Контроллеры и модули удаленного ввода-вывода серии I-7000

Контроллеры серии I-7000 представляют собой PC-совместимые контроллеры фирмы ICP DAS (www.icpdas.com). Изделия этой серии являются аналогами популярных в России контроллеров и модулей связи с объектом ADAM-4000 (Advantech), NuDAM-6000 (ADLink). Контроллеры включены в Государственный реестр средств измерений и допущены к применению в Российской Федерации.

Серия I-7000 обеспечивает недорогое, гибкое и эффективное решение для самого широкого спектра индустриальных и лабораторных задач. Изделия этой серии предназначены для управления технологическим процессом, встраивания в технологическое оборудование, удаленного сбора и обработки информации, могут использоваться в качестве коммуникационных устройств и т.п. Линейка выпускаемых продуктов включает в себя коммуникационные модули, модули аналогового ввода и аналогового вывода, дискретного ввода/вывода, таймеры/счетчики, модули РС-совместимых контроллеров [36].

Каждый модуль представляет собой функционально-законченное устройство, заключенное в пластмассовый корпус и оснащенное клеммными соединителями с винтовой фиксацией для подключения входных и выходных цепей (рис. 5.6). Установка модулей не требует специальных объединительных плат и может осуществляться как на стандартный несущий DIN-рельс, так и на любую плоскую панель или стенку. Модули ввода-вывода могут находиться на значительном расстоянии от контроллера, подключаясь к нему по интерфейсу RS-485.

Общие технические характеристики модулей серии I-7000

· Модули объединяются в асинхронную полудуплексную двухпроводную сеть по стандарту RS-485.

· Максимальная длина сегмента сети без повторителя – до 1200 м.

· Скорость передачи данных: 1200, 2400, 4800, 9600, 19 200, 38 400, 57600, 115 200 бод.

· Возможность объединения до 256 модулей в один сегмент сети без повторителя.

· Возможность использования в одном сегменте сети различных скоростей обмена и форматов данных, до 2048 = 256 ´ 8 модулей в системе с использованием повторителей.

Рис. 5.6. Модули серии I-7000

· Формат данных серии I-7000 10 бит = 1 стартовый бит + 8 бит данных + 1стоповый бит.

· Возможность контроля четности при передаче данных.

· Протокол передачи данных: ASCII символы.

· Напряжение изоляции входных цепей 3000 В.

· Питание от источника нестабилизированного постоянного тока напряжением от +10 В до +30 В.

· Защита по цепям питания от перенапряжения, неправильной полярности подключения питания.

· Возможность «горячей» замены любого модуля.

· Работоспособность в широком диапазоне температур: от –10 °С до +70 °С.

Сеть RS-485 для модулей серии I-7000 является наиболее мощной и гибкой двухпроводной сетью RS-485. Эта сеть работает с различными скоростями обмена и различными форматами данных. Это обстоятельство позволяет объединить в одну сеть все модули УСО, контроллеры PLC и другое оборудование, которые настроены на различные скорости обмена или используют различные форматы данных. В обычной сети RS-485 скорость обмена и формат данных должны иметь одинаковые значения у всех устройств, подключенных к сети. Преобразователь RS-232 в RS-485 (I-7520) оснащен встроенным «Self Tuner», что и позволяет ему обнаруживать скорость обмена и формат данных автоматически и напрямую управлять сетью RS-485.

На рис. 5.7 представлена распределенная система управления и сбора данных на основе модулей I-7000.

Рис. 5.7. Распределенная система управления и сбора данных на основе модулей I-7000

Схема взаимодействия ведущего компьютера (HOST) с модулями, объединенными в одну сеть на основе RS-485, довольна проста. При этом порядок работы выглядит следующим образом:

1. Ведущий компьютер выдает команду в сеть через порт СОМ1.

2. Преобразователь I-7520 преобразует сигнал RS-232 в RS-485.

3. Все модули, подключенные к сети RS-485, получают эту команду и сравнивают поле адреса этой команды со своим собственным адресом.

4. Модуль, у которого эти адреса совпадут, выполнит эту команду, а остальные ее проигнорируют.

5. После выполнения команды модуль посылает ответ о результатах выполнения в сеть RS-485. Ведущий компьютер обрабатывает ответ и выдает следующую команду.

При построении сети на основе интерфейса RS-485 следует учитывать то обстоятельство, что лишь одно из устройств в ней может быть ведущим (Master), а остальные – ведомыми (Slave). При этом по ходу работы приоритеты работы разных устройств могут меняться.

