Разработка модульной подсистемы сбора данных и управления на базе блока ADAM-5000/TCP с использованием модулей серий ADAM-5000/6000 фирмы Advantech

Аннотация В курсовом проекте осуществляется разработка модульной подсистемы сбора данных и управления на базе блока ADAM-5000/TCP с использованием модулей серий ADAM-5000/6000 фирмы Advantech. В качестве программных средств проектирования использована среда Advantech Studio. Приводится структура системы и ее описание, конфигурирование устройств, входящих в систему и их описание.

• Введение
• 1. Структура системы и ее описание
• 2. Выбор и описание устройств, их конфигурирование и настройка
• 2.1 Выбор устройств
• 2.2 Описание устройств
• 2.2.1 Модуль аналогового ввода ADAM-5017
• 2.2.2 Модуль аналогового ввода ADAM-5017Р
• 2.2.3 Модуль аналогового вывода ADAM-5024
• 2.2.4 Модуль дискретного ввода/вывода ADAM-5050
• 2.3 Конфигурация разработанной системы
• 2.3.1 Конфигурирование модуля аналогового ввода
• 2.3.2 Конфигурирование модуля аналогового вывода
• 2.3.3 Конфигурирование модуля цифрового ввода/вывода
• 2.3.4 Адресация регистров модулей
• 3. Описание процесса разработки HMI
• 3.1 Описание среды разработки Advantech Studio
• 3.2 Разработка приложения
• Заключение
• Список используемых источников

Приложение

Под аппаратно-программными комплексами (АПК) понимается совокупность программно-технических средств, предназначенных для решения целевых задач. Простейшим примером АПК может служить персональный компьютер, целевой задачей которого является представление результатов обработки исходных данных. Однако существует большое количество информационных систем, которые принципиально отличаются от системы в виде ПК. Такие системы предполагают, что исходные данные и результаты их обработки попадают в ПК и выводятся из него с помощью специальных средств. Вид таких средств во многом определяется параметрами источника информации и приемника сформированных выходных воздействий, то есть устройством ввода/вывода, называемым устройством сопряжения с объектом (УСО). УСО являются неотъемлемой частью любой автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП), назначение которых заключается в сопряжении датчиков и исполнительных механизмов контролируемого объекта и/или технологического процесса с вычислительными средствами системы.

Задачами УСО являются сбор данных об объекте и выдача необходимых управляющих воздействий на механизмы, изменяющие состояние объекта.

Корпорация Advantech, основанная в 1983 году, является одним из крупнейших в мире производителей вычислительной техники для промышленной автоматизации, встраиваемых систем и телекоммуникаций. Под маркой Advantech сегодня выпускается более тысячи наименований продукции: промышленные компьютеры и контроллеры, интернет-серверы, панели управления для человеко-машинного интерфейса, устройства сбора и передачи данных и многое другое.

Технические средства, производимые фирмой Advantech, предназначены для построения нижнего уровня АСУ ТП, в том числе территориально распределенных. Данные технические средства в ряде случаев могут рассматриваться в качестве альтернативы традиционным УСО и программируемым логическим контроллерам известных производителей. Все изделия фирмы разработаны и производятся по наиболее строгим нормативным документам, удовлетворяют повышенным требованиям и обеспечивают качественную работу в условиях, типичных для большинства индустриальных применений.

Для разработки приложения в курсовом проекте применяется утилита Advantech Studio. Это мощная SCADA/HMI-система с поддержкой Web-технологий для построения систем АСУ. Термин SCADA означает диспетчерское управление, основанное на сборе данных, а HMI — человеко-машинный интерфейс.

Современные системы SCADA/HMI хорошо структурированы и представляют собой готовые к применению и согласованные по функциям и по всем интерфейсам наборы программных продуктов и вспомогательных компонентов. В SCADA/HMI-системах широко применяется принцип модульного построения. С ростом мощности компьютеров и соответствующим ростом информационной мощности операторских станций соответственно потребностям приложений SCADA/HMI-системы становятся масштабируемыми, они выпускаются в вариантах, которые при сохранении в целом функционального профиля поддерживают от нескольких десятков или сотен до десятков тысяч входов-выходов.

