Z ESZ Y TY N A U K O W E PO L IT E C H N IK I ŚLĄ SK IEJ Seria: E L E K T R Y K A z. 170
1999 N r kol. 1426
M arian H Y L A
NOWA STRUKTURA SYSTEMU STEROWANIA I MONITOROW ANIA M IKROPROCESOROW EGO REGULATORA RP-05
S tre sz c z e n ie . W artykule przedstaw iono n o w ą strukturę system u sterow ania i m onitoro
w ania m ikroprocesorow ego regulatora przem ysłow ego R P-05 przeznaczonego do w spółpracy z przem iennikam i częstotliw ości zasilającym i silniki indukcyjne. N o w a struktura system u u m ożliw ia sterow anie i m onitorow anie dow olnych urządzeń d odatkow ych nie będ ący ch inte
g raln ą c z ę śc ią sy stem u reg u lato ra R P-05 oraz pom iar i rejestrację dow o ln y ch w ielkości ana
logow ych. P ozw ala o n a na dołączenie dow olnej liczby urządzeń d o datkow ych w ykorzystują
cych protokół transm isji danych zgodny z protokółem regulatora RP-05.
O m ów iono podstaw ow e m ożliw ości regulatora RP-05. Przedstaw iono k ró tk ą charaktery
stykę sterow nika dodatkow ego. O m ów iono sposób kom unikacji p om iędzy zdalnym kom p u te
rem PC a elem entam i rozbudow anego system u RP-05. O pisano sposób k onfiguracji program u pod kątem dow olnego obiektu będącego elem entem system u.
N E W STR U C TU R E OF C O N TR O L A N D M O N ITO R IN G SY STEM BASED ON M IC R O PR O C E SSO R C O N TR O LLER RP-05
S u m m a ry . T he p ap er presents a n ew structure o f the control and m on ito rin g system based on the m icroprocessor industrial controller R P-05. The R P-05 controller is dedicated to w ork w ith A C /A C converters, w hich supply induction m otors. D eveloping system o f an additional controller board m akes the controller be able to control and m onitor any additional devices, w hich are not an integral p art o f the R P-05 control system . A lso, due to th is developm ent controller is capable to m easure and record any analogue quantities. O pen structure o f the system allow s to a p p ly any n um ber o f additional devices th at use tran sm issio n p rotocol com p atible w ith R P-05 protocol.
There are shortly d escribed basic capabilities o f R P-05 controller. A n ew additional con
troller is presen ted as w ell. W ays o f com m unication betw een a rem ote PC and elem ents o f an extended R P-05 system are show n too. A lso, there is description how to configure program to w ork w ith any devices, w hich is a part o f the system .
1. W S T Ę P
R egulator R P-05 produkow any przez firm ę E N E L z G liw ic o pracow any został przy w spółpracy z Instytutem E lektrotechniki T eoretycznej i Przem ysłow ej Politechniki Śląskiej w G liw icach. Z budow any został na bazie m ikrokom putera jed n o u k ład o w eg o IN T E L 80C51G B
122 M. Hyla
[3,4] i p rzeznaczony je s t do w spółpracy z przem iennikam i częstotliw ości zasilającym i silniki indukcyjne.
D zięki ro zbudow anem u system ow i cyfrow em u [1] układ m a w iele m ożliw ości w ykorzy
styw anych w system ie zdalnego sterow ania i m onitorow ania urządzeń obsługiw anych bezpo
średnio przez reg u lato r [2]. W raz ze w drażaniem system u w ystąpiła konieczność sterow ania oraz kontroli stanu urządzeń nie będących in teg raln ą częścią sy stem u reg u lato ra RP-05, a znajdujących się w ty ch sam ych m iejscach, co obiekty regulacji. W ym usiło to konieczność rozbudow y system u bez potrzeby w ym iany ju ż pracujących urządzeń oraz zapew niło m ożli
w ość prostego w łączania do system u następnych elem entów .
