск инженерных решений, что не
позволяет рекомендовать какую-либо аппаратно-программную платформу в
качестве безусловного лидера. Продукция различных производителей обладает
схожими функциональными возможностями, однако отличается в аппаратной
реализации и стоимости. Видно также, что до настоящего времени проводится
экспериментальное изучение концептуально-новых решений.
В качестве примера следует указать на систему нового поколения, в состав
который включен мобильный робот [12], используемый для слежения за
ситуацией на электрической подстанции напряжения 500000 Вольт.
В Китае до сих пор трансформаторные подстанции обслуживались только
людьми, безопасность которых не была гарантирована из-за сетей, постоянно
находящихся под высоким напряжением, и часто тяжелых погодных условий.
Четырехколесный
робот,
разработанный
Шандонгским
научно-
исследовательским центром электрической энергии, - первый робот в стране,
который был использован для ведения наблюдения поблизости от сильных
магнитных полей трансформаторной подстанции, работающей под высоким
напряжением.
Ученые из Шандонгского центра заявили, что во время проведения
эксперимента робот мог как выполнять функции рабочих самостоятельно, так и
подчиняться командам рабочих. Он сразу же реагировал на перегревы, любое
постороннее тело, попадавшее на провода и т.д.
Можно констатировать, что в современных системах коммерческого учета
контроллеры
становятся
одним
из
наиболее
важных
компонентов,
промежуточным звеном в цепи обмена данными между полевым оборудованием
(теплосчетчиками,
электросчетчиками,
датчиками
и
исполнительными
механизмами) и средствами АСУ ТП верхнего уровня (рабочими станциями
технологов, серверами, офисными компьютерами управленческих, коммерческих
и технических отделов).
14
Ключевым звеном подобных устройств является микропроцессорная
платформа (совокупность аппаратно-программных возможностей устройства,
используемой операционной системы и средств разработки программного
обеспечения), от которой часто зависит возможность применения устройства в
конкретной системе. Одним из основных факторов выбора контроллера или
встраиваемого
компьютера
является
возможность
простой,
быстрой
и
качественной разработки программного обеспечения (ПО). Производители
предлагают
широкий
ассортимент
программно-инструментальных
средств
разработки ПО для их продукции. Однако, эти средства, как правило, для
устройств конкретного производителя уникальные, и стоимость их может быть на
порядок дороже самих устройств.
15
2 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Дипломная работа “Контроллер для распределенных информационноуправляющих систем ” была выполнена в рамках реализуемого на практике
проекта по модернизации эксплуатирующейся распределенной информационноуправляющей 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).
16
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.
Нижний 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.
ЛВС
Сервер
Базы
Данных
АРМ
диспетчера
ПТС-1
АРМ
администратора
ПТС-1
Мультиплицированный
модемный канал
Модем
Модем
Модем
Модем
АРМ
ком.учета
ПТС-1
АРМ
инженера
ПТС-2
Модем
Коммутируем.
линии связи
Узел
учета
Узел
учета
Узел
учета
Узел
учета
Узел
учета
Узлы учета ПТС-1
Рисунок 2.1 – Структура РИУС ПоТок-С
17
Узел
учета
Узел
учета
Узлы учета ПТС-2
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).
Модем
Теплосчетчик
Датчик
Контроллер
ASK- Lab
Модем
Теплосчетчик
ECL
COMFORT300
Датчики
Датчики
Исп. устр-ва
Исп. устр-ва
Датчик
a) Структура оборудования
узла учета ПТС-1
б) Структура оборудования узла учета ПТС-2
Рисунок 2.2 – Два типа структуры оборудования теплопунктов
(станций) ПТС
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.
18
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.
Рисунок 2.3 Теплосчетчик СПТ-942
Рисунок 2.4 Терморегулятор ECL Comfort 300
19
Функции
управления
специализированного
в
подсистеме
контроллера
ПТС-2
ASK-Lab,
реализованы
разработанного
на
базе
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
20
клапан для слива воды и таким образом предотвратить порчу дорогостоящего
оборудования.
Разъемы для подключения силовых устройств
21
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 таймаута;
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.
22
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.
23
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
24
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
ЖКиндикатор
Панель
управления
Блок
питания
8-и кнопочная
клавиатура
Коммуникационная
панель
Защитная
крышка
Рисунок 3.1 Внешний вид контроллера ASK-Lab
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
25
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.
26
Схема
управления
(под дисплеем)
ЖК дисплей
Клавиатура
Оптрон
Интерфейсная
микросхема
Рисунок 3.2 Плата управления контроллера
Разъем для
программирования
PIC_Danf
Разъемы для подключения
коммуникационной панели
(периферийные устройства)
Разъем для
программирования
ALTERA
Разъем для
программирования
PIC_Master
Разъем для
программирования
PIC_SPT
Разъем для подключения
коммуникационной панели (силовые
устройства и питание)
Рисунок 3.3 Расположение разъемов на плате управления
27
Структурная схема контроллера ASK Lab приведена на рис. 3.4.
Схема управления
Keyb
LCD
P18
М
D
I/O
D
I/O
A/D
I/O
D
I/O
P18
SL
P18
SL
P18
SL
ALT
ERA
Q, 20MHz
RST
supervisor
I2C
CLK
RST
Опто
развязка
Опто
развязка
Опто
развязка
RTC
Опто
развязка
BAT
3V
Q, 32.768
CANbus 2.0,
USART
RS232,
RS422,
RS485
CANbus 2.0,
USART
RS232,
RS422,
RS485
CANbus 2.0,
USART
RS232,
RS422,
RS485
CANbus 2.0,
USART
RS232,
RS422,
RS485
Рисунок 3.4 Структурная схема платы управления контроллера ASK-Lab
В полной конфигурации управляющая часть контроллера ASK-Lab
содержит
4
микроконтроллера
микроконтроллеров
PIC18F458.
Использование
этого
типа
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.
28
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.
29
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.
30
модем
Х8
Х6
Х7
Х4
Х5
теплосчетчик
ECL comfort-300
X2
Х3
+5
V
X1
Х9
Х11
Разъемы для подключения
силовых устройств
Интерфейсн.
разъемы
Х10
GN
D
Х12
Разъем
итания
Рисунок 3.5 Расположение разъемов под защитной крышкой
Разъем для подключения
панели управления (силовые
устройства и питание)
Разъемы для подключения
панели управления
(периферийные устройства)
Рисунок 3.6 Расположение разъемов для соединения
коммуникационной платы с платой управления
31
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
Прикладное
ПО
Ядро мОСРВ
Драйвера
устройств
Высокий
приоритет
прерываний
Фоновые задачи
Ядро мОСРВ A3
I2C
LCD
USART (RS 232)
Прерывание 1
…
Прерывание K
Задача 1
…
Задача N
Рисунок 3.7 Структура ПО контроллера ASK-Lab
Код ядра мОСРВ A3 генерируется программно-инструментальной
средой
“Конструктор А3”.
