Višekorisnički merni sistemi

U ovom projektu je dato idejno rešenje i način konkretne realizacije višekorisničkog mernog sistema (VMS) za merenje neelektričnih veličina kao što su temperatura, pritisak, protok i dr. Ovo rešenje se sastoji od računarskog i procesnog dela merne opreme. Obezbedjeno je da računarska i procesna oprema budu kompatibilni, u smislu da imaju mogućnost direktnog povezivanja preko standardnih strujnih i naponskih signala i priključaka. Osnovna karakteristika ovog rešenja je da postoji samo jedan uredaj za akviziciju i koncentraciju podataka sa procesa, čime se značajno smanjuje cena opreme.

 

Uvod

 

 Rešenje mernog sistema se sastoji od sledećih podsistema: koncentratora mernih signala (s jedne strane povezan sa senzorima procesne opreme, a sa druge strane sa specijalizovanom mrežom za prenos mernih signala), odgovarajućeg broja mernih stanica (u zavisnosti od broja željenih mesta na kojima će se posmatrati mereni podaci), lokalne mreže za prenos podataka (zajedno sa mrežnim prekidačem i priključkom na javnu mrežu za prenos podataka), kao i specijalizovane mreže za prenos mernih podataka. VMS je sastavljen iz koncentratora mernih signala (MS1) i potrebnog broja mernih emulatora (ME1). Koncentrator MS1 prikuplja signale sa svih mernih sondi i serijskom komunikacijom šalje izmerene podatke do svih emulatora ME1. Svako radno mesto se sastoji iz jednog mernog emulatora i jednog PC kompatibilnog računara, na kome se dobijeni podaci obradjuju. Merni emulator ME1 na priključenom računaru emulira samostalni merni uredjaj, čime je obezbedjen isti efekat kao da je na računar priključena složena merna kartica, uz dodatne mogućnosti kontrole.

 

Tehničke karakteristike i izgled MS1

 

  Naponski ulazi mere napon doveden na naponski priključak odgovarajućeg konektora. Uredjaj je moguće podesiti da meri napon u opsegu od 0 do 10 V ili u opsegu od -10 V do 10 V. Svaki od 8 naponskih priključaka izveden je i na poseban zajednički konektor, koji je pogodan za istovremeno priključivanje osam naponskih veličina preko jednog konektora. Naravno, ako su naponski signali dovedeni preko ovog konektora, pojedinačni strujno/naponski konektori se ne mogu koristiti.
  Veličina napona dovedenog na naponski priključak ne bi trebalo da prelazi merni opseg tog ulaza od -10 V do 10 V.
  Impulsni ulazi su predvidjeni za priključivanje impulsnog davača. Na konektoru za ove ulaze je dodatno izveden napon od 24V predvidjen za napajanje davača. Odguvarajućim načinom spajanja ulaza, mogu se koristiti davači sa aktivnom logičkom nulom ili jedinicom. Brojač impulsa je osetljiv na ivice signala (promene sa visokog na nizak nivo i obratno) koji je na njega doveden. Način na koji će uredjaj reagovati na ulazne signale zavisi od njegove konfiguracije. Impulsni ulazi poseduju zaštitu od inverznog napona dovedenog izmedju ulaznih priključaka. Napon doveden izmedju pomenutih priključaka ne bi trebalo da prelazi 24 V.

 

 

 

Slika 1. Spoljašnji izgled koncentratora mernih signala

 

  Na slici 1. je prikazan spoljašnji izgled koncentratora mernih signala, a na slikama 2a i 2b prednja i zadnja ploča samog koncentratora.

(a)

(b)

Slika 2. Izgled prednje (a) i zadnje (b) strane koncentratora mernih signala

 

 

Blok šema – koncept ME1

 

Blok šema na slici 3. prikazuje VMS i njegovo uklapanje u ostatak opreme za merenje. Sa jedne strane, VMS se vezuje na merne sonde priključene na mereni proces (bilo koji merni proces u elektroenergetici), a sa druge strane na radne stanice bazirane na PC računarima.

 

Slika 3. Blok šema višekorisničkog mernog sistema VMS

 

  Element preko koga PC računar dobija podatke je merni emulator ME1. Serijskom komunikacijom tipa RS422 ME1 dobija merene podatke od MC1, a zatim ih, preko paralelnog printer porta PC računara, prosleduje računaru i korisničkom programu. Kombinacija ME1 + paralelni port PC računara se, zahvaljujući istim principima softverskog pristupa, ponaša slično mernoj kartici namenjenoj za PC računar. Pod ovim se podrazumeva programirani pristup preko ulazno-izlaznih portova računara, uz odredjeni set registara i raspoloživih komandi. Drugim rečima, ME1 "emulira" rad ekvivalentne merne kartice, odakle je i nastao naziv "merni emulator". Sem toga, ME1 ima i odredjene dodatne mogućnosti, transparentne za korisnika, koje omogućavaju konfigurisanje celog VMS, kao i internu dijagnostiku rada. Primenjeni način automatskog adresiranja omogucava veoma lako servisiranje pojedinih ME1 ili promenu broja povezanih ME1, bez ikakvih podešavanja od strane korisnika. Na slici 4. je prikazana blok šema ME1.

 

Slika 4. Blok šema mernog emulatora ME1

 

  Blok za serijsku komunikaciju omogućava vezu ME1 sa jedne strane prema MS1, a sa druge strane prema ostalim ME1. Veza u pravcu MS1 je pravac "master", a veza prema ostalim ME1 je pravac "slave". Komunikacija sa PC računarom preko paralelnog porta odvija se po principu rukovanja (handshaking). Za to se koristi odgovarajući hardver, koji obezbedjuje odgovarajući i usaglašeni set signala.

