VYSOKÉ U�ENÍ TECHNICKÉ V BRN� BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKA�NÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV

FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COMMUNICATION DEPARTMENT OF

VYUŽITÍ PR�MYSLOVÉHO SENZOROVÉHO SYSTÉMU ADAM PRO LABORATORNÍ M��ENÍ USING THE ADAM INDUSTRIAL SENZOR SYSTÉM IN LABORATORY MEASUREMENT

DIPLOMOVÁ PRÁCE MASTER´S THESIS

AUTOR PRÁCE Bc. Pavel Nos AUTHOR

VEDOUCÍ PRÁCE doc. Ing. Ivan Rampl, CSc. SUPERVISOR

BRNO 2007

- 2 -

- 3 -

LICEN�NÍ SMLOUVA POSKYTOVANÁ K VÝKONU PRÁVA UŽÍT ŠKOLNÍ DÍLO

uzav�ená mezi smluvními stranami:

1. Pan/paní

Jméno a p�íjmení: Bc. Pavel Nos

Bytem: Pon�tovská 301, Prace 66458

Narozen/a (datum a místo): 29.3.1984 Brno

(dále jen „autor“) a

2. Vysoké u�ení technické v Brn�

Fakulta elektrotechniky a komunika�ních technologií

se sídlem Údolní 244/53, 602 00, Brno

jejímž jménem jedná na základ� písemného pov��ení d�kanem fakulty:

prof. Ing. Kamil Vrba, CSc. (dále jen „nabyvatel“)

�l. 1 Specifikace školního díla

1. P�edm�tem této smlouvy je vysokoškolská kvalifika�ní práce (VŠKP):

� diserta�ní práce � diplomová práce � bakalá�ská práce � jiná práce, jejíž druh je specifikován jako ....................................................... (dále jen VŠKP nebo dílo)

Název VŠKP: Využití pr�myslového senzorového systému ADAM pro laboratorní m��ení

Vedoucí/ školitel VŠKP: doc. Ing. Ivan Rampl, CSc. Ústav: Teleinformatiky Datum obhajoby VŠKP: VŠKP odevzdal autor nabyvateli v*:

� tišt�né form� – po�et exemplá�� 2

� elektronické form� – po�et exemplá�� 2

* hodící se zaškrtn�te

- 4 -

1. Autor prohlašuje, že vytvo�il samostatnou vlastní tv�r�í �inností dílo shora popsané a specifikované. Autor dále prohlašuje, že p�i zpracovávání díla se sám nedostal do rozporu s autorským zákonem a p�edpisy souvisejícími a že je dílo dílem p�vodním.

2. Dílo je chrán�no jako dílo dle autorského zákona v platném zn�ní. 3. Autor potvrzuje, že listinná a elektronická verze díla je identická.

�lánek 2 Ud�lení licen�ního oprávn�ní

1. Autor touto smlouvou poskytuje nabyvateli oprávn�ní (licenci) k výkonu práva uvedené

dílo nevýd�le�n� užít, archivovat a zp�ístupnit ke studijním, výukovým a výzkumným ú�el�m v�etn� po�izovaní výpis�, opis� a rozmnoženin.

2. Licence je poskytována celosv�tov�, pro celou dobu trvání autorských a majetkových práv k dílu.

3. Autor souhlasí se zve�ejn�ním díla v databázi p�ístupné v mezinárodní síti � ihned po uzav�ení této smlouvy � 1 rok po uzav�ení této smlouvy � 3 roky po uzav�ení této smlouvy � 5 let po uzav�ení této smlouvy � 10 let po uzav�ení této smlouvy (z d�vodu utajení v n�m obsažených informací)

4. Nevýd�le�né zve�ej�ování díla nabyvatelem v souladu s ustanovením § 47b zákona �. 111/ 1998 Sb., v platném zn�ní, nevyžaduje licenci a nabyvatel je k n�mu povinen a oprávn�n ze zákona.

�lánek 3 Záv�re�ná ustanovení

1. Smlouva je sepsána ve t�ech vyhotoveních s platností originálu, p�i�emž po jednom

vyhotovení obdrží autor a nabyvatel, další vyhotovení je vloženo do VŠKP. 2. Vztahy mezi smluvními stranami vzniklé a neupravené touto smlouvou se �ídí autorským

zákonem, ob�anským zákoníkem, vysokoškolským zákonem, zákonem o archivnictví, v platném zn�ní a pop�. dalšími právními p�edpisy.

3. Licen�ní smlouva byla uzav�ena na základ� svobodné a pravé v�le smluvních stran, s plným porozum�ním jejímu textu i d�sledk�m, nikoliv v tísni a za nápadn� nevýhodných podmínek.

4. Licen�ní smlouva nabývá platnosti a ú�innosti dnem jejího podpisu ob�ma smluvními stranami.

V Brn� dne: ……………………………………. ……………………………………….. ………………………………………… Nabyvatel Autor

- 5 -

Anotace Cílem této diplomové práce je seznámit se se senzorovými systémy používaných

v praxi. Na senzorovém systému firmy Advantech je pomocí modul� �ady ADAM 4000

p�edveden decentralizovaný m��icí systém komunikující p�es rozhraní RS485 využívající pro

�ízení �ídící po�íta�. V rámci diplomové práce byl sestaven m�ricí panel a vytvo�eny t�i

laboratorní úlohy, které se snaží ukázat na co lze jednotlivé typy modul� vhodn� použít. Jako

vývojové prost�edí je použit program ADAMView. Jednotlivé moduly se od sebe liší po�tem

a typem výstup�. Využití senzorového systému zkracuje dobu m��ení, zvyšuje efektivnost

m��ení, usnad�uje zpracování nam��ených hodnot a umož�uje automatizaci m��ení.

Klí�ová slova: Advantech, ADAM, RS485, ADAMView, m��ení, senzor, senzorový systém

Abstract Main task of the Master Thesis is to introduce into sensor systems used in the field. On

Advantech sensor system with use of ADAM 4000 modules is shown decentralized sensor

system which comunicates over RS 485 and using master computer. Within Master Thesis

was compiled measuring board and were assembled three programs which demonstrate

possible use of different types of modules. Main development environment is used

ADAMView. Each modules has different number and types of inputs and outputs. Using of

sensor system saving measurement time, increasing measurement effeciency, relieves data

processing and automatize measurement.

Keywords: Advantech, ADAM, RS485, ADAMView measurement, sensor, sensor systém

- 6 -

PROHLÁŠENÍ

Prohlašuji, že svou diplomovou práci na téma " Využití pr�myslového senzorového systému

ADAM pro laboratorní m��ení" jsem vypracoval samostatn� pod vedením vedoucího

diplomové práce a s použitím odborné literatury a dalších informa�ních zdroj�, které jsou

všechny citovány v práci a uvedeny v seznamu literatury na konci práce.

Jako autor uvedené diplomové práce dále prohlašuji, že v souvislosti s vytvo�ením této

diplomové práce jsem neporušil autorská práva t�etích osob, zejména jsem nezasáhl

nedovoleným zp�sobem do cizích autorských práv osobnostních a jsem si pln� v�dom

následk� porušení ustanovení § 11 a následujících autorského zákona �. 121/2000 Sb., v�etn�

možných trestn�právních d�sledk� vyplývajících z ustanovení § 152 trestního zákona �.

140/1961 Sb.“

V Brn� dne ………………………………….

…………………………………………

(podpis autora)

- 7 -

POD�KOVÁNÍ

D�kuji vedoucímu diplomové práce Doc. Ing. Ivanu Ramplovi, CSc., za velmi užite�nou

metodickou pomoc a cenné rady p�i zpracování diplomové práce.

V Brn� dne ………………………………….

…………………………………………

(podpis autora)

- 8 -

1. ÚVOD ....................................................................................................................... 10

2. PR�MYSLOVÉ SENZOROVÉ SYSTÉMY: ......................................................... 11

2.1 SENZORY ................................................................................................................. 12 2.2 M��ICÍ SENZOROVÉ SYSTÉMY .................................................................................. 12

2.2.1 Rozd�lení senzorových systém� ......................................................................... 12 2.2.2 Model senzorového systému:............................................................................. 13

2.3 PRMYSLOVÉ M��ICÍ SYSTÉMY ................................................................................ 15 2.3.1 Nároky pr�myslu na sb�rnici ............................................................................ 15

2.4 2.4 PROTOKOLY V AUTOMATIZACI............................................................................ 17 2.4.1 Protokol MODBUS[7]...................................................................................... 18 2.4.2 MODBUS na TCP/IP........................................................................................ 18 2.4.3 MODBUS na sériové lince ................................................................................ 19

2.5 PLC ........................................................................................................................ 20

3. SENZOROVÝ SYSTÉM FIRMY ADVANTECH.................................................. 24

3.1 SENZOROVÝ SYSTÉM S MODULY �ADY ADAM 4000................................................. 25 3.1.1 Popis systému s moduly ADAM 4000 ................................................................ 26 3.1.2 ADAM - 4000 Utility Software .......................................................................... 29

4. M��ICÍ SYSTÉM ................................................................................................... 30

4.1 M��ICÍ ÁST............................................................................................................ 35 4.2 P�EVODNÍ ÁST ....................................................................................................... 35 4.3 �ÍDICÍ ÁST ............................................................................................................. 36

5. VÝVOJOVÉ PROST�EDÍ ADAMVIEW .............................................................. 37

5.1 SEZNÁMENÍ A POPIS ADAMVIEW ............................................................................ 38 5.1.1 Display designer ............................................................................................... 38 5.1.2 Task designer.................................................................................................... 41

6. LABORATORNÍ ÚLOHY....................................................................................... 46

6.1 TUTORIÁL................................................................................................................ 46 6.2 ADRESACE............................................................................................................... 50 6.3 M��ENÍ HMOTNOSTI POMOCÍ TENZOMETR .............................................................. 51 6.4 M��ENÍ TEPLOTY ..................................................................................................... 55 6.5 M��ENÍ FREKVENCE A OVLÁDÁNÍ BINÁRNÍCH VSTUP/VÝSTUP ............................... 60

7. ZÁV�R ..................................................................................................................... 63

LITERATURA................................................................................................................... 64

P�ÍLOHY .......................................................................................................................... 65

P�íloha 1: CD disk......................................................................................................... 65 P�íloha 2: výkres panelu................................................................................................ 65

- 9 -

OBR. 01. MODEL ISO....................................................................................................... 14

OBR. 02. ZÁKLADNÍ TOPOLOGIE SÍTÍ................................................................................. 16

OBR. 03. MODBUS......................................................................................................... 18

OBR. 04. MODBUS ZPRÁVA NA TCP/IP.......................................................................... 18

OBR. 05. ADRESACE ........................................................................................................ 19

OBR. 06. ZÁKLADNÍ TVAR MODBUS ZPRÁVY NA SÉRIOVÉ LINCE ..................................... 19

OBR. 07. RTU RÁMEC ZPRÁVY......................................................................................... 20

OBR. 08. ASCII RÁMEC ZPRÁVY ...................................................................................... 20

OBR. 09. BLOKOVÉ SCHÉMA PLC..................................................................................... 21

OBR. 10. TOPOLOGIE TYPU SB�RNICE ............................................................................... 28

OBR. 11. TOPOLOGIE TYPU HV�ZDA.................................................................................. 28

OBR. 12. TOPOLOGIE TYPU SB�RNICE/HV�ZDA.................................................................. 29

OBR. 13. BLOKOVÉ SCHÉMA M��ICÍHO �ET�ZCE............................................................... 30

OBR. 14. SCHÉMA ZAPOJENÍ PANELU ................................................................................ 31

OBR. 15. FOTO PANELU .................................................................................................... 32

OBR. 16. ADRESACE ........................................................................................................ 33

OBR. 17. ARCHITEKTURA ADAMVIEW ............................................................................ 37

OBR. 18. DISPLAY DESIGNER ............................................................................................ 38

OBR. 19. TASK DESIGNER................................................................................................. 41

OBR. 20. TUTORIÁL 1....................................................................................................... 46

OBR. 21. TUTORIÁL 2....................................................................................................... 47

OBR. 22. TUTORIÁL 3....................................................................................................... 48

OBR. 23. TUTORIÁL 4....................................................................................................... 49

OBR. 24. ADRESNÍ STRUKTURA V ADAMVIEW ................................................................ 50

OBR. 25. LABORATORNÍ ÚLOHA 1 – SCHEMA ZAPOJENÍ TENZOMETRU................................ 52

OBR. 26. LABORATORNÍ ÚLOHA 1- UŽIVATELSKÉ ROZHRANÍ ............................................. 53

OBR. 27. PT SENZOR S LINEARIZANÍM OBVODEM............................................................. 55

OBR. 28. NTC TERMISTORY ............................................................................................ 56

OBR. 29. LABORATORNÍ ÚLOHA 2 –SCHEMA ZAPOJENÍ TERMISTORU .................................. 57

OBR. 30. LABORATORNÍ ÚLOHA 2 – SCHEMA ZAPOJENÍ SENZORUV PROUDOVÉ SMYCE...... 58

OBR. 31. LABORATORNÍ ÚLOHA 2- UŽIVATELSKÉ ROZHRANÍ ............................................. 58

OBR. 32. LABORATORNÍ ÚLOHA 3 – SCHEMA ZAPOJENÍ GENERÁTORU................................ 60

OBR. 33. LABORATORNÍ ÚLOHA 3- SCHEMA ZAPOJENÍ CÍVEK RELÉ A POM. KONTAKTU ....... 61

OBR. 34. LABORATORNÍ ÚLOHA 3 - UŽIVATELSKÉ ROZHRANÍ ............................................ 61

- 10 -

1. ÚVOD

Senzorové systémy se využívají nejen v pr�myslu, ale také v léka�ství, energetice,

doprav�, správ� budov, bezpe�nostních systémech a jiných aplikacích. Úkolem takovýchto systém� je zm��it konkrétní veli�iny, p�enést nam��ená data do �ídicího prvku systému, který data vyhodnotí a u�iní další kroky, závislé na informaci, získané z nam��ených dat.

