Введение. стр §1 Начало программирования на языке Паскаль §2 Алфавит языка Паскаль

стр

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ПЕРМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ

МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

ПЕРМЬ 2010

Содержание

Введение. 6

1. Дискретная автоматика. 9

1.1. Формы представления информации. 9

1.2. Способы представления дискретной информации. 10

1.3. Системы счисления, используемые в вычислительной технике. 12

1.4. Булевы функции. 13

1.4.1. Система равносильных преобразований. 14

1.5. Синтез систем дискретной автоматики. 15

1.5.1. Синтез дискретных схем по таблицам состояний. 16

1.5.2. Синтез многотактных систем дискретной автоматики. 18

2. Цифровые промышленные сети. 23

2.1. Структура промышленных сетей. 27

2.1.1. Топология промышленных сетей. 28

2.2. Аппаратные интерфейсы ПК.. 30

2.2.1. Стандарт RS-232C.. 30

2.2.2. Последовательная шина USB.. 32

2.3. Физические интерфейсы.. 34

2.3.1. Интерфейс RS-485. 34

2.3.1.1. Автоматический преобразователь интерфейсов USB/RS-485 ОВЕН АС4 39

2.3.2. Интерфейс «Токовая петля». 40

2.3.2.1. Адаптер интерфейса ОВЕН АС 2. 42

2.4. Сенсорные сети. 44

2.4.1. Сеть MODBUS. 44

2.4.2. HART-протокол. 45

2.4.3. AS – интерфейс. 49

2.4.4. Сеть Interbus-S. 50

2.5. Контроллерные сети. 50

2.5.1. Сеть BITBUS. 50

2.5.2. Сеть PROFIBUS. 51

2.8. Универсальные сети. 53

2.8.1. Сеть Foundation Fieldbus 53

2.8.2. Шина CAN.. 54

2.9. Физическая среда передачи данных. 54

3. Микропроцессорные устройства защиты и автоматики. 57

3.1. Структурная схема цифрового реле защиты.. 59

3.1.1. Самодиагностика устройств ЦРЗ. 62

3.1.1.1 Сторожевой таймер. 62

3.2 Микропроцессорные устройства «Сириус». 62

3.2.1 Микропроцессорные устройства «Сириус-С». 64

3.2.2 Микропроцессорные устройства «Сириус-В». 64

3.3 Микропроцессорные устройства «Sepam-1000+». 65

3.4 Микропроцессорные устройства БМРЗ. 66

3.4.1 Характеристика эксплуатационных возможностей БМРЗ. 67

3.4.2 Функции защиты БМРЗ. 69

3.4.3 Функции автоматики БМРЗ. 69

3.4.4 Функции управления БМРЗ. 69

3.4.5 Функции сигнализации. 69

3.4.6 Технические характеристики БМРЗ. 70

3.4.7 Сетевая архитектура БМРЗ. 71

4. Языки программирования логических контроллеров. 74

4.1. Объекты адресации языков программирования ПЛК.. 74

4.2. Язык Ladder Diagram (LD) 76

4.3. Язык Functional Block Diagrams (FBD) 79

4.4. Язык Instruction List (IL) 82

4.5. Язык Structured Text (ST) 86

4.6. Язык Sequential Function Chart (SFC) 88

5. Миниконтроллеры.. 89

5.1. Мини-контроллеры серии Alpha. 91

5.2. Миниатюрные программируемые устройства Easy. 94

5.2.1. Управляющее реле Easy 500. 94

5.2.2. Управляющее реле Easy 700. 95

5.2.3. Управляющее реле Easy 800. 96

5.2.4. Модули расширения Easy. 97

5.2.5. Средства коммуникации устройств Easy. 98

5.3. Интеллектуальные реле Zelio Logic. 99

5.3.1. Компактные и модульные интеллектуальные реле. 99

5.3.2. Общие технические характеристики реле Zelio Logic. 101

5.3.3. Преобразователи Zelio Analog. 107

5.3.4. Средства коммуникации интеллектуальных реле Zelio Logic. 108

5.3.4.1. Коммуникационный модемный интерфейс. 109

5.3.4.2. Протокол связи Modbus slave. 111

5.3.4.3. Протокол связи Ethernet server 113

5.3.5. Программное обеспечение интеллектуального реле. 114

5.4. Универсальный логический модуль Logo! 115