Модули с кодами драйверов устройств собраны в универсальную
библиотеку драйверов. Библиотека предназначена для использования в составе
мОСРВ A3. Основной функцией библиотеки является программная поддержка
аппаратных
модулей
микропроцессора
PIC18
и
поддержка
аппаратно-
программных интерфейсов между микропроцессором и другими устройствами.
Изменяемой частью ПО контроллера является прикладное ПО – это программные
модули, реализующие функции, специфичные для конкретного приложения
контроллера. Прикладное ПО от версии к версии может изменяться, и
дополняться новыми программными модулями. Системное ПО, как правило,
остается неизменным (состав драйверов может меняться).
32
Учитывая специфику аппаратной части контроллера ASK-Lab, функции
разделяются между микропроцессорами, входящими в его состав (условные
обозначения микропроцессоров: PIC_Master – мастер сети, PIC_SPT и PIC_Danf –
переферийные микропроцессоры). При написании ПО всей системы в целом
следует особое внимание уделить вопросу межпроцессорного взаимодействия.
Функции микроконтроллера PIC_Master:
 обмен с ПК по интерфейсу RS-232 и протоколу Ask-Bus v 3.1
(выполнение команд, принятых с ПК, поддержка информационного
обмена между ПК и процессорами PIC_SPT и PIC_Danf)
 обмен с процессорами PIC_SPT и PIC_Danf по интерфейсу I2C
(PIC_Master – мастер сети)
 реализация процедуры ввода пароля (используется клавиатура и ЖКиндикатор, хранение пароля в EEPROM)
 ведение журнала событий (хранение в памяти FLASH)
 преобразование данных согласно алгоритму ГОСТ при выполнении
команд, требующих разграничения доступа.
Функции микропроцессора PIC_SPT:
 обмен с теплосчетчиком по интерфейсу RS-232;
 обмен с процессором PIC_Master по интерфейсу I2C (PIC_SPT –
подчиненное устройство);
 выполнение команд, принятых процессором PIC_Master с ПК;
 поддержка информационного обмена между ПК и теплосчетчиком;
 управление силовыми устройствами (по командам с PIC_Master).
Функции микропроцессора PIC_Danf:
 омен с терморегулятором ECL Comfort 300 по интерфейсу RS-232;
 омен с процессором PIC_Master по интерфейсу I2C (PIC_SPT –
подчиненное устройство);
 вполнение команд, принятых процессором PIC_Master с ПК;
 пддержка информационного обмена между ПК и терморегулятором.
33
3.5 Описание обмена данными
3.5.1 Обмен данными между контроллером и ПК
Соответствие протоколов обмена между контроллером ASL-Lab и ПК
семиуровневой модели OSI представлен на рисунке 3.8.
N Уровень
Протокол
Определяется
7 Прикладной
программой на ПК
6 Представления ГОСТ 28147-89
Определяется оператором
5 Сеансовый
системы
Специализированный
4 Транспортный алгоритм под каждый тип
теплосчетчика
3 Сетевой
ASK-Bus v3.1
2 Звена данных
RS-232,
1 Физический
пара модемов через КТСОП
Рисунок 3.8 Протоколы обмена между контроллером и ПК
Физический уровень образует пара модемов. Они обеспечивают интерфейс
RC-232 через КТСОП.
Параметры обмена:
-
скорость передачи данных
2400
или
9600
бит/сек
(но
максимальная скорость модемов 115200 бит/сек);
-
Биты данных
8;
-
Четность
нет;
-
Стоповые биты
1;
-
Управление потоком
нет.
Уровень звена данных и сетевой образует протокол ASK-Bus v3.1 –
внутрифирменный протокол, собственная разработка СКБ ГУАП. Несмотря на то,
что на сетевом уровне соединение между ПК и контроллером происходит по
34
принципу «точка - точка», в протоколе ASKBus есть поле, отвечающее за адрес
устройства в составе сети. В данном случае по этому полю определяется, какому
из микроконтроллеров во внутриплатной сети I2C предназначена команда.
На уровне представления используется алгоритм ГОСТ 28147-89 для
шифрации команд, защищенных паролем, например, для команды управления
силовыми устройствами.
3.5.2
Обмен
данными
между
контроллером
и
переферийными
устройствами
Связь ПК с теплосчетчиком и теплорегулятором обеспечивается в режиме
трансляции данных. Формирование/разбор пакетов при обмене данными с
теплосчетчиком
и
теплорегулятором
в
данном
режиме
производится
непосредственно на ПК.
Сформированный пакет на ПК для теплосчетчика (либо теплорегулятора)
вкладывается в поле данных пакета ASK-Bus. После разбора принятого
контроллером ASK-Lab пакета поле данных передается на конечное устройство.
Ответ от устройства принимается контроллером и без дополнительной обработки
так же вкладывается в поле данных пакета ASK-Bus, и отправляется обратно на
ПК, где и происходит разбор ответа устройства.
Примечание – данный режим работы контроллера ASK-Lab позволяет
относительно быстро собрать систему на базе практически любых устройств с
поддержкой последовательного интерфейса USART, т.к. весь протокол обмена с
данным устройством будет реализован на ПК. Этот режим может быть так же
использован как отладочный.
35
3.5.2.1 Работа контроллера ASK-Lab с теплосчетчиком СПТ942
Режимы обмена данных контроллера с теплосчетчиком:
-
Режим прозрачности – данные с ПК передаются на контроллер по
интерфейсу RS-232 и протоколу обмена с теплосчетчиком. Контроллер, распознав
начальный и конечный символы данного протокола, передает полученный пакет
на теплосчетчик.
-
Режим команд – данные с ПК передаются на контроллер по
интерфейсу RS-232 и протоколу ASK-Bus. Пакет данных для теплосчетчика
вкладывается в поле данных пакета ASK-Bus. Команда 0x00 протокола ASK-Bus передача данных на периферийное устройство. Контроллер, по этой команде
извлекает поле данных из пакета и передает на периферийное устройство.
Параметры обмена:
-
скорость передачи данных
2400 бит/сек.;
-
Биты данных
8;
-
Четность
нет;
-
Стоповые биты
1;
-
Управление потоком
сигнал DTR (всегда активен).
3.5.2.2 Работа контроллера с теплорегулятором ECL Comfort 300
Регулятор температуры ECL Comfort 300 Danfoss является полностью
самостоятельным устройством, регулирующим температуру воды в контуре
горячего водоснабжения и в контуре водяного отопления. Основными функциями
контроллера при работе с ECL Comfort 300 являются функции удаленного
мониторинга
и
изменения
режимов
работы
регулятора.