Moduly �ady ADAM4000 obsahují všechny pot�ebné vstupy/výstupy používané u pr�myslových senzorových systém� jako je analogový vstup/výstup, binární vstup/výstup a �íta�e /�asova�e.

Tato diplomová práce se zabývá možnostmi využití pr�myslového senzorového systému ADAM �ady 4000 pro laboratorní m��ení. V diplomové práci je popsán úvod do problematiky pr�myslových senzorových systém�, jejich základní parametry a �ásti. Je zde popsán systém ADAM-4000 z hlediska topologie, zapojení a komunikace. V rámci diplomové práce byl sestaven m�ricí panel a byly vytvo�eny t�i laboratorní úlohy, které se snaží demonstrovat schopnosti systému s moduly ADAM4000 a ukázat na jednotlivých úlohách k �emu lze jednotlivé typy využít.

- 11 -

2. PR�MYSLOVÉ SENZOROVÉ SYSTÉMY:

Senzorové systémy jsou v pr�myslu využívány k automatizaci m��ení a bývají sou�ástí

rozsáhlejších systém� ozna�ovaných jako distribuované systémy �ízení ( DCS – Distributed Control System ). Technický proces, který p�edevším bude p�edm�tem �ídicích systém� pr�myslové automatizace, je proces, jehož fyzikální veli�iny jsou m��eny technickými prost�edky a technickými prost�edky je tento systém rovn�ž ovliv�ován. Technické procesy se d�lí na výrobní, distribu�ní a shromaž�ovací procesy. Technické procesy dále d�líme dle n�kolika kritérií na[1]:

�� Spojité a nespojité �� Deterministické a stochastické �� Sériové a paralelní �� Homogenní a nehomogenní �� Procesy transformující nebo p�etvá�ející materiály, energii nebo informaci �� Na technologické - spojité, výrobní – produk�ní, distribu�ní, m��icí a testovací �� Dle povahy procesních veli�in na kontinuální, dávkové a kusové procesy

Procesy jsou charakterizovány veli�inami fyzikální a chemické povahy. Úkolem �ídicího

systému je tyto procesní prom�nné m��it s dostate�nou p�esností a rychlostí a svými výstupy p�sobit na vstupy systému tak, aby bylo dosaženo požadovaného stavu, v�etn� �asového pr�b�hu vývoje procesních prom�nných. Požadavky, kladené na pr�myslové senzorové systémy :

�� Schopnost práce v reálném �ase �� Vysoká funk�nost �� Otev�enost

Aby se systém dal ozna�it jako pr�myslový, musí spl�ovat �adu d�ležitých kritérií.

Náro�nost t�chto kritérií se v r�zných pr�myslech liší a je odvozena t�eba od nep�íznivých jev�, které p�sobí na systém, nebo od bezpe�nostních požadavk� provozu, nap�íklad v chemickém pr�myslu, kde hrozí nebezpe�í výbuchu.

Mnoho používaných pr�myslových senzorových systém� je ozna�ováno jako otev�ené systémy. To znamená, že jsou navrhnuty jako schopné p�izp�sobit se novým technologiím, lze je rozší�it z hlediska struktury i kapacity systému a mohou používat prvky od r�zných výrobc�.

- 12 -

2.1 Senzory

Senzor je funk�ní prvek tvo�ící vstupní blok m��icího �et�zce, který je v p�ímém styku s m��eným prost�edím. Pojem senzor je ekvivalentní pojmu sníma�, p�evodník, nebo detektor. Citlivá �ást senzoru se ob�as ozna�uje jako �idlo. Senzor jako primární zdroj informace snímá sledovanou fyzikální, chemickou nebo biologickou veli�inu a dle ur�itého definovaného principu ji transformuje na m��icí veli�inu – nej�ast�ji na veli�inu elektrickou. Dále existují senzory u nichž je neelektrická veli�ina p�ímo transformována na �íslicový signál[3].

Zna�ná �ást problematiky pr�myslových senzorových systém� závisí na výb�ru a umíst�ní senzor�, na jejich kvalit� a životnosti. Podobn� výb�r, kvalita a funkceschopnost ak�ních �len� má vliv na úsp�ch projektu. Výb�r senzor� a ak�ních �len� rovn�ž p�edstavuje významný finan�ní podíl v celém senzorovém systému. Díky vývoji v oblasti mikroelektroniky se stále více funkcí, souvisejících se zpracováním signálu (signal processing), uskute��uje p�ímo v senzorech. Tyto senzory se ozna�ují jako inteligentní �idla (smart sensors). Zjednodušen� �e�eno, inteligentní senzor by m�l integrovat, krom� systému pro získání a zpracování informace o m��ené veli�in�, i elektroniku, umož�ující komunikaci p�es standardizované rozhraní, standardizovaným komunika�ním protokolem sb�rnici s dalšími inteligentními senzory a nad�azenými �ídicími �leny. Krom� toho elektronika senzoru musí umožnit i dálkové nastavení parametr� senzoru, jeho diagnostiku a hlášení o stavu senzoru nad�azenému �lenu.

2.2 M��icí senzorové systémy

2.2.1 Rozd�lení senzorových systém�

Pr�myslové senzorové systémy slouží hlavn� ke sb�ru dat. Tato data se týkají nap�íklad údržby stroj�, kontroly výroby, nebo �ízení provozu. Zp�soby komunikace prvk� v senzorových systémech vycházejí z teorie po�íta�ových sítí. Lze je d�lit na :

�� centralizované �� decentralizované

a na:

�� deterministické �� stochastické

Stochastický zp�sob komunikace systému spo�ívá v náhodném p�ístupu na komunika�ní

sí�. Pokud se snaží komunikovat více prvk� najednou, vzniká kolize a komunikace p�estává fungovat. Tento vážný nedostatek je �ešen v rámci komunika�ních protokol�, nap�íklad opakováním komunikace po �asovém úseku náhodné délky. Stochastický zp�sob komunikace se používá v centralizovaných systémech s komunikací typu dotaz - odpov��, kde odpadá nebezpe�í kolizí.

- 13 -

Deterministický zp�sob komunikace vychází ze znalosti �asového intervalu ur�eného pro komunikaci jednoho prvku systému. Jednotlivé komunika�ní intervaly se nep�ekrývají a proto odpadá nebezpe�í kolizí. Tento zp�sob komunikace je vhodný pro decentralizované systémy.

Centralizované systémy obsahují jeden hlavní prvek, který �ídí celý systém. Typickým p�íkladem je komunikace typu Master – Slave, kdy jeden �ídicí prvek Master �ídí ostatní prvky systému. Tyto systémy jsou relativn� jednoduché, ale s rostoucím po�tem prvk� v systému se zvyšují nároky na �ídicí prvek.

Decentralizované systémy obsahují více �ídicích prvk�. asto fungují jako n�kolik propojených centralizovaných subsystém�, které mezi sebou sdílí své prvky. Takovým centralizovaným subsystémem je t�eba obráb�cí stroj, který hlídá nap�íklad nastavené otá�ky, zadané rozm�ry, teplotu nástroje a po�et dokon�ených obrobk� a tato data prezentuje obsluze stroje. Dalším subsystémem je pak evidence vyrobených obrobk�, jehož �ídicí prvek bere data z �ídicího prvku obráb�cího stroje, nebo p�ímo z prvku, který obrobky po�ítá. Další subsystémy mohou sledovat nap�íklad opot�ebení nástroj�, zásobu chladící kapaliny, nebo dodržování bezpe�nostních p�edpis�. Tyto subsystémy mohou oznámit jinému konkrétnímu subsystému, že nap�íklad u konkrétního stroje dochází materiál, že je nebezpe�í požáru, nebo že dva stroje nepracují. Systémy, které mají takto rozd�lené ( distribuované ) �ízení, jsou ozna�ovány jako distribuované. Výhodou distribuovaných pr�myslových senzorových systém� je tedy zp�sob, jakým systém sdílí procesy a periférie a zp�sob jakým si jednotlivé prvky vym��ují informace.

2.2.2 Model senzorového systému:

Je vhodné rozd�lit systém do n�kolika �ástí za ú�elem zp�ehledn�ní a usnadn�ní návrhu, �i analýzy sytému. Pro tento ú�el je používán standardizovaný model OSI ( Open System Interconection ) vyvinutý organizací ISO ( International Standards Organization ). Model rozd�luje systém do sedmi vrstev, p�i�emž nejnižší vrstva tvo�í propojení mezi prvky systému a nejvyšší vrstva zp�ístup�uje systém uživateli (Obr. 01). Vyšší vrstvy využívají služeb nižších vrstev a tím jsou izolovány od problém� spojených s provozem nižších vrstev.

- 14 -

Obr. 01. Model ISO

Fyzická vrstva

Fyzická vrstva definuje prost�edky pro komunikaci s p�echodovým médiem a s technickými prost�edky rozhraní. Dále definuje fyzické, elektrické, mechanické a funk�ní parametry týkající se fyzického propojení jednotlivých za�ízení. Je hardwarová. Linková vrstva

Linková vrstva zajiš�uje celistvost toku dat. provádí nap�íklad synchronizaci blok� dat. Je hardwarová. Sí�ová vrstva:

Sí�ová vrstva definuje protokoly pro sm�rování dat, které zajistí p�enos dat do konkrétního uzlu. M�že být softwarová i hardwarová. Transportní vrstva

- 15 -

Transportní vrstva definuje protokoly pro strukturované zprávy a provádí n�které

chybové kontroly. Je softwarová. Rela�ní vrstva

Rela�ní vrstva koordinuje a udržuje relaci. Dále zajiš�uje nap�íklad zabezpe�ovací a p�ihlašovací funkce. Je softwarová. Prezenta�ní vrstva

Prezenta�ní vrstva specifikuje zp�sob, jakým jsou data kódována a formátována. Je softwarová. Aplika�ní vrstva

Aplika�ní vrstva definuje, jakým zp�sobem komunikují se sítí aplikace. Je softwarová.

2.3 Pr�myslové m��icí systémy

2.3.1 Nároky pr�myslu na sb�rnici

Sb�rnice má za úkol propojovat jednotlivé prvky systému. Je tvo�ena vodi�i, které zprost�edkovávají komunikaci mezi prvky systému, pop�ípad� zásobují systém elektrickou energií, nap�íklad standard AS-i. Jedním z d�ležitých faktor� ovliv�ujících sb�rnici, je její cena. I malé rozdíly v cen� za metr vedení výrazn� ovlivní po�izovací cenu systému, zvlášt� p�i rozsáhlých instalacích. Proto je d�ležité, aby sb�rnice m�la minimální po�et vodi�� a aby nebyla náro�ná na technologii výroby, �i použité materiály. Na druhou stranu je však pot�eba, aby sb�rnice p�enášela data dostate�nou rychlostí, tedy aby byla odolná proti pr�myslovému rušení. Toto je možné �ešit vhodným stín�ním vodi��, ale také vhodným kódováním dat. V dnešní dob� jsou již také dostupné senzorové systémy, využívající bezdrátové spojení. Nároky pr�myslu na topologie sít�

Topologie ovliv�uje �ízení senzorového systému. Vzhledem k tomu, že prvky sytému jsou hlavn� inteligentní senzory obsahující procesory, vychází topologie systému z po�íta�ových sítí. Základní druhy topologie jsou na Obr. 02

- 16 -

Obr. 02. Základní topologie sítí

asto se používají kombinace t�chto základních struktur, ozna�ované jako regulární

struktury. Podstatou návrhu topologie je, aby se minimalizovali vzdálenosti prvk� od �ídicích prvk� a pr�chodnost sít� byla maximální. Nároky pr�myslu na velikost a komplexnost systému

Zde záleží na konkrétní aplikaci sytému. Obecn� je však trend m��it více veli�in na více místech a získávat tak komplexn�jší informace, které zefektivní provoz. Proto jsou pr�myslové senzorové systémy navrženy pro sb�r dat z velkého po�tu prvk� a senzory pro tyto systémy umí m��it r�zné druhy veli�in. S vývojem nových technologií, jako nap�íklad optická vlákna, nebo bezdrátové spojení, se zv�tšuje maximální délka datového vedení. Nároky pr�myslu na prvky systému

Volba senzorového systému do zna�né míry závisí na nabídce prvk� systému. Tyto prvky musí bezproblémov� fungovat v prost�edí daného pr�myslu. Od takových prvk� je vyžadováno dostate�né krytí, odolnost v��i pr�myslovému rušení, spln�ní daných bezpe�nostních podmínek a m��ení požadovaných veli�in v daném rozsahu a s danou p�esností.

�ídicí prvky systému jsou obvykle po�íta�e typu PC, pr�myslové po�íta�e a prvky typu PLC ( Programable Logic Controler ) , nebo PAC ( Programable Automation Controler ). Jejich parametry musí op�t spl�ovat bezpe�nostní a provozní podmínky daného pr�myslu, navíc musí um�t komunikovat dostate�nou rychlostí a p�íslušným protokolem s ostatními prvky systému. Dále musí mít dostate�ný výpo�etní výkon, aby mohly zpracovávat požadovaný objem dat v dostate�n� krátkém �ase. Pokud jsou prvky systému od jednoho výrobce, nebývá zpravidla problém tyto podmínky splnit. Problémy mohou nastat, pokud systém obsahuje prvky od n�kolika výrobc�. V tomto p�ípad� je nutné vybírat prvky stejných

- 17 -

specifikací a pokud to není možné, musí se použít r�zné p�evodníky a brány,�ímž se systém komplikuje.