2. S Y ST E M S T E R O W A N IA I M O N IT O R O W A N IA R E G U L A T O R A R P-05
M ikroprocesorow y regulator RP-05 w yposażony je st w dw a łącza szeregow e m ogące pra
cow ać w standarcie R S-232 lub R S-485 [5]. Jedno z nich w ykorzystyw ane je s t do kom unika
cji z falow nikiem , drugie do kom unikacji z kom puterem typu PC w ykorzystyw anym do zdal
nego sterow ania i m onitorow ania obiektów regulacji. K om unikacja m oże odbyw ać się po
przez bezpośrednie połączenie pom iędzy urządzeniam i (łącze R S 232 lub RS 485), za pom ocą m odem u telefonicznego [6] lub łączem radiow ym .
Program obsługi regulatorów z poziom u kom putera PC napisany został dla system u W in- d o w s’95/98. O program ow anie um ożliw ia kom unikację z poszczególnym i regulatoram i rów nocześnie na w szystkie sposoby.
M onitorow anie po leg a n a graficznej interpretacji aktualnego stanu regulatora i obiektu w raz z zapisem do plik u w celu późniejszej analizy. U m ożliw ia rów nież sygnalizację w szel
kich stanów aw aryjnych i alarm ow ych. O program ow anie pozw ala na prow adzenie m onitoro
w ania „w tle” przy jed n o cz esn y m w ykonyw ania innych operacji (np. nastaw y param etrów , o dczytu danych itp.). D la każdego z obiektów m o żn a zdefiniow ać in n ą interpretację graficzną w zależności od ty p u obiektu i preferencji użytkow nika.
O prócz odczytu i analizy danych oraz stanu regulatorów system u m ożliw ia rów nież zdal
n e sterow anie p ra c ą obiektów zarów no poprzez zm ianę nastaw param etrów , trybu pracy czy w artości zadanych aż po zdalny reset układu.
W artości pom iarow e torów analogow ych rejestrow ane s ą w regulatorze. Zapam iętyw a
nych je s t 5 to ró w pom iarow ych z ostatniego tygodnia. M ożliw e je s t przesłanie ich do kom putera lub przeglądanie na w budow anym w yśw ietlaczu graficznym LCD .
U kład m a m ożliw ość rejestrow ania w szelkich zdarzeń zw iązanych ze zm ian ą stanu obiektu, pom p, lub param etrów procesu regulacji. R ejestrow anych je s t 1000 ostatnich zdarzeń.
D zięki rejestracji odbyw ającej się bezpośrednio w regulatorze nie je s t w ym agana ciągła k om unikacja z kom puterem , lecz istnieje m ożliw ość odczytu danych np. raz w tygodniu w celu archiw izacji czy analizy pracy układu. Jest to niew ątpliw ą z a le tą p rzy kom unikacji za p o m o cą m odem u telefonicznego.
N a ry s .l przedstaw iono graficzną interpretację czasów pracy pom p, a na rys.2 przebiegi pom iarow e zarejestrow ane i odczytane z regulatora.
Nowa struktura systemu. 123
Rys. 1. G raficzna interpretacja czasów pracy pom p Fig. 1. G raphic interpretation o f pom p w orktim e
R ys.2. P rzebiegi pom iarow e zarejestrow ane przez regulator Fig.2. M easured w aveform s recorded by the controller
O program ow anie um ożliw ia przedstaw ienie w postaci graficznej w szelkich inform acji zbieranych z system u m onitorow ania regulatora R P-05, ja k np. dobow e w ykresy stanu pracy pom p, autom atyczne tw orzenie i przeglądanie dzienników alarm ów , codzienny odczyt danych z w ybranych sterow ników o określonej porze, tw orzenie raportów dotyczących w ykonyw a
nych zadań łączności itp.
124 M . H y l a
3. R O Z B U D O W A SY ST E M U
R ozbudow a system u polega na dołączeniu płyty sterow nika dodatkow ego. Płytę sterow ni
ka dodatkow ego u m ieszcza się w torze kom unikacji pom iędzy kom puterem a regulatorem . M ożliw e je s t dołączenie kilku sterow ników dodatkow ych w taki sposób, aby regulator RP-05 znajdow ał się pom iędzy ostatnim sterow nikiem dodatkow ym a falow nikiem .
S chem at blokow y sterow nika dodatkow ego przedstaw iono n a rys.3.
