Міністерство Освіти України
НТУУ “КПІ”
Кафедра АУТС
« Организация связи микроконтроллера МИК-51 и
SCADA-системы Trace Mode 6 через OPC-интерфейс »
Разработчики: Морозов Д. Ю.
Тыщук Д. М.
Хоменко В. А.
Київ – 2007
Содержание
1 Введение
. 3
2 Краткое описание контроллера МИК-51
. 4
3 Краткое описание SCADA системы Trace Mode 6
. 7
4 Краткое изложение принципов сопряжения контроллеров и
SCADA систем
.. 11
5 Краткое описание шины
Modbus
. 12
6 Краткое описание
OPC
.. 15
7. Практическая ре
ализация связи контроллера и
SCADA-системы
.. 17
7.1
Создание программы для контролера Микрол
. 17
7.1.1
Запуск программу Alfa
. 17
7.1.2
Создание блоков для кнопок
. 17
7.1.3
Создание блоков для лампочек.
18
7.1.4 Запись программы в контролер
. 19
7.2
Конфигурирование OPC Server.
22
7.2.1
Запуск «MOPC».
22
7.2.2
Конфигурирование сервера
. 22
7.2.3
Конфигурируем пространство имен сервера.
24
7.2.4 Проверка правильности конфигурирования
. 29
7.3
Разработка системы управления в Trace Mode 6
. 31
7.3.1 Запуск Trace Mode
. 31
7.3.2 Создание средств для отображения состояния кнопок
. 31
7.3.3 Настройка «Источника/Применика».
32
7.3.4 Привязка элементов «Экрана» с источником
.. 34
7.3.5 Запуск программы
.. 38
7.3.6 Создание средств для отображения состояния лампочек
. 39
7.3.7 Создание источник для лампочки.
40
7.3.8 Привязка элементов «Экрана» с источником
.. 42
7.3.9 Запуск программы.
45
Литература:
47
1 Введение
Для успешного управления сложными технологическими процессами современному предприятию необходимо иметь специализированную систему диспетчерского контроля, сбора и обработки данных (SCADA) человеко-машинного интерфейса (HMI или ЧМИ).
Так как без промышленных контроллеров SCADA-система малоприменима, очень важно наладить информационный обмен между ними. Для этого существуют стандарты промышленных сетей (шин). Так как не всегда SCADA-система поддерживает нужный тип контроллера, для их связи применяют OPC, который является своего рода мостом между промысленной шиной и конкретным контроллером.
2 Краткое описание контроллера МИК-51
МИК-51 – это компактный малоканальный многофункциональный микропроцессорный контроллер, предназначенный для автоматического регулирования и логического управления технологическими процессами. Он предназначен для применения в электротехнической, энергетической, химической, металлургической, пищевой, цементной, стекольной и других отраслях промышленности.
МИК-51 эффективно решает как сравнительно простые, так и сложные задачи управления. Благодаря малоканальности МИК-51 позволяет, с одной стороны, экономично управлять небольшим агрегатом и, с другой, обеспечить высокую живучесть крупных систем управления.
Контроллер МИК-51 позволяет вести локальное, каскадное, программное, супервизорное, многосвязное регулирование.
Архитектура контроллера обеспечивает возможность вручную или автоматически включать, отключать, переключать и реконфигурировать контуры регулирования, причем все эти операции выполняются безударно независимо от сложности структуры управления. В сочетании с обработкой аналоговых сигналов контроллер МИК-51 позволяет выполнять также логические преобразования сигналов и вырабатывать не только аналоговые или импульсные, но и дискретные команды управления. Логические
функциональные блоки формируют логическую программу шагового управления с анализом условий выполнения каждого шага, заданием контрольного времени на каждом шаге и условным или безусловным переходом программы к заданному шагу. В сочетании с обработкой дискретных сигналов контроллер позволяет выполнять также разнообразные функциональные преобразования аналоговых сигналов и вырабатывать не только дискретные, но и аналоговые управляющие сигналы.
МИК-51 содержит средства оперативного управления, расположенные на лицевой панели контроллера. Эти средства позволяют вручную изменять режимы работы, устанавливать задание, управлять ходом выполнения программы, вручную управлять исполнительными устройствами, контролировать сигналы и индицировать ошибки. Стандартные аналоговые и дискретные датчики и исполнительные устройства подключаются к контроллеру МИК-51 с помощью индивидуальных кабельных связей. Внутри контроллера сигналы обрабатываются в цифровой форме.
Контроллеры МИК-51 могут объединяться в локальную управляющую сеть шинной конфигурации. Для такого объединения никаких дополнительных устройств не требуется. Через сеть контроллеры могут обмениваться информацией в цифровой форме.
Программирование контроллера
выполняется с помощью клавиш передней панели или по интерфейсу с помощью специального программного обеспечения - визуального редактора FBD-программ АЛЬФА. Программный пакет редактор FBD-программ АЛЬФА распространяется бесплатно. Он доступен на странице в Интернет: www.microl.com.ua.
Система программирования реализована в соответствии с требованиями стандарта Междунаpодной Электpотехнической Комиссии (МЭК) IEC 1131-3 и предназначена для разработки прикладного программного обеспечения сбора данных и управления технологическими процессами, выполняемыми на программируемых контроллерах.