Nároky pr�myslu na komunika�ní protokoly a software

Komunika�ní protokoly jsou závislé na použité topologii sít�, musí respektovat p�enosové médium a zabezpe�it data proti pr�myslovému rušení. V praxi se používají osv�d�ené a standardizované protokoly, v�tšinou již implementované do �ídicích prvk�. Obslužný software je ozna�ován jako HMI ( Human-Machine Interface ) �i SCADA ( Supervisory Control and Data Acquisition ) a je v�tšinou instalován na prvcích typu PC, nebo pr�myslový po�íta�. Jejich výpo�etní náro�nost se liší podle objemu zpracovávaných dat, podle druhu zpracování dat, podle grafické náro�nosti interface, nebo druhu opera�ního systému[1].

2.4 2.4 Protokoly v automatizaci Komunika�ní sí�ové protokoly používané v pr�myslové automatizaci: BACnet CC-Link CAN - v�etn� CANopen a DeviceNet DNP3 EGD EtherCAT EtherNet/IP FINS Host Link Interbus Industrial Ethernet LonTalk MelsecNet/10 Modbus RTU/ASCII Modbus - NET Modbus/TCP Modbus Plus OLE Optomux Profibus PROFINET IO GE SRTP Sinec H1

- 18 -

2.4.1 Protokol MODBUS[7]

MODBUS je komunika�ní protokol na úrovni aplika�ní vrstvy ISO/OSI modelu, umož�ující komunikaci typu klient-server mezi za�ízeními na r�zných typech sítí a sb�rnic. Vytvo�en v roce 1979 firmou MODICON. V sou�asné dob� je podporována celá �ada komunika�ních médií nap�. sériové linky typu RS-232, RS-422 a RS-485, optické a rádiové sít� nebo sí� Ethernet s využitím protokolu TCP/IP. Komunikace probíhá metodou požadavek-odpov�� a požadovaná funkce je specifikována pomocí kódu funkce jež je sou�ástí požadavku.

Obr. 03. MODBUS

MODBUS standard definuje krom� aplika�ní vrstvy ISO/OSI modelu i n�které implementace protokolu na konkrétní typ sít� nebo sb�rnice. P�íkladem je MODBUS na TCP/IP a MODBUS na sériové lince.

2.4.2 MODBUS na TCP/IP

Na Obr. 04 je znázorn�n formát MODBUS zprávy na TCP/IP. Pro identifikaci MODBUS ADU je použita MBAP hlavi�ka (MODBUS Application Protocol Header).

Obr. 04. MODBUS zpráva na TCP/IP

Pro posílání MODBUS/TCP ADU je na TCP vyhrazen registrovaný port 502.

- 19 -

2.4.3 MODBUS na sériové lince

MODBUS Serial Line protokol je protokol typu Master-Slave a je definován na úrovni 2 ISO/OSI modelu. Na fyzické úrovni 0 ISO/OSI modelu m�žou být použita r�zná sériová rozhraní, nap�íklad RS-232 nebo RS-485 a jejich varianty. Princip protokolu

Jedná se o Master/Slave protokol. V jeden okamžik m�že být na sb�rnici pouze jeden master a 1 až 247 slave jednotek. Komunikaci vždy zahajuje master, slave nesmí nikdy vysílat data bez pov��ení mastera . Master posílá požadavky slave jednotkám ve dvou režimech:

- unicast režim – master adresuje požadavek jedné konkrétní slave jednotce a ta pošle odpov�d

- broadcast režim – master posílá požadavek všem jednotkám, žádná jednotka neodpoví. Adresní prostor zahrnuje 256 r�zných adres.

Obr. 05. Adresace

Master nemá žádnou specifickou adresu, pouze slave jednotky musejí mít adresu a ta musí být v celé MODBUS síti jedine�ná. Na Obr. 06 je znázorn�n základní formát MODBUS aplika�ní zprávy na sériové lince. Zpráva krom� standardní MODBUS PDU obsahuje pole Adresa jednotky. Toto pole obsahuje adresu slave jednotky. Pole Kontrolní sou�et slouží k detekci chyb a obsahuje CRC nebo LRC kód v závislosti na vysílacím režimu.

Obr. 06. Základní tvar MODBUS zprávy na sériové lince

MODBUS protokol definuje dva sériové vysílací režimy, MODBUS RTU a MODBUS ASCII. Režim ur�uje v jakém formátu jsou data vysílána jak dekódována. Každá jednotka musí podporovat režim RTU, režim ASCII je nepovinný. Všechny jednotky na jedné sb�rnici musejí pracovat ve stejném vysílacím režimu. MODBUS RTU

- 20 -

V režimu RTU obsahuje každý 8-bitový byte zprávy dva 4-bitové hexadecimální znaky. Vysílání zprávy musí být souvislé, mezery mezi znaky nesm�jí být delší než 1.5 znaku. Za�átek a konec zprávy je identifikován podle pomlky na sb�rnici delší než 3.5 znaku. Formát RTU rámce je znázorn�n na Obr. 07.

Obr. 07. RTU rámec zprávy

MODBUS ASCII

V režimu ASCII je každý 8-bitový byte posílán jako dvojice ASCII znak�. Oproti režimu RTU je tedy pomalejší, ale umožuje vysílat znaky s mezerami až 1 s. Za�átek a konec zprávy je totiž ur�en odlišn� od RTU módu. Za�átek zprávy je indikován znakem „:“ a konec zprávy dvojicí �ídicích znak� CR, LF. Formát ASCII rámce je na Obr. 08.

Obr. 08. ASCII rámec zprávy

2.5 PLC

Mluvíme-li o automatech, máme na mysli hardwarové za�ízení, které vykonává nespojitou �ídící �innost (obvykle nespojitých proces�) automaticky podle n�jakého programu. Sou�asné programovatelné automaty však mají z praktických d�vod� také �ást, která je schopná �ídit analogové procesy. Obecn� �íci, že �ídící systémy realizují algoritmy své �innosti p�i �ízení systém� dvojím zp�sobem:

�� paraleln� �� sériov�

Rozd�lení logických �ídících systém�:

�� �ídící po�íta�e �� programovatelné automaty

Definice (SN EN 61131-1): PLC je �íslicov� pracující elektronický systém

konstruovaný pro použití v pr�myslovém prost�edí, využívající programovatelnou pam�� pro interní ukládání uživatelsky orientovaných instrukcí pro provád�ní specifických funkcí (logických, sekven�ních, �asovacích, �ítacích, komunika�ních, organiza�ních) za ú�elem

- 21 -

�ízení stroj� �i proces�, a to prost�ednictvím digitálních nebo analogových vstup� a výstup�. Jak programovatelná �ídící jednotka, tak periferní za�ízení jsou konstruovány pro snadné za�len�ní do systém� pr�myslového �ízení.

Z uvedené definice plyne, že algoritmus �ízení systému p�i použití PLC se m�ní pouhou zm�nou programu uloženého v jeho pam�ti. Blokové schéma PLC je uvedeno na Obr. 09. Vstupem PLC jsou normalizované spojité nebo logické signály reprezentující stav nebo pr�b�h regulované a žádané veli�iny, výstupem jsou signály ur�ené k ovládání ak�ních �len�.

Obr. 09. Blokové schéma PLC

Programovatelné automaty je možno t�ídit dle r�zných hledisek, nap�. dle výkonnosti, vhodné aplika�ní oblasti, vn�jšího provedení, po�tu I/O. Menší systémy bývají zpravidla �ešeny jako kompaktní v�tší jako modulární. Porovnání PLC a �P a)Provedení

Prvo�adým požadavkem na PLC je vysoká spolehlivost, aby tak byl zajišt�n bezpe�ný provoz �ízené technologie (energetika, doprava, chemie,…). PLC jsou proto konstruovány tak, aby mohly pracovat i v nejobtížn�jších provozních podmínkách v t�sné návaznosti na �ízenou technologii, což klade vysoké nároky na jejich odolnost v��i vliv�m prost�edí (teplota, vlhkost, prašnost, ot�esy). Zvláštní d�raz je kladen na odolnost proti rušení. Konstruk�ní �ešení vychází ze dvou možných p�ístup�:

�� kompaktní provedení s fixní konfigurací vstup� a výstup� �� modulární provedení umož�ující variabilní konfiguraci PLC pro jeho p�izp�sobení

rozsahu �ešeného úkolu s cílem dosažení technické a cenové optimalizace, p�ípadn� navazující možnost rozši�ování �ídícího systému p�i postupném rozši�ování automatizace výrobního procesu.

- 22 -

b)Diagnostika

Provoz PLC vyžaduje snadnou a p�edevším rychlou identifikovatelnost a odstranitelnost závad závad, funk�nost komponent PLC proto bývá z�eteln� indikována, �ímž lze ur�it poruchu i nekvalifikovanou obsluhou a vadný prvek operativn� vym�nit. c)Rychlost

PLC jsou speciáln� konstruovány pro �ešení p�edevším logických úloh a tím jsou pro tyto aplikace rychlejší než �ídící po�íta�e. d)Architektura

Modularita PLC spolu s požadavkem komunikace s m��icími a ak�ními �leny vyžaduje sb�rnicové provedení PLC. e)Cena PLC jsou z hlediska HW i SW jednodušší než �P, takže vycházejí levn�jší. f)Pam��

Na rozdíl od po�íta�e si PLC p�i poruše �ídícího systému (neodstranitelná chyba, výpadek napájení) musí zapamatovat poslední stav, od n�hož po obnovení funkce pokra�uje dál v �innosti, což klade nároky na velký objem pam�ti. g)Zpracování programu

Ten se vykonává v periodicky se opakujícím uzav�eném cyklu, tzv. scanu, tj. paralelním stanovením stavu vstupních a výstupních veli�in (tzv. vzorkování systému), sériovém �ešení programu (postupné �tení a vykonávání jeho p�íkaz�), po jehož ukon�ení se paraleln� p�edají data do výstupních jednotek. Vzhledem k rychlosti se tedy navenek PLC jeví jako paralelní systém (lze p�irovnat k reléovým systém�m), ve skute�nosti ale zpracovává data sériov�. Aby se však za b�hu programu eliminoval ú�inek I/O zm�n, na základ� jejichž r�zného vyhodnocování na za�átku a na konci programu by se mohly vyvodit nežádoucí reakce PLC (tj. nedovolené mezistavy vedoucí p�ípadn� až k hazard�m), pracuje procesor s pam�tí, do které p�ed za�átkem každého scanu zapíše stavy vstup� a výstup�. Tím si PLC po dobu jednoho ob�hu programu udržuje hodnoty vstup� a výstup� konstantní bez ohledu na práv� probíhající d�j v �ízeném systému a s tím spojené zm�ny. Vlastní cyklická �innost PLC, je tak rozd�lena na �ty�i úseky: 1) ze vstupních modul� je na�ten stav vstupních signál� a je zapsán do pam�ti (tzv. „input image“), 2) program postupn� vyhodnocuje jednotlivé podmínky a na základ� stavu vstupních, výstupních a vnit�ních prom�nných nastaví a do pam�ti výstup� zapíše nové hodnoty výstupních prom�nných (tzv. „output image“), 3) podle hodnot pr�b�žn� zapisovaných do pam�ti výstup� se po ukon�ení programového b�hu jednorázov� nastaví výstupní moduly, které aktivují ak�ní �leny, 4) v záv�re�né fázi scanu (tzv. „homekeeping = communications + procesor overhead“) se vyhodnotí stavový soubor a nastaví se jeho aktualizované parametry, tj. vy�ídí se komunikace

- 23 -

s ostatními za�ízeními na síti, obslouží se �asová základna, vynuluje registr doby posledního skenu (kontrola doby skenu) atd., �ímž je PLC p�ipraven na další sken. Programování PLC

Protože PLC byly p�vodn� ur�eny p�edevším jako náhrada logických (kontaktních i bezkontaktních) �ídících systém�, vycházející programovací jazyky z požadavku na p�ímý p�epis logických funkcí do �ídícího programu. V sou�asné dob� vytla�ují vzhledem k svým parametr�m i klasické regulátory (resp. s nimi splývají), protože soubor jejich instrukcí dnes b�žn� obsahuje i instrukce pro popis �innosti nespojitých i spojitých regulátor�. Z tohoto d�vodu existuje v oblasti programování PLC mnoho firemních programovacích jazyk� orientovaných na technické vybavení p�íslušného výrobce automatiza�ních prvk�. Tím neúm�rn� rostou problémy dané vzájemnou nekompatibilitou programového vybavení automatiza�ních prost�edk� r�zných výrobc�. Reakcí na tuto situaci je snaha o normalizaci programování PLC, což p�ináší norma IEC 1131 definující požadavky na vlastnosti programového vybavení PLC následujícími podmínkami:

�� nezávislost na technickém vybavení (tím se zabrání opakovanému vývoji jednou již odlad�ného programu pro aplikaci s jiným typem PLC, užívá se pojem reusable software),

�� jednotný programátorský p�ístup (ušet�í se �as pro zapracování a p�eškolení pracovník� a umožní oprostit se od orientace na jednoho výrobce PLC),

�� možnost lad�ní softwaru již ve fázi návrhu, tj. v tzv. fázi offline programování (�ímž se p�edejde situacím, kdy programová chyba m�že zp�sobit v testování �i startování fází dokonce i technickou poruchu za�ízení),

�� strukturovanost a modularitu (vystihující skute�nost, že logický �ídící systém je za�len�n do složit�jšího celku, který m�že obsahovat i podsystémy spojitého �ízení, optimalizace, adaptivity �i v p�ípad� n�kolika podsystém� paralelního zpracování více úloh sou�asn�)[2].