При
наличии
дополнительного коммуникационного модуля ECA87 для ECL Comfort 300
появляется возможность получать дополнительную информацию с ECL Comfort
300 и непосредственно управлять исполнительными устройствами данного
регулятора.
36
Для обмена данными контроллера с регулятором температуры ECL Comfort
300 Danfoss используется режим команд (описан выше).
Параметры обмена:
-
скорость передачи данных
1200 бит/сек.;
-
Биты данных
8;
-
Четность
да;
-
Стоповые биты
1;
-
Управление потоком
нет.
37
3.6 Обеспечение робастности и защиты информации
Важность аспекта защиты информации применительно к ИС обсуждалась в
работах [1], [2]. Особую актуальность этот аспект приобретает при реализации
управляющих функций
в распределенных системах, реализуемых на сетях
общего пользования.
В
работах[1],
[2]
была
предложена
концепция
использования
многоуровневой системы защиты информации в распределенных системах
коммерческого учета. Эта концепция с рядом модификаций была реализована в
проекте ПоТок-С.
При посылке команд управления сетевые пакеты с командами и ответные
пакеты должны быть преобразованы. Пакет, посылаемый с ПК, преобразуется с
использованием ключа, производного от пароля, введенного инженером АРМ.
Для преобразования данных используется алгоритм ГОСТ 28147-89 с постоянной
таблицей замен.
При получении пакета ПО контроллера делает обратное преобразование (в
режиме реального времени) с использованием ключа, производного от
пользовательского пароля (введенного на контроллере, аналогичному паролю ПО
АРМ). Если контрольная сумма преобразованного блока корректна, производится
проверка условия: принятое значение времени больше записанного в памяти
контроллера. Если условие выполняется, контроллер выполняет команду.
Ответный пакет преобразуется с использованием того же (пользовательского)
ключа, содержит значение времени контроллера (значение системного таймера
микропроцессора мастера сети).
При передаче сообщений длина посылки искусственно увеличивается для
обеспечения зашиты от сканирования. Для защиты от перехвата команд применен
ряд дополнительных мер.
Ключи шифрации в контроллер ASK-Lab вводит администратор системы, и
он же имеет возможность его изменения. Разработчики системы обеспечивают
лишь первоначальный код доступа и лишены возможности считывания
38
использованных кодов шифрации после введения ключей администратором
системы.
Для защиты от атак при наличии сообщника в составе персонала, в
контроллере ведется журнал, учета команд управления. Журнал доступен лишь
для просмотра с АРМ инженера, но не может быть откорректирован. Эта
информация позволяет фиксировать время и источник команд управления. Эта же
информация обеспечивает возможность арбитража в случае незлонамеренных
ошибок персонала.
3.6.1 Преобразование данных
Преобразованию подвергается поле STA (статус), CD (код команды) и поле
DATA протокола ASK-Bus. Поле флагов протокола ASK-Bus должно содержать
только признак необходимости преобразования, одинаковый для всех команд,
требующих преобразования (старший бит = 1).
Состав преобразуемой информации приведен в таблице 3.3 .
Таблица 3.3
Состав преобразуемой информации
информация
Поле статуса
код команды
параметры команды или пакет для
внешнего устройства
системное время
дополнение до кратности 8 байт
Длина параметров команды N
контрольная сумма
поле ASK-Bus
STA
CD
DATA
длина
1
1
N
DATA
DATA
DATA
DATA
4
L
1
2
Для длины преобразуемых данных Len должны выполняться условия:
Len mod 8 = 0 и Len >= 16. Контрольная сумма – это сумма всех байтов данных,
подвергаемых преобразованию, расположенных до нее (младшими вперед).
Дополнение до кратности 8 байт производится заполнением пространства
значением системного таймера.
39
3.6.2 Служебный и пользовательский пароль
Пароль, вводимый администратором в контроллер с помощью клавиатуры и
дисплея, используется для получения ключа преобразования данных. Тот же
пароль вводится при работе с подсистемой ПТС-2, обеспечивающей реализацию
функций управления.
Существует два типа пароля: служебный и пользовательский. Служебный
пароль записывается при программировании контроллера и не подлежит
изменению. Он используется при первоначальной настройке и техническом
обслуживании
системы,
а
также для
смены
пользовательского
пароля.
Пользовательский пароль задается с клавиатуры контроллера, и используется при
формировании ключа для преобразования данных, передаваемых по сети при
командах записи.
При изменении пароля сначала вводится старый пароль, при его
правильности (т.е. при совпадении введенного значения с пользовательским
паролем) предлагается ввести новый пользовательский пароль. Длина пароля – от
3 до 6 символов, пароль хранится в энергонезависимой памяти EEPROM
контроллера. При успешном изменении пароля обнуляется счетчик времени,
служащий для проверки корректности приходящих сетевых пакетов (при приеме
каждой новой корректной команды, имеющей преобразованные данные, данный
счетчик изменяется на значение поля «время сетевого пакета»).
3.6.3 Ключ преобразования данных
Для получения ключа преобразования данных должен использоваться
пароль, вводимый пользователем в контроллер с помощью клавиатуры и дисплея.
На основе пароля формируется ключ, используемый для преобразования
данных. Длина ключа – 256 бит. Расширение пароля до длины ключа
осуществляется следующим образом:
1)
преобразование пароля в BCD;
2)
копирование получившейся строки на всю длину ключа;
40
3)
выполнение операции XOR с неизменяемой константой, хранимой в
энергонезависимой памяти контроллера, длина которой равна длине ключа.
3.6.4 Системное время
Текущее время вычисляет ПО на ПК, посылающее команду. Это время
должно возрастать для каждой следующей команды (например, число секунд с
начала 2000 года). ПО контроллера проверяет порядок следования времени в
командах и выполняет только команду со значением времени большим, чем
предыдущая. Принятое значение времени хранится в энергонезависимой памяти
контроллера. Механизм записи исключает порчу значения при пропадании
питания. Значение времени записывается до начала реакции на команду.
3.6.5 Защита от сбоев и протоколирование событий
Микрооперационная система реального времени
A3, на базе которой
разрабатывалось программное обеспечение нижнего уровня,
обеспечивает
некоторые функции по защите от сбоев и протоколированию событий, а именно:
-
контроль корректности функционирования программной системы;
-
контроль времени выполнения задач;
-
запись контекста ПО контроллера в случае исключительной ситуации
для последующего анализа;
-
запись дампа памяти;
-
ведение журнала событий.
Эти
функции
были
использованы
при
разработке
программного
обеспечения нижнего уровня для контроллера ASK Lab, которое хорошо себя
зарекомендовало по результатам опытной эксплуатации.
41
4 МОДЕРНИЗАЦИЯ КОНТРОЛЛЕРА
4.1 Постановка задачи
В рамках дипломного проекта решались поставленные Заказчиком задачи
по модернизации подсистемы ПТС-2, а именно:
4) Принудительное выключение электромоторов по истечении таймаута;
5) Обеспечение контроля положения задвижек;
6) Повышение надежности каналообразующей аппаратуры.