Система, построенная на основе модулей серии I-7000, имеет ряд характерных особенностей:

· Простота построения системы под управлением HOST-компьютера. Модули объединяются в сеть любой сложной топологии на основе широко распространенного стандарта RS-485; все модули используют для коммуникации простой протокол «Запрос/Ответ», инициируемый HOST-компьютером.

· «Встроенный интеллект». Модули обеспечивают приведение сигнала к требуемому уровню, мониторинг системы, выдачу аварийных сигналов, сохранность важнейших параметров настроек.

· Гибкость настройки. Конфигурация и калибровка модулей осуществляется программно с HOST-компьютера. Параметры конфигурации, такие как адрес, скорость обмена по последовательному каналу связи, наличие проверки контрольной суммы команды, диапазон изменения входных и выходных сигналов и их размерность, вид представления измеренных значений и некоторые другие параметры сохраняются во встроенном электрически перепрограммируемом ПЗУ.

· При наличии в сети модуля I-7188 система может работать без внешнего HOST-компьютера.

В модулях серии I-7000 реализован широкий диапазон скоростей передачи данных по сети RS-485 – от 1200 до 115 200 бод. При этом модули, подключенные к одному последовательному порту HOST-компьютера, необязательно должны работать на одной и той же скорости. Модули конверторов интерфейсов RS-232/RS-485, а также модули повторителей (I-7510) имеют функцию самонастройки. Суть ее заключается в том, что эти модули автоматически определяют направление передачи данных, скорость передачи и формат посылки. Другими словами, для информационных потоков модули конверторов и повторителей полностью прозрачны.

Каждый из модулей серии I-7000 имеет двойной сторожевой таймер (WatchDog). Это одна из важнейших особенностей данной серии, которая значительно увеличивает показатель надежности и работоспособности всей системы в целом. Первый сторожевой таймер представляет собой аппаратно реализованное устройство, которое перезапускает модуль в случае его зависания, не позволяя тем самым прерваться управляемому технологическому процессу или потерять контроль за считываемыми данными.

Второй сторожевой таймер является программным. Он постоянно отслеживает наличие передачи данных в сети RS-485. Если по истечении заданного интервала времени никаких посылок не было, то делается вывод об отказе HOST-компьютера или обрыве коммуникационных линий. В такой ситуации все выходы модуля переводятся в заранее предустановленные для подобного случая состояния. В результате при возникновении нештатной ситуации имеется возможность удерживать параметры технологического процесса в пределах нормы до устранения неисправности.

Повышению живучести системы управления способствует также возможность «горячей» замены любого модуля в любой точке сети без выключения питания. Данное свойство существенно увеличивает ремонтопригодность всей системы без остановки технологического процесса и предоставляет возможность дальнейшей ее модернизации и расширения.

Модули серии I-7000

Контроллер I-7188. Модуль I-7188 представляет собой PC-сов-местимый микроконтроллер, который является, по существу, маленьким РС-совместимым компьютером. В нем есть процессор АМD 80 188 – 40 МГц, 128 – 512 кбайт SRAM памяти (ОЗУ), электронный Flash-диск (аналог жесткого диска) объемом 256 кбайт или 512 кбайт, часы реального времени, последовательные порты, порт Ethernet (в некоторых модификациях) – т.е. почти все необходимые атрибуты обычного компьютера. В контроллере имеется BIOS, особенностью которого является возможность работы без жесткого и флоппи-дисков, стандартной клавиатуры и монитора. Конструктивно модуль I-7188 выполнен аналогично другим модулям серии. Выпускается в двух вариантах: с 5-зна-ковым 7-сегментным индикатором или без него. Контроллер не требователен к питанию: достаточно подать нестабилизированное напряжение в диапазоне 10 – 30 В постоянного тока. При этом модуль потребляет не более 3 Вт.

В настоящее время модуль I-7188 – один из самых маленьких и недорогих РС-совместимых контроллеров. Области его применения могут быть самыми разнообразными. Прежде всего, это идеальный удаленный контроллер для управления группой модулей серии I-7000 или им подобных (например, ADAM-4000, NuDAM-6000). Вам необязательно подключать модули напрямую к управляющему промышленному компьютеру или дорогостоящему PLC. Контроллер I-7188 вполне справится с задачей сбора данных от модулей удаленного ввода-вывода и первичной обработкой информации. Кроме того, при помощи контроллера I-7188 и группы модулей можно реализовать очень недорогую автономную замкнутую систему автоматического управления. При этом на удаленной рабочей станции (АРМ) через последовательный интерфейс можно осуществлять контроль и оперативное управление подобной системой.