Применяемая среда проектирования Advantech Studio является мощным интегрированным комплексом программных средств, который включает все необходимое для создания современного человеко-машинного интерфейса и SCADA-приложений, работает под управлением Windows 98/NT/2000/CE и имеет средства обмена данными в сетях Internet/Intranet. Простая среда разработки позволяет создавать приложения, отображающие самые сложные технологические процессы.

1. Структура системы и ее описание

Разрабатываемая модульная подсистема сбора данных и управления строится на основе технических средств, выпускаемых фирмой Advantech. В состав серии ADAM-5000 входят системы распределенного ввода-вывода данных и управления, а также программируемые контроллеры. Устройства серии ADAM-5000 предназначены для построения территориально-распределенных систем сбора данных и управления. Изделия этой серии представляют собой законченную линию устройств, имеющих различные характеристики. Они обеспечивают выполнение функций аналогового и дискретного ввода/вывода, первичное преобразование данных, прием команд от удаленного диспетчерского пункта и передачу в его адрес данных с использованием интерфейса RS-485, шины CAN и технологии Ethernet.

Для сети Ethernet фирма выпускает базовый блок ADAM-5000/TCP, имеющий 8 слотов. Он функционирует как центр обработки данных ввода/вывода. Использование Ethernet обеспечивает быстрый обмен данными и передачу сигналов управления со скоростью 10/100 Мбит/с, которая выбирается автоматически.

ADAM-5000/TCP разработан с высокими аппаратными возможностями ввода-вывода и поддерживает все типы модулей ввода-вывода серии ADAM-5000. Имея 8 слотов для любых комбинаций модулей, эта система обрабатывает до 128 точек ввода-вывода. В отличие от других основных модулей ADAM-5000/TCP имеет не только высокую способность ввода/вывода, но и более интеллектуальные возможности диагностики. Система имеет восемь индикаторов на передней стенке процессорного модуля. Пользователи могут отчетливо читать состояние системы, включая питание, CPU, Ethernet соединение, активность связи, уровень передачи, и т. д.

ADAM-5000/TCP предоставляет большому числу управляющих компьютеров прямой доступ к данным о состоянии контролируемого объекта с помощью OPC-сервера или элементов управления ActiveX. При этом устройство использует популярный сетевой протокол для промышленных сетей на базе технологии Ethernet ModBus/TCP. Использование этого протокола позволяет легко интегрировать устройства ADAM-5000/TCP со SCADA-системами или другими пользовательскими приложениями, которые поддерживают протокол ModBus.

Modbus/TCP — это один из самых распространенных стандартов, используемых в промышленных сетях Ethernet. Используя этот протокол связи, ADAM-5000/TCP легко интегрировать с любым программным пакетом человеко-машинного интерфейса (HMI) или прикладными программами пользователя, которые поддерживают Modbus. Пользователи не должны разрабатывать специальный драйвер для ADAM-5000/TCP, когда они устанавливают систему сбора данных и управления со своими собственными приложениями. Это снижает необходимые инженерные затраты.

Хотя TCP/IP является стандартным протоколом связи для Ethernet, управление передачей данных остается узким местом, когда в сети имеется одновременно много клиентов. Поэтому, ADAM-5000/TCP также поддерживает протокол UDP для работы с вещанием регулярного потока данных и фиксацией событий/аварий. Такие функции усовершенствуют систему, повышая интеллектуальность и производительность.

Технические характеристики блока ADAM-5000/TCP приведены в таблице 1, а его структура представлена на рисунке 1.

Таблица 1 — Технические характеристики базового блока ADAM-5000/TCP

Рисунок 1 — Структура базового блока ADAM-5000/TCP

Модули выполняются в определенных форматах. Все модули можно разделить на две группы: интеллектуальные модули и модули, устанавливаемые в ПЛК и базовые блоки. Интеллектуальные модули способны самостоятельно выполнять функции сбора данных, управления, преобразования интерфейса, представления информации и другие действия. Вторая группа модулей работает под управлением контроллера базового блока.

модуль тренд advantech

2. Выбор и описание устройств, их конфигурирование и настройка

2.1 Выбор устройств

В соответствии с заданием требуется разработать модульную подсистему сбора данных о состоянии объекта управления и выдачи управляющих воздействий на основе базового блока ADAM-5000/TCP и модулей серии ADAM-5000/6000 фирмы Advantech. Выбор конкретных модулей выполняется в соответствии с учетом требуемого количества каналов аналогового и дискретного ввода/вывода по критерию цена/качество.