Rozd�lení programovacích jazyk�: a)textové jazyky b)grafické jazyky

- 24 -

3. SENZOROVÝ SYSTÉM FIRMY ADVANTECH

Plug-In DA&C ( Data Acquisition and Control ) Cards je široká skupina m��icích

zásuvných karet. Tyto karty mohou být použity v klasických stolních po�íta�ích PC, �ast�jším �ešením je však použití pr�myslového PC. Touto kombinací vznikne výkonný modul, jehož parametry jsou dány použitým PC a použitými zásuvnými kartami. Vzhledem k tomu, že firma Advantech má v nabídce širokou škálu pr�myslových PC a zásuvných karet, lze parametry modulu p�esn� p�izp�sobit požadavk�m dané aplikace. Zásuvné karty obsahují analogové vstupy ( max 64 ) a výstupy ( max 32 ), digitální kanály ( max 144 ), �íta�e a �asova�e ( max 60 MHz ). Karty komunikují p�es sb�rnice PCI, ISA, PC/104. Karty komunikující p�es sb�rnici USB jsou �ešeny jako samostatné moduly. K dispozici jsou také karty pro �ízení motor� [8]. ADAM 3000 je �ada malých modul� ur�ených pro montáž na DIN lištu. Tyto moduly umí m��it teplotu pomocí termo�lánk� a teplotních odporových �idel, umí m��it i být zdrojem stejnosm�rného nap�tí, nebo ovládat relé [8]. UNO 2000 a 3000 ( Universal Network Controllers ) jsou �ady modul� pro �ízení sb�rnic. Podporují základní opera�ní systémy ( Windos, Linux ) a sít� ( Ethernet, bezdrátové spojení, ... ) [8]. ADAM 4000 je �ada modul� ur�ených pro m��ení a sb�r dat. Moduly m��í nap�tí, proudy, stavy bipolárních vstup�, frekvenci, nebo teplotu pomocí termo�lánk� a odporových teplotních �idel. Moduly umož�ují m�nit rozsahy kanál� pomocí p�íkaz�. Moduly komunikují pomocí sb�rnice RS 485, ale pro p�ístup k jiným sítím je možno použít p�evodníky RS 485 na Ethernet, RS 232C, USB a komunikaci po optických vláknech [8]. ADAM 5000 je �ada modul�, které pro m��ení používají zásuvné submoduly. Moduly zajiš�ují komunikaci pomocí pr�myslových standard� Fieldbus, RS 485, CAN a MODBUS. Do modul� je možné p�ipojit až 8 submodul�, které mají až 16 vstup� pro m��ení nap�tí, proud�, digitálních vstup�/výstup�, frekvencí, nebo teplot pomocí termo�lánk� a odporových teplotních �idel. N�které moduly umož�ují hardwarové hlídání hodnot vstup� [8]. ADAM 6000 je �ada modul�, v kterých je implementován HTTP server pro snadné monitorování a nastavování modul� p�es webové rozhraní pomocí pr�myslového protokolu MODBUS/TCP. Moduly komunikují p�es rozhraní ETHERNET. K dispozici je n�kolik modul� pro bezdrátové spojení dle IEEE802.11b . N�které moduly umož�ují hardwarové hlídání hodnot vstup� [8]. ADAM 8000 je �ada submodul�, z kterých se sestaví modul s požadovanými parametry. Sb�rnice pro komunikaci submodul� je uložena v DIN lišt�. Moduly komunikují p�es pr�myslovou sb�rnici Fieldbus. K dispozici jsou submoduly pro komunikaci se sít�mi ETHERNET, Pofibus, DeviceNet a CANOpen [8]. BAS 2000 ( Building Automation Systems ) jsou moduly ur�ené k automatizaci budov [8].

- 25 -

3.1 Senzorový systém s moduly �ady ADAM 4000 Aplika�ní oblasti

�� Vzdálené získávání informací �� Sledování procesu �� �ízení pr�myslového procesu �� Hospoda�ení s energií �� Dispe�erské �ízení �� Bezpe�nostní systémy �� Laboratorní aplikace �� Automatizace budov �� Testování produkt�

Mezi pr�myslovým a laboratorním prost�edím je �ada rozdíl� souvisejících s pracovním

prost�edím, prostorovými možnostmi, možným p�ístrojovým vybavením a charakterem úloh. S p�ihlédnutím k t�mto souvislostem a k cen� systému byly pro vytvo�ení senzorového systému v laborato�i vybrány m��icí moduly �ady ADAM 4000 od firmy Advantech. Senzorový systém poskládaný z t�chto modul� má tyto p�ednosti:

�� Jejich malé rozm�ry vyhovují omezeným prostorovým možnostem laborato�e. Jsou uzp�sobeny pro montáž na DIN lištu a v p�ípad� pot�eby je možné upevnit je p�ímo na ze�.

�� V laborato�i nejsou tak nep�íznivé podmínky jako v pr�myslu a proto není nutné mít moduly s vyšším stupn�m krytí. Z tohotu d�vodu je možné použít levn�jší moduly.

�� �ešení krytu modul� umož�uje obsluze systému lehkou identifikaci typu modul� pouhým zrakem, výhodou je také popis kanál� svorkovnice a sv�telná signalizace stavu modulu, pop�ípad� m��ené hodnoty, což zp�ehled�uje práci se systémem.

�� Moduly �ady 4000 umož�ují m��it frekvence do 50 kHz, nap�tí v rozsazích ± 0.1 V, ± 0.5 V, ± 1, ± 5 V a ± 10 V, proudy v rozsahu ± 20 mA a 4 - 20 mA, n�které moduly umož�ují volbu rozsahu kanálu nezávisle na ostatních kanálech. Dále je možno m��it teploty pomocí termo�lánk� a odporových teplotních �idel, k dispozici jsou moduly pro m��ení na odporových mostech, moduly pro ovládání relé, moduly s analogovými výstupy, nebo moduly s bipolárními vstupy/výstupy. Takovýto rozsah m��itelných veli�in je dostate�ný pro v�tšinu laboratorních úloh, nejen p�edm�tu Senzorové systémy.

�� Moduly jsou do systému zapojeny pomocí vodi�� p�ipevn�ných ve svorkovnici a proto se jednoduše vym��ují a p�idávají. To zajiš�uje vysokou variabilitu systému.

�� Moduly jsou pln� ovladatelné p�es sb�rnici RS 485 a umož�ují vzdálené zm�ny svých parametr�.

�� Komunikace je možná pomocí protokolu MODBUS/RTU a protokolu ASCII. Zvlášt� ASCII protokol je pro svou jednoduchost vhodný pro tvorbu uživatelských obslužných program�.

- 26 -

3.1.1 Popis systému s moduly ADAM 4000 Moduly �ady ADAM 4000 mají p�t kanál�, které jsou stejné u všech modul� :

�� (R) +Vs kladný pól zdroje napájecího nap�tí pro moduly ADAM �� (B) GND záporný pól zdroje napájecího nap�tí pro moduly ADAM �� (Y) DATA+ kanál pro p�ipojení vodi�e A sb�rnice RS 485 �� (G) DATA- kanál pro p�ipojení vodi�e B sb�rnice RS 485 �� INIT* kanál pro uvedení modulu do INIT* stavu

U modul� ADAM 4017+ má kanál INIT* navíc funkci záporného pólu m��icího kanálu

Vin7 a ozna�ení INIT* chybí. P�epínání mezi funkcemi tohoto kanálu je �ešeno pomocí p�epína�e na boku modulu. INIT* stav

Pro fungování komunikace mezi m��icími moduly je nutné, aby všechny moduly na sb�rnici m�li nastavenou stejnou rychlost komunikace, stejn� nastavený checksum (viz. níže) a navzájem r�zné adresy. M�že se stát, že vlivem špatného nastavení není možné s m��icím modulem komunikovat a nastavení opravit. �ešením takové situace je uvedení m��icího modulu do INIT* stavu. Provede se to propojením kanálu INIT* a kanálem (B) GND. Pokud je modul v INIT* stavu, je asi po deseti sekundách obnoveno tovární nastavení adresy ( 00h ), komunika�ní rychlosti ( 9600 bps ) a nastavení checksumu ( vypnuto, disabled ). Checksum

Úkolem kontrolního sou�tu ( dále cheksum ) je detekovat chybu v komunika�ním rámci. Checksum je dán dv�ma hexadecimálními znaky v ASCII formátu. Ty reprezentují modulo 256 sou�et všech hexadecimálních hodnot znak� v rámci, krom� ukon�ovacího znaku a znak� checksumu. Pokud rámec obsahuje chyby, je sou�et hex. hodnot všech znak� jiný než checksum. Tato ochrana selže, pokud se modulo 256 sou�et všech hexadecimálních hodnot znak� v rámci liší od checksumu práv� o násobky 256 ( 100 hex. ), nebo pokud se vyskytne chyba p�ímo v checksumu. Nastavení rychlosti komunikace a checksum módu

Na rozdíl od ostatních parametr� m��icích modul� se musí rychlost komunikace a checksum nastavovat pokud je modul v INIT* stavu. Postup je následující :

�� Propojí se kanály INIT* a (B) GND, tím se modul uvede do INIT* stavu. �� Po�ká se asi 10 sekund, než se obnoví tovární nastavení. �� Nastaví se nové parametry modulu. �� Modul se vypne ( odpojí od napájení ). �� Odstraní se propojení kanál� INIT* a (B) GND. �� Modul se zapne ( p�ipojí k napájení ).

- 27 -

U modul� ADAM 4017+ se navíc musí na za�átku postupu p�epnout p�epína� na boku

modulu do polohy Init a po provedení postupu p�epnout zp�t , do polohy Normal. . Napájecí zdroj

Moduly ADAM pot�ebují napájecí nap�tí v rozmezí 10 až 30 V. Maximální zvln�ní napájecího nap�tí musí být menší než 5 VPTP ( Peak – To – Peak ) a maximální p�íkon jednoho modulu ADAM je 1.2 W. Tyto požadavky spl�uje zdroj nap�tí PWR – 242, jehož výhodou je možnost montáže na DIN lištu. Topologie

EIA RS-485 je nejpoužívan�jší pr�myslový obousm�rný standard p�enosového vedení. Je specificky vyvinut pro pr�myslové vícebodové propojení systém� schopných vysílat a p�ijímat data vysokými rychlostmi a na dlouhé vzdálenosti. Vlastnosti protokolu EIA RS-485:

�� maximální délka segmentu 1200m �� propustnost 10Mbaud a vyšší �� symetrické vedení odolné v��i šumu �� maximáln� 32 uzl� v jednom segmentu �� obousm�rná komunikace typu master-slave p�es jeden pár kroucené dvoulinky �� paraleln� propojené uzly

Moduly ADAM jsou pln� izolované a používají pouze jeden pár kroucené dvoulinky pro

p�íjem i vysílání dat. Díky paralelnímu propojení jednotlivých uzl�, m�že být libovolný uzel odpojen bez jakéhokoliv následku na zbytek sít�. V pr�myslovém prost�edí je vhodn�jší použít stín�ný kroucený kabel kv�li v�tší odolnosti proti okolnímu rušení. Když jednotlivé uzly komunikují, nem�že nastat žádný komunika�ní konflikt díky použité jednoduché metod� p�íkaz/odpov��. Vždy existuje pouze jeden iniciátor - master (bez adresy) a n�kolik pod�ízených uzl� - slav (s adresou). V našem p�ípad� je master osobní po�íta�, který je p�es rozhraní RS-232, déle pak p�es konvektor RS-232/RS-485 p�ipojen k slave modul�m ADAM. Pokud moduly práv� nevysílají data jsou v naslouchacím módu. Po�íta� zahajuje p�íkaz/odpov�� komunikaci s n�kterým z modul�. P�íkazy normáln� obsahují adresu jednotky s kterou chce hostitel komunikovat. Jednotka s odpovídající adresou zpracuje p�íkaz a odpovídající odpov�� hostiteli. Základní rozvržení která mohou být použitá pro RS-485 sí� jsou: Sb�rnice:

Poslední modul, který se nachází v segmentu je opakova�. P�ímo napojen na hlavní komunika�ní vedení a ukon�uje první �ást a zárove� za�íná další. Maximální po�et modul� v jednom segmentu je 32. Celkov� m�že být zapojeno až 256 adresovaných modul�. Limitace na toto �íslo je kv�li použití maximálního dvouciferného hexadecimálního �ísla, které práv�

- 28 -

umož�uje 256 kombinací. Konvertor, opakova� ani po�íta� nejsou adresované jednotky a proto se nezapo�ítávají.

Obr. 10. Topologie typu sb�rnice

Hv�zda: V této topologii jsou opakova�e p�ipojeny tak aby tvo�ili jednotlivé v�tve. Výsledkem

je stromová struktura. Toto zapojení není však doporu�ené pro dlouhé vzdálenosti, kv�li vznikajícím odraz�m na koncích vedení, které zp�sobují rušení signálu.

Obr. 11. Topologie typu hv�zda

- 29 -

Kombinace sb�rnice a hv�zdy:

Obr. 12. Topologie typu sb�rnice/hv�zda

Ukon�ení vedení Každá nehomogenita v impedanci zp�sobuje odrazy a deformace signálu. Když se vyskytne nehomogenita v impedanci vedení, vznikne odraz signálu. To vede k deformaci užite�ného signálu. Pro eliminaci t�chto odraz� je zapot�ebí ukon�it vedení odporem. Hodnota odporu rezistoru by se m�la co nejvíce blížit hodnot� charakteristické impedance vedení. A�koli za�ízení p�ijíma�e p�idávají ur�itý odpor k celému p�enosovému vedení, v praxi je dosta�ující, aby impedance odporu byla shodná s charakteristickou impedancí vedení.