В качестве языка программирования в системе реализован язык функциональных блоковых диагpамм Function Block Diagram (FBD), предоставляющий пользователю механизм объектного визуального программирования.
Процесс программирования сводится к тому, что путем последовательного нажатия нескольких клавиш из библиотеки, зашитой в постоянной памяти, вызываются нужные функциональные блоки, эти функциональные блоки объединяются в систему заданной конфигурации и в них устанавливаются требуемые параметры настройки.
С помощью встроенной энергонезависимой памяти запрограммированная информация сохраняется при отключении питания.
Контроллер МИК-51 представляет собой комплекс технических средств. В его состав входит центральный микропроцессорный блок контроллера и клеммно-блочный соединитель. Центральный блок преобразует аналоговую и дискретную информацию в цфровую форму, ведет обработку цифровой информации и вырабатывает управляющие воздействия.
Контроллер МИК-51 это - проектно-компонуемое изделие, которое позволяет пользователю выбрать нужный комплект модулей расширения (УСО – устройства связи с обьектом) и блоков согласно числу и виду входных-выходных сигналов. Его состав и ряд параметров определяются потребителем и указываются в заказе.
В контроллер МИК-51 встроены развитые средства самодиагностики, сигнализации и идентификации неисправностей, в том числе при отказе аппаратуры, выходе сигналов за допустимые границы, сбое в ОЗУ, нарушении обмена по сети и т.п.
Основные свойства
В контроллере МИК-51 предусмотрено:
• До 9 независимых контуров регулирования, каждый из которых может быть локальным или каскадным, с аналоговым или импульсным выходом, с ручным, программным (в том числе многопрограммным) или супервизорным задатчиком.
• Более 50 типов зашитых в ПЗУ функциональных блоков непрерывной и дискретной обработки информации, включая функциональные блоки ПИД регулирования, функциональные блоки математических, динамических, нелинейных, аналого-дискретных и логических преобразований.
• До 99 используемых блоков со свободным их заполнением любыми функциональными блоками из библиотеки и свободным конфигурированием между собой и с входами-выходами контроллера. Ручная установка или автоподстройка любых свойств, параметров и коэффициентов в любых функциональных блоках.
• Изменение режимов управления, включение/отключение, переключение и ре конфигурация контуров регулирования любой степени сложности.
• Оперативное управление контурами регулирования с помощью клавиш лицевой панели, 2-х четырехразрядных, и одного трехразрядного цифровых индикаторов и нaбоpa светодиодов, позволяющих менять режимы, устанавливать задание, управлять исполнительными механизмами, контролировать сигналы, индицировать аварийные ситуации. При программном регулировании средства оперативного управления позволяют выбирать требуемую программу, пускать, останавливать, и сбрасывать программу, переходить к следующему участку программы, а также контролировать ход выполнения программы.
• Обьединение до 32 контроллеров в локальную управляющую сеть, причем в эту сеть могут включаться также и другие модели контроллеров.
• Контроллеры МИК-51 могут комплектоваться модулем расширения (см. раздел 3.2 заказ контроллера МИК-51)
Количество входов-выходов в базовой модели контроллера:
- Аналоговые входа - 4 (2 универсальных, 2 унифицированных).
- Аналоговые выхода - 1.
- Дискретные входа - 3.
- Дискретные выхода - 5.
Подробнее в описании контроллера МИК-51 на сайте производителя: www.microl.com.ua
3 Краткое описание SCADA системы Trace Mode 6
SCADA
(сокр. от англ. Supervisory
Control
And
Data
Acquisition
– диспетчерское управление и сбор данных) - Программа управления технологическим процессом и отображением его хода на экране монитора.
Trace Mode - это SCADA система, предназначенная для разработки крупных распределенных АСУТП широкого назначения. Trace Mode создана в 1992 году фирмой AdAstra Research Group , Ltd (Россия) и к настоящему времени имеет свыше 15000 инсталляций. Системы, разработанные на базе Trace Mode , работают в:
• энергетике,
• металлургии,
• нефтяной отрасли,
• газовой отрасли,
• химической отрасли,
• других отраслях промышленности,
• коммунальном хозяйстве Украины.
Trace Mode основана на инновационных технологиях. Среди них - разработка распределенной АСУТП как единого проекта, автопостроение, оригинальные алгоритмы обработки сигналов и управления, объемная векторная графика мнемосхем, единое сетевое время, "playback" - уникальная технология графического просмотра архивов на рабочих местах руководителей.
Trace Mode состоит из инструментальной системы и исполнительных (run-time) модулей. При помощи инструментальной системы осуществляется разработка АСУ. Исполнительные модули служат для запуска в реальном времени проектов, разработанных в инструментальной системе Trace Mode .
Trace Mode позволяет осуществлять сквозное программирование верхнего и нижнего уровня АСУ. При помощи Trace Mode возможно одновременно программировать задачи приема данных и управления в IBM-совместимых контроллерах и задачи супервизорного контроля и управления для АРМ диспетчеров на ПК. Вся разработка осуществляется в графическом редакторе, основанном на требованиях международного стандарта IEC-1131. Применяются визуальные, интуитивно понятные инженерам-технологам методы - язык функциональных блоков (Техно FBD) или язык инструкций (Техно IL).