Для реализации аналогового ввода 10 входных сигналов по напряжению и 1 входного сигнала по току использовано два модуля: ADAM-5017 и ADAM-5017Р. В первом задействованы все 8 каналов для сигналов по напряжению. Каналы второго модуля позволяют указывать тип и диапазон входного сигнала. В нем задействован 1 канал для токового сигнала и 2 канала для сигналов по напряжению.

В качестве модуля аналогового вывода выбран модуль ADAM-5024, имеющий 4 канала с возможностью поканальной установки типа сигнала, поскольку необходимо организовать 1 выходной аналоговый сигнал по напряжению и 1 по току.

Для реализации дискретного ввода по 6 каналам типа «сухой контакт» и дискретного вывода по 1 каналу, выбран модуль ADAM-5050, имеющий 16 универсальных каналов, допускающих «сухой контакт» по входу.

Структура системы представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 — Структура системы В разработанной структуре отсутствуют интеллектуальные модули серии ADAM-6000 из-за их высокой стоимости.

2.2 Описание устройств

2.2.1 Модуль аналогового ввода ADAM-5017

Модуль ADAM-5017 представляет собой 8-канальное устройство аналогового ввода с дифференциальными входами, оснащенное 16-разрядным АЦП и обладающее возможностью установки программным способом диапазонов входного сигнала для всех каналов.

Модуль обеспечивает измерение напряжения милливольтового (±150мВ, ±500мВ) и вольтового (±1 В, ±5 В, ±10В) диапазонов, а также силы тока (±20мА при использовании дополнительного внешнего резистора 125 Ом). Цифровые отсчеты аналогового сигнала преобразуются модулем в формат инженерных единиц (мВ, В и мА).

Модуль ADAM-5017 является экономичным решением для реализации широкого класса систем измерений и контроля параметров. Наличие в модуле оптоизоляции входных аналоговых цепей от системной магистрали с напряжением изоляции 3000 В постоянного тока значительно снижает вероятность повреждения микроконтроллера помехами и наводками высокой интенсивности во входных цепях. Кроме того, аналоговый мультиплексор, примененный в модуле, имеет цепи активной защиты от перенапряжения, которые гарантируют ограничение входного сигнала на безопасном уровне. Поэтому модуль выдерживает перенапряжение ±35 В при напряжении питания ±15 В.

Технические характеристики модуля ADAM-5017:

· Каналы: 8 дифференциальных

· Эффективное разрешение 16 бит

· Типы входных сигналов: мВ, В, мА

· Диапазоны входного сигнала: ±150, ±500 мВ, ±1, ±5, ±10 В; 0…20 мА

· Напряжение изоляции: 3000 В пост. тока

· Частота выборки: 10 Гц (общая)

· Входное сопротивление 2 МОм

· Защита от перенапряжения до ±35В

· Полоса пропускания: 13,1 Гц

· Потребляемая мощность: 1.2 Вт

Стоимость модуля — 170.22 $.

2.2.2 Модуль аналогового ввода ADAM-5017Р

Модуль ADAM-5017P — это модуль аналогового ввода, имеющий 8 каналов с индивидуальной установкой диапазонов измерения для каждого канала.

Технические характеристики:

· 8 дифференциальных независимых каналов

· Установка диапазона измерения для каждого канала

· Диапазоны входного сигнала: 0…150, 0…500, ±150, ±500 мВ;

0…1, 0…5, 0…10, 0…15, ±1, ±5, ±10, ±15 В; ±20 мА, 0…20 мА

· Напряжение изоляции: 3000 В пост. тока

· Частота выборки: 10 Гц (общая)

· Входное сопротивление 20 МОм

· Потребляемая мощность: 1.2 Вт

Стоимость модуля — 215.78 $.

2.2.3 Модуль аналогового вывода ADAM-5024

Модуль ADAM-5024 представляет собой 4-канальное устройство аналогового вывода, обеспечивающий цифро-аналоговое преобразование кодовых значений, выраженных в формате инженерных единиц, в аналоговые выходные сигналы.

Используя сервисное программное обеспечение, пользователь может задать скорость нарастания выходного сигнала, его начальное значение и тип (ток или напряжение).