3.1.2 ADAM - 4000 Utility Software

Spole�n� s moduly je dodáván také základní obslužný program ADAM - 4000 Utility Software. Tento program umož�uje nastavovat parametry modul�, kalibrovat vstupy a výstupy, vyhledat všechny moduly p�ipojené ke sb�rnici, nastavovat signaliza�ní limity a zobrazovat stavy na vstupech a výstupech m��icích kanál�. Program neumí ukládat nam��ená data a tím je jeho využïtí pro m��ení složit�jších úloh zna�n� omezeno.

- 30 -

4. M��ICÍ SYSTÉM

V rámci této diplomové práce byl vytvo�en m��icí systém obsahující moduly

pr�myslového senzorového systému ADAM 4000, dále obsahuje p�ípravky, konstrukce a po�íta� s p�íslušným softwarovým vybavením. Pojmem m��icí systém tedy bude ozna�ovat celkové zapojení všech p�ístroj� a p�ípravk� pot�ebných pro m��ení. Na Obr. 13 je schéma m��icího �et�zce.

Obr. 13. Blokové schéma m��icího �et�zce

P�evodní a m��ící �ást je umíst�na na mobilním panelu. Na panelu jsou namontovány t�i DIN lišty, na které jsou p�ipevn�ny m��icí moduly ADAM a další moduly a p�ípravky, pot�ebné pro chod m��icího sytému. Moduly a p�ípravky jsou propojeny vodi�i, které jsou vedeny v lištách. Panel dále disponuje rozm�rnou odkládací plochou pro použité p�ístroje a p�ípravky. V základn� panelu jsou pohyblivá kole�ka, která umož�ují p�emístit celý panel na vhodné místo. Schéma panelu a jeho foto je uvedeno na Obr. 14, respektive na Obr. 15.

- 31 -

Obr. 14. Schéma zapojení panelu

1. 2. 3. 4. 5. 6.

- 32 -

1. P�evodník RS-232/RS-485 2. Moduly ADAM 3. Zdí�ková pole modul� 4. Jisti� s pomocným kontaktem, 4 stejnosm�rná relé 24V. Cívky relé a pomocný kontakt

je vyvedeny na zdí�kové pole 5. P�ípravek s termistorem, inteligentní senzor teploty. Vstupy a výstupy senzor� jsou

vyvedeny na zdí�kové pole 6. Modul s potenciometrem ukon�ující vedení

Obr. 15. Foto panelu

- 33 -

P�ípravek obsahuje celkem 6 modul�. Adresy jsou p�i�azeny od 1 do 6. Adresace je provedena pomocí ADAM Utility (Obr. 16).

Obr. 16. Adresace

ADAM 4017+ - Analogový vstupní modul

Jedná se m��icí modul s osmi analogovými vstupními kanály. Tyto kanály jsou na sob� nezávislé a umož�ují nastavovat rozsahy každého kanálu zvláš�. Modul z t�chto kanál� st�ídav� �te jejich úrovn� ( muntiplexuje kanály ) a p�evádí pomocí A/D p�evodníku do digitální podoby. Vzorkovací frekvence je 10 vzork� za sekundu p�i multiplexování všech kanál�. Kanály jsou galvanicky odd�leny od zbytku modulu. Modul umož�uje m��it, krom� nap�tí, i proudy, ale mezi vstupy kanálu musí být zapojen rezistor o odporu 125 . Tyto rezistory jsou v modulu implementovány, ale nejsou p�ipojeny mezi vstupy kanál�. P�ipojí se až p�i nastavení kanálu na m��ení proudu, pomocí jumper�. ADAM 4016 - Analogový vstupn�/výstupní modul

Tento modul je navržen pro m��ení pomocí odporových most� ( strain gauge ). Obsahuje nastavitelný zdroj nap�tí 0 až 10 V, vstupy pro m��ení proudu ( ± 20 mA ) a vstupy pro m��ení nap�tí ( rozsahy : ± 15 mV, ± 50 mV, ± 100 mV, ± 500 mV ). Modul dále obsahuje �ty�i bipolární výstupy, ur�ené pro spínání pomocí polovodi�ových relé ( SSR – Solid-State Relay ). Dva z t�chto výstup� lze použít pro signalizaci p�ekro�ení nastavených úrovní u m��icích vstup�.

- 34 -

Je-li aktivována signalizace ( p�íkaz Enable Alarm ), odpovídají logické úrovn� na výstupech DO1/HI a DO0/LO úrovni na m��icím vstupu a to takto :

�� je–li úrove� na m��icím vstupu menší než hodnota nastaveného dolního limitu, je na DO0/LO logická 1

�� je–li úrove� na m��icím vstupu v�tší než hodnota nastaveného horního limitu, je na DO1/HI logická 1

�� je–li úrove� na m��icím vstupu uvnit� intervalu daného horním a dolním limitem, jsou na obou bipolárních výstupech logické 0

Modul umož�uje dva zp�soby signalizace. První zp�sob je nazván Momentary a dal by se

ozna�it jako okamžitý mód, vyjad�ující aktuální stav na m��icím vstupu. Druhý zp�sob je nazýván Latch a lze ozna�it jako blokovaný mód. P�i zm�n� stav� signaliza�ních výstup� , se signalizace zablokuje a dokud není �ídícím po�íta�em odblokována, nereaguje na stav m��icího vstupu. ADAM 4080D - Vstupní modul s �íta�i / �asova�i

M��icí modul ADAM 4080D obsahuje dva na sob� nezávislé 32-bitové �íta�e/�asova�e. Oba �íta�e/�asova�e umož�ují m��it kmito�ty až do 50 kHz, nebo po�ítat impulsy až do po�tu 232. Oproti jiným modul�m je tento vybaven 5-ti místným LED displejem, na kterém se zobrazuje hodnota jednoho z �íta��/�asova��, nebo data z �ídícího po�íta�e.

Každý �íta�/�asova� má vlastní kanál Gate, kterým lze �íta�e/�asova�e extern� spoušt�t a zastavovat. Modul umož�uje nastavit aktivní úrove� Gate , takzvaný Gatemód, na logickou 0 , logickou 1 , nebo Gate ignorovat.

V modulu je dále programovatelný digitální filtr, pomocí kterého lze odstranit šum ze vstupního signálu. Tento filtr se programuje nastavením minimální doby trvání logické 0 a nastavením minimální doby trvání logické 1. Impulsy které nespl�ují tyto minimální doby trvání jsou ignorovány.

Modul má dva druhy vstupních bran: izolované ( photo-isolation ) a neizolované ( non-isolation ). Izolované brány jsou vybaveny opto�leny a tím chrán�ny do 2500 VRMS oproti zemnímu potenciálu. P�i nastavování modulu je nutné zvolit i druh vstupních bran, protože modul nem�že využívat oba druhy bran najednou. Pro neisolované brány je možné nastavit nap��ové úrovn� pro logickou 0 a logickou 1.

Brány DO1/HI a DO0/LO jsou dvoustavové výstupy, ur�ené ke spínání obvod� za ú�elem signalizace stavu �íta�e 0, nebo za ú�elem dvoustavového �ízení. Jejich úrovn� signalizují p�ekro�ení nastavených limit�. Je-li hodnota �íta�e 0 v zadaném intervalu, jsou ob� brány ve stavu logické 0. Pokud hodnota �íta�e 0 p�ekro�í zadaný horní limit, zm�ní se stav bány DO1/HI z logické 0 na logickou 1 a pokud hodnota �íta�e 0 p�ekro�í zadaný dolní limit, zm�ní se stav bány DO1/HI z logické 1 na logickou 0. Signalizaci lze provád�t ve dvou módech : Momentary a Latch. V Momentary módu, který by se dal ozna�it jako okamžitý mód, vyjad�ují stavy na branách aktuální stav �íta�e 0. V Latch módu, který lze ozna�it jako blokovaný mód, se p�i zm�n� stav� na branách signalizace zablokuje a dokud není �ídícím po�íta�em odblokována, nereaguje na hodnotu �íta�e 0. Pokud není signalizace využívána, je možné brány použít jako oby�ejn� dvoustavové výstupy.

- 35 -

ADAM 4050/4052/4055 -Digitální vstupn� výstupní moduly

Tyto moduly obsahují r�zný po�et digitální vstup� a výstup�. Výstupy jsou schopny spínat až 40V a jsou vhodné nap�. na spínání relé. Vstupy se liší podle toho zda na n� lze p�ivést nap�tí až 30V tzv. “wet” kontakt nebo se pouze hodí pouze k detekovaní rozpojeného obvodu tzv. “dry” kontakt. P�epínání se v�tšinou provádí pomocí jumper�. Modul 4055 navíc obsahuje na �elním panelu LED diody, kde p�ímo indikují stav daného vstupu/výstupu zda je na nich práv� logická 0 nebo 1.

4.1 M��icí �ást

V m��icí �ásti m��icího systému jsou umíst�ny p�ístroje, s jejichž pomocí je provád�no m��ení zkoumané veli�iny. Úkolem m��icí �ásti m��icího systému je p�evod zkoumané veli�iny na veli�iny kompatibilní se vstupy modul� ADAM, jako je elektrické nap�tí, nebo kmito�et a naopak pomocí výstup� ovládat za�ízení jako jsou relé. Jednotlivé m��icí p�ípravky jsou podrobn� uvedeny v jednotlivých úlohách.

4.2 P�evodní �ást

Úkolem p�evodní �ásti m��icího systému je p�evést výstupní veli�iny m��icí �ásti na data, vhodná pro další zpracování v poslední �ásti m��icího systému, tedy �ásti pro zpracování dat. Hlavním prvkem p�evodní �ásti jsou moduly ADAM, které provád�jí p�evod vstupních veli�in na data. Komunikace s moduly a p�enos dat je �ešen p�es komunika�ní rozhraní RS 485 protokolem ASCII, p�ípadn� Modbus/RTU. P�evodní �ást zna�n� zjednoduší zpracování dat, protože bez této �ásti by musel být �ídící po�íta� vybaven složitým hardware, nebo by zpracovával pouze n�které veli�iny. Také jednotná forma posílaných dat, nezávislá na m��ených veli�inách, zna�n� zjednodušuje software pro složit�jší úlohy. Další výhodou p�evodní �ásti je, že p�idáním dalších m��icích modul� ADAM lze zv�tšit po�et m��icích kanál�, nebo m��it jiné veli�iny a to bez výrazných zásah� do ostatních �ástí m��icího systému.

Vstupem p�evodní �ásti jsou výstupy m��icí �ásti, tedy elektrické veli�iny, které jsou

mezi t�mito �ástmi m��icího systému p�enášeny pomocí vodi�� s konektory typu banánek. Protože tyto konektory nejsou kompatibilní se vstupy m��icích modul�, typu svorkovnice, musí být vodi�e p�ipojeny p�es zdí�ková pole pro p�ipojení m��icích modul�. Použití vodi�� s konektory, které neumož�ují p�ímé p�ipojení na m��icí moduly vypadá nelogicky, ale vezmeme-li v úvahu, že se p�ístroje v m��icí �ásti budou m�nit a tím také �asto p�ipojovat a odpojovat, je šroubování vodi�� do svorkovnic modul� nepraktické. Navíc je na zdí�kových polích pro p�ipojení m��icích modul� umíst�n vypína�, kterým se dá konkrétní m��icí modul vypnout. To je výhodné p�i úlohách, které nevyužívají všechny m��icí moduly. Šet�í se tak energie i nevyužité moduly.

Celá p�evodní �ást m��icího systému je umíst�na na mobilním panelu pro p�evodní

�ást systému, na kterém jsou jednotlivé prvky p�evodní �ásti upevn�ny na DIN lištách. Tímto je zajišt�no p�ehledné a komfortní m��ení. Pokud se �ást pro zpracování dat a m��icí �ást dají

- 36 -

p�emístit na polici panelu pro p�evodní �ást, stane se tak celý m��icí systém lehce p�emístitelným. Zdí�ková pole pro m��icí moduly

Tyto p�ípravky slouží k propojení m��icí �ásti s p�evodní �ástí, konkrétn� tvo�í rozhraní mezi vodi�i s konektory typu banánek a svorkovnicemi na vstupech m��icích modul�. Jsou vyrobeny z krabi�ek U-KPDIN3 a jsou ur�eny, stejn� jako m��icí moduly ADAM, k montáži na DIN lištu. Na p�ípravku jsou zdí�ky pro konektory typu banánek, ty jsou propojeny se svorkovnicemi p�ípravku a z t�chto svorkovnic vedou vodi�e p�ímo na svorkovnice modul� ADAM.

4.3 �ídicí �ást

Tato �ást �ídí celý m��icí systém a tvo�í rozhraní mezi obsluhou a m��icím systémem. Hlavním prvkem této �ásti je po�íta� PC s p�íslušenstvím. Na po�íta�i je nainstalováno vývojové prost�edí Adventech ADAMView

Nároky na �ídící po�íta� jsou pom�rn� nízké. Základní podmínky jsou dv�. První je

možnost komunikace s moduly ADAM, kde se nabízí široká �ada možností díky modul�m realizujícím p�evod mezi komunika�ní sb�rnicí RS 485 a sb�rnicemi jako RS 232, Ethernet, WiFi, USB a jiné . Druhá nutná podmínka je možnost spušt�ní obslužných program�. Pokud by bylo m��ení náro�né na rychlost zm�ny m��ené veli�iny a na po�et používaných modul� ADAM, je nutné zvolit dostate�n� rychlý po�íta�. Pokud by byl po�íta� pomalý, prodlužovala by se doba m��ení, doba reakce systému a zhoršovalo by se �asové rozlišení m��ení. Stejné problémy se mohou vyskytnout, pokud budou spole�n� s obslužnými programy spušt�ny i jiné náro�né aplikace.