Контроллеры построены на базе процессора AMD80188, который работает под управлением операционной системы MSDOS или MiniOS7. MiniOS7 – это DOS-совместимая система, разработанная специально для контроллеров серии I-7000 и I-8000. В ней исключены некоторые неиспользуемые функции MSDOS и упрощена файловая система, но добавлена поддержка модулей ввода-вывода, устройств дополнительной памяти, есть функции самодиагностики, ускорена процедура загрузки. Процессорные модули имеют ограниченные возможности по расширению ресурсов. Модули с операционной системой DOS – не расширяемы, а в модули с MiniOS7 (I-7188X…) можно установить одну плату расширения. Существуют платы расширения памяти, аналоговых и дискретных входов-выходов и дополнительных последовательных портов.

Разработка программ для контроллера осуществляется на обычном компьютере. Можно использовать обычные языки программирования, такие как С/C++, Pascal, Basic, Ассемблер (но вследствие того, что в контроллере используется процессор 80188, в программе нельзя использовать инструкции процессора 286). Затем скомпилированную программу следует записать на Flash-диск модуля I-7188. Это делается после подключения контроллера через СОМ4 к любому последовательному порту обычного компьютера при помощи специальной утилиты, поставляемой в комплекте с контроллером.

Совместно с контроллером бесплатно поставляются все необходимые утилиты, библиотеки и образцы исходных текстов на языке С.

Контроллер I-7188 имеет множество модификаций, отличающихся друг от друга объемом оперативной памяти и Flash-диска, наличием различных плат расширения дискретного ввода-вывода, наличием пятиразрядного 7-сегментного индикатора. Имеются модификации контроллеров с предустановленной средой исполнения ISaGRAF.

Модули аналогового ввода. Эти модули преобразуют аналоговый входной сигнал в цифровую форму и передают данные по интерфейсу RS-485 в формате ASCII. Измеренный сигнал может представляться в инженерных единицах измерения (мВ, В, мА), в процентах от диапазона измерения или в шестнадцатеричном коде. Все модули имеют встроенный микропроцессор для управления аналого-цифровым преобразователем с 16-битным разрешением. При помощи модулей аналогового ввода можно измерять напряжение, силу тока, температуру, давление и другие типы входных аналоговых сигналов. В модулях нет переключателей, нуждающихся в предварительной установке. Все параметры модулей конфигурируются программно с помощью обычного персонального компьютера. Для модуля необходимо установить сетевой адрес, скорость передачи данных, диапазон изменения входного сигнала, формат представления измеренной информации (инженерные единицы, процент от диапазона или шестнадцатеричный код), разрешить или запретить проверку контрольной суммы.

В табл. 5.4 представлена номенклатура модулей аналогового ввода. Модули I-70ххD – содержат цифровой индикатор; модули, содержащие «Р» имеют расширенный диапазон измерения, а букву «F» – повышенную частоту замеров.

Модули аналогового вывода. Модули обеспечивают выходные сигналы в виде различных значений напряжения и силы тока (0 – 10 В, ±5 В, ±10 В, 0 – 20 мА, 4 – 20 мА). Данные модули содержит микропроцессор, управляющий выходным цифро-аналоговым преобразователем. Модули могут запоминать стартовые значения, которые будут присутствовать на выходе после включения питания. Кроме того, предусмотрена возможность ограничения скорости нарастания выходного

Таблица 5.4

Наименование	Краткая характеристика
I-7011, I-7011D, I-7011Р, I-7011PD	1-канальный модуль ввода сигнала с термопары. Дополнительно 1 DI, 2 DO
I-7012, I-7012D, I-7012F, I-7012FD	1-канальный модуль аналогового ввода. Дополнительно 1 DI, 2 DO
I-7013, I-7013D	1-канальный модуль ввода сигнала с термометра сопротивления
I-7014D	1-канальный модуль аналогового ввода. Дополнительно 1 DI, 2 DO
I-7016, I-7016D	2-канальный модуль ввода сигнала с тензодатчика. Дополнительно 1 AO, 1 DI, 4DO
I-7016P, I-7016PD	1-канальный модуль ввода сигнала с тензодатчика. Дополнительно 1 AO, 1 DI, 4DO
I-7017, I-7017F	8-канальный модуль аналогового ввода.
I-7018, I-7018D	8-канальный модуль ввода сигнала с термопары.
I-7033, I-7033D	-7033 3-канальный модуль аналогового ввода сигнала с термосопротивления. Дополнительно 1 DI, 2 DO
Условные обозначения: DI – дискретный ввод; DO – дискретный вывод; АО – аналоговый выход.