 

 

Tehničke karakteristike ME1

 

  ME1 poseduje dva konektora DB9 sa serijsku komunikaciju, jedan u pravcu MS1 i drugi u pravcu ostalih ME1, koji se povezuju 8-žilnim namenskim kablom. Serijska komunikacija je RS422 tipa, sa simetričnim 5V signalima. Za vezu sa paralelnim portom PC računara koristi se konektor DB25 i standardni kabl dužine do 2m, sa signalima TTL nivoa. Napajanje se vrši iz standardne 220V mreže, bez korišćenja uzemljenja, sa uključenjem preko ugradjenog prekidaca. Potrošnja na 5V je oko 300mA, a ugradjeni transformator je 3.6 VA. Za indikaciju postoje tri LED indikatora:
– Zelena LED (PWR) – indikacija da je ME1 uključen i ima napajanje;
– Crvena LED (ACT) – ako se naizmenično pali i gasi periodom od 1s, ME1 je u fazi inicijalizacije, tj. nije adresiran, dok u normalnom radu stalno svetli uz eventualne vrlo kratke i teško uočljive prekide;
– Žuta LED (ID) – u normalnom radu je ugašena, a naizmenično se pali i gasi sa periodom od 1s ako je na ME1 ukljucena identifikacija preko softvera za konfigurisanje VMS-a. Svetli trajno ako je ME1 konfigurisan da kontroliše analogne i digitalne izlaze.
Navedene LED se mogu videti i na prikazu izgleda mernog emulatora (Slika 5.).

 

 

Mehanički izgled ME1

 

  Mehanički izgled mernog emulatora ME1 je dat na slici 5. Mrežni kabl, koji na slici nije vidljiv, nije fiksiran za ME1, nego se priključuje preko konektora, kao i svi ostali kablovi za povezivanje. LED indikatori su smešteni sa gornje strane, a ME1 je predvidjen za rad u horizontalnom položaju, sa donjom stranom oslonjenom na podlogu.

 

 

Komunikacija izmedju MS1 i ME1

 

Komunikacija izmedju MS1 i ME1 je ostvarena serijski, metodom prozivke. Uredjaji medjusobno razmenjuju komande, pri čemu uvek MS1 prvo pošalje komandu odgovarajućem ME1, nakon čega prozvani ME1 vraca adekvatan odgovor. Na osnovu dobijenih odgovora od ME1, MS1 odredjuje dalje korake komunikacije. Izbor ME1 koji šalje odgovor do MS1 se vrši metodom adresiranja, pri cemu svaki ME1 ima jedinstvenu, tačno odredjenu adresu, koja se odredjuje automatski.

 

 

Mapiranje ulaznih signala

  Svaki od ulaznih signala može se dodeliti odredjenom broju mernih emulatora. Na ovaj način moguće je merenje različitih veličina na različitim PC računraima, zbog čega se ovaj sistem i naziva "višekorisnicki". Na primer, ako se na jednom PC računaru mere samo temperature, na drugom se mogu meriti samo pritisci, na trećem samo protoci, na četvrtom sve veličine itd.

 

 

Slika 5. Mehanički izgled ME1

Konfiguracioni softver

 

  Sastavni deo ovog mernog sistema čini i konfiguracioni softver. Ovaj softver se izvršava isključivo na glavnom racunaru na koji je priključen prvi emulator. Koristi se za konfigurisanje sistema, a pre svega koncentratorske jedinice (MS1). Konfiguracioni softver postoji u dve verzije, za DOS i Windows 95/98 operativni sistem. Poslednje podešenu konfiguraciju VMS pamti i nakon isključenja, tako da se konfiguracioni softver koristi samo kada je potrebno izvršiti odredjene izmene u konfiguraciji. Parametri koji se mogu podesiti su:
– Opseg merenja analognih ulaza, strujni 0(4 mA) – 20 mA i 0 – 10 V ili +/-10 V;
– Merenje impulsnih ulaza na pet mogućih načina: sa dva nezavisna ulaza, sa jednim ulazom uz merenje smera, ili kao kvadraturni ulaz inkrementalnog davača u tri moguće rezolucije. Sem toga definiše se merenje brzine (za sve načine) ili pozicije (za vezane ulaze);
– Dozvola/zabrana i mapiranje analognih ulaza na pojedine ME1;
– Odredjivanje fizičke pozicije pojedinih ME1 prema njihovoj adresi.
  Konfigurisanje sistema se vrši kada se menja tip ili raspored priključenih senzora. Takodje, ako mapiranje nije isto na svim ME1, potrebno je izvršiti remapiranje ulaza u slučajevima da neki od ME1 ispadne iz komunikacionog lanca, jer se tada može desiti da svi ME1 iza njega menjaju svoju adresu, pa se time može poremetiti mapiranje ulaza.

 

 

 Zaključak

 

  U ovom projektu je predstavljeno rešenje jednog višekorisnickog mernog sistema. Pored jednostavnosti ovo rešenje nudi i znatno smanjenje cene opreme u odnosu na slična rešenja. Merni emulatori se priključuju na paralelni port računara, prihvataju merne podatke od koncentratora mernih signala i obezbedjuju računaru pristup mernim podacima. Merni emulator se u svemu ponaša kao akvizicioni uredjaj, tako da korisnik računara ima utisak da je preko paralelnog porta priključen akvizicioni uredjaj. Odgovarajući softver na glavnom računaru koristi se za konfigurisanje akvizicionog uredjaja i emulatora.

 

FTN Novi Sad, Katedra za elektroniku