- 37 -

5. VÝVOJOVÉ PROST�EDÍ ADAMVIEW

ADAMView je komplexní aplika�ní vývojové prost�edí pro sb�r a kontrolu dat.

Umož�uje vývoj aplikací pro použití v opera�ním systému MS Windows. Poskytuje progresivní programovací nástroje pro snadné použití.

Na Obr. 17 je vid�t architektura ADAMView. Je modulárn� orientovaný s otev�enou architekturou. Otev�ená platforma umož�uje integraci s ostatními aplikacemi pro sdílení real-time �ídících dat.

Obr. 17. Architektura ADAMView

Data center

Je centrální úschovna pro �ídící a vlastní sbíraná data. Má na starosti management všech dat v ADAMView a poskytuje kolem t�í set rozhraní s okolím, nap�. DDE, OLE Automation, C API. I/O Driver

Je zodpov�dný za real-time p�ístup dat z/do hardwaru. Pokrývá veškerý hardware pr�myslového automatiza�ního systému Advantech, v�etn� modul� �ady 4000 a 5000. Task designer

Je zodpov�dný za vytvá�ení aplika�ního systému. ADAMView poskytuje �adu základních funk�ních blok� pro získání dat i pro jejich kontrolu bez složitého programování.

- 38 -

Dovoluje navrhovat i vykonávat vícenásobné úkoly sou�asn�, tzn. rozd�lit komplexní systém do n�kolika nezávislých úkol� a vykonat je sou�asn�. Display designer

Slouží k vytvá�ení vizualizace systému. Poskytuje b�žné grafické nástroje k vytvo�ení p�ehledného uživatelského rozhraní. Report designer

Umož�uje tvorbu a generování report�. Script designer

Je zodpov�dný za regula�ní úkony, analýzu a zpracování dat. ADAMView poskytuje vývojové prost�edí kompatibilní s Visual Basic.

5.1 Seznámení a popis ADAMView

Program vytvo�ený v ADAMView je ukládána jako soubor s p�íponou .GNI. Je to binární soubor, který obsahuje veškeré informace o editaci. Vytvo�ený soubor je definován minimáln� jedním nebo více objekty “TASK”, minimáln� jedním nebo více objekty “DISPLAY”, jedním nebo žádným objektem “MAIN SCRIPT”. Tyto t�i objekty jsou základní prvky každého souboru.

TASK je skupina ur�itého po�tu ikon, které odpovídají r�zným funk�ním blok�m. DISPLAY je soubor prvk�, které jsou následn� zobrazeny v uživatelském rozhraní. Prvky TASK a DISPLAY jsou tedy stavební prvky celého vytvo�eného souboru. Ikony (bloky) v TASK jsou propojeny viditelnými linkami. Propojení mezi bloky v TASK a v DISPLAY jsou v podstat� odkazy a propojení není viditelné. Každé TASK i DISPLAY má vlastní nastavení. P�i vytvo�ení mají defaultní nastavení, které m�že být následn� zm�n�no, nap�.: start/stop signál, viditelnost, název.

5.1.1 Display designer

Display designer poskytuje objektov� založené prost�edí k vytvo�eni grafického uživatelské rozhraní. Uživatelské rozhraní umož�uje monitorovat, spravovat a ovládat procesy. Uživatelské rozhraní obsahuje nap�.: m�ri�e, grafy, tla�ítka, LED ukazatele.

Obr. 18. Display designer

- 39 -

Textové pole (Text String) Slouží k zobrazení textu, nelze jej propojit s žádným funk�ním blokem.

Binární tla�ítko (Binary Button) Slouží k vyslaní binární 0 nebo 1 p�i�azenému TASK bloku. Parametry: TAG: pole pro specifický název použitý v programu. LABEL: libovolný text zobrazený na tla�ítku. OPERATING STYLE: specifikuje funkci tla�ítka (ON-OFF p�epíná mezi 0 a 1, MOMENTARY vysílá puls – vrací se do p�vodního stavu, RADIO p�i sepnutí vrací do p�vodního stavu nadefinované ostatní tla�ítka). OUTPUT VALUE: nastavuje hodnotu u p�i stisku na 0/1 a naopak u nestisklého tla�ítka.

Indikátor (Indicator) LED indikátor zobrazuje stav daného digitálního bloku. Parametry: STYLE: složí k výb�ru tvaru indikátoru (obdélník, kruh, elipsa). COLOR: slouží k nastavení barvy pro 0 a 1.

íselné pole (Numeric String) Zobrazuje �íselna data z daného TASK bloku. Parametry: DATA TYPE: nastavení typu (real, integer, string). DISPLAY FORMAT: nastavení formátu, nap�: 0.00. UPDATE RATE: k nastavení jiného obnovovacího �asu než má zbytek úlohy. Nap�. b�ží-li úloha na 100Hz tak pro zobrazení periody 20Hz nastavíme hodnotu na 5.

asový graf (Trend Graph) Umož�uje zobrazení dat i z více zdroj� v závislosti na �ase.

XY graf (XY Graph) Slouží k zobrazeni dat dvou r�zných blok� oproti sob�.

Skupina (Group Box) Slouží k ohrani�ení objekt�.

Sloupcový graf (Bar Graph) Slouží k zobrazení dat. M�že být orientovaný horizontáln� nebo vertikáln�.

Ovládací �íselné pole (Numeric control) Slouží k vyslaní �ísla do p�i�azeného TASK bloku. Umož�uje nastavení mezích hodnot. Parametry: DATA TYPE: nastavení typu (real, integer). INITIAL VALUE: po�áte�ní hodnota p�i spušt�ní. STEP VALUE: nastavení hodnoty jednoho kroku odpovídají zmá�knutí šipky nahoru nebo dolu.

- 40 -

Ovládací textové pole (String control) Slouží k vyslaní �et�zce.

Oto�ný ovlada� (Knob) Slouží k vyslaní �ísla do p�i�azeného TASK bloku. Umož�uje nastavení velikosti, nastavení stupnice, zobrazení aktuální hodnoty atd. Parametry: KNOB ACTION: k nastavení jestli ovlada� umož�uje nastavení celých (incremental) nebo reálných �ísel (smooth).

Analogový m��i� (Analog Meter) Zobrazuje �íselná data z daného TASK bloku ve form� ru�kového m��i�e. Umož�uje nastavení stupnice v�etn� barevného rozd�lení segment� stupnice.

Posuvný ovlada� (Slider Control) Slouží k vyslaní �ísla do p�i�azeného TASK bloku. Umož�uje nastavení velikosti, nastavení stupnice. Parametry: SLIDER ACTION: k nastavení jestli ovlada� umož�uje nastavení celých (incremental) nebo reálných �ísel (smooth).

Graf historie (Historical Trend) Slouží k zp�tné manipulaci a prohlížení dat.

Conditional Text Toto pole má vstupní i výstupní vlastnost. Slouží k zobrazení textu, která odpovídá �íselné hodnot� 0-7 na vstupu pole.

Conditional Bitmap Slouží k zobrazení bitmapy, která odpovídá �íselné hodnot� 0-7 na vstupu.

Conditional Buton Toto tla�ítko má vstupní i výstupní vlastnost. M�že pracovat jako b�žné binární tla�ítko nebo podle binární hodnoty na vstupu zobrazit stav jako stisklé/nestisklé tla�ítko.

Tla�ítko Menu (Menu Button) Toto tla�ítko je používáno za b�hu systému a m�že poskytovat dv� funkce. M�že p�epínat mezi obrazovkami nebo mu lze p�i�adit akci jako pauza, stop, start atd.

Kreslicí nástroje (Drawing Tools)

- 41 -

Umož�uje nakreslit libovolný objekt, který má možnost m�nit barvy odpovídající binárnímu vstupu.

Okno událostí (Event Log Draw) Slouží k zobrazení okna s událostmi.

5.1.2 Task designer

Je zodpov�dný za vytvá�ení aplika�ního systému. Poskytuje �adu základních funk�ních blok� pro získání dat i pro jejich kontrolu.

Obr. 19. Task designer

Sériový port (RS-232) RS-232 blok (blok sériového rozhraní) je užívaný pro komunikaci mezi hlavním po�íta�em a dalšími sériovými za�ízeními (další po�íta�e, ADAM jednotky, atd.), které podporují RS-232 standard. Data ve form� �et�zce jsou vyslána do za�ízení a odpov�� ze za�ízení m�že být následn� zpracována bloky v ADAMView. Data na mohou být na za�ízení odesílána i dynamicky, nap�. pomocí skriptu. Parametry: DEVICE/ITEM FIELD: Specifikuje COM za�ízení p�i�azené bloku. IDLE TIME (v ms): �as po který ADAMView �eká než za�ne hledat odpov�� ze sériového za�ízení. WAIT TIME (v ms): �as po který ADAMView �eké na odpov�� ze za�ízení. Po uplynutí opakuje vysílání. RETRY: po�et opakování vysílaní než dojde k ukon�ení. Lze nastavit hodnotu 0-3. INITIAL STRING: Inicializa�ní �et�zec používaný ke konfiguraci p�ipojeného za�ízení, data která p�ijdou zp�t jsou zahozena. PROMT STRING: Po inicializa�ní procedu�e dojde vyslaní tohoto �et�zce a jeho následující odpov�� již dále m�že být zpracována v ADAMView.

Alarm log Tento blok slouží k nastavení mezních hodnot signálu, p�i kterých dojde k alarmu. Tento blok má vstupní i výstupní vlastnost. Informace o alarmech jsou ukládána do souboru ADAMView Event Log File (\ADAMVIEW\ADAMVIEW.ELF). Veškeré informace o alarmech mohou být p�ímo zobrazena a potvrzována z uživatelského displeje. K alarmu dojde po p�ekro�ení jedné z následující mezí, každému stavu odpovídá i výstupní hodnota bloku: 1 Vstupní data jsou nad High - High hodnotou (výstup 4) 2 Vstupní data jsou mezi High a High - High hodnotou (výstup 2) 3 Vstupní data jsou mezi High a Low hodnotou (výstup 0) 4 Vstupní data jsou mezi Low a Low - Low hodnotou (výstup 1)

- 42 -

5 Vstupní data jsou pod Low - Low hodnotou (výstup 3) Potvrzování alarm� probíhá dvojklikem na daný alarm v Alarm Log Eventu. Po potvrzení zm�ní barvu z �ervené na šedou.

Analogový vstup (Analog input) Základní blok, který získává analogovou hodnotu z vstupn�/výstupní jednotky nebo z rozhraní OPC. Parametry: DEVICE/ITEM: p�i�azená jednotka nebo OPC. FROM CHANNEL a TO CHANNEL: odpovídá rozsahu kanál� p�ímo na jednotce z kterých má blok získávat data. INPUT RANGE: nastavení rozsahu jednotlivých kanál�, nap�.: -5V až 5V. EXPANSION CHANNEL: specifikuje kanály které jsou na p�ídavné kart� p�ipojené k základní desce. UPDATE TIMES: k nastavení jiného obnovovacího �asu než má zbytek úlohy. ESTABLISH DDE LINK: umož�uje propojení s ostatními aplikacemi Windows. SCALING BUTTON: umož�uje zm�nit vstupní rozsah dat na jiný, nap�.: vstupní rozsah -5 až 5 na 0 až 10.

Analogový výstup (Analog Output) Základní blok, který posílá analogovou hodnotu na vstupn�/výstupní jednotky nebo na rozhraní OPC. Parametry: DEVICE/ITEM: p�i�azená jednotka nebo OPC. CHANNEL: kanál p�ímo na jednotce na které má blok posílat data. UPDATE TIMES: k nastavení jiného obnovovacího �asu než má zbytek úlohy. INITIAL VALUE SETTINGS: umož�uje zadat po�áte�ní hodnotu po startu.

Digitální vstup (Digital Input) Základní blok, který získává digitální hodnotu z vstupn�/výstupní jednotky. P�i nastavení �tení ze všech kanál� poskytuje hodnotu až 216 (u jednotky se 16 vstupy). P�i nastavení jednotlivých kanál� poskytuje hodnotu 0 nebo 1. Parametry: DEVICE/ITEM: p�i�azená jednotka nebo OPC. UPDATE TIMES: k nastavení jiného obnovovacího �asu než má zbytek úlohy. ESTABLISH DDE LINK: umož�uje propojení s ostatními aplikacemi Windows.

Digitální výstup (Digital Output) Základní blok, který posílá digitální hodnotu na vstupn�/výstupní jednotky nebo na rozhraní OPC. Parametry: DEVICE/ITEM: p�i�azená jednotka nebo OPC. ENABLE BLOCK OUTPUT: Tento blok umož�uje poslat hodnotu na jeden kanál nebo na všechny kanály jednotky v jednom skenu. P�i zvolení této volby je nutné p�ivést na výstup �íslo, které má 16 bit�. INITIAL VALUE SETTINGS: umož�uje zadat po�áte�ní hodnotu po startu. UPDATE TIMES: k nastavení jiného obnovovacího �asu než má zbytek úlohy. ESTABLISH DDE LINK: umož�uje propojení s ostatními aplikacemi Windows.

Ramp

- 43 -

Tento blok umož�uje generování desetinných �ísel. Perioda inkrementace/dekrementace je dána obnovovacím �asem úlohy. Generování �ísel m�že být pozastaveno nebo resetováno p�ivedením binární hodnoty na vstup bloku. Parametry: START/STOP VALUE: mezní hodnoty generování. INC/DEC: hodnota která je v každém skenu p�i�tena/ode�tena. RESET FROM BLOCK: blok ze kterého je binární 1 nastaven výstup bloku na dolní mez. HOLD FROM BLOCK: blok ze kterého je binární 1 držen výstup na poslední hodnot�.