Trace Mode включает в себя библиотеку из более чем 150 алгоритмов обработки данных и управления, в т.ч. фильтрацию, PID, PDD, модальное, нечеткое, позиционное регулирование, ШИМ-преобразование, статистические арифметические, алгебраические, логические, тригонометрические и другие функции, а также блоки управления устройствами (клапан, задвижка, привод и т.д.) Для Trace Mode разработаны алгоритмы адаптивных и модальных регуляторов. Разработка графического интерфейса операторских станций проекта осуществляется в объектно-ориентированном редакторе представления данных.
Графические изображения создаются в векторном формате. Редактор дает возможность создания объемных изображений мнемосхем технологических объектов. Формы динамизации содержат все необходимые элементы, в т.ч. гистограммы, графические, цветовые и звуковые сигнализаторы, тренды, бегущие дорожки, мультипликацию и т.д. Обширный набор библиотек технологических объектов, включающий емкости, теплообменники, электротехнические символы и др., а также панели управления, ввода заданий, регуляторов, приборов и т.д.
В состав комплекса Trace Mode входит более 10 специализированных исполнительных модулей, выполняющих различные функции в распределенной АСУТП.
SCADA система TRACE MODE по своей функциональности давно уже переросла рамки традиционной SCADA, и тем не менее SCADA это по-прежнему наиболее востребованная ее часть. Помимо обязательных для любой SCADA системы функций TRACE MODE® 6 имеет ряд особенностей, которые выделяют ее из общей массы аналогичных программных продуктов класса SCADA/HMI.
TM 6, это единая интегрированная среда разработки, объединяющая в себе более 10 различных редакторов проекта АСУ ТП и АСУП. Интегрированная среда разработки имеет бесплатную версию. Функции SCADA/HMI в TRACE MODE 6 так органично слиты с SOFTLOGIC системой программирования контроллеров и экономическими модулями T-FACTORY (MES-EAM-HRM), что зачастую трудно провести между ними четкую грань.
Незаменимым инструментом создания проекта в SCADA системе TRACE MODE 6 является Автопостроение 3уникальная технология автопостроения. Она позволяет несколькими движениями мыши создать связи между узлами распределенной системы управления (РСУ), между источниками данных SCADA и каналами, создать источники данных по известной конфигурации контроллера и т.п. В состав системы входят бесплатные драйверы для 2197 контроллеров и УСО.
Принцип единого проекта для распределенной АСУ позволяет осуществлять прямые привязки между компонентами разных узлов. Например, можно отобразить значение канала одного узла SCADA на экране другого, не создавая дополнительного канала для связи между ними.
Для программирования алгоритмов управления технологическими процессами в SCADA системе TRACE MODE 6 поддержаны все 5 языков Отладчик FBD 100международного стандарта IEC 61131-3. Среди них есть и визуальные языки - Techno FBD, Techno LD, Techno SFC и процедурные - Techno ST, Techno IL. Такой широкий диапазон средств программирования позволяет специалисту любого профиля выбрать для себя наиболее подходящий инструмент реализации любых задач АСУ ТП и АСУП. Все языки программирования снабжены мощными средствами отладки.
SCADA/HMI система TRACE MODE 6 поддерживает практически любые форматы данных, в этом она стала более похожа на универсальную среду визуального программирования. Помимо привычных форматов хранения дискретных сигналов и значений с плавающей точкой, в этой версии SCADA реализована поддержка строк, переменных двойной точности (double float, hex32), а также меток времени (как самостоятельных каналов). Формат отображения значений каналов на мнемосхемах теперь можно указывать в нотации функции printf языка Си, хорошо знакомой всем программистам.
Среда разработки ТМ6 пример 2Великолепная трехмерная графика SCADA системы TRACE MODE 6 не оставит равнодушными даже профессиональных дизайнеров. В то же время графический редактор SCADA удобен и прост в освоении. Графика SCADA уровня TRACE MODE 6 не только эстетична, но и функциональна: любой графический элемент может менять свои свойства, размеры и положение на экране в реальном времени в зависимости от параметров, а также служить кнопкой.
Фотореалистичная графика в SCADA системе TRACE MODE 6 основана на использовании OpenGL, поэтому она обладает массой недоступных ранее возможностей. Объемные фигуры обладают рядом новых свойств:
• полупрозрачность;
• наложение текстур;
• произвольный базовый цвет;
• настраиваемое расположение источника света;
• коэффициенты отражения и рассеивания света;
• поворот на произвольный угол (в том числе в реальном времени);
• фигурные срезы цилиндров и труб;
• отображение внутренних поверхностей для рисования разрезов емкостей.
Разработчик АСУ ТП на базе SCADA системы TRACE MODE 6 не ограничен в выборе цвета – к стандартной палитре добавилась возможность использования пользовательских цветов. Причем цвета можно задавать с помощью палитры RGB или HSV.