Наличие в модуле оптоизоляции выходных аналоговых цепей от системной магистрали с напряжением изоляции 3000 В постоянного тока и трансформаторной развязки преобразователя напряжения базового блока с напряжением изоляции 500 В постоянного тока устраняет гальваническую связь с электрооборудованием контролируемого объекта, а также защищает микроконтроллер от повреждения случайными выбросами напряжения в цепях питания.

Технические характеристики модуля ADAM-5024:

· Каналы: 4

· Эффективное разрешение: 12 бит

· Типы выходного сигнала: мА, В

· Выходной диапазон: 0…20, 4…20 мА, 0…10 В

· Напряжение изоляции: 3000 В пост. тока

· Программируемая скорость нарастания выходного сигнала: 0,125…0,128 мА/с, 0,625…64,0 В/с

· Сопротивление нагрузки в режиме формирования токового сигнала 0…500 Ом

· Максимальная потребляемая мощность 2.5 Вт

Стоимость модуля — 235.75 $.

2.2.4 Модуль дискретного ввода/вывода ADAM-5050

Модуль ADAM-5050 — модуль дискретного ввода/вывода, имеющий 16 универсальных каналов, режим работы которых устанавливается поразрядно с помощью DIP-переключателей.

Технические характеристики модуля ADAM-5050:

· Каналы: 16 универсальных

· Тип каналов устанавливается DIP-переключателями

· Дискретный ввод: при контроле цепей типа «сухой контакт» уровень логического 0: вход, замкнутый на землю (GND); уровень логической 1: вход, разомкнутый относительно земли

· Уровень логического 0 — дискретные входы не более 2 В

· Уровень логической 1 — дискретные входы от 4 до 30 В

· Дискретный вывод: открытый коллектор (30 В/ 0,1 А)

· Потребляемая мощность 0,35 Вт (максимальная — 1,2 Вт)

Стоимость модуля — 79,92 $.

2.3 Конфигурация разработанной системы

Конфигурирование и выполнение необходимых настроек модульной подсистемы производятся с помощью утилиты ADAM-5000TCP/6000 Utility, которая является сервисным программным обеспечением, поставляемым вместе с аппаратными средствами.

После запуска утилиты появляется окно операций (рисунок 3), в котором отображаются результаты автоматического поиска и идентификации устройств системы автоматизации, подключенных к хосту. В верхней части окна находится функциональное меню и панель инструментов (рисунок 4).

Рисунок 3 — Окно утилиты с подключениями к хосту

Секция Tool содержит следующие функции:

1) Add Remote Ethernet Device — добавляет новый модуль ADAM-6000 или базовый блок ADAM-5000/TCP и делает его доступным в локальной сети или сети Интернет.

2) Search for Ethernet Device — осуществляет поиск всех модулей ADAM-6000 и ADAM-5000/ TCP в сети Ethernet.

3) Refresh a Ethernet Device — проводит обновление определенных модулей ADAM-6000 или ADAM-5000/TCP.

4) Terminal — выводит в окне операций терминал для выполнения команд настройки, опроса, калибровки модулей.

Секция Setup содержит функции установки Timeout (время ожидания) и Scan Rate (частота сканирования).

Секция Help содержит интерактивную функцию справки DLL API Help, Demo program listing — список демонстрационных программ, Advantech Home Page — подключение к сайту фирмы Advantech.

Панель инструментов имеет 6 кнопок команд, представленных ниже.

1. Терминал

2. Монитор потока данных

3. Обновление входов/выходов модулей ADAM сети Ethernet

4. Поиск входов/выходов модулей ADAM сети Ethernet

5. Добавление отдельных входов/выходов модулей ADAM сети Ethernet

6. Выход из утилиты

Рисунок 4 — Панель инструментов утилиты При запуске утилиты IP-адреса всех модулей ввода/вывода ADAM-6000 и ADAM-5000/TCP в сети Ethernet автоматически отыскиваются и отображаются в дереве структуры.

После того как утилита обнаружит в сети модули ADAM-6000 и базовый блок ADAM-5000/TCP, пользователь может начать установку каждого модуля по следующим шагам.

Шаг 1. Выбирается базовый блок или интеллектуальный модуль серии ADAM-6000, из числа представленных в древовидной структуре области дисплея. На вкладке System элементы Device Name (Имя устройства) и Device Description (Описание устройства) доступны для редактирования и применения (кнопка Apply).