On/Off Control Tento blok funguje jako termostat. Na základ� požadované hodnoty je na výstupu 0 nebo 1, podle toho zda vstupní signál je v�tší �i menší než požadovaná hodnota s tolerancí. Parametry: SETPOINT: požadovaná hodnota, m�že být definována dynamicky. DELTA LOW/HIGH: udává mezní hodnoty tolerance.

M��ení termo�lánky (Temperature Measurement) Tento blok je velice podobný bloku Analogový vstup (Analog Input). P�evádí analogový signál p�ímo na teplotu ve stupních Celsia, Fahrenheita, Kelvina, Rankina. Parametry: DEVICE/ITEM: p�i�azená jednotka nebo OPC. CHANNEL: odpovídá kanálu p�ímo na jednotce z které má blok získávat data. INPUT RANGE: nastavení rozsahu jednotlivých kanál�. EXPANSION CHANNEL: specifikuje kanály které jsou na p�ídavné kart� p�ipojené k základní desce. UPDATE TIMES: k nastavení jiného obnovovacího �asu než má zbytek úlohy. ESTABLISH DDE LINK: umož�uje propojení s ostatními aplikacemi Windows. TEMPERATURE SCALE: umož�uje zm�nit stupnici na stupn� Celsia, Fahrenheita, Kelvina, Rankina. THERMOCOUPLE TYPE: slouží ke zvolení typu termo�lánku který daný modul podporuje.

íta� událostí (Event Counter) Jde o softwarový �íta�, který �ítá hodnoty z jakéhokoliv bloku který má binární výstup (0 a 1). íta� m�že být pozastaven nebo resetován p�ivedením binární hodnoty 1 na vstup bloku. Parametry: START/STOP VALUE: po�áte�ní a koncová hodnota �íta�e. INC/DEC: hodnota která je v každém skenu p�i�tena/ode�tena. RESET FROM: blok ze kterého je binární 1 nastaven �íta� na po�áte�ní hodnotu. HOLD FROM: blok ze kterého je binární 1 držen výstup na poslední hodnot�. INPUT FROM: blok, který chceme �ítat.

PID regulátor (PID Control) Tento blok slouží k odstran�ní odchylky mezi aktuální hodnotou a požadovanou hodnotou. PID regulátor je v sou�asné dob� stále nejrozší�en�jší typ regulátoru v pr�myslové praxi.

asova� (Timer) Tento blok se požívá pro �ízení program� závislých na �ase. Jeho výstupem je �íslo, které se inkrementuje každou sekundu nebo desetinu sekundy. as po�ítá bu� od za�átku zpušt�ní programu nebo si p�evezme absolutní �as z Windows. Na výb�r je z n�kolika period, na konci se vrací na hodnotu 0. Parametry: CYCLE:

- 44 -

Rok: Starty od 0 v 00:00:00 1.ledna. M�síc: Starty od 0 v 00:00:00 první den každého m�síce. Týden: Starty od 0 v 00:00:00 v ned�li každý týden. Den: Starty od 0 v 00:00:00 každý den. Hodina: Starty od 0 každou hodinu. Minuta: Starty od 0 každou minutu.

asové razítko (Time Stamp) Výstupem toho to bloku je aktuální �as v r�zných tvarech.

Ukládání do souboru (Log File) Slouží k ukládání dat do externího souboru.

tení ze souboru (Data File) Slouží k na�tení dat z externího souboru.

Pr�m�r (Average) Tento blok po�ítá aritmetický pr�m�r ze vstupních hodnot. Parametry: AVERAGING METHOD: na výb�r sou dv� metody pr�m�rování. Bu� ze všech hodnot nebo jen z ur�itého po�tu posledních.

Reproduktor (Beep) Na základ� p�íchozí binární hodnoty 1 spustí reproduktor v po�íta�i.

Nastavení TASK (Scan Task Setup) Zde se provádí nastavení runtime vlastností celé úlohy. Parametry: SCAN PERIOD: nastavuje délku jednoho scanu. DURATION: umož�uje nastavení délky trvání úlohy. Délka m�že být omezena po�tem scan� nebo �asem. STARTING METHOD: zp�sob spušt�ní úlohy.

DDE p�ipojení server/klient (DDE Link) Umož�uje import/export dat z r�zných aplikací ve Windows.

Matematická operace (Single Operator Control) Tento blok umož�uje velkou �adu matematických operací. Vstupem toho bloku jsou 1 až 2 �ísla podle zvolené operace. Výsledek m�že být p�irozené nebo reálné �íslo.

Hardware alarm (Hardware Alarm) N�které moduly mají v sob� obsaženy funkci hardwarového alarmu. Nap�íklad modul 4016 m�že p�i p�ekro�ení ur�itých mezních hodnot na vstupu sepnout binární výstupy. Povolení hardwarového alarmu musí být provedeno v ADAM Utility.

- 45 -

Parametry: RESET FROM: blok ze kterého je binární 1 blok resetován. ENABLE/DISABLE: blok ze kterého je binární 1 alarm povolen. ALARM LIMITS: zde se nastavují limitní hodnoty alarmu. Na výstupu m�že být: 0: Nenastal žádný alarm 1: Byla p�ekro�ena spodní mez alarmu 2: Byla p�ekro�ena horní mez alarmu

íta� (Event Counter/Frequency Counter/Pulse) Tento blok funguje jako �íta�, me�i� frekvence nebo m�že být použit jako generátor pravoúhlých puls� a p�ipojen další bloky. Parametry: RESET FROM: blok ze kterého je binární 1 blok resetován, �íta� je nastaven na po�áte�ní hodnotu. STAR/STOP: blok ze kterého je binární 1 �ítání p�erušeno.

P�ehráva� zvuku (Conditional Wave File Playback) Tento blok na základ� �ísla 0-7 p�ehraje zvukovou stopu ve formátu *.wav

P�ipojení vzdáleného zdroje dat (Network Tag) Tento blok slouží k p�ipojení dat ze serveru v jiné síti. Parametry: NODE NAME: jméno serveru s danou IP adresou. TASK NAME/TAG NAME/CHANNELS/ DATA TYPE: specifikuje konkrétní blok na vzdáleném serveru.

Tag Tento blok složí jako p�echod mezi bloky v TASK Designerovi a DISPLAY Designerovi a naopak.

- 46 -

6. LABORATORNÍ ÚLOHY

6.1 Tutoriál

Pro názorný p�íklad aplikace byl požit modul 4080D, který je k m��ení kmito�tu nebo funguje jako �íta�. Tento tutoriál ukazuje základní mechanismy práce s moduly a programem ADAMView. Tutoriál není sou�ástí laboratorních úloh.

1. Modul, který ješt� nebyl p�ipojen je nutné nejd�íve naadresovat. U vypnutého modulu propojíme zdí�ky INIT a GND a modul zapneme.

2. Spustíme ADAM Utility. V levém menu vybereme v záložce ADAM4000_5000 port,

který máme p�ipojený do sít� a nastavíme parametry (Obr. 20).

Obr. 20. Tutoriál 1

3. Po nastavení parametr� spustíme vyhledávání modul� pomocí Tools -> Search -> Start. Pod daným portem by se m�l objevit nový modul, který má za svým názvem hv�zdi�ku. To znamená, že modul je v INIT režimu a dá se m�nit jeho nastavení v�etn� adresy. Každý model má r�zné možnosti nastavení, ale vždy obsahuje pole pro nastavení adresy, která musí být v síti jedine�ná. Dáme tedy nap�. adresu 6 a uložíme

- 47 -

zm�ny pomocí Apply changes. Modul vypneme rozpojíme zdí�ky INIT a GND a znovu pomoci Tools -> Search -> Start vyhledáme moduly. Pokud se zm�na uložila správn�, nalezneme v síti modul s adresou 6, nap�.: 4080D(6). Vypneme ADAM Utilitu.

4. Nyní m�žeme p�istoupit k zobrazení dat v prost�edí ADAMView. Spustíme

ADAMView Builder a založíme novou STRATEGY pomocí File->New. Pomocí

ikony Add devices nejd�íve p�ipojíme modul. V okn� Supported devices p�idáme COM port pomocí Advantech COM Device->Add, kterému nastavíme parametry viz. Obr 1. Poté již p�idáme vlastní modul Adventech ADAM-4000 Modules->Add, u kterého nastavíme model a adresu (Obr. 21).

Obr. 21. Tutoriál 2

5. V TASK Designerovi vložíme objekt H/W Event Counter , kterému p�i�adíme modul pomocí tla�ítka Select. Vybereme m��icí kanál 0 a nastavíme do režimu m��ení kmito�tu. Zav�eme tla�ítkem OK (Obr. 22).

- 48 -

Obr. 22. Tutoriál 3

6. V DISPLAY Designerovi použijeme objekt Numeric String ke zobrazení hodnoty. Zdroj dat vybereme pomocí Select (Obr. 23).

- 49 -

Obr. 23. Tutoriál 4

7. Nyní m�žeme úlohu spustit pomocí tla�ítka Start a zobrazíme aktuální hodnoty.

- 50 -

6.2 Adresace Aby bylo možné pracovat s moduly ADAM v prost�edí ADAMView je nutné veškeré moduly pro ADAMView nadefinovat a p�i�adit jim adresu, která byla nadefinována pomocí ADAM

Utility. Toto nastavení se provádí pomocí ikony Add Devices p�ímo z ADAMView nebo spušt�ním ADAM Device manageru z Windows. Pro náš p�ípravek vypadá adresní struktura podle Obr. 24.

Obr. 24. Adresní struktura v ADAMView

- 51 -

6.3 M��ení hmotnosti pomocí tenzometr�

Teoretický úvod: Tenzometr Tenzometr je sníma�, jehož odpor se m�ní dle p�sobící síly. P�evádí sílu, tlak, pnutí, hmotnost apod. na zm�nu elektrického odporu, který pak m�že být zm��en. Tenzometr je realizován jako vodi� na tenkém (obvykle polyamidovém) filmu s nímž je pevn� spojen. Vodi� je vytvo�en leptáním tenké kovové (nej�ast�ji konstantanové) fólie, a pro dosažení co nejv�tší efektivní délky je meandrovit� poskládán. P�i protažení materiálu na n�mž je tenzometr p�ilepen dochází i k protažení vodi�e tenzometru, jenž tím zv�tší svoji délku a zmenší pr��ez �ímž ve výsledku zv�tší sv�j odpor. Opa�n� se jeho odpor snižuje p�i kompresi. Proto se tenzometry zapojují do tzv. wheatstonova m�stku. Pomocí n�ho se dá, zjednodušen� �e�eno, m��it pouze zm�na odporu jako velikost jeho výstupního nap�tí. M�stek se skládá ze dvou nap��ových d�li��, p�i�emž výstupní nap�tí je tvo�eno rozdílem výstupních nap�tí jednotlivých d�li�� (v�tví m�stku), nezávisle na jejich absolutní hodnot�. Souhlasná zm�na nap�tí v obou v�tvích m�stku se na výstupním nap�tí m�stku neprojeví. Pouze nesouhlasná velikost nap�tí v jednotlivých v�tvích dá na výstupu m�stku nap�tí o velikosti jejich rozdílu. Pokud bude nap�tí v obou v�tvích stejné, tak m�stek bude tzv. vyvážený a na jeho výstupu bude nulové nap�tí. Zm�na kteréhokoliv odporu nyní zp�sobí rozvážení m�stku a nap�tí na výstupu úm�rné této zm�n�. Úloha je navržena tak, aby byla schopna po p�ipojení jakéhokoliv tenzometru zobrazit hmotnost. K m��ení je využit modul ADAM-4016, který je pro toto m��ení primárn� ur�en. Jediné dv� omezení jsou, že výstupní nap�tí z tenzometru nesmí být vyšší než 500mV a minimální požadované nap�tí na vstupu tenzometru nesmí být vyšší než 10V. U tenzometru pot�ebujeme znát jmenovitou citlivost, maximální zatížení a doporu�ené napájení. Tyto základní údaje jsou b�žn� k dispozici od výrobce v datasheetu. Jmenovitá citlivost nám udává jaké maximální nap�tí bude na výstupu tenzometru p�i maximální zát�ži a daném napájecím nap�tí.

- 52 -

Schéma zapojení: Pro laboratorní m��ení je použit tenzometr UTILCELL M230. Parametry a zapojení: Maximální zát�ž: 36Kg Jmenovitá citlivost: 2,4 mV/V Jmenovité napájecí nap�tí: 10V

Tenzometr p�ipojte na zdí�kové pole modulu 4016 dle následujícího schématu a tabulky:

Obr. 25. Laboratorní úloha 1 – schema zapojení tenzometru

Tenzometr Zdí�kové pole 4016 +Vin zelená Exc+ +Vout �ervená Vin+ –Vin �erná Exc– –Vout bílá Vin–

Tab. 01. Zapojení

- 53 -

Popis obslužného programu:

Obr. 26. Laboratorní úloha 1- uživatelské rozhraní

1. Tento blok slouží k nastavení parametr� tenzometru. Na základ� údaj� daných výrobcem se nastaví velikost napájení, jmenovitá citlivost a maximální zát�ž. Program spo�ítá na základ� t�chto údaj� maximální výstupní nap�tí tenzometru, které odpovídá maximálnímu zatížení.

2. Okno historie údálostí 3. Aktuální hodnota nap�tí, které jsou na výstupu tenzometru, respektive na svorkách

modulu ADAM-4016. Na vstupu modulu je vždy p�ítomno ur�ité rušivé nap�tí. Cílem je co nejp�esn�jší m��ení, proto je nutné provést kalibraci p�ed vlastním m��ením. Kalibrace se provádí nastavením offsetu, aby v okn� upravený vstup bylo 0 mV.