Для удобства редактирования сложных мнемосхем в графическом редакторе SCADA системе TRACE MODE 6 поддерживаются слои, видимостью которых можно управлять. Более того, видимостью слоев можно управлять в реальном времени. Это позволяет на одной мнемосхеме отображать по желанию пользователя те или иные подсистемы технологического объекта. Например, можно создать поверх плана сооружения несколько схем-слоев: канализация, отопление, электроснабжение, вентиляция, пожарная сигнализация и т.д.; а отображать только то, что нужно в данный момент.
В SCADA системе TRACE MODE 6 существенно расширена поддержка внешних графических форматов, анимация и растровые рисунки могут подвергаться произвольной трансформации (поворот, растяжение), причем не только в редакторе, но и динамически. Поддерживается прозрачность фона. Оригинальная технология 3D Fast+ обеспечивает быструю загрузку мнемосхем SCADA/HMI в реальном времени.
Работать с трендами в SCADA системе TRACE MODE стало значительно проще: тренд сам определяет, откуда брать данные – из архива SIAD/SQL6 или временного буфера, то есть деления на архивный тренд и тренд реального времени больше нет, как нет и деления на дискретный и аналоговый тренды, все они успешно реализованы в рамках одного универсального тренда.
Глубина тренда ограничивается только объемом накопленного архива встроенной промышленной СУБД SIAD/SQL™ 6 по данному параметру. Удобная система навигации позволяет просматривать состояние технологического процесса за произвольный временной интервал, увеличивать выделенный участок тренда, добавлять в процессе работы со SCADA новые перья. На одном тренде с общей полосой прокрутки времени может Тренд ТМ6 140отображаться неограниченное количество дискретных и аналоговых параметров АСУТП. Для каждого параметра настраивается не только цвет линии, но и ее стиль. Интервалы недостоверности значения параметра, возникающие, например, в случае потери связи SCADA с датчиком, могут отображаться особым цветом и стилем. Точное значение контролируемых параметров в определенный момент времени можно узнать с помощью визира одним нажатием мыши. Внешний вид и набор доступных элементов навигации настраивается индивидуально для каждого тренда.
В SCADA системе TRACE MODE 6 стал возможен принципиально новый подход к созданию мнемосхем – поддержка всплывающих (Pop-Up) окон. Всплывающие окна SCADA TRACE MODE 6 располагаются поверх окна основной мнемосхемы и служат вспомогательными элементами. Одновременно может быть открыто несколько всплывающих окон, причем с ними можно работать, как с обычными окнами Windows: перемещать, изменять размер, закрывать, переводить на передний план или перекрывать другим Pop-Up окном.
SCADA отчетSCADA TRACE MODE обладает собственным генератором отчетов, позволяющим в реальном времени быстро создавать ясные и полнофункциональные HTML-отчеты. Генератор отчетов встроен в некоторые исполнительные модули (ДокМРВ+), а также существует в качестве выделенного сервера (Сервер документирования). Шаблоны отчетов создаются в Редакторе шаблонов Интегрированной среды разработки SCADA TRACE MODE. Редактор шаблонов - это WYSIWYG инструмент, обладающий широкими возможностями иллюстрирования отчетов, и глубоко интегрированный с системой программирования SCADA TRACE MODE.
SCADA TRACE MODE 6 обладает собственной высокопроизводительной промышленной СУБД реального времени SIAD/SQL™ 6 оптимизированной на быстрое сохранение данных. Архивные данные SIAD/SQL™ 6 не только быстро сохраняются, но и подвергаются статистической обработке в реальном времени, а также могут отображаться на мнемосхемах SCADA и использоваться в программах наравне с данными реального времени.
В шестой версии SCADA TRACE MODE технологии горячего резервирования поднялись на новую высоту. Теперь в проекте SCADA можно автоматически создавать не только дублированные (Double Force), но и троированные (Tri Force) узлы.
Особое внимание в SCADA TRACE MODE 6 уделено возможностям интеграции с базами данных и другими приложениями. Поэтому в эту SCADA встроена поддержка наиболее популярных программных интерфейсов: ODBC, OPC, DDE. Для облегчения настройки взаимодействия с внешними базами данных в интегрированную среду разработки TRACE MODE встроен редактор SQL-запросов. Кроме того, существует возможность подключения компонентов ActiveX, что свидетельствует о высокой степени открытости SCADA-системы TRACE MODE 6.
Подробнее на сайте производителя: www.adastra.ru
4 Краткое изложение принципов сопряжения контроллеров и
SCADA
систем
SCADA система является центром сбора, обработки и визуализации информации. Но непосредственное управление технологическими процессами производится Промышленными Контроллерами. Для правильной работы системы необходим обмен данными между SCADA и Контроллерами. Эту задачу выполняют промышленные сети и шины.
В общем случае производители контроллеров выпускают драйверы для работы их контроллеров с теми или иными шинами обмена данными. Если же механизмов работы с нужной шиной не предусмотрено можно использовать OPC.
OPC пока является наиболее эффективным средством сопряжения разнообразных контроллеров и SCADA-систем, отвечая за стандартные механизмы доступа приложений к данным технологических процессов по промышленным шинам DeviceNet, Fieldbus, Interbus, Profibus, VME/VXI и ряда других.