Шаг 2. Выбирается вкладка Network (Сеть) для настройки протоколов TCP/IP сети. Содержимое этой вкладки представлено на рисунке 5.

1) MAC Address — адрес сети Ethernet, который не изменяется.

2) Link Speed (Скорость соединения) — эта функция показывает текущую скорость соединения, величина которой может быть равной 10 или 100 Мбит/с и определяется утилитой автоматически.

3) Duplex Mode (Дуплексный режим) — текущий (полудуплексный или дуплексный) режим передачи, обнаруживаемый утилитой для устройства на сетевом сегменте автоматически.

Рисунок 5 — Вкладка Network окна утилиты

4) IP Address, Subnet Address, Default Gateway — IP-адрес, маска подсети и шлюз, заданный по умолчанию. IP-адрес идентифицирует устройства серии ADAM-6000 и ADAM-5000/TCP в глобальной сети. При конфигурировании модулей ADAM-6000 и ADAM-5000/TCP следует помнить о том, что они и хост должны иметь одну и ту же маску подсети.

2.3.1 Конфигурирование модулей аналогового ввода

В качестве модулей аналогового ввода выбраны модули ADAM-5017 и ADAM-5017Р. Так как второй отсутствует в лаборатории, приведем конфигурацию модуля ADAM-5017, реализующего аналоговый ввод по 8 каналам напряжения (рисунок 6). В окне утилиты, соответствующем этому модулю, отображается информация о значениях входных сигналов всех каналов модуля. А также предоставляется возможность изменять настройки диапазона входного сигнала.

Рисунок 6 — Конфигурация модуля ADAM-5017

2.3.2 Конфигурирование модуля аналогового вывода

Окно утилиты, соответствующее модулю аналогового вывода ADAM-5024 использует Modbus-адрес, отражает тип данных — word — и их значения по каждому каналу. На рисунке 7 представлена конфигурация модуля ADAM-5024, предназначенного для аналогового вывода по 1 каналу сигнала по напряжению и по 1 каналу токового сигнала.

В группе Reading Value (считанное значение) выводится текущее значение каждого канала, представленное в вольтах. В средней части формы расположены компоненты, позволяющие записывать по соответствующему каналу определённое значение после нажатия Output, а также производить калибровку канала. Перед считыванием данных модуля аналогового вывода необходимо выбрать выходной диапазон (Output Range).

Рисунок 7 — Конфигурация модуля ADAM-5024

2.3.3 Конфигурирование модуля цифрового ввода/вывода

В лаборатории отсутствует модуль ADAM-5050, поэтому приведем конфигурирование модуля цифрового ввода/вывода ADAM-5055 S, имеющего 8 входных и 8 выходных каналов. При выборе модуля цифрового ввода/вывода ADAM-5055S у пользователя имеется возможность чтения следующей информации:

1) Location (Местоположение) — стандартный Modbus-адрес.

2) Type (Тип) — тип данных канала ввода/вывода. Для цифровых каналов тип имеет значение Bit.

3) Value (Значение) — текущее состояние каждого канала модуля ввода/вывода. Значение цифровых модулей ввода-вывода может быть равным 0 (OFF) или 1 (ON).

4) Description (описание) — описание номера и типа канала.

5) Mode (режим) — режим, устанавливаемый для каждого канала.

Рисунок 8 — Конфигурация модуля ADAM-5055S

Пользователю предоставлена возможность контролировать состояние каналов ввода/вывода. С этой целью в правой части окна утилиты расположен графический операционный интерфейс, представленный на рисунке 8. Чтение состояний цифровых каналов ввода производят в группе Digital Input (цифровой вход). Запись состояния цифрового канала вывода — в группе Digital Output (цифровой выход) проводят с помощью щелчка по значку индикатора. Соответствующий шестнадцатеричный код рассчитывается автоматически.

Конфигурация модуля ADAM-5055S, реализующего дискретный ввод по 8 каналам, представлена на рисунке 8.

2.3.4 Адресация регистров модулей

Каждый модуль микроконтроллера ADAM-5000/TCP имеет определенный диапазон адресов. Для назначения адресов при выполнении каких-либо операций необходимо воспользоваться таблицами, представленными ниже на рисунке 9.

В разработанной подсистеме к базовому блоку подключено 4 модуля. Каждый из них будет иметь свой диапазон адресов.