4. Výsledná vypo�ítaná hmotnost na tenzometru.

1. 2. 3. 4.

- 54 -

Postup m��ení:

1. Spus�te program ADAMView a pomocí File->Open otev�ete program Tenzometr.gni.

2. Spus�te úlohu pomocí tla�ítka Start a po spušt�ní nastavte parametry tenzometru v bloku 1.

3. Prove�te kalibraci nastavením OFFSETu v bloku 3, tak aby v poli Upravený vstup bylo nap�tí co nejblíže 0mV.

4. Na tenzometr položte závaží a zm��te jeho hmotnost. 5. Zkuste m�nit napájecí nap�tí a znovu m��it hmotnost závaží. P�ed každým vážením je

nutné provést znovu kalibraci p�i sundané zát�ži. 6. Zjist�te p�i jakém napájecím nap�tí dojde k chybnému m��ení a výsledek porovnejte

s minimálním doporu�eným nap�tím v datesheetu.

- 55 -

6.4 M��ení teploty

Teoretický úvod: Senzor teploty je funk�ní prvek tvo�ící vstupní blok m��icího �et�zce, tedy blok, který je v p�ímém styku s m��eným prost�edím. Pojem senzor teploty je ekvivalentní pojmu sníma� teploty, ale i pojmu �idlo teploty. Dle fyzikálního principu se senzory d�lí na odporové, termoelektrické, polovodi�ové s PN p�echodem, dilata�ní, optické, radia�ní, chemické, šumové, akustické, magnetické, a na další jako jsou nap�íklad kapacitní, aerodynamické. Dle styku s m��eným prost�edím se senzory teploty d�lí na dotykové a bezdotykové. Dle transformace signálu se senzory teploty d�lí na aktivní, které se p�sobením teploty chovají jako zdroj elektrické energie (termo�lánky) a na pasivní, u kterých je nutné elektrické napájení pro transformaci teploty na jinou fyzikální veli�inu, nebo� m��ení teploty je vždy m��ením nep�ímým. Kovové odporové sníma�e teploty – Platinové Pt sníma�e Principem odporových kovových �idel teploty je teplotní závislost odporu kovu. Platina se vyzna�uje chemickou nete�ností, �asovou stálostí a vysokou teplotou tání. Platinové sníma�e jsou díky své lineární závislosti odporu na teplot� jedny z nejpoužívan�jších v pr�myslové praxi. Krom� základního sníma�e Pt 100 se vyráb�jí sníma�e 50, 200, 500, 1000 a 2000, kde �íslo zna�í hodnotu R0 což je odpor �idla p�i teplot� 0°C v Ohmech. V sou�asné dob� se �asto sníma�e dopl�ují integrovanými obvody, které slouží k linearizaci, pop�ípad� obsahují p�evodníky na unifikovaný proudový signál 0-20 mA, respektive 4-20 mA.

Obr. 27. Pt senzor s lineariza�ním obvodem

Polovodi�ové odporové sníma�e teploty – Termistory Polovodi�ové odporové senzory využívají stejn� jako kovové odporové senzory teplotní závislost odporu. Termistor je teplotn� závislý odpor zhotovený z polovodi�ových feroelektrických keramických materiál�. Výhodami termistoru je velká teplotní citlivost, malé rozm�ry, jednoduchý p�evod na elektrické nap�tí nebo proud a možnost p�ímého m��ení odporu termistoru na v�tší vzdálenost. Nevýhodou je nelineární charakteristika.

- 56 -

Obr. 28. NTC Termistory

Termoelektrické �lánky Termo�lánek je zdroj elektrického proudu, používaný p�edevším jako �idlo teploty. Využívá principu termoelektrického jevu. Skládá se ze dvou kov� zapojených do série se dv�ma spoji. Mají-li spoje navzájem r�znou teplotu, vzniká na každém ze spoj� odlišný elektrický potenciál, který je zdrojem proudu. Samostatné termo�lánky jsou užívány jako teplotní �idla pro teploty v �ádech stovek stup��. Citlivost se pohybuje v �ádech desítek mikrovolt� na °C. Termo�lánky d�líme dle použitých kov� a maximální teploty. Pro m��ení teploty je použit modul 4017+. U modulu je pomocí jumper� nastaveno m��ení nap�tí na kanálech 0 až 4 a m��ení proudu na kanálech 5 až 7. V úloze se bude m��it teplota pomocí senzoru Pt 100 s integrovaným obvodem v proudové smy�ce a teplota pomocí úbytku nap�tí na termistoru.

- 57 -

Schéma zapojení: Termistor Pro m��ení je použit termistor 22k�. Jelikož je termistor siln� nelineární prvek je možné jednoduchým p�ipojením sériového odporu docílit dostate�né linearizace. Odporový d�li� je p�ímo napájen zdrojem 24V a nap�tí na termistoru je m��eno na svorkách modulu ADAM 4017+. Díky provedené linearizaci je možné jednoduše interpretovat výsledky. Blok AI (Analog input) obsahuje funkci SCALE, která umož�uje lineární p�evod mezi vstupním a výstupním rozsahem.

Obr. 29. Laboratorní úloha 2 –schema zapojení termistoru

Inteligentní senzor Pro m��ení je použit senzor teploty Pt 100, který je dopln�n integrovaným obvodem. Senzor je ur�en pro m��ení teploty v rozsahu 0°C až 50°C. Integrovaný obvod zajiš�uje linearizaci a p�evádí m��enou teplotu na proud ve smy�ce 4mA až 20mA. Obvod je napájen 24V (doporu�ené nap�tí senzoru výrobcem) a proud ve smy�ce je m��en modulem 4017+ op�t s využitím funkce SCALE.

- 58 -

Obr. 30. Laboratorní úloha 2 – schema zapojení senzoruv proudové smy�ce

Popis obslužného programu:

Obr. 31. Laboratorní úloha 2- uživatelské rozhraní

1. 2.

- 59 -

1. Teplota nam��ená inteligentním senzorem 2. Teplota nam��ená termistorem

Postup m��ení:

1. Spus�te program ADAMView a pomocí File->Open otev�ete program Teplota.gni.

2. Spus�te úlohu pomocí tla�ítka Start 3. Dle teplom�ru v místnosti porovnejte teploty u obou senzor�.

- 60 -

6.5 M��ení frekvence a ovládání binárních vstup�/výstup�

Teoretický úvod: Tato úloha je zam��ena na m��ení frekvence, spínání relé pomocí binárních výstup� a zobrazení stavu binárního vstupu na základ� vybavení pomocného kontaktu jisti�e. Program m��í frekvenci z generátoru, pokud je frekvence vyšší než 10kHz dojde k sepnutí prvního relé. Druhé až �tvrté relé je sepnuto po dosažení frekvence 20, 30, 40kHz. Stav relé je indikován na obrazovce. K úloze je rovn�ž p�ipojen pomocný kontakt jisti�e. Pokud dojde k vypnutí jisti�e dojde k p�erušení m��ení a frekvence bude 0kHz. Dojde tedy i k odpadnutí cívek relé pokud byly zrovna sepnuty. Stav pomocného kontaktu je rovn�ž indikován na obrazovce.

Schéma zapojení: Jako generátor frekvence je použit generátor AGILENT. Generátor se p�ipojí na zdí�kové pole modulu 4080D. Je nutné nastavit amplitudu nap�tí minimáln� 4V. Modul dokáže detekovat pouze pravoúhlé náb�žné hrany, proto je pot�eba zvolit obdélníkové nebo pilovité pulzy. Modul je schopen m��it spolehliv� frekvenci do 50 kHz. Frekvence je rovn�ž zobrazena p�ímo na LED displeji modulu.

Obr. 32. Laboratorní úloha 3 – schema zapojení generátoru

Relé jsou použita stejnosm�rná, se spínacím nap�tím 24V. Pro zapojení se použije zdí�kové pole relé a zdí�kové pole modulu 4050. Na jednu stranu cívky (A1) se p�ipojí nap�tí (využijte nap�tí p�ímo na zdí�kovém poli relé), na druhou stranu cívky (A2) se p�ipojí digitální výstup modulu 4050. Pokud je požadavek na sepnutí výstupu, dojde k propojení obvodu a relé sepne. Pro indikaci stavu pomocného kontaktu je použit digitální vstup op�t modulu 4050.

- 61 -

Obr. 33. Laboratorní úloha 3 - schema zapojení cívek relé a pomocného kontaktu

Popis obslužného programu:

Obr. 34. Laboratorní úloha 3 - uživatelské rozhraní

1. 2. 3.

- 62 -

1. Indikace stavu jednotlivých relé 2. Indikace stavu pomocného kontaktu jisti�e 3. Zobrazení aktuální frekvence

Postup m��ení:

1. Spus�te program ADAMView a pomocí File->Open otev�ete program Teplota.gni.

2. Spus�te úlohu pomocí tla�ítka Start 3. Zvyšujte frekvenci na generátoru a sledujte hodnoty na obrazovce a na displeji

modulu. 4. Sledujte jestli dochází ke spínání relé p�i daných hodnotách frekvence. 5. Zkuste vybavením jisti�e provést resetování m��ení a poté jisti� znovu sepn�te.

- 63 -

7. ZÁV�R

Cílem této diplomové práce bylo prostudovaní senzorových systém�, zejména firmy Advantech, která má silnou pozici v oblasti pr�myslových systém�.

Systém �ady ADAM 4000 je �ešen jako decentralizovaný modulární systém vstupn�-výstupních prvk�. Pro komunikaci je využit protokol MODBUS/ASCII, který je i p�es vzr�stající popularitu protokolu BACnet stále velmi �asto využívaný. Jednotlivé moduly nejsou samy o sob� schopny data zpracovávat jako programovatelné logické kontrolery (PLC), ale slouží jako vstupn�-výstupní jednotky pro �ídící po�íta�. Pro vzájemnou komunikaci �ídícího po�íta�e a modul� slouží program ADAMView. Tento program nabízí pom�rn� široké uplatn�ní jak v pr�myslovém tak i v laboratorním prost�edí a to zejména díky možnosti využití vývojového prost�edí kompatibilního s Visual Basic. Systémy ADAM rovn�ž umož�ují komunikaci s programem LABView. Tento program je však vhodný spíše pro skupinu m��icích zásuvných karet Plug-In DA&C ( Data Acquisition and Control ), pro n�ž je k dispozici sada knihoven. Tyto karty mohou být použity v klasických stolních po�íta�ích PC, �ast�jším �ešením je však použití pr�myslového PC.

Jednotlivé moduly se od sebe liší po�tem a typem výstup�. Binární výstupy dokáží spínat nap�íklad relé, binární vstupy dokáží detekovat nap�íklad rozpojení kontaktu. Analogové vstupy m��í proud do 20mA nebo nap�tí od jednotek mV (vhodné zejména u tenzometrických m��ení) až po 10V. Tyto vstupy jsou použitelné pro m��ení teploty, tlaku apod. Analogové výstupy poskytují nap�tí 0-10V (ovládání ventilu apod.).

V rámci diplomové práce byly vytvo�eny t�i laboratorní úlohy na sestaveném panelu (M��ení hmotnosti pomocí tenzometr�, M��ení teploty, M��ení frekvence a ovládání binárních vstup�/výstup�), které se snaží demonstrovat schopnosti systému s moduly ADAM4000 a ukázat na jednotlivých úlohách k �emu lze jednotlivé typy modul� vhodn� i v praxi použít. I když se jedné o decentralizovaný m��icí systém, je celý umíst�n na panelu. V praxi by bylo možné jednotlivé moduly rozmístit desítky nebo stovky metr� od sebe a využít je tak ke sb�ru dat i ze vzdálených míst, p�edevším díky nenáro�nosti sb�rnice RS485. Cílem diplomové práce je ukázat jakým zp�sobem probíhá sb�r dat v pr�myslové praxi. Panel by se dal do budoucna osadit samostatným kompatibilním PLC a docílit tak v�tší autonimity, kde po�íta� by již neprovád�l sb�r dat ani výpo�et dat z modul�, ale sloužil by pouze jako prost�edek vizualizace.

Využití senzorového systému zkracuje dobu m��ení, zvyšuje efektivnost m��ení, usnad�uje zpracování nam��ených hodnot a umož�uje automatizaci m��ení.

- 64 -

LITERATURA

[1] ZEZULKA, F. Prost�edky pr�myslové automatizace, UAMT FEKT VUT v Brn�

[2] BENEŠ, P. a kolektiv, Automatizace a automatiza�ní technika 3, Computer Press, Brno

2005

[3] �A�O , S. a KREIDL, M. Senzory a m��icí obvody. Vydavatelství VUT, Praha, 1996

[4] ADAM-4000-Data Acquisition Modules User’s Manual [ PDF dokument ], uživatelský

manuál , Advantech Co., Ltd., 1997

[5] MARTINEK, R. Senzory v pr�myslové praxi, BEN, Praha 2004

[6] KOCOUREK, P. a kolektiv, �íslicové a m��icí systémy, VUT, Praha , 1994

[7] MODBUS Specification, www.modbus.org

[8] Advantech Co., Product Selection Guide, 2006, 114s

[9] KREIDL, M., ŠMÍD, R.:Technická diagnostika. Vydavatelství BEN, Praha, 2006

- 65 -

P�ÍLOHY

P�íloha 1: CD disk

Obsah CD :

�� foto - fotografie senzorového systému a jeho �ástí

�� literatura - elektronická literatura, použitá v diplomové páci

�� programy - programy pro laboratorní úulohy

�� elektronická verze tohoto dokumentu

P�íloha 2: výkres panelu