Данный текст содержит описание механизма объединения промышленного контроллера МИК-51 со SCADA системой Trace Mode 6 с помощью шины Modbus и OPC сервера.
5 Краткое описание шины
Modbus
Modb
Контроллеры соединяются используя технологию главный-подчиненный, при которой только одно устройство (главный) может инициировать передачу (сделать запрос). Другие устройства (подчиненные) передают запрашиваемые главным устройством данные, или производят запрашиваемые действия. Типичное главное устройство включает в себя ведущий (HOST) процессор и панели программирования. Типичное подчиненное устройство - программируемый контроллер.
Главный может адресоваться к индивидуальному подчиненному или может инициировать широкую передачу сообщения на все подчиненные устройства. Подчиненное устройство возвращает сообщение в ответ на запрос, адресуемый именно ему. Ответы не возвращаются при широковещательном запросе от главного.
Протокол Modbus описывает единый простой формат передачи данных PDU, который в свою очередь входит в полный пакет ADU. Формат ADU меняется в зависимости от типа линии связи. Существуют три режима протокола: Modbus RTU, Modbus ASCII, Modbus TCP. Первые два используют последовательные линии связи (в основном RS-485, реже RS-422/RS-232), последний использует для передачи данных по сетям TCP/IP.
Протокол Modbus RTU предполагает одно ведущее (запрашивающее) устройство в линии (master), которое может передавать команды одному или нескольким ведомым устройствам (slave), обращаясь к ним по уникальному в линии адресу. Синтаксис команд протокола позволяет адресовать 247 устройств на одной линии связи стандарта RS-485 (реже RS-422 или RS-232).
Инициатива проведения обмена всегда исходит от ведущего устройства. Ведомые устройства прослушивают линию связи. Мастер подаёт запрос (посылка, последовательность байт) в линию и переходит в состояние прослушивания линии связи. Ведомое устройство отвечает на запрос, пришедший в его адрес. Окончание ответной посылки мастер определяет, по временному интервалу между окончанием приёма предыдущего байта и началом приёма следующего. Если этот интервал превысил время, необходимое для приёма двух байт на заданной скорости передачи, приём кадра ответа считается завершённым. Кадры запроса и ответа по протоколу modbus имеют фиксированный формат, приведённый в (Таблица 1-1).
| Адрес ведомого устройства |
Номер функции |
Данные |
CRC |
| 1 байт |
1 байт |
N < 253 (байт) |
2 байта |
Таблица 1-1. Кадр посылки Modbus RTU
где:
• адрес ведомого устройства — первое однобайтное поле кадра. Оно содержит адрес подчинённого устройства, к которому адресован запрос. Ведомые устройства отвечают только на запросы, поступившие в их адрес. Ответ также начинается с адреса отвечающего ведомого устройства, который может изменяться от 1 до 254. Адрес 0 используется для широковещательной передачи, его распознаёт каждое устройство;
• номер функции — это следующее однобайтное поле кадра. Оно говорит ведомому устройству, какие данные или выполнение какого действия требует от него ведущее устройство;
• данные — поле содержит информацию, необходимую ведомому устройству для выполнения заданной мастером функции или содержит данные, передаваемые ведомым устройством в ответ на запрос ведущего. Длина и формат поля зависит от номера функции;
• CRC — (контрольная сумма) заключительное двухбайтное поле кадра. Контрольная сумма завершает кадры запроса и ответа и применяется для проверки отсутствия ошибок в кадре посылки Modbus RTU.
Следует отметить, что поле CRC записывается младшим байтом вперёд. Алгоритм расчёта CRC может отличаться для разных устройств.
Адресация данных в протоколе Modbus RTU
Все операции с данными привязаны к нулю, каждый вид данных (регистр, выходное/входное значение) начинаются с адреса 0000.
Адресация к ячейке начинается с 1.
Например: Флаг номер 1 программируемого контроллера имеет адрес 0000 (указывается в поле "Адрес").
Флаг номер 127 (DEC) имеет адрес 0x007E hex (126 dec) (указывается в поле "Адрес").
Запоминающий регистр 40001 будет иметь адрес 0000 в поле "Адрес" команды. Потому что код операции уже содержит в себе необходимую информацию об адресе. Операции с этими регистрами имеют смещение Адрес_регистра - 40000 = Значение Используемое В Поле "Адрес". Тип адресации команд в дальнейшем будем помечать т.о.
| смещение |
обозначение |
| -40000 |
4x |
| -10000 |
1x |
Запоминающий регистр 40108 будет иметь адрес 006B hex (107 dec)
Контроль ошибок в протоколе Modbus RTU
Во время обмена данными могут возникать ошибки двух типов:
• ошибки, связанные с искажениями при передаче данных;
• логические ошибки.
Ошибки первого типа обнаруживаются при помощи фреймов символов, контроля чётности и циклической контрольной суммы CRC-16-IBM (используется число-полином = 0xA001).
RTU фрейм
В RTU режиме сообщение начинается с интервала тишины равного времени передачи 3.5 символов при данной скорости передачи в сети. Первым полем затем передается адрес устройства.