Изменения аппаратной части контроллера затронули только 2 пункт.
Изменения программного обеспечения контроллера затронули все 3 пункта.
Изменения программного обеспечения ПК также затронули все 3 пункта.
42
4.1.1 Выключение электромоторов по истечении тайм-аута
Контроллер ASK-Lab имеет восемь дискретных выходов. Для каждого
дискретного выхода на плате сопряжения контроллер имеет твердотельные реле с
нормально
разомкнутыми
контактами
(рисунок
4.1).
Номинальный
ток
коммутации для этих реле составляет 1.5А и номинальное рабочее напряжение
~12-240В. Максимально допустимый кратковременный ток в течение одного
полупериода до 10А. Внешний вид разъемов для подключения исполнительных
устройств изображен на рисунке 4.2.
220В/1,5
А
X1
R1
X1
R1
Твердотельные
реле
X8
R8
Рисунок 4.1 Схема силовых цепей контроллера
моде
м
Х8
Х6
Х7
Х4
Х5
теплосчетчик
ECL comfort-300
X2
Х3
+5
V
X1
Х9
Х11
Разъемы для подключения
силовых устройств
Интерфейсн.
разъемы
Х10
GN
D
Х12
Разъем
итания
Рисунок 4.2 Расположение разъемов под защитной крышкой.
43
В системе ПТС-2 задействовано 5 выходов: по 2 для каждого из двух
электроприводов
и
Реле
X1
1
для
клапана
слива
воды
(рисунок
4.3).
Разъем для подключения
силовых устройсв
Откр.
R1
М1
X2
~220В
Закр.
R2
X3
Откр.
R3
М2
X4
~220В
Закр.
R4
X5
К1
R5
Рисунок 4.3 Схема подключения двигателей задвижек и сливного клапана
При коммутации 220В на одном или другом входе электропривода
задвижка начинает вращаться в соответствующую сторону. По достижении
крайнего положения срабатывает концевой выключатель и электропривод должен
сам выключиться, несмотря на то, что твердотельные реле находятся во
включенном состоянии.
В
случае
неправильного
монтажа
или
неисправности
самого
электропривода постоянное нахождение под напряжением 220В может привести к
тому, что обмотка электропривода сгорит. Чтобы избежать этого контроллер
ASK-Lab должен по истечении заданного промежутка времени снимать
управляющее напряжение с реле. Тайм-аут должен быть настраиваем, т.к. в
зависимости от модели электропривода гарантированное время срабатывания
может меняться.
44
4.1.2 Контроль положения задвижек
При создании распределенных управляющих систем одним из ключевых
вопросов является вопрос контроля за состоянием объекта после команд
оператора. Особую важность этот аспект приобретает в случае возникновения на
объекте аварийной ситуации.
Эксперименты по использованию цифрового видео в петле обратной связи
для контроля текущего состояния исполнительных механизмов проводились на
одной из подстанций еще в 2005 году и описаны в [3], [4]. В экспериментально
опробованном варианте конфигурации системы оператор мог контролировать
положение задвижек в реальном масштабе времени через телекамеры слежения.
Передача видео в этом случае осуществлялась посредством ЛВС здания, к
которой подключался специализированный видеоконтроллер, разработаны в СКБ
ГУАП. Эта видеосистема используется вплоть до настоящего времени на одном
из узлов теплоснабжения. На рис. 4.4 приведено изображение панели управления
Рисунок 4.4 Виртуальная панель управления АРМ инженера
45
системы ПТС-2 с узла, оборудованного системой видеоконтроля.
Были
исследованы
возможность
передачи
цифрового
видео
по
коммутируемым телефонным сетям общего пользования. В реальных условиях
Санкт-Петербурга передача одного видеокадра осуществлялась за 2-3 сек, что
обеспечивало
возможность
видеоконтроля
за
объектом
управления
по
коммутируемым телефонным линиям.
В силу разных причин этот концептуальный подход, несмотря на свою
перспективность, не получил развития в проекте ПТС.
Как следствие, в существующей системе результат выполнения команды
оператор мог контролировать только по косвенным признакам: изменение
температуры теплоносителя и других параметрах, снимаемых с контроллера
DANFOSS и теплосчетчика СПТ. Т.к. оператор действует в напряженных
условиях и цена ошибки слишком дорога, то по требованию Заказчика было
необходимо добавить в контур управления датчики положения задвижек.
Как показал предварительный анализ, имеющееся на узлах учета
оборудование позволяет контролировать положение задвижки электропривода с
помощью концевых выключателей, срабатывающих при достижении задвижки
крайнего положения: открыто или закрыто. Соответственно, для контроля
положения задвижек нам достаточно 4 датчика типа «сухой контакт». Тип
датчиков – нормально разомкнутый.
По согласованию с Заказчиком этот вариант контроля был реализован и
внедрен в результате дипломного проекта.
46
4.1.3 Повышение надежности каналообразующей аппаратуры
В процессе опытной эксплуатации системы ПоТоК-С обнаружилась
проблема, связанная с зависанием модемов на узлах учета. Работоспособность
модема восстанавливается сбросом по питанию, т.е. выключением – включением.
Самым простым способом решения данной задачи является использование
интеллектуальной розетки, которая по заданному расписанию, например, раз в
час, будет производить сброс модема (рисунок 4.5).
Недостатки данного решения:
1. Увеличение общей стоимости системы;
2. Проблема обеспечения сохранности.
Рисунок 4.5 Интеллектуальная розетка
Из-за этих недостатков было принято решение производить сброс модема с
помощью контроллера ASK-Lab, используя один из трех свободных портов
управления (всего восемь, а задействовано пять). Этот вариант получил название
“встроенная интеллектуальная розетка” и был реализован в процессе дипломной
работы.
47
4.2 Модернизация аппаратной части контроллера
Модернизация аппаратной части контроллера связана с добавлением в
контур управления датчиков положения задвижек.
В контроллере ASK-Lab было предусмотрено 8 гальванически развязанных
цифровых входов. Датчики типа «сухой контакт», необходимые для контроля
положения задвижек, нельзя напрямую подключить к контроллеру.
Было принято решение доработать коммуникационную плату, т.к.
разработка и изготовление новой платы существенно удорожит модернизацию.
4.2.1 Разработка схемотехнических решений
На
рисунке
4.6
представлен
фрагмент
принципиальной
схемы
коммуникационной платы. Для пользователя доступны разъемы 5EEHDV-04P (на
рисунке 4.6 компонент J10). Предполагается, что датчики будут подключаться как
раз к этим разъемам, т.е. на места цифровых входов.