Для модуля аналогового ввода ADAM-5017Р, который находится в слоте 0 базового блока, определен диапазон адресов [40 001−40 008]. Задействовано 2 адреса для ввода сигналов по напряжению и 1 адрес для ввода токового сигнала.

Рисунок 9 — Таблицы для определения диапазонов адресов

Адреса каналов модуля аналогового ввода ADAM-5017, расположенного в слоте 1 базового блока, располагаются в диапазоне [40 009−40 016]. Занято 8 адресов для аналогового ввода по напряжению.

Для каналов модуля аналогового вывода ADAM-5024, размещенного в слоте 2, определен диапазон адресов [40 017−40 024]. В этом слоте заняты 2 адреса для аналогового вывода 1 сигнала по напряжению и 1 токового сигнала.

Модуль дискретного ввода/вывода ADAM-5050 установлен в слот 3 базового блока. Его каналам соответствует диапазон адресов [49−64]. Задействовано 6 адресов для дискретного ввода сигналов типа «сухой контакт» и 1 адрес для дискретного вывода.

3. Описание процесса разработки HMI

3.1 Описание среды разработки Advantech Studio

В процессе разработки была использована демо-версия среды Advantech Studio 5.0.

Среда проектирования состоит из следующих основных областей:

· Workspace (Окно рабочей области проекта) — содержит четыре вкладки, компоненты на каждой из которых размещены в виде дерева:

— Database (База данных) — содержит доступные пользователю теги Advantech Studio;

— Graphics (Графика) — содержит готовые экраны и библиотеку объектов;

— Tasks (Задачи) — позволяет создавать файлы тревог, трендов и др.;

— Соmm (Связь) — позволяет подключать драйверы связи и устанавливать связь тегов с оборудованием.

· Database Spy (Окно контроля базы данных) — предоставляет средства отладки, которые можно использовать для контроля, вызова тегов и выполнения функций.

· Output (Окно вывода) — предназначено для вывода ответов системы на совершаемые разработчиком действия.

· Инструменты создания экрана — содержит инструментальные средства для конструирования внешнего облика экрана.

· Рабочий лист компонентов проекта — центральная область окна, в которой отображаются те рабочие листы проекта, с которыми производятся действия на разных вкладках Workspace.

Остальные области окна среды являются традиционными для приложений Windows.

При разработке приложения среда позволяет использовать уже существующие объекты, хранящиеся в библиотеке, или создавать свои.

Библиотека редактора графических форм A-Studio предоставляет достаточный набор инструментов для создания информативных графических форм:

— статические объекты: кнопки, прямоугольники, эллипсы, полигоны, линии, текст, библиотеки готовых объектов (трубы, насосы, индикаторы с различным дизайном);

— динамические свойства (могут быть присвоены статическим объектам), представленные командами, гиперссылками, диаграммами, вводом-выводом числовых значений и текста, изменением цвета, размера объекта и его положения на экране по условию, вращение линий и так далее;

— активные объекты — окно сообщений об авариях, окно вывода текущей и архивной информации в виде графиков, списки с возможностью выбора числового значения или сообщения, окна вывода сообщений по условию и так далее;

— имеется возможность добавления в экранные формы компонентов ActiveX.

Создаваемые объекты необходимо связать с определенными тегами (переменными). Теги могут быть выбраны из папки Application Tags (Теги приложения), расположенной на вкладке Database (База данных) или созданы заново. Теги могут быть системными (например, время и дата) и пользовательскими следующих типов: двоичные, целые, с плавающей точкой и строковые. Возможно определение массивов тегов, классов тегов и указателей на теги. Кроме того, для каждого тега системно отслеживается ряд параметров, которые можно использовать в проекте.

Работу приложения можно посмотреть, запустив его на выполнение с помощью соответствующего пункта меню или кнопки на панели инструментов.

3.2 Разработка приложения Разрабатываемое приложение должно отображать сигнал на виртуальном приборе HMI, тренд сигнала в реальном времени и тренд исторических данных.

Разработка приложения начинается с создания нового проекта в среде Advantech Studio. При этом необходимо указать имя приложения, место его расположения и платформу реализации проекта.

Для отображения сигнала в проект необходимо добавить экран и наполнить его необходимыми элементами (рисунок 10).