Вслед за последним передаваемым символом также следует интервал тишины продолжительностью не менее 3.5 символов. Новое сообщение может начинаться после этого интервала.
Фрейм сообщения передается непрерывно. Если интервал тишины продолжительностью 1.5 возник во время передачи фрейма, принимающее устройство заканчивает прием сообщения и следующий байт будет воспринят как начало следующего сообщения.
Таким образом, если новое сообщение начнется раньше 3.5 интервала, принимающее устройство воспримет его как продолжение предыдущего сообщения. В этом случае устанавливается ошибка, так как будет несовпадение контрольных сумм.
Подробнее на сайте некоммерческой организации поддерживающей протокол шины Modbus: www.modbus.org
6 Краткое описание
OPC
Технология связывания и внедрения объектов для систем промышленной автоматизации OPC (OLE for Process Control) предназначена для обеспечения универсального механизма обмена данными между датчиками, исполнительными механизмами, контроллерами, устройствами связи с объектом и системами представления технологической информации, оперативного диспетчерского управления, а также системами управления базами данных.
Производители аппаратных средств, пользуясь спецификацией OPC, имеют возможность разрабатывать единственный сервер OPC для обеспечения единственного и наиболее общего способа организации доступа к данным и передачи в адрес приложений-клиентов различных производителей программного обеспечения для промышленной автоматизации.
Структура взаимодействия между приложениями-клиентами и серверами OPC различных производителей показана ниже.
Опираясь на объектную технологию COM/DCOM, стандарт OPC фиксирует определенную модель взаимодействия между клиентом и сервером.
Базовым понятием этой модели является элемент данных (Item). Каждый элемент данных имеет значение, время последнего обновления (timestamp) и признак качества, определяющий степень достоверности значения. Значение может быть практически любого скалярного типа булево, целое, с плавающей точкой и т.п. или строкой (так называемый OLE VARIANT). Время представляется с 100-наносекундной точностью (FILETIME Win32 API). Реальная точность измерения времени обычно бывает хуже и, в общем случая, зависит от реализации сервера и аппаратуры. Качество это код, содержащий в себе грубую оценку UNCERTAIN, GOOD и BAD (неопределено, хорошее и плохое), а на случай плохой еще и расшифровку, например QUAL_SENSOR_FAILURE ошибка датчика.
Следующим вверх по иерархии является понятие группы элементов (OPC Group). Группа создается OPC-сервером по требованию клиента, который затем может добавлять в группу элементы (Items). Для группы клиентом задается частота обновления данных, и все данные в группе сервер старается обновлять и передавать клиенту с заданной частотой. Отдельно стоящих вне группы элементов быть не может. Клиент может создать для себя на сервере несколько групп, различающихся требуемой частотой обновления. Для каждого клиента всегда создается своя группа (кроме так называемых публичных групп), даже если состав элементов и частоты обновления совпадают. Отсоединение клиента приводит к уничтожению группы.
Наконец, на верхней ступеньке иерархии понятий находится сам OPC-сервер. Из всех
перечисленных (OPC-группа, OPC-элемент) он единственный является COM-объектом, все остальные объекты доступны через его интерфейсы, которые он предоставляет клиенту.
Программа ModBus OPC Server
- далее «сервер», разработанная предприятием “МИКРОЛ” предназначена для автоматизации обмена информациией между приборами, производимыми предприятием “МИКРОЛ” и приложениями – клиентами на ЭВМ. «Сервер» реализует стандартный интерфейс доступа к данным ОРС Data Access 2.0 в соответствии со спецификацией OPC Data Access Custom Interface Specification 2.0.
Для конфигурирования «сервера» предоставляется отдельная программа MOPC.EXE, посредством которой пользователь имеет возможность визуально спланировать конфигурацию «сервера», которая представляет собой двухуровневою структуру. Первый уровень – это конфигурация последовательных портов RS-232 установленных в ЭВМ, «сервером» поддерживается до 14 шт. (СОМ1-СОМ14). Второй уровень – конфигурация контроллеров подключенных через преобразователь интерфейсов RS-485↔RS-232 к портам ЭВМ. Пример конфигурации «сервера» представлен на рисунке.
Исходя из топологии сети RS-485 имеется возможность подключить до 32 приборов к одному блоку преобразования интерфейсов БПИ-485 (количество подключенных приборов к одному блоку преобразования интерфейсов может изменяться в зависимости от технических характеристик, самого преобразователя, но не более 255).
Также данной программой производится конфигурация пространства имен «сервера» в виде свободно конфигурируемой многоуровневой структуры.
Подробнее на сайте разработчика: www.microl.com.ua
7. Практическая ре
ализация связи контроллера и
SCADA-системы
7.1
Создание программы для контролера Микрол
7.1.1
Запуск программу Alfa
Запустите программу Alfa.
7.1.2
Создание блоков для кнопок
Для управления кнопками нужны блоки DIN, а для лампочки – DOT.