Доработать коммуникационную плату для обеспечения возможности
подключения датчиков можно несколькими способами:
 «Вручную» переразвести плату, т.е. перерезать ненужные дорожки и
запаять провода для новых цепей;
 Внести необходимые изменения на дополнительной плате и впаять ее
как мезонин.
Из-за неэффективности «ручной доработки» большого количества плат
было принято решение разработать мезонинную плату, которая позволит
подключать датчики типа «сухой контакт» на места цифровых входов.
Принципиальная схема дополнительной платы приведена в Приложении Х .
Мезонинная плата впаивается на места двух сборок оптопар. Никакие
дорожки резать не приходится. Дополнительно с коммуникационной платы
проводом «проложена» цепь +5В. Это обеспечивает возможность получить 8
гальванически развязанных входов для датчиков «сухой контакт» (рисунок 4.7).
48
Входной порт
микроконтроллера
Внешний
разъем для
подключения
к контроллеру
Оптрон
Рисунок 4.6 Цифровой вход контроллера
Внешний
разъем для
подключения
к контроллеру
Входной порт
микроконтроллера
Оптрон
Рисунок 4.7 Вход для датчика типа «сухой контакт»
49
4.2.2 Конструктивное исполнение
Внешний вид мезонинной платы представлен на рисунке 4.8.
Плата маленькая по площади, односторонняя и компонентов на ней
минимум: штыри и две сборки оптопар. Это гораздо более экономичное решение,
чем
изготовление
большой
коммуникационной
платы.
Внешний
вид
коммуникационной платы в новом качестве представлен на рисунке 4.9.
Рисунок 4.8 Внешний вид мезонинной платы
Разъем для
подключения
к контроллеру
Мезонинная
плата
Твердотельные
реле
Разъемы для
коммуникаций
(модем,
теплосчетчик,
теплорегулятор)
Разъем для
питания
Разъемы для
силовых устройств
Разъемы для
датчиков
Рисунок 4.9 Внешний вид коммуникационной платы
50
4.3 Модернизация программного обеспечения контроллера
4.3.1 Описание исходного ПО контроллера
Как было указано выше, контроллер ASK-Lab построен на основе 4-x
микроконтроллеров PIC18F458, объединенных внутриплатной сетью I2C.
Применительно к проекту ПТС, в схеме управления задействовано 3
микроконтрллера (рисунок 4.10):
•
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.
Для управления силовыми устройствами используется порт PORTD
микроконтроллера, отвечающего за информационный обмен с теплосчетчиком
(PIC_SPT).
Информация с датчиков приходит на порт PORTD микроконтроллера,
отвечающего за информационный обмен с теплорегулятором (PIC_Danf).
51
ECL
Comfort-300
PORTD
PIC_
Master
Модем
I2C
ter
PIC_SPT
PORTD
Пл ат а с о пр яж ен ия
PIC_Danf
Датчики
Силовые
устройства
Контроллер
Теплосчетчик
Рис. 4.10 Логическая схема контроллера
Краткое описание функций программного обеспечения контроллера
приведено ниже.
Функции микроконтроллера PIC_Master:
 Обмен с ПК по интерфейсу RS-232 и протоколу Ask-Bus v 3.1
(выполнение команд, принятых с ПК, поддержка информационного
обмена между ПК и процессорами PIC_SPT и PIC_Danf)
 Обмен с процессорами PIC_SPT и PIC_Danf по интерфейсу I2C
(PIC_Master – мастер сети)
 Реализация процедуры ввода пароля (используется клавиатура и ЖКиндикатор, хранение пароля в EEPROM)
 Ведение журнала событий (хранение в памяти FLASH)
 Преобразование данных согласно алгоритму ГОСТ при выполнении
команд, требующих разграничения доступа.
52
В Таблице 4.1 представлен состав модулей ПО микроконтроллера
PIC_Master.
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
Таблица 4.1
Модули ПО микроконтроллера PIC_Master.
Модуль
Описание
Main.asm
Главный модуль проекта. Генерируется автоматически ПО
“Constructor A3”
AskBus31.inc
Формирование/разбор пакетов протокола ASK-Bus v.3.1
AskTrans.inc
Формирование контрольной информации сетевого пакета на уровне
ASK-Bus, являющегося ответным на запросный пакет с ПК
Crypt.inc
Прямое и обратное преобразование данных по алгоритму Гост в
режиме простой замены
Define.inc
Модуль констант и объявлений. Генерируется автоматически ПО
“Constructor A3”
Enter_Pswd.inc
Ввод пароля с помощью клавиатуры, с отображением всей
необходимой информации на LCD индикаторе
Ex_Flash.inc
Работа с FLASH-памятью контроллера
Init.inc
Процедуры начальной инициализации контроллера. Генерируется
автоматически ПО “Constructor A3”
Kernvar.inc
Модуль объявления переменных ядра. Генерируется автоматически
ПО “Constructor A3”
Keyboard.inc
Опрос по требованию матричной клавиатуры с возвратом кода
последней нажатой и отжатой клавиши
LCD.inc
Настройка и вывод на ЖКД текстовой информации
Macros.inc
Набор макросов, используемых ядром мОСРВ и библиотечными
модулями. Системное ПО. Генерируется автоматически ПО
“Constructor A3”
MasterCMD.inc
Выполнение команд (пришедших с ПК), предназначенных для
выполнения микропроцессором PIC_Master
MI2C.inc
Обмен данными по интерфейсу I2C в режиме мастер с PIC18,
работающими в режиме слэйв, либо другими внешними I2C слэйвустройствами
Procs.inc
Набор стандартных процедур, используемых ядром мОСРВ и
библиотечными модулями. Системное ПО
Resetbufsbyto.inc Сброс буферов межзадачного обмена по условию
Setaskdevaddr.inc Установка адреса устройства для протокола ASK-Bus v3.1
Spt_strt.inc
Формирование/разбор сетевых пакетов для обмена с СПТ 942
(посредством PIC_SPT) в режиме прозрачности
TaskCond.inc
Условия запуска задач в мОСРВ. Генерируется ПО “Constructor A3”
на основе схемы межзадачного обмена
UsartD.inc
Обмен данными по интерфейсу RS-232 с внешним устройством с
формированием пакета по символам границ пакета и по таймауту
Userdef.inc
Модуль констант и объявлений пользователя. Генерируется ПО
“Constructor A3” на основе файла объявлений пользователя
ViewLevel.inc
Формирование/разбор сетевых пакетов на уровне представления
данных
53
Внесение изменений в ПО микроконтроллера PIC_Master для реализация
новых функций системы не потребовалось, т.к. новые прикладные задачи
решаются на микроконтроллерах PIC_SPT и PIC_Danf.