5.4.1. Типы базовых модулей LOGO! Basic. 115

5.4.2. Модули расширения ввода/вывода сигналов Logo! 117

5.4.3. Коммуникационные модули LOGO! 117

5.4.4. Функции Logo! 119

5.4.4.1. Константы и соединительные элементы.. 119

5.4.4.1.1. Цифровые входы.. 119

5.4.4.1.2. Аналоговые входы.. 119

5.4.4.1.3. Цифровые выходы.. 119

5.4.4.1.4. Аналоговые выходы.. 120

5.4.4.1.5. Блоки флагов. 120

5.4.4.1.6. Биты регистра сдвига. 120

5.4.4.1.7. Клавиши управления курсором.. 120

5.4.4.1.8. Постоянные уровни. 120

5.4.4.2. Группа базовых функций. 121

5.4.4.3. Специальные функции. 121

5.4.4.3.1. Список специальных функций. 121

5.4.4.3.2. Примеры специальных функций. 122

5.4.5. Объем памяти и размер коммутационной программы.. 127

6 Программируемы логические контроллеры.. 130

6.1. Программируемые контроллеры SIMATIC S7-200. 130

6.1.1. Модули расширения вводов-выводов. 132

6.1.2. Коммуникационные модули. 132

6.1.3. Человеко-машинный интерфейс. 133

6.2. Программируемый логический контроллер SIMATIC S7-224XP. 133

6.2.1. Основы функционирования ПЛК.. 135

6.2.1.1. Порядок чтения входов. 135

6.2.1.2. Исполнение программы.. 135

6.2.1.3. Запись значений в выходы.. 136

6.2.2. Доступ к данным S7-200. 136

6.2.3. Адресация встроенных входов/выходов и входов/выходов модулей расширения. 138

6.2.4. Обмен данными в сети. 139

6.3. Программируемые контроллеры SIMATIC S7-300. 141

6.3.1. Области применения. 141

6.3.2. Состав. 142

6.3.3. Сертификаты.. 142

6.4. Программируемые контроллеры SIMATIC S7-400. 143

6.4.1. Области применения. 143

6.4.2. Состав. 144

6.4.3. Сертификаты.. 145

7. Цифровые счетчики электрической энергии. 146

7.1. Переход на цифровые счетчики. 146

7.2. Общее устройство и принцип действия цифровых счетчиков электрической энергии. 147

8. Системы диспетчерского управления и сбора данных. 155

8.1. SCADA-система InTouch ("Wonderware", США) 156

8.2. SCADA-система Trace Mode ("AdAstra Research Group", Россия) 159

8.3. SCADA-система SIMATIC WinCC ("Siemens", Германия) 161

Список литературы.. 163

Приложения. 165

Описание шины CAN.. 165

2.8.1.1. Организация сети CAN.. 166

2.8.1.2. Физический уровень канала CAN. 166

2.8.1.3. Арбитраж шины CAN. 167

2.8.1.4. Структура формата передачи данных. 167

2.8.1.1. Форматы кадра. 168

Механизм обработки ошибок. 169

Адресация и протоколы высокого уровня. 170

CAL/CANopen. 172

CAN Kingdom.. 172

DeviceNet 173

SDS (Smart Distributed System) 174

Введение

Современный уровень развития науки и техники обуславливает внедрение во все области хозяйственной деятельности высоких информационных технологий, которые базируются на бурном росте достижений в области микроэлектроники, схемотехники и разработке программного обеспечения.

Эти достижения служат основой развития микропроцессорных средств автоматизации, которые широко внедряются во все сферы общественного хозяйства, как в промышленную, так и непромышленную сферу. Применение микропроцессорных средств в промышленности позволят создавать системы управления технологическими процессами, как на локальном уровне, так и на уровне многоконтурного и многоуровневого управления сложными технологическими объектами. Микропроцессорные средства используются также в сельском хозяйстве, на транспорте, в области коммуникаций, в жилищно-коммунальном хозяйстве.