Перетяните 4 блока DIN в рабочую область. Каждый блок имеет свой номер. Адреса кнопок начинаются с 4, т.е. кнопка:
DI0 – 4
DI1 – 5
DI2 – 6
DI3 – 7
Нажмите на правую кнопку мыши на 1-ом блоке, выберем пункт «Параметры блока», далее нажимаем 2 раза на пункт «Номер физического входа» и введем адрес первой кнопки т.е. 4. Нажмите «Ок» в 2-х окнах. Те же действия проработаем для остальных блоков, только вводим соответствующие адреса кнопок.
Блоки для кнопок сделаны.
7.1.3
Создание блоков для лампочек.
Перетяните 4 блока DOT в рабочую область. Для включения и выключения лампочки также нужно 4 блока dSET, он находиться в закладке «Управление состоянием». Перетяните для каждого блока DOT блок dSET и соедините их.
Адресация лампочек начинается с цифры 6. Т.е. адреса лампочек:
DO0 – 6
DO1 – 7
DO2 – 8
DO3 – 9
Нажмите на правую кнопку мыши на блок DOT, например номер 5, выберите пункт «Параметры блока» и 2 раза нажмите на пункт «Номер дискретного выхода» и введите соответственный номер лампочки, так как у нас у лампочки DO0 адрес 6.
Нажимаем «ОК» в 2 окнах.
Те же действия проработайте для всех остальных блоков DOT, только введите соответствующий адрес лампочки.
7.1.4 Запись программы в контролер
Программа для управления кнопками и лампочками ГОТОВА, можно записать ее в контролер.
Выберите в меню Сервис->Записать программу.
Поставьте все галочки. Нажмите «ОК»
Выберете еще раз в меню Сервис->Записать программу.
Поставьте все галочки. Нажмите «Начать»
Все программа записана в контролер.
С этой программы нас интересуют номера блоков DIN и dSET, который связан с соответствующей лампочкой.
DI0 – 1-й блок DIN DO0 – 9-й блок dSET
DI1 – 2 DO1 – 10
DI2 – 3 DO2 - 11
DI3 – 4 DO3 – 12
Эти номера нам нужны для настройки OPC Server.
7.2
Конфигурирование OPC Server.
7.2.1
Запуск «MOPC».
Запустите с рабочего стола ярлык «MOPC».
7.2.2
Конфигурирование сервера
Нажмите на правую кнопку на пункте «Конфигурация сервера», выберите «Добавить порт».
Введите:
Название – Com1
Номер порта – COM1
Скорость – 57600
Нажмите «Ок».
Появился новый порт Com1, нажмите на него правой кнопкой и выберите пункт «Добавить устройство».
Введите:
Название – Mik
«Тип устройства» выбираем – MIK51
ModBus адрес – 1
Нажмите «ОК»
7.2.3
Конфигурируем пространство имен сервера.
Настраиваем кнопки:
Нажмите в правой свободной области OPC Server на правую кнопку мыши, выберем пункт «Добавить тег».
Введите:
Название - DI0
Выбирите путь:
Нажмите «ОК»
Для первой кнопки у нас блок 1, номер выхода тоже 1. Нажмите «Создать».
Тип данных – Short
Нажмите «Сохранить».
Те же действия проработайте для остальных кнопок, только нужно изменять название кнопки и номер блока. Для кнопки DI1 вводим в поле название DI1 и номер блок вводим 2, все следующие по аналогии.
Настраиваем лампочки:
Добавьте новый тег, как и для кнопок
Введите название DO0
Выберете путь:
Нажмите «ОК».
Введите номер блока dSET, который связан с в программе с лампочкой DO0, это блок №9.
Поменяйте в списке вместо «выхода» на «свойсва».
Нажмите «Создать»
Нажмите «Сохранить».
Те же действия сделайте для остальных лампочек, только изменяйте номера блоков dSET и название лампочек.
Сохраниете сделанную конфигурацию. Выберете меню Файл-Сделать активным, и выберем файл нашей конфигурации.
OPC Server сконфигурирован и готов к работе.
7.2.4 Проверка правильности конфигурирования
Для проверки нужно использовать специальную утилиту «OPC Client». Запустите её с рабочего стола.
Выберем меню OPC Connect, далее Microl.OPC.ModBus.Server. Меню OPC->Add Item.
DataType ставим Short.
Выберем DI0 и нажмем Ок.
Нажмите на кнопку DI0 на панели, в OPC Client должен изменится 0 на 1.
7.3
Разработка системы управления в Trace Mode 6
7.3.1 Запуск Trace Mode
Нажмите Файл->Новый Простой
7.3.2 Создание средств для отображения состояния кнопок
Двойным щелчком мыши щелкните на элементе «Экран».
Нажмите на элемент «Плоские фигуры» панели инструментов и нарисуйте кружочек в рабочей области «Экран».
Нажмите на кнопку “ABC” и подпишите наш кружочек «DI0».
Элемент для отображения состояния одной кнопки создан.
7.3.3 Настройка «Источника/Применика».
Нажмите на правую кнопку мыши на элемент «Источники/Приемники» выберете меню «Создать группу» далее «OPC». Нажмите на вновь созданную группу OPC_1 на правую кнопку мыши и выберете “Создать группу” и нажмите «OPC_Сервер».