Функции микропроцессора PIC_SPT:
 Обмен с теплосчетчиком по интерфейсу RS-232;
 Обмен с процессором PIC_Master по интерфейсу I2C (PIC_SPT –
подчиненное устройство);
 Выполнение команд, принятых процессором PIC_Master с ПК;
 Поддержка информационного обмена между ПК и теплосчетчиком;
 Управление силовыми устройствами (по командам с PIC_Master).
В Таблице 4.2 представлен состав модулей ПО микроконтроллера PIC_SPT.
Таблица 4.2
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Модули ПО микроконтроллера PIC_ SPT.
Описание
Главный модуль проекта. Генерируется автоматически ПО
“Constructor A3”
CmdDisp.inc
Диспетчер команд, пришедших от PIC_Master
Define.inc
Модуль констант и объявлений. Генерируется автоматически ПО
“Constructor A3”
Init.inc
Процедуры начальной инициализации контроллера. Генерируется
автоматически ПО “Constructor A3”
Kernvar.inc
Модуль объявления переменных ядра. Генерируется автоматически
ПО “Constructor A3”
Macros.inc
Набор макросов, используемых ядром мОСРВ и библиотечными
модулями. Системное ПО. Генерируется автоматически ПО
“Constructor A3”
Procs.inc
Набор стандартных процедур, используемых ядром мОСРВ и
библиотечными модулями. Системное ПО
Resetbufsbytos.inc Сброс буферов межзадачного обмена по условию
SI2C.inc
Обмен данными по интерфейсу I2C в режиме слейв с PIC18,
работающим в режиме мастер
SlaveCMD.inc
Выполнение команд пользователя (пришедших с ПК),
предназначенных для выполнения микропроцессором PIC_SPT
TaskCond.inc
Условия запуска задач в мОСРВ. Генерируется ПО “Constructor A3”
на основе схемы межзадачного обмена
Usart.inc
Обмен данными по интерфейсу RS-232 с внешним устройством с
формированием пакета по таймауту
Userdef.inc
Модуль констант и объявлений пользователя. Генерируется ПО
“Constructor A3” на основе файла объявлений пользователя
Модуль
Main.asm
54
Модернизация ПО микроконтроллера PIC_SPT необходима для реализации
функций:
 Принудительное выключение электромоторов по истечении таймаута;
 Повышение
надежности
каналообразующей
аппаратуры
(сброс
модема).
Функции микропроцессора PIC_Danf:
 Обмен с терморегулятором ECL Comfort 300 по интерфейсу RS-232;
 Обмен с процессором PIC_Master по интерфейсу I2C (PIC_SPT –
подчиненное устройство);
 Выполнение команд, принятых процессором PIC_Master с ПК;
 Поддержка информационного обмена между ПК и терморегулятором.
Состав модулей ПО микропроцессора PIC_Danf аналогичен составу
модулей PIC_SPT. Отличие модулей в различных константах и определениях.
Модернизация ПО микроконтроллера PIC_SPT необходима для реализации
задачи контроля положения задвижек.
55
4.3.2 Задача выключения электроприводов по тайм-ауту
Задача выключения электроприводов по тайм-ауту реализуется на
микроконтроллере PIC_SPT.
Для выполнения этой функции был написан новый модуль StopMotor.inc и
изменен модуль SlaveCMD.inc
Модуль StopMotor.inc предназначен для реализации принудительного
выключения электромоторов по истечении тайм-аута.
Таблица 4.3
Характеристики модуля StopMotor.inc:
Параметр
Значение
Имя файла
Использование прерываний
Локальная память, байт
Параметры, задаваемые константами
Количество задач
Действия при инициализации
StopMotor.inc
нет
7
да
2
Чтение из EEPROM значения тайм-аута. Если
значение некорректно или отсутствует, то запись в
EEPROM значения тайм-аута по умолчанию
Ниже приведено краткое описание логики работы контроллера.
Задачи модуля StopMotorCheckCMD, StopMotorCheckTO имеют самый
низкий приоритет и постоянно находятся в очереди фоновых задач.
Задача StopMotorCheckCMD проверяет, не пришла ли по I2C команда для
PIC_SPT. Если пришедшая команда – это команда управления электроприводами,
то выставляется флаг соответствующего мотора и запоминается значение
системного таймера.
Задача
StopMotorCheckTO
контролирует
истечения
тайм-аута.
Если
выставлен флаг мотора, то проверяется разница между текущим значением
системного таймера и значением таймера, когда пришла команда. Если разница
превысила
тайм-аут,
то
соответствующий
мотор
выключается,
и
флаг
сбрасывается.
Модуль SlaveCMD.inc предназначен для выполнения команд пользователя
(пришедших с ПК через PIC_Master) на процессоре PIC_SPT или PIC_Danf.
56
Задачи модуля и логика работы остались без изменений.
В нашем случае в протокол обмена между ПК и контроллером ASK-Lab
было необходимо добавить две новые команды, которые выполняются на
микроконтроллере PIC_SPT:
 команда установки значения тайм-аута (SlaveCmd_SetMotorTO);
 команда чтения значения тайм-аута (SlaveCmd_GetMotorTO).
Тайм-аут хранится в EEPROM микроконтроллера.
Значение тайм-аута может быть от 1 до 60 сек. Проверка корректности ТО
осуществляется перед записью нового значения в память EEPROM. Для
робастности системы значение тайм-аута дублируется тремя байтами в памяти
EEPROM. Выбор значения тайм-аута осуществляется по мажоритарному
принципу из трех прочитанных.
57
4.3.3 Задача контроля положения задвижек
Задача контроля положения задвижек реализуется на микроконтроллере
PIC_Danf.
Для выполнения этой функции был изменен модуль SlaveCMD.inc
В протокол обмена между ПК и контроллером ASK-Lab было необходимо
добавить новую команду – команду чтения порта датчиков.
По этой команде обратно на ПК посылается значение порта PORTD.
58
4.3.4 Задача управления питанием модема
Задача управления питанием модема реализуется на микроконтроллере
PIC_SPT.
Для выполнения этой функции был написан новый модуль ResetModem.inc
и изменен модуль SlaveCMD.inc
Модуль ResetModem.inc предназначен для реализации сброса модема с
заданными периодом времени.
Таблица 4.4
Характеристики модуля ResetModem.inc:
Параметр
Значение
Имя файла
Использование прерываний
Локальная память, байт
Параметры, задаваемые константами
Количество задач
Действия при инициализации
ResetModem.inc
нет
5
да
3
Начальная установка флагов, включение питания
Ниже приведено описание логики работы при реализации этой функции.
Каждый период сброса модема (Т сброса) питание модема пропадает на
длительность времени сброса (t сброса) (рисунок 4.11). Период сброса
настаивается и хранится в EEPROM контроллера, а длительность сброса задается
константой и равен 20 секундам.
t сброса
T сброса
220 В
Рисунок 4.11 Управление питанием модема
Задачи
модуля
ResetModemCheckPeriod,
ResetModemCheckDuration,
ResetModemCheckCMD имеют самый низкий приоритет и постоянно находятся в
очереди фоновых задач.
59
Задача ResetModemCheckPeriod отслеживает время истечения периода
сброса. Считается разница между текущим значением системного таймера и
временем, когда произошел последний сброс модема. Если эта разница
превышает значение периода, считанного из EEPROM контроллера, то
выставляется флаг сброса, выключается питание модема и запоминается значение
системного таймера для задачи ResetModemCheckDuration.
Задача
ResetModemCheckDuration
отслеживает
время
истечения
нахождения в сбросе. Если флаг сброса установлен, то считается разница между
текущим значением системного таймера и временем, когда контроллер выключил
питание модема. Если эта разница превышает значение константы в памяти, то
питание модема включается, флаг сброса обнуляется и запоминается значение
системного таймера для задачи ResetModemCheckPeriod.
Задача ResetModemCheckCMD анализирует команды, которые приходят на
микроконтроллер PIC_SPT. Если это критически важные команды, например,
управление
исполнительными
устройствами,
то
обновляется
значение
переменной, в которой хранится время последнего сброса. Таким оброзом сброс
отодвигается ровно на один период. Это сделано для того, чтобы контроллер в
критический момент не выключил модем и не разорвал связь между ПК и
контроллером.
Бит порта PORTD, отвечающего за управление питанием модема, задается с
помощью маски. Пользователь не может с помощью программы на ПК в ручном
режиме поменять значение этого бита. Это сделано, чтобы пользователь по
ошибке не выключил питание модема и таким образом разорвал связь.
В протокол обмена между ПК и контроллером ASK-Lab было необходимо
добавить две новые команды, которые выполняются на микроконтроллере
PIC_SPT:
 команда установки периода сброса модема;
 команда чтения периода сброса модема.
Для этого был изменен модуль SlaveCMD.inc.
60
4.4 Модернизация программного обеспечения ПК
Для реализации новых функций контроллера было доработано приложение
«Инженер. Ниже приводятся описания внесенных изменений в процессе
модернизации.
4.4.1 Задача выключения электроприводов по тайм-ауту
Главная панель программа представлена на рис. 4.12. В этом режиме
оператор имеет возможность выбора конкретной реализуемой в данный момент
функции.
Панель «Тайм-аут выключения моторов» (рисунок 4.13) появляется при
нажатии на кнопку «Тайм-аут моторов» главной панели программы.
Кнопка
панели
установки ТО
Рисунок 4.12 Главная панель программы
Рисунок 4.13 Панель задания тайм-аута
61
С помощью ползунка у пользователя есть возможность задать тайм-аут от 5
до 60 секунд с шагом в 5 секунд.
Команда установки или чтения тайм-аута приходит на микроконтроллер
PIC_Master, который ее разбирает и перетранслирует на микроконтроллер
PIC_SPT по шине I2C. Микроконтроллер PIC_SPT записывает значение тайм-аута
в EEPROM и использует его при управлении электроприводами. Получив от
слейва ответ со статусом выполненной команды, PIC_Master посылает ответ на
ПК.
Команда установки тайм-аута моторов защищена паролем.
4.4.2 Задача контроля положения задвижек
Панель управления исполнительными устройствами претерпела следующие
изменения
(рисунок
4.14).
Над
кнопками
управления
исполнительными
устройствами появились 8 виртуальных переключателей. Они отражают
состояние датчиков типа «сухой контакт», подключенных к контроллеру:
замкнуто или разомкнуто.
Датчики
«сухой контакт»
Рис. 4.14 Панель управления устройствами
62
Для системы важны в первую очередь четыре датчика, привязанные к
конкретным положениям задвижек электроприводов. К четырем оставшимся
пользователь имеет возможность подключать устройства по своему усмотрению.
При открытии этой панели информация о текущем состоянии каналов
управления и датчиков обновляется раз в секунду. Т.е. с таким интервалом
посылаются на контроллер команда чтения порта управления и команда чтения
порта датчиков.
При нажатии на клавишу F1 – F8 на контроллер посылается команда
установки соответствующего значения на порту управления.
4.4.3 Задача управления питанием модема
Панель «Период сброса модема» (рисунок 4.16) появляется при нажатии на
кнопку «Период сброса» главной панели программы (рисунок 4.15)
Кнопка панели
«Период сброса
модема»
Рисунок 4.15 Главная панель программы
63
Рисунок 4.16 Панель периода сброса модема
С помощью ползунка у пользователя есть возможность задать период
сброса модема от 15 до 240 минут с шагом 15 минут, а также «бесконечность»
(т.е. включен постоянно) при крайнем правом положении ползунка.
Т.к. модем подключен к одному из каналов управления (6 канал), то это
накладывает определенные ограничения. Чтобы оператор не разорвал связь с
контроллером, отключив питание модема, контроль за 6 каналом управления
осуществляет только контроллер. Пользователю он недоступен.
64
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Дипломная работа была выполнена в рамках многолетнего эксперимента по
внедрению проектной формы обучения в реальный образовательный процесс.
Фактически, как первая очередь системы ПоТок-С так и ее модернизация
осуществлялась студентами дипломниками под руководством персонала СКБ
ГУАП.
В
настоящее
время
РИУС
ПоТок-С
передан
в
промышленную
эксплуатацию в диспетчерский центр АУЭ филиала ПТC ОАО “Северо-Западный
Телеком”. При этом к системе подключено около сотни станций, из которых 24
оснащены автономными узлами регулирования, оборудованных контроллерами
ASK-Lab. Одна станция оборудована системой видеоконтроля.
Результаты работы были представлены на первый европейский конкурс
студенческих работ ESPC-2005, проводимый под эгидой ISA (21.05.2005, Корк,
Ирландия) и удостоены Золотой медали. Демонстрационный показ работы РИУС
ПоТок-С представителям ГК ОАО “Ленэнерго” получил положительный отзыв.
12.12.2005 был подписан акт внедрения системы ПоТок-С.
По результатам реализации проекта, в котором были экспериментально
апробированы новые инженерные решения, были опубликованы работы:
1. Rochev M.S. Heat consumption distributed information-control system.
Proceedings Int. conf. “Education for all”, Saint-Petersburg, 2005
2.
Goncharov
A.A.
Experimental
integrated
development
environment
“Constructor A3”. Proceedings Int seminar. “Challenges of the information age in the
field of education”, Saint-Petersburg, June 24-28, 2006, p.36-41
3. Astapkovich D.A. Digital Video in Optical Feed Back Control Loop,
“Proceedings from the First International Exchange Program: Indiana State University
College of Technology and Saint-Petersburg State University of Aerospace
Instrumentation”, July 15-July 24, Terre Haute, Indiana, 2005, section 7.
4. Astapkovich D.A. Digital Video in Optical Feed Back Control Loop,
“Proceedings from the International Seminar “Education for All”, June 25-June 29,
p.37-41.
65
5. Astapkovitch A., Kasatkin A.A. Review of Theory of Real Time
microOperational System (RTmOS), Proceedings Int. conf. “Problem of Education”,
Saint-Petersburg, 2006
6. Bodniy D.V. Do we have Motion JPEG200 today? “Proceedings of the
International Seminar “Education for All”, June 25 – June 29, 2005, p.42-45
В Заключение автор выражает искреннюю благодарность персоналу СКБ
ГУАП за всестороннюю поддержку при выполнении дипломной работы.
66
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Анисимов А.Л., Астапкович А.М., Дмитриев С.В. и др. Проблемы и
перспективы
создания
интегрированных
потребления
энергоресурсов.
//
Cборник
коммунальных
систем
учета
Информационно-управляющие
системы и сети. Структуры. Моделирование. Алгоритмы. Политехника, СПб.,
1999, с. 165-185.
2. Шумилов И.А., Анисимов А.Л., Астапкович А.М. и др. Перспективы создания
интегрированных коммунальных систем учета потребления энергоресурсов. //
Труды конференции Коммерческий учет энергоносителей 10-я конференция.
Совершенствование измерений расхода жидкости газа и пара, Политехника,
СПб., 1999, с. 340-360.
3. Титович
Ю.В.,
Барашков
В.М.,
Астапкович
А.М.,
Касаткин
А.А.
Обслуживание индивидуальных тепловых пунктов в филиале “Петербургская
Телефонная
Сеть”
ОАО
“Северо-Западный
Телеком”//
Журнал
“Энергосбережение”, № 4, 2005, с. 2- 6 .
4. Титович Ю.В., Барашков В.М., Эйбер И.М., Петрушенко С.Ю., Анисимов А.Л.,
Астапкович А.М., Касаткин А.А., Рочев М.А. Опыт внедрения дистанционного
управления режимами работы индивидуальных тепловых пунктов филиала
«Петербугская телефонная сеть» «Северо-Западный Телеком» В трудах
конференции «Коммерческий учет энергоносителей» ХХI-я международная
научно-практическая конференция Санкт-Петербург, май, 2005, с285-288
5. Ладугин Д.В. Интегрированная система коммерческого учета тепловой
энергии и природного газа на базе программно-технических комплексов серии
“КРУГ-2000”// Журнал Датчики и системы № 5, 2005, c. 2-5
6. Бартенев В.Г., Бартенев М.В Энергосберегающая модульная АСУТП для
распределенных объектов “СИНТАЛ ТЕЛЕТЕРМ” // Журнал Датчики и
системы, № 2, 2005, c. 32-35
67
7. Плющаев В., Грошева Л., Мерзляков В., Перевезенцев С., Зуев А., Пахомов А.
Система дистанционного мониторинга и управления объектами. // Журнал
Системы Технологической Автоматизации, № 2, 2003, с. 6-15.
8. Карташев А.А., Мартынов В.И. Организация учета энергоносителей на
источниках теплоты в бюджетной и жилищно-коммунальной сфере г.Сургута
//
Труды
конференции
“Коммерческий
учет
энергоносителей”
XX1-я
международная научно-практическая конференция Санкт-Петербург, май,
2005, с. 321-324.
9. Галузов М. В. Комплексная диспетчеризация объектов различного назначения
// материалы сайта www.rtservice.ru, Информационные системы учета
энергоресурсов.
10.Материалы сайта www.logika.spb.ru.
11.Контроллеры измерительные "КОНТАР" МС8 // материалы сайта www.mzta.ru.
12.Роботы
для
слежения
за
электрической
сетью
//
материалы
сайта
www.English.Eastday.com.
13.Goncharov A. Experimental integrated development environment “Constructor A3”.
Proceedings Int, Seminar. “Challenges of the information age in the field of
education”, Saint-Petersburg, June 24-28, 2006
14.Астапкович А.М. Микрооперационные системы реального времени //
Монография, СПб: Политехника, 2002.
15.Астапкович А.М. (2003) Формализм адресно-временных карт для описания
алгоритмов функционирования многоканальных систем управления. Введение
в
формализм
адресно-временных
карт.
//
Журнал
Информационно-
управляющие системы, № 4, 2003, с. 6-14.
16.Астапкович А.М. (2004) Формализм адресно-временных карт для описания
алгоритмов функционирования многоканальных систем управления. Базовые
объекты и операции с АТ-картами. // Журнал Информационно-управляющие
системы, 2004, № 2, с. 26-37.
68
17.Астапкович А.М., Востриков А.А., Касаткин А.А, Чудиновский Ю.Г., Bishop
R. Опыт использования информационно-управляющих сетевых систем для
передачи видеоизображений. // Сборник Семинары ASK Lab 2001, с. 180-197.
18.Анисимов А.Л., Астапкович А.М., Востриков А.А., Елисеенко А.Г. ,
Кравченко Д.А., Плигин М.В., Сергеев М.Б., Суханов И.О.
предоплаты
за
потребляемую
Микропроцессорные
энергию
Кредо-Смарт
информационно-управляющие
Система
500
//Сборник:
системы
реального
времени / Под общ. ред. М.Б.Сергеева. - СПб: Политехника, 2000, с.198 – 215.
19.ГригорьевМ.В., Шафер Е.С., Балихин И.Н., Плюшаев В.И. Аппаратно-программный комплекс для канализационных насосных станций // Журнал
Водоснабжение и санитарная техника, №6, 2000.
20.ThinkIO – универсальное решение для промышленной автоматизации // RTSoft
Средства и системы автоматизации, Каталог продукции, 2005.
21.Соловьев С.А. Контроллеры SCADAPack в системах коммерческого учета
энергоресурсов
//
в
трудах
конференции
“Коммерческий
учет
энергоносителей” XX1-я международная научно-практическая конференция
Санкт-Петербург, май 2005, стр.277-279.
22.NetCore - одноплатный компьютер // материалы сайта www.Trail.ru.
23.InorTek µC-Series – микроконтроллеры // материалы сайта www.nevabls.ru.
24.материалы сайта www.Prosoft.ru.
25.Анисимов
А.Л.,
инструментальная
Астапкович
среда
А.М.,
“Конструктор
Касаткин
А3”
А.А.
Программно,
Свидетельство об отраслевой регистрации разработки N 6904 отраслевого
фонда алгоритмов и программ Федерального агентства по образованию,
21.09.2006
26.Анисимов А.Л., Астапкович А.М., Касаткин А.А. Микрооперационная система
реального
времени
А3
,
Свидетельство об отраслевой регистрации разработки N 6905 отраслевого
фонда алгоритмов и программ Федерального агентства по образованию,
21.09.2006
69
Скачать