Rys.3. Schem at blokow y sterow nika dodatkow ego Fig.3. B łock diagram o f additional controller
W ejścia analogow e s ą w ejściam i prądow ym i z m ożliw ością program ow ego zdefiniow ania zakresu w ejściow ego 0-20 m A lub 4-20 mA. K ażda z w ielkości analogow ych je s t rejestrow a
na i zapisyw ana w w ew nętrznej pam ięci identycznie do w ielkości pom iarow ych w regulato
rze.
W ejścia cyfrow e m o g ą służyć do określania stanu dow olnych u rządzeń zew nętrznych, natom iast w yjścia cyfrow e do dw ustanow ego sterow ania takim i urządzeniam i.
D w a w ejścia i w yjścia cyfrow e w ykorzystyw ane są do dw ustanow ego sterow ania urzą
dzeniam i w ym agającym i potw ierdzenia w ykonania zadania (np. sterow anie zaw oram i, gdzie zadany stan zaw oru w ym uszany je s t przez stan w yjścia, lecz konieczne je s t potw ierdzenie w ykonania zadania np. ze styku krańcow ego zaw oru).
U kłady interfejsów szeregow ych słu żą do kom unikacji z kom puterem PC i regulatorem RP-05. Sterow nik dodatkow y m oże prow adzić transm isję szeregow ą w takich sam ych trybach co regulator RP-05.
Nowa struktura systemu. 125
4. K O M U N IK A C JA W R O Z B U D O W A N Y M SY ST E M IE
N a rys.4. przedstaw iono sposób w zajem nej kom unikacji pom iędzy k om puterem PC , ukła
dem pośredniczącym , sterow nikiem dodatkow ym , regulatorem R P-05 i falow nikiem .
R ys.4. S posób kom unikacji pom iędzy urządzeniam i rozbudow anego system u regulatora R P-05
Fig.4. W ays o f com m unication betw een elem ents o f extended R P-05 control system
Po w łączeniu zasilania układu sterow nik dodatkow y inicjalizuje łączność ze sw oim regu
latorem w celu u stalenia num eru regulatora w system ie oraz zsynchronizow ania w ew nętrz
nych zegarów R TC sterow nika dodatkow ego i regulatora.
K om puter PC kom unikuje się z układem pośredniczącym UP p o p rzez standardow e łącze RS-232. U kład te n ro zd ziela sygnał z kom putera do poszczególnych o b iek tó w oraz zapew nia galw an iczn ą separację pom iędzy kom puterem , radiom odem em i poszczególnym i regulatora
mi. M oże być rów nież w ykorzystany do zm iany sygnału standardu R S-232 n a sygnał stan
dardu R S-485. N astępnie sygnał je s t odbierany przez sterow nik dodatkow y SD . Sterow nik dodatkow y przep ro w ad za kontrolę popraw ności oraz identyfikację odebranego rozkazu. Jeżeli rozkaz skierow any je s t do sterow nika dodatkow ego, w ysyła on odpow iedź do kom putera.
Jeżeli rozkaz skierow any je s t do regulatora R P-05, sterow nik dodatkow y p rzesy ła go dalej. Po odebraniu ro zkazu przez regulator w ysyłana je s t odpow iedź poprzez sterow nik dodatkow y i układ pośredniczący do kom putera. N iezależnie od łączności ze sterow nikiem dodatkow ym regulator u trzym uje połączenie p o p rzez łącze R S-232 z falow nikiem FNT.
Prędkości transm isji pom iędzy poszczególnym i elem entam i system u, tzn. kom puter-układ pośredniczący, układ pośredniczący-sterow nik dodatkow y, sterow nik dodatkow y-regulator, regulator-falow nik m o g ą być różne i s ą nastaw iane jak o p aram etr każdego z układów .
T akie rozw iązanie rozbudow y system u tw orzy system otw arty, gotow y do dalszej rozbu
dow y p o p rzez w łączenie pom iędzy sterow nik dodatkow y a regulator następnego sterow nika dodatkow ego lub innego urządzenia w ykorzystującego taki sam tryb i p ro to k ó ł transm isji danych do obsługi następnej grupy urządzeń. Już pracujące elem enty system u p o zo stają bez zm ian.
126 M. Hyla
5. K O N F IG U R A C JA PR O G R A M U
Ze w zględu na m ożliw ość podłączenia do sterow nika dodatkow ego dow olnych urządzeń w ystąpiła konieczność w prow adzenia w program ie do obsługi system u sterow ania i m onito
row ania regulatorów R P-05 m ożliw ości dow olnej konfiguracji w ejść i w yjść cyfrow ych, to
rów pom iarow ych oraz ostrzeżeń i alarm ów w ynikających z ich stanów.
K ażdem u z w ejść lub w yjść cyfrow ych m ożna przypisać d o w o ln ą nazw ę, stan uznaw any za aw arię, tekst zgłaszania aw arii itp.
D la każdego z torów pom iarow ych m ożna zdefiniow ać o dpow iednią nazw ę, jednostkę, zakres pom iarow y, m inim alny i m aksym alny poziom y sygnału uznaw ane za aw arię, tekst aw arii lub ostrzeżenia itp. D zięki synchronizacji czasu zegarów regulatora i sterow nika do
datkow ego rejestracja w ielkości pom iarow ych odbyw a się w tej samej chw ili zarów no w re
gulatorze, ja k i w sterow niku dodatkow ym . U m ożliw ia to jed n o cz esn ą analizę dow olnych w ielkości pom iarow ych rejestrow anych w system ie.
D odano m ożliw ość dow olnego definiow ana przeprow adzanych analiz, np. stosunek pobo
ru energii w yliczony n a podstaw ie pom iaru m ocy w sterow niku dodatkow ym do zużycia w o
dy w yliczonego na podstaw ie pom iaru przepływ u w regulatorze itp. M ożna przeprow adzać proste operacje arytm etyczne na w ybranych przebiegach oraz całkow ać przebiegi w zakresie doby lub poszczególnych godzin. W yniki m ożna przedstaw iać jak o w artości bezw zględne lub procentow o.
W prow adzono m ożliw ość łączenia w grupy dow olnych w ejść i w yjść cyfrow ych oraz przypisania im dow olnej nazw y. Tak zdefiniow ana grupa, ja k i zdefiniow ane przez użytkow nika analizy p o jaw iają się autom atycznie w m enu program u.
W prow adzono m ożliw ość definiow ania graficznej interpretacji stanu w ejść lub w yjść oraz przypisania im odpow iednich w ejść, w yjść i torów pom iarow ych sterow nika dodatkow ego, co w ykorzystane je s t w procedurze w izualizacji.
K ażde z u rządzeń obsługiw anych przez sterow nik dodatkow y je s t sterow ane i m onitoro
wane, a jeg o stan rejestrow any w taki sam sposób ja k stan regulatora [2], dzięki czem u oby
dw a elem enty system u sta n o w ią je d e n obiekt. N a rys. 5. przedstaw iono przykłady m onitoro
w ania różnych obiektów .
W obiekcie na p ierw szym planie poziom w ody w zbiorniku, stan zaw orów , oraz pobór m ocy i prądu odczytyw any je s t ze sterow nika dodatkow ego, a pozostałe w ielkości z regulato
ra. Z naczniki m inim alnego i m aksym alnego poziom u w ody w zbiorniku o d p o w iad ają w arto
ściom zdefiniow anym ja k o stany alarm ow e i ustaw ione zostały w konfiguracji alarm ów pro
gramu.
W czasie p rzeglądania danych z m onitorow ania m ożliw e je s t autom atyczne w yszukanie określonej godziny lub w ystąpienia dow olnego zdarzenia zdefiniow anego w konfiguracji jako stan alarm ow y lub ostrzeżenie niezależnie od tego, czy w ystąpiło ono w regulatorze, czy w sterow niku dodatkow ym .
Istnieje m ożliw ość przedstaw ienia graficznej interpretacji następnych elem entów system u obsługiw anych przez now e urządzenia dołączone w system ie pom iędzy sterow nik dodatkow y a regulator.
Nowa struktura systemu. 127
Rys. 5. P rzykłady m onitorow ania różnych obiektów Fig.5. E xam ples o f different objects m onitoring
6. P O D SU M O W A N IE
P rzedstaw iona rozbudow a system u sterow ania i m onitorow ania m ikroprocesorow ych re
gulatorów p rzem ysłow ych RP-05 pozw ala na p e łn ą kontrolę nad obiektem i w szystkim i znaj
dującym i się tam urządzeniam i, a nie tylko będącym i in teg raln ą częścią układ u regulacji.