Рисунок 10 — Вид главного экрана приложения Главный экран приложения (MainDisp) содержит индикатор для отображения мгновенного значения сигнала, тренд для отображения сигнала в реальном времени и кнопку История для перехода к экрану, отображающему тренд исторических данных (DispHist).

Описание сигнала производится с помощью тегов:

· k — типа Integer — переменная цикла;

· h — типа Real — шаг;

· i1 — типа Real — сила тока.

Рисунок 11 — Окно создания тега Для того чтобы создать тег, необходимо на вкладке Database щелкнуть правой кнопкой мыши на папке Application tags и выбрать в контекстном меню пункт Insert. В результате на экране появится диалоговое окно New tag (рисунок 11), в котором необходимо указать имя и тип тега.

Для моделирования сигнала необходимо добавить в проект новую задачу. Для этого нужно щелкнуть правой кнопкой мыши по папке Math, находящейся на вкладке Tasks и выбрать команду Insert. На экране появится окно, отображающее лист для моделирования. Описание моделируемого сигнала представлено на рисунке 12.

Рисунок 12 — Описание моделируемого сигнала Рисунок 13 — Окно свойств объекта индикатор Для отображения мгновенного значения сигнала на индикаторе экрана приложения необходимо в свойствах элемента выбрать пункт Dynamic Rotation и в поле Tag/Expression указать тег i1 (рисунок 13). Можно также задать границы изменения сигнала в группе Range.

Для того чтобы смоделированный сигнал отображался на реальном приборе, следует связать созданный тег с одним из каналов аппаратного модуля. Работу модулей поддерживают соответствующие драйверы. Драйвер устанавливается при инсталляции среды. Для подключения установленного драйвера к аппаратным средствам приложения необходимо на вкладке Comm щелкнуть правой кнопкой мыши на папке Drivers и выбрать команду Add/Remove drivers. В окне диалога Communication Drivers выбирать драйвер MOTCP MODBUS Protocol RTU/ASCII, выделив его в списке и нажав кнопку Select. В результате он появится в нижней части окна, как показано на рисунке 14. После щелчка по кнопке OK драйвер подключается к проекту и для него автоматически создается главный лист драйвера — MAIN DRIVER SHEET (рисунок 15). В нем необходимо указать тег i1, IP-адрес блока, адрес канала, с которым будет связан тег, действие для него (запись/чтение) и константу деления.

Рисунок 14 — Окно подключения драйверов Рисунок 15 — Главный лист драйвера MOTCP

Для отображения сигнала на тренде в реальном времени необходимо произвести настройки тренда. В окне свойств тренда (рисунок 16) нужно выбрать тип кривой X/t, установить переключатель On Line/History в положение On Line, в режиме реального времени необходимо указать Trigger — second. Также можно задать параметры горизонтальной и вертикальной осей. Тренд должен отображать сигнал i1, для этого необходимо нажать на кнопку Pens и в появившемся окне (рисунок 17) указать тег i1, пределы наблюдения процесса (параметры Min и Max) и выбрать цвет и толщину линии.

Рисунок 16 — Окно свойств тренда Рисунок 17 — Окно диалога описания пера Для отображения тренда исторических данных создан отдельный экран DispHist. Его вид представлен на рисунке 18. Он содержит непосредственно сам тренд, два элемента для ввода текста (времени и даты начала тренда) и кнопку Назад для возврата к главному экрану приложения.

Рисунок 18 — Экран тренда исторических данных Рисунок 19 — Окно свойств кнопки History

Переход к экрану тренда исторических данных от главного экрана приложения реализуется с помощью кнопки История, наделенной свойством Command, в поле Expression которого указано действие Open («DispHist») (рисунок 19).

Для построения тренда исторических данных необходимо создать группу тегов, участвующих в его работе. С этой целью добавлен класс CTrend. Таблица тегов класса с указанием имен тегов, их типа и описаний представлена на рисунке 20.

Рисунок 20 — Таблица тегов класса CTrend

Рисунок 21 — Создание тега класса CTrend

После заполнения таблицы тегов необходимо создать тег, относящийся к данному классу (рисунок 21).

Для создания рабочего листа тренда необходимо выбрать команду File/New и в диалоговом окне выбрать Trend Worksheet. Затем в появившемся окне (рисунок 22) необходимо ввести описание тренда в поле Description, задать в строке File Life Time время жизни hst-файлов данных на диске в каталоге HST проекта (100 дней). Сами файлы будут именоваться по дате их создания (установлен флажок Datе (Default) в группе Name of History Files). Далее необходимо установить флажок Save On Trigger и занести в позицию напротив него имя триггера — Trend.Update. В строке таблицы тегов указать имя i1.