Нажмите на правую кнопку мыши на элемент «OPC_Сервер_1» выберете создать компонент “OPC”. Нажмите на него 2 раза.
Сконфигурируйте его параметры, конкретно под кнопку DI0.
Поменяем имя на DI0#1.
В поле «Сервер» нажмем на кнопку «Обзор».
Выберете “Microl.OPC.ModBus.Server OPC…”
Выберете переменную OPC “DI0” и нажмите «Готово».
7.3.4 Привязка элементов «Экрана» с источником
Откройте «Экран», двойным щелчком мыши. Щелкните 2 раза на кружочек. Откроются свойства элемента.
Щелкните 2 раза на поле «Заливка», откройте список «Цвет заливки», выберете «Вид индикации» «Arg=Конст».
Нажмите на кнопку «Привязка»
Создайте новый аргумент, нажав на кнопку «Создать аргумент»
Поменяйте имя на “DI0”, поставьте Тип данных «INT». Нажмите кнопку “Готово”.
Теперь нажмите правой кнопкой мыши на «Экран» и выберете элемент Свойства.
Выберете вкладку “Аргументы”.
Выберете наш аргумент DI0 и нажмем на самую первую кнопку панели «Создать по аргументам каналы с привязкой».
Теперь щелкните на наш элемент DI0 двойным щелчком мыши в поле «Привязка»
Выберете «Входное значение» и нажмите «Привязка».
Перейдите к элементам OPC сервера.
Возьмите компонент DI0#1 и перетяните его в RTM_1 на аргумент DI0, тем самым связав источник т.е. нашу кнопку с экранным элементом.
7.3.5 Запуск программы
Нажмите одним щелчком мыши на RTM_1.
Запустите нашу программу, нажмите на кнопку «Запустить профайл» (рисунок бегущего человечка). Если программа спросит «Сохранить проект?» Нажмите «Да».
После запуска профайла, нажмите уже в нем кнопку «Запуск/Останов».
Проверьте работу. Нажмите на кнопку DI0 на панели. На экране цвет кружочка должен измениться.
Все готово, теперь все те же действия проделайте для всех остальных кнопок.
7.3.6 Создание средств для отображения состояния лампочек
Для каждой лампочки нам нужно 2 кнопки: 1-я – вкл лампочку, 2 –я выключить.
Добавьте их на наш «Экран», перед тем открыв его.
Чтобы добавить кнопку нужно нажать на панели на элемент «Кнопка» и нарисовать в рабочей области.
Вызвав свойства каждой кнопки, подпишите их «Вкл лампочку» и «Выкл лампочку».
7.3.7 Создание источник для лампочки.
Нажмите на правую кнопку мыши «OPC_Сервер_1», создать компонент, нажмите на “OPC”.
Поменяйте имя на DO0#2.
Нажмите на кнопку «Обзор» поля Сервер.
Выберите все как показано на рисунке, и нажмите «Готово».
В поле направление выберем «Output».
7.3.8 Привязка элементов «Экрана» с источником
Перейдите к настройке кнопки «Вкл. лампочку». Вызовите ее свойства и перейдите на вкладку «Действия».
Нажмите на правую кнопку мыши на “mousePresses” и нажмите «Передать значение».
В поле значение введите «1». Нажмиье на результат, создайте новый аргумент.
Введите имя DO0, тип IN/OUT, тип данных INT. Нажмите Готово.
Настройте кнопку выключение лампочки.
Вызовете ее свойства, перейдите на вкладку «Действия», на правую кнопку “mousePresses” и выберете «Передать значение». В поле значение занесите 0.
Нажмите на результат
и выберете уже созданный DO0, нажмите Готово.
Нажмите на Свойства «Экран#1:1».
Выберете вкладку «Аргументы».
Выберете аргумент DO0 и нажмите на кнопку со значком стрелочки «Создать по аргументам каналы с привязкой».
Нажмите 2 раза на наш элемент «DO0» в поле Привязка. Выберете «Входное значение».
Нажмите на кнопку Привязка.
7.3.9 Запуск программы.
Нажмите одним щелчком мыши на RTM_1.
Запустите нашу программу, нажмите на кнопку «Запустить профайл» (рисунок бегущего человечка). Если программа спросит «Сохранить проект?» Нажмите «Да».
После запуска профайла, нажмите уже в нем кнопку «Запуск/Останов».
Если сейчас нажать на кнопку «Вкл. Лампочку», то на панели должна загореться лампочка DO0.
Литература:
"TRACE MODE 6", Руководство пользователя, Том 1, SOFTLOGIC SCADA/HMI, MES EAM HRM, Интегрированная платформа для управления производством, Москва, 2004, AdAstra Research Group, Ltd
"Контроллер Малоканальный Многофункциональный Микропроцессорный МИК-51", Руководство по эксплуатации, ПРМК.421457.005 РЭ1, УКРАИНА, г.Ивано-Франковск, 2005
"MODBUS OPC Server Версия 1.0.1", Руководство по эксплуатации, ПРМК.426000.004 РЭ, г. Ивано-Франковск, 2003
Интернет www.microl.com.ua, www.modbus.org, www.adastra.ru