M ożliw ość różnorodnych analiz pozw ala n a takie skonfigurow anie układu, aby zm niejszyć aw aryjność i koszty eksploatacyjne.
W drożenie system u pozw ala na p e łn ą bezobsługow ość obiektów dzięki m ożliw ości cią
głego m onitorow ania i zdalnego w pływ ania n a stan dow olnych urządzeń znajd u jący ch się na obiekcie.
O tw arta struktura system u pozw ala na dołączenie następnych sterow ników dodatkow ych lub zupełnie now ych u rządzeń w ykorzystujących tryby i protokół transm isji danych system u regulatora R P-05 w celu obsługi następnych urządzeń dodatkow ych. D alsza rozbudow a sys
tem u nie p o ciąg a za s o b ą konieczności w ym iany ju ż pracujących elem entów . M ożliw ość peł
nego definiow ania to ró w pom iarow ych, w ejść i w yjść cyfrow ych o raz łącz en ia ich w grupy autom atycznie dodaw ane do m enu program u na kom puterze PC pozw ala na skonfigurow anie program u pod kątem dow olnego typu obiektu.
D zięki w ykorzystaniu kom unikacji radiowej pom iędzy elem entam i system u m ożliw a je st obsługa i pełny nad zó r nad oddalonym i i rozproszonym i obiektam i z jed n eg o kom putera typu PC znajdującego się w centralnej dyspozytorni.
128 M. Hyla
L IT E R A T U R A
1. H yla M .: N ow e m ożliw ości m ikroprocesorow ego regulatora RP-05. II K onferencja M eto
dy i system y kom puterow e w autom atyce i elektronice, C zęstochow a-Poraj, 18-19 w rze
śnia 1997.
2. H y la M .: System zarządzania i m onitorow ania m ikroprocesorow ego regulatora przem y
słow ego RP-05. II Sym pozjum Sterow anie i M onitorow anie U kładów Przem ysłow ych, Lublin, 14-15 m aja 1998.
3. Intel: 8 bit Em bedded C ontroller H andbook 1991.
4. R ydzew ski A .: M ikrokom putery jednoukładow e M C S -5 1. W N T, W arszaw a 1992 5. M ielczarek W .: Szeregow e interfejsy cyfrowe. W yd. H elion, G liw ice 1993.
6. D ziczkow ski L., D ziczkow ska M .: O bsługa i budow a m odem u. W yd. H elion, G liw ice 1997.
R ecenzent: D r hab. inż. M aciej T ondos, prof. AGH
W płynęło do R edakcji dnia 7 lipca 1999 r.
A bstract
The paper presents a new structure o f the control and m onitoring system based on the m i
croprocessor industrial controller RP-05. The RP-05 controller is dedicated to w ork w ith A C/A C converters, w hich supplies induction m otors. The new system structure is able to control and m onitor any additional devices, w hich are not an integral part o f the RP-05 con
troller system , and m easure and record any analogue quantities. It also allow s connecting new devices using transm ission protocol com patible w ith the RP-05 controller.
The presented control and m onitoring system allow s to control objects and all installed devices not only devices, w hich are the integral part o f RP-05 control process. C apability to perform different analysis allow s configuring the circuit to low er failure and m aintenance costs.
The follow ing R P-05 controller basic features are presented: recording o f pum ps w orking tim e (Fig. 1.), analogue m easured data (Fig.2.) and events connected w ith control process.
Short characteristic o f the additional controller w ith its block diagram (Fig.3.) is given too.
N ext there are taken into consideration w ays o f com m unication betw een all elem ents o f the system : PC , linking device UP, additional controller SD , m ain controller RP-05, and A C /A C converter F N T, as show n in Fig.4. D ue to radio com m unication m aintenance and w hole supervision o f the rem ote objects using one PC located in supervisory centre is possible.
N ew configuration procedures o f the PC program are described. P ossibility o f com plete defining m easuring inputs, digital inputs and outputs and putting them into groups autom ati
cally added to program m enu on the PC is useful to configure program for any object. A lso it is possible to define graphical interpretation o f any device. The graphical interpretation can be assigned to appropriate input or output o f the additional controller. It is used in visualisation procedure o f control process (F ig.5.).
A pplication o f the new structure system allow s com plete m aintenanceless o f the object due to continuous m onitoring and rem ote influence on a state o f any device located on site.
