close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Статья

код для вставкиСкачать
Направление: «Современные педагогические методы и технологии в профессиональном
образовании»
Тема: «Современный подход к изучению промышленных сетей в образовательном
учреждении»
Захарченко Лариса Александровна, преподаватель ТПГК
Сафончик Евгений Иванович, заведующий лабораторией
ОГБОУ СПО «Томский промышленно гуманитарный колледж». Томск.
Переход на сетевые технологии меняет не только оборудование. Теряют своё
значение старые навыки по работе с традиционными КИП. Требуются новые знания и
новые умения. А это в свою очередь ставит новые задачи перед системой образования по
профилю подготовки. Особое значение для подготовки специалистов в области
автоматизации технологических процессов (15.02.07) приобрели сетевые технологии.
Именно их применение в промышленности полностью преобразили производство.
Поэтому учебные заведения должны давать знания по архитектуре сетей, методам их
построения, монтажу и обслуживанию элементов сети. Теоретическим основам сетевого
взаимодействия оборудования и приборов посвящено большое количество журнальных
статей, монографий [1,2]. Но практически нет работ, посвящённых их практическому
изучению, хотя приобретение навыков обслуживания непосредственно на производстве,
чревато большими издержками, как в экономическом, так и в психологическом плане. В
данной статье мы попытались обобщить опыт постановки и проведения лабораторных
работ по изучению промышленных сетей.
Промышленная сеть — это среда передачи данных, со своим набором стандартных
протоколов обмена данными, позволяющих связать воедино оборудование различных
производителей, а также обеспечить взаимодействие нижнего и верхнего уровней АСУ
В течение многих лет системы обмена данными на нижнем уровне, строились по
централизованной схеме. В этом случае, каждый датчик и исполнительный механизм
подсоединялся к устройству обработки своим кабелем. В настоящее время, такая
структура из-за больших затрат на монтаж и низкой надёжности, повсеместно заменяется
цифровыми промышленными сетями.
В лаборатории по подготовке слесарей по КИПиА Томского промышленногуманитарного колледжа были разработаны лабораторные работы для изучения наиболее
распространённых промышленных сетей - Modbus и HART. Modbus работает как на
нижнем, так и на среднем уровне автоматизации. HART работает только на нижнем,
полевом, уровне. Оба протокола реализованы на физическом и сетевом уровнях по
стандарту OSI. На физическом уровне в протоколе HART производится подключение
HART модема к токовой петле преобразователя давления Yokogawa (Fisher Rosemount,
Метран). Для изучения протокола Modbus применяются два компьютера. На одном
компьютере установлена программа Modbus master на другом Modbus slave. Иначе
говоря, один компьютер имитирует измерительную систему, другой контроллер. Связь
между ними осуществляется по интерфейсу RS-232. Есть возможность использовать
стандартные кабели, но более эффективно для обучения, самостоятельная распайка
разъёмов. В этом случае проще понять, что такое дуплексная и полудуплексная,
синхронная и асинхронная передачи информации. Становится ясным различие между
модемным и нуль-модемными кабелями. Знание назначения контактов разъёма RS232
(Rx, Tx, Gnd) обязательно пригодится при наладке микропроцессорной аппаратуры.
Физический уровень предусматривает параметры модуляции кодов. В задание на
лабораторные работы включены снятие осциллограмм на шине. Для протокола HART
вид модуляции частотный, для Modbus амплитудный. Примеры снятых осциллограмм
приведены на рис.1
А. HART
В. Modbus
Рис.1. Осциллограммы напряжений на шине
В современных персональных компьютерах не предусмотрены COM порты, что
вынуждает применять различные адаптеры USB-COM, которые отличаются друг от друга
амплитудой выходного напряжения, обычно оно меньше определяемых стандартом +12В
- -12В Малая амплитуда сигнала приводит к неустойчивой связи между главным и
подчинённым устройствами. Умение снять осциллограммы позволяет сравнить и
подобрать адаптеры, подходящие для конкретного оборудования.
Программы, используемые для имитации главного и подчинённого устройств по
протоколу Modbus, несмотря на свою простоту, позволяют полностью отработать вопросы
сетевого уровня стандарта OSI так как позволяют сформировать как запрос так и ответ для
основных функций протокола (рис.2).
Рис.2 Стенд для изучения протокола Modbus
Спецификация протокола определяет четыре таблицы данных:
Таблица 1
Таблица
Дискретные входы (Discrete Inputs)
Регистры флагов (Coils)
Регистры ввода (Input Registers)
Регистры хранения (Holding Registers)
Тип элемента
один бит
один бит
16-битное слово
16-битное слово
Тип доступа
только чтение
чтение и запись
только чтение
чтение и запись
Лабораторная работа позволяет изучить особенности адресации каждого типа и
работы с ним.
Уровень заданий зависит от подготовленности студента и требует знаний по
предметам: «Измерительная техника», «Электронная техника», «Вычислительная
техника», «Автоматизация», «Компьютерные сети». Основные отрабатываемые вопросы:
установка связи и её параметров, скорость обмена, кодировка ASCI и RTU, параметры
портов, вид представления чисел, возможности стандартных функций протокола,
формирование запросов и ответов, правила формирования контрольной суммы,
распределение памяти. Но очень важно, что бы обеспечивался переход на работы с
реальными, действующими системами и промышленным оборудованием. В лаборатории –
это система контроля вибрации «АРГУС-М», система автоматического пожаротушения
КТС-2000. При подключении преобразователя интерфейсов RS232/485 можно управлять
работой электроприводной задвижки (рис.3) и настраивать пожарные извещатели. При
таком подходе все сравнительно абстрактные, формализованные понятия наполняются
конкретным содержанием.
Рис.3 Управление электроприводной задвижкой «Ангстрем»
Если работа с интерфейсом RS232 подразумевает соединение «точка - точка», то
HART протокол обеспечивает возможность топологии – «шина», поэтому после проверки
и настройки интеллектуальных датчиков давления во второй лабораторной работе,
студенты производят монтаж сети, состоящей из двух, трёх датчиков, Hart
коммуникатора, подключённого к компьютеру с соответствующим программным
обеспечением. Такая сеть даёт возможность получать информацию с датчиков
выборочно, не одновременно, запросы формируются автоматически.
Изучить уровень сетевого взаимодействия при применении Hart протокола
технически сложно, зато на его примере просто реализовать изучении таких сложных
вопросов, как – OPC сервер и основы SCADA систем. В качестве системы отображения
используется демоверсия Infinity Lite. OPC сервер применяется из комплекта к HART
модему. Такой программно – технический комплекс позволяет рассмотреть основные
задачи, стоящие перед SCADA-системами:

Обмен данными с промышленными контроллерами

Обработка информации в реальном времени.

Логическое управление.

Отображение информации на экране монитора в удобной и понятной для
человека форме.

Ведение базы данных реального времени с технологической информацией.

Аварийная сигнализация и управление тревожными сообщениями.
Через навыки практической работы, проще пояснить что такое тег, экранная
форма, драйвер, программный модуль, цветовая политика и т.д. Сигналы с датчиков
давления выводится на экран одновременно (рис.4).
Рис.4 Стенд для изучения протокола HART
Имеющиеся в лаборатории средства позволяют подготовить компетентного
специалиста в области автоматизации производства, так как учебно-лабораторное
оборудование соответствует оснащённости действующего производства и обеспечивает
возможность как решения реальных задач в процессе обучения, так и проведения
исследовательских работ.
Одним из самых больших достоинств данных работ является возможность их
применения
для
формирования
набора
компетенций
определяющих
степень
подготовленности к выполнению конкретных функций - от рабочего до инженера.
Список источников информации:
1. Новиков Ю.В., Кондратенко С.В. Основы локальных сетей. Курс лекций. - М.:
Интернет-университет информационных технологий, 2005. - ISBN 5-9556-0032-9
2. 'Дуглас Камер' Сети TCP/IP, том 1. Принципы, протоколы и структура. - М.:
"Вильямс", 2003. - С.880. - ISBN 0-13-018380-6
Автор
profobrazovanie
Документ
Категория
Компьютеры, Программирование
Просмотров
49
Размер файла
388 Кб
Теги
статья
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа