Н.Ю.Ситнов

 

УСТРОЙСТВО КОНТРОЛИРУЕМОГО ПУНКТА ТЕЛЕМЕХАНИКИ

 

Предлагаемое устройство предназначено для работы в составе комплексов телемеханики и обеспечивает контроль восьми объектов телесигнализации. Передача данных производится в соответствии с протоколом Modbus RTU [1]. В таблице 1 приведены технические данные устройства.

 

Таблица 1. Технические данные устройства

Наименование параметра

Значение

Количество входов телесигнализации

8

Напряжение на разомкнутом входе, В

24

Ток входа, мА

10,2

Наличие гальванической развязки входов от контроллера

Имеется

Напряжение питания цепей телесигнализации, В

24

Ток питания цепей телесигнализации, мА

не более 82

Напряжение питания устройства, В

24

Ток питания устройства, мА

не более 63

Протокол обмена данными

Modbus RTU

Скорость передачи данных, Бод

300

 

 

Принципиальная схема устройства показана на рис.1.

 

 

Схема устройства_n.jpg

 

Рис.1 Принципиальная схема устройства

 

 

Основой его является контроллер PIC16F84A [2], который производит опрос состояния датчиков телесигнализации, обмен данными с оборудованием пункта управления (ПУ) и управление индикаторами приема и передачи (VD2 и VD3). Связь с ПУ осуществляется посредством интерфейса RS-232. Узел, выполненный на операционном усилителе DA1, формирует логические уровни при передаче. Каскад на транзисторе VT2 с диодным ограничителем VD4VD5R9 предназначен для обратного преобразования логических уровней принимаемого сигнала. Алгоритм формирования и распознавания информационных кадров RS-232 реализован программно [3, 4, 5]. Питается контроллер от стабилизатора на транзисторе VT1.

Реле P1-P8 обеспечивают гальванической развязку микросхемы DD1 от контролируемых объектов. Конденсаторы C16-C24 предназначены для подавления искровой помехи, которая может иметь место при замыкании и размыкании контактов датчиков. Как показывает практика, при отсутствии конденсаторов указанная помеха может иметь достаточную интенсивность, чтобы вызвать сбой в работе контроллера, сопровождающийся его зависанием.

Предполагается, что устройство должно питаться от двух гальванически развязанных источников тока, напряжением 24В. Один из них питает цепи реле, а другой – все остальные узлы. В ряде случаев возможно использование одного такого источника. Следует заметить, что для выходного формирователя сигнала RS-232 необходимо двухполярное питание. Напряжение +12В создается на выходе компенсационного стабилизатора, реализованного на транзисторе VT3. Стабилитрон VD6 совместно с предохранителем FU1 образуют схему защиты от повышенного напряжения, которое может иметь место в случае неисправности стабилизатора (в авторском экземпляре устройства указанные элементы отсутствуют).

Для получения отрицательного напряжения предназначен преобразователь, в состав которого входит задающий генератор, реализованный на микросхеме DD2, импульсный усилитель с двухтактным выходом (VT4-VT6), а также выпрямитель с удвоением напряжения VD11VD12C11C14 и параметрический стабилизатор VD13R17. Другой параметрический стабилизатор – VD9R11 – обеспечивает питание микросхемы DD2.

 Конструктивно все компоненты размещены на трех платах –  плате контроллера (A1), плате питания и входных реле (A2), а также плате конденсаторов (A3) (рис.2 – рис.6). Платы A1 и A2 имеют размеры 112x69, а плата A3 – 112x25. Разъемы X2 и X3 распаяны одинаково – на каждый из них выведены все входы телесигнализации и цепи питания. Это дает возможность реализовать наиболее удобное подключение устройства к источникам питания и контролируемым объектам в каждой конкретной ситуации.

 

 

Плата контроллера_.bmp

Рис.2 Плата контроллера. Вид со стороны пайки

 

 

Плата БП и реле_s.bmp

 

Рис.3 Плата питания и входных реле. Вид со стороны пайки

 

 

Плата БП и реле_c.bmp

 

Рис.4 Плата питания и входных реле. Вид со стороны компонентов

 

 

Плата конденсаторов.bmp

 

Рис.5 Плата конденсаторов. Вид со стороны пайки

 

 

Плата конденсаторов_2.bmp

 

Рис.6 Плата конденсаторов. Вид со стороны компонентов

 

 

Программа включает в себя модуль последовательного интерфейса [3, 4, 5]. Скорость передачи задается жестко, в прилагаемой версии программы она равна 300 Бод. Протокол Modbus RTU реализован в упрощенном виде. Поддерживается только функция 2 – чтение дискретных входов. Расчет контрольной суммы пакета Modbus RTU производится подпрограммой, опубликованной в [6]. Программа доступна по следующей ссылке: program.rar

Тестирование производилось совместно с SCADA-системой [7]. Устройство было подключено непосредственно к COM-порту компьютера. Ниже представлено описание устройства в разделе конфигурации оборудования.

 

Станция – Драйвер COM-портов – Синком – Асинхронный порт – Устройство MODBUS – Массив регистров – Группа ТС

 

Синком

     COM-порт                                          требуемый номер порта

     Скорость COM-порта (baud)               300

     Загрузочная строка                           STREAM

 

Асинхронный порт

     Номер порта                                      требуемый номер порта

     Скорость на выходе  (baud)               300

     Задержка передачи (мс)                 0

 

Устройство MODBUS

     Номер устройства                             1

     Тип кадра                                          + (RTU-фрейм)

     Пауза (мс)                                         10

     Таймаут неответа (мс)                       200

Установка времени

                 Тип установки                    0 (нет)

 

Массив регистров

     Начальный адрес                              1

     Способ считывания                           2 (read input status)

 

Группа ТС

     Индекс в массиве                              0

     Длина группы (бит, 1-16)                   8

     Порядок байт                                    0 (стандарт)

     Лог. N канала                                    требуемый

     Лог. N КП                                          требуемый

     Лог. N объекта                                  требуемый

 

 

Внешний вид устройства и его элементов показан на рис. 7-21. Спецификация к принципиальной схеме представлена в таблице 2.

 

 

S3010037_n.jpg

 

Рис.7

 

 

S3010038_n.jpg

 

Рис.8

 

 

S3010039_n.jpg

 

Рис.9

 

 

S3010041_n.jpg

 

Рис.10

 

 

S3010043_n.jpg

 

Рис.11

 

 

S3010044_n.jpg

 

Рис.12

 

 

S3010045_n.jpg

 

Рис.13

 

 

S3010002_n.jpg

 

Рис.14

 

 

S3010003_n.jpg

 

Рис.15

 

 

S3010004_n.jpg

 

Рис.16

 

 

S3010005_n.jpg

 

Рис.17

 

 

S3010012_n.jpg

 

Рис.18

 

 

S3010013_n.jpg

 

Рис.19

 

 

S3010014_n.jpg

 

Рис.20

 

 

S3010015_n.jpg

 

Рис.21

 

 

Таблица 2. Спецификация к принципиальной схеме устройства

Обозначение

Наименование

Количество

Примечание

Резисторы

1

R1

МЛТ-0,125 750 Ом

1

 

2

R2

МЛТ-0,125 10 кОм

1

 

3

R3

МЛТ-0,125 2 кОм

1

 

4

R4

МЛТ-0,125 18 кОм

1

 

5

R5 - R8

МЛТ-0,125 510 Ом

4

 

6

R9

МЛТ-0,125 10 кОм

1

 

7

R10

МЛТ-0,25 1,2 кОм

1

 

8

R11

МЛТ-0,25 1,5 кОм

1

 

9

R12

МЛТ-0,25 620 Ом

1

 

10

R13

МЛТ-0,125 5,1 кОм

1

 

11

R14, R15

МЛТ-0,125 2,4 кОм

2

 

12

R16

МЛТ-0,125 560 Ом

1

 

13

R17

МЛТ-0,25 680 Ом

1

 

Конденсаторы

1

C1

К50-35 100 мкФ 50 В

1

 

2

C2

КМ5Б 0,1 мкФ

1

 

3

C3, C4

КМ5Б 22 пФ

2

 

4

C5

К50-35 1 мкФ 50 В

1

 

5

C6, C7

К50-35 100 мкФ 50 В

2

 

6

C8

КМ5Б 0,1 мкФ

1

 

7

C9

КМ5Б 0,047 мкФ

1

 

8

C10

КМ5Б 0,068 мкФ

1

 

9

C11

К50-35 10 мкФ 50 В

1

 

10

C12

К50-35 100 мкФ 50 В

1

 

11

C13

КМ5Б 0,1 мкФ

1

 

12

C14, C15

К50-35 100 мкФ 50 В

2

 

13

C16 - C24

КМ5Б 0,1 мкФ

8

 

Диоды

1

VD1

КС147А

1

 

2

VD2, VD3

АЛ102А

2

 

3

VD4, VD5

КД522Б

2

 

4

VD6

Д815Е

1

 

5

VD7

КД522Б

1

 

6

VD8

Д814Г

1

 

7

VD9

Д814Б

1

 

8

VD10 - VD12

КД522Б

3

 

9

VD13

Д814Г

1

 

Транзисторы

1

VT1

КТ503Б

1

 

2

VT2

КТ315Б

1

 

3

VT3

КТ815Б

1

 

4

VT4, VT5

КТ315Г

2

 

5

VT6

КТ361Г

1

 

Микросхемы

1

DA1

КР140УД8

1

 

2

DD1

PIC16F84A-20I/P

1

 

3

DD2

К176ЛП12

1

 

 

1

P1 - P8

Реле РЭС15 РС4.591.001

8

 

2

Z1

Резонатор кварцевый 16 МГц

1

 

3

X1

DB-9F

1

 

4

X2, X3

РГ1Н-1-5П

2

 

 

 

 

Источники

 

1. Протокол Modbus / http://www.vzljot.ru/files/docs/87/prtkl_Modbus.pdf

2. Справочник по среднему семейству микроконтроллеров PICmicro / http://labkit.ru/userfiles/file/documentation/PIC_rus/Spravochnik_po_vsem_microcontrolleram_PIC16.pdf

3. Реализация последовательной асинхронной передачи данных в микроконтроллерах PIC16Cxx / http://pic16f84.narod.ru/item_rs232.htm

4. Software Implementation of Asynchronous Serial I/O / http://www.microchip.ru/cdrom/ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00555c.pdf

5. http://www.microchip.ru/cdrom/ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00555.zip

6. Подсчет контрольной суммы CRC-16 для протокола Modbus на микроконтроллере PIC16F84A / http://thyloved.ru/blog/podschet-crc16-modbus-na-microcontrollere/

7. www.iface.ru

 

 

 

© Н.Ю.Ситнов

2013г.