Важную роль играют микропроцессорные средства в области энергетики, и, в частности, электроэнергетики. С использованием современных цифровых технологий строятся системы контроля и учета электроэнергии, системы релейной защиты электроэнергетических систем, системы автоматического учета и регистрации аварийных событий.

Для повышения эффективности и надежности электроснабжения применяются новейшие разработки в области энергетики, и в первую очередь – современные устройства микропроцессорной релейной защиты и автоматики (МРЗА).

Микропроцессорные системы управления и защиты имеют следующие преимущества по сравнению с традиционными электромеханическими системами:

- повышенная надежность;

- минимальные массогабаритные показатели;

- надежная защита окружающей среды;

- возможность простого расширения функций при последующей реконструкции и развитии электрических сетей;

- минимальный срок окупаемости оборудования за счет уменьшения расходов на установку, наладку и обслуживание системы защиты и управления.

Надежность системы энергоснабжения достигается многократным резервированием и постоянным контролем исправности устройств как автоматически, так и оператором рабочей станции или дежурным персоналом подстанции. В результате автоматически и дистанционно локализуются повреждения и, тем самым, сводится к минимуму ущерб от перерывов энергоснабжения.

Для увеличения быстродействия могут применяться специальные устройства, производящие локальную обработку информации, без передачи ее на более высокие уровни системы, которые автоматически формируют управляющие команды.

В энергосистемах России используются микропроцессорные устройства разных фирм-изготовителей: СП «АВВ - Реле - Чебоксары», Alstom, Schneider-Electric, НПФ «Радиус», НТЦ «Механотроника». На объектах электроэнергетики внедряются МП–устройства РЗА разных типов, например такие, как БМРЗ, SPAC, SPAD, REL, Spam, RET, Sepam, «Сириус», «Орион».

Система управления, в общем укрупненном виде, содержит следующие элементы: первичные измерительные преобразователи или датчики, устройства воздействия на процесс или исполнительные устройства (ИУ), устройства связи с объектом (УСО), устройства управляющее сбором информации и выполняющее первичную обработку данных – контроллер (К), устройства обеспечивающее конечную обработку информации (учет, формирование управляющих воздействий, визуализацию, архивирование) – промышленный компьютер (ПК). Обобщенная схема представлена на рис. В1.

Рис. В1. Общий вид структурной схемы цифровой системы управления

Кроме того на рис. В1. обозначено: М Вв – модули ввода, М Выв – модули вывода (модули ввода/вывода образуют устройство связи с объектом), ПИ – преобразователь интерфейса, ТОУ – технологический объект управления.

Функциональные требования к системе определяют ее структуру и состав. Так, при отсутствии необходимости воздействовать на процесс, не реализуется канал управления протеканием процесса. Если вычислительных возможностей контроллера достаточно для управления и не требуется визуализация хода процесса, исчезает потребность в ПК и ПИ. В ином случае могут добавляться дополнительные компьютеры, т.е. создаваться дополнительные верхние уровни системы.

Кроме вышеперечисленных устройств схема содержит каналы связи, обозначенные на рис. В1 пронумерованными стрелками. Цифрой 1 обозначены каналы с естественным сигналом, цифра 2 указывает линии с унифицированным аналоговым сигналом. В линиях связи между контроллером и модулями ввода/вывода (3) применяются различные типы цифровых сигналов, цифрой 4 обозначен цифровой канал связи типа «полевая шина». Для связи преобразователя интерфейса (ПИ) с персональным компьютером используется системный интерфейс связи с периферийными устройствами.

Таким образом, схема на рис. В1 показывает в самом общем виде структуру микропроцессорных средств автоматизации, которая может быть адаптирована к различным функциональным требованиям.

Задачей курса «Микропроцессорные средства автоматизации энергетических систем» является изучение микропроцессорных средств, которые применяются при создании устройств, показанных на рис. В1, а также интерфейсов, объединяющих эти устройства в единую систему.