Рисунок 22 — Окно рабочего листа тренда исторических данных Рисунок 23 — Окно планировщика событий

Для переключения триггера Trend. Update необходимо создать планировщик события. Для этого на вкладке Tasks щелкнуть правой кнопкой мыши на папке Scheduler и выбрать команду Insert. В появившемся окне (рисунок 23) указать событие — Clock, время через которое будет изменяться значение тега Trend. Update (1 секунда) и выражение, в соответствии с которым будет происходить это изменение.

В свойствах экрана тренда исторических данных необходимо указать имена тегов, активируемых при открытии экрана DispHist (рисунок 24). Для этого необходимо в группе Screen Logic установить флажок рядом с кнопкой On Open, после чего щелкнуть по самой кнопке. В появившемся окне ввести имена тегов.

Рисунок 24 — Установка имен тегов, активируемых при открытии DisplayHistory

а)

б) Рисунок 25 — Настройки (а) — горизонтальной; (б) — вертикальной шкал тренда Для объекта «тренд» необходимо задать несколько свойств, связанных с описанными тегами. Для горизонтальной шкалы (рисунок 25 (а)) в группе Vertical Cursor надо установить флажок Enable, после чего в позицию Position (0−100) вписать Trend. CursorPosition, а в позицию Date/Time output — Trend.CursorOutput. В позиции ввода даты и времени старта тренда занести имена соответствующих тегов. Продолжительность тренда (Duration) задается в часах. Для вертикальной шкалы настройки производятся в соответствии с рисунком 25 (б).

Наконец, в окне свойств тренда щелчком по кнопке Pens вызывают окно диалога для описания пера. В нем в поле Tag указывают имя отображаемого на тренде тега i1, а в поле Cursor value — Trend.CursorPen. В остальных полях задают цвет линии тренда и пределы изменения тега (0 и Trend. HiLim).

Для задания даты и времени старта тренда исторических данных на экране под соответствующими надписями располагаются текстовые компоненты для ввода текста. Окна свойств этих компонентов представлены на рисунке 26. При вводе названных величин соблюдают их формат представления в среде и разделители. Для времени — <�часы>:<�минуты>:<�секунды>. Для даты — <�месяц>/<�день>/<�год>

(а)

(б) Рисунок 26 — Окно свойств компонента для ввода

(а) — времени; (б) — даты начала тренда Рисунок 27 — Работа приложения в реальном времени

Для того чтобы посмотреть результаты проделанной работы, запустим приложение в реальном времени. После запуска приложения на экране появится окно, представленное на рисунке 27.

Для просмотра тренда исторических данных необходимо нажать на кнопку История и в появившемся окне приложения ввести дату и время начала тренда. Тренд исторических данных представлен на рисунке 28.

Рисунок 28 — Работа приложения: тренд исторических данных Приложение полностью реализует поставленную задачу отображения сигнала на приборе HMI и построения тренда сигнала в реальном времени и тренда исторических данных.

Заключение

В курсовом проекте была разработана модульная подсистема сбора данных о состоянии объекта и выдачи управляющих воздействий на основе базового блока ADAM-5000/TCP и модулей серий ADAM-5000/6000 фирмы Advantech. Приведена структура системы, выбор и описание, конфигурирование и настройка устройств, входящих в эту систему.

В соответствии с заданием в среде Advantech Studio было создано приложение для организации работы с модулем аналогового вывода ADAM-5024 — разработан генератор тестового сигнала требуемой формы, представлен тренд сигнала в реальном времени, тренд исторических данных и отображение сигнала на виртуальном приборе HMI. При выполнении проекта была изучена среда Advantech Studio, ее возможности и особенности.

Список используемых источников

1. Карасев В. В., Г. И. Нечаев. Аппаратно-программные средства информационных систем: Методические указания к лабораторным работам № 2 и 3. Рязань: РГРТУ, 2006.

2. Карасев В. В. Аппаратно-программные средства информационных систем: Методические указания к лабораторным работам № 4 и 5. Рязань: РГРТУ, 2009.

Лист регистрации изменений