Таблица 5.5

Наименование	Краткая характеристика
I-7021	1-канальный модуль аналогового вывода (разрешение 12 бит)
I-7021Р	1-канальный модуль аналогового вывода повышенной точности (разрешение 16 бит)
I-7022	2-канальный модуль аналогового вывода (каналы изолированы, разрешение 12 бит)
I-4024	4-канальный модуль аналогового вывода (каналы не изолированы, разрешение 14 бит)

сигнала. При этом модули содержат встроенный входной АЦП, позволяющий контролировать значения выходного параметра (наличие обратной связи).

В табл. 5.5 представлена номенклатура модулей аналогового вывода.

Модули цифрового ввода-вывода. Номенклатура модулей цифрового ввода-вывода достаточно широка. Данные модули содержат разное количество входных и выходных каналов, причем как с общим проводом, так и изолированных, как совместимых по уровню с ТТЛ, так и релейных: типа «сухой контакт». Все входные модули имеют возможность блокировки отдельных каналов в процессе работы. Кроме того, они имеют встроенные счетчики событий, которые можно программно подключать к дискретным входам.

В табл. 5.6 представлена номенклатура модулей аналогового ввода. Модули I-70ххD содержат цифровой индикатор.

Таблица 5.6

Наименование	Краткая характеристика
I-7041, I-7041D	14-канальный модуль дискретного ввода с изоляцией
I-7042, I-7042D	13-канальный модуль дискретного вывода с открытым коллектором
I-7043, I-7043D	16-канальный модуль дискретного вывода без изоляции
I-7044, I-7044D	Модуль дискретного ввода-вывода с изоляцией (4 DI, 8 DO)
I-7050, I-7050D	Модуль дискретного ввода-вывода без изоляции (7 DI, 8 DO)
I-7052, I-7052D	Модуль дискретного ввода-вывода с изоляцией (8 DI)

Продолжение табл. 5.6

Наименование	Краткая характеристика
I-7053, I-7053D	Модуль дискретного ввода-вывода без изоляции (16 DI)
I-7060, I-7060D	Модуль дискретного ввода-вывода с изоляцией (4 DI, 4 DO – релейный)
I-7063, I-7063D	Модуль дискретного ввода-вывода с изоляцией (8 DI, 3 DO – релейный)
I-7063А, I-7063АD	Модуль дискретного ввода-вывода с твердотельными реле для переменного тока (8 DI, 3 DO – релейный)
I-7063В, I-7063ВD	Модуль дискретного ввода-вывода с твердотельными реле для постоянного тока (8 DI, 3 DO – релейный)
I-7065, I-7065D	Модуль дискретного ввода-вывода с изоляцией (4 DI, 5 DO – релейный)
I-7065А, I-7065АD	Модуль дискретного ввода-вывода с твердотельными реле для переменного тока (4 DI, 5 DO – релейный)
I-7065В, I-7065ВD	Модуль дискретного ввода-вывода с твердотельными реле для постоянного тока (4 DI, 5 DO – релейный)
I-7066, I-7066D	7-канальный модуль изолированного дискретного вывода с фотоМОП реле
I-7067, I-7067D	7-канальный модуль изолированного дискретного релейного вывода
Условные обозначения: DI – дискретный ввод; DO – дискретный вывод.

Модули таймеров / счетчиков. Модуль I-7080 оборудован двумя 32-битными счетчиками и программируемым таймером для измерения частоты (до 100 кГц). В дополнение к этому имеется входной программируемый цифровой фильтр для фильтрации помех входных сигналов. Ко всему прочему, модуль I-7080D может отображать показания на пятиразрядном светодиодном индикаторе.

Коммуникационные модули. Модули типа I-7520/I-7520R необходимы для преобразования сигналов стандарта RS-232 в RS-485, а также гальванической развязки HOST-компьютера и контроллеров от сети на основе интерфейса RS-485. Модули I-7510 являются повторителями и служат для гальванической развязки и усиления сигналов в отдельных сегментах системы управления. При помощи одного такого повторителя можно удлинять (наращивать) сегменты сети на основе RS-485 на 1200 метров. Их применение необходимо, если протяженность сети более 1200 м или в сети на основе RS-485 более 255 устройств.

При построении территориально-распределенной системы автоматического управления и сбора данных для обмена информацией между удаленными устройствами иногда требуется в качестве физической среды обмена информацией использовать радиоканал. Для этих целей можно использовать модули радиомодемов, входящих в серию I-7000. В настоящее время производятся радиомодемы на частотные диапазоны 900 МГц и 2400 МГц. Модули радиомодемов позволяют устанавливать связь на расстояние до 5 км.