DEVELOPMENT OF SCADA-SYSTEM FOR ELECTRONIC LOAD CONTROL

Abstract


This article describes an automated electronic load control system. The peculiarity of this system is the unifi- cation of instrumental means intended for scientific research with the technologies of industrial automation.

Проведение натурных исследований всегда связано с большим количеством экспериментов. Что в свою очередь повышает его сложность и вероятность ошибки исследователя. Это обусловливает актуальность работы. Решение задачи автоматизации эксперимента можно разделить на несколько частей: аппаратная, программная и интерфейс взаимодействия между ними. Объектом автоматизации является контрольно-измерительный прибор электронная нагрузка Ак- таком AEL-8320. Электронная нагрузка - это электронный прибор, предназначенный для имитации различных режимов работы нагрузки при исследовании источников питания [2]. Для ее управления предусмотрена лицевая панель, располагающаяся на корпусе, а также интер- фейс RS-232 для удаленного автоматизированного управления прибором. В составе электронной нагрузки присутствуют стабилизатор, измеритель параметров протекаю- щего тока и напряжения и ряд других вспомогательных узлов. Стабилизатор обеспечивает различные режимы работы нагрузки (стабилизация тока, напряжения, мощности или сопротивления). Измери- тель тока и напряжения предназначен для определения текущих значений тока и напряжения и, соот- ветственно, мощности и сопротивления. Полученные значения могут быть выведены на индикатор или переданы в управляющее устройство. Основной областью применения электронных нагрузок является тестирование источников вто- ричного и частично первичных источников электропитания. Электронные нагрузки могут эмулиро- вать работу в различных режимах, позволяют проводить необходимые измерения параметров. Благо- даря возможности программирования они могут работать по заданному закону, переходить из одного режима работы в другой, могут управляться и программироваться от персонального компьютера, а также выполнять множество других функций. Основные режимы работы электронной нагрузки пред- ставлены на рисунке 1. image Рисунок 1 - Режимы работы электронной нагрузки Е. А. Годовников, Р. Т. Усманов image Режимы работы нагрузки: СС - режим постоянного тока; CV - режим постоянного напряжения; CR - режим постоянного сопротивления; CP - режим постоянной мощности. Для управления электронной нагрузкой c помощью ЭВМ используются SCPI команды. SCPI - язык команд, предназначенный для работы с диагностическими и измерительными устройствами с использованием ASCII символов [3]. Указанный протокол накладывается поверх интерфейса RS232. Команда SCPI состоит в общем случае из 3-х элементов: заголовок; параметр (если требуется); разделитель команд или признак конца команды. Пример scpi-команд: syst:rem - переход в режим дистанционного управления; mode crm - переход в режим постоянного сопротивления; input on - активация входов; res 100 - установить сопротивление 100 Ом. В промышленной автоматизации существуют специальные пакеты программ - SCADA-системы, которые позволяют автоматизировать действия оператора, а также минимизировать количество оши- бок, вызванных человеческим фактором. Поэтому перспективным видится в использовании такой си- стемы. При этом в SCADA-системах, как правило, есть механизмы работы с интерфейсом RS-232, но протокол SCPI в основном применяют для научных исследований и в SCADA-пакетах отсутствует. Разработка SCADA-системы (Система) выполнялась в отечественном инструментальном про- граммном комплексе Trace Mode 6 (ТМ6). Trace Mode напрямую не поддерживает SCPI-протокол, но в ней возможно создание своих про- извольных протоколов. Для реализации протокола были использованы механизмы: COM-порт с назначением «Host Variant», канал CALL.Vector (обмен по произвольному протоколу по RS-232), пользовательские драйверы из группы «TYPE11» [4]. Одним из ключевых моментов при использовании произвольных протоколов является кодирова- ние формата команды, которое указывается в свойствах в поле «дополнительно» пользовательского драйвера. Первая команда, которая должна отправляться в прибор - «syst:rem» - переход в режим дистанционного управления нагрузкой. Формат и кодировка показаны на рисунке 2. image Рисунок 2 - Окно настройки пользовательского драйвера Где: image Разработка SCADA-системы управления электронной нагрузкой поле «дополнительно» - «SENDCMD=737973743A72656D0D0A; BYTESREAD=0;CRCNO;»; «SENDCMD=737973743A72656D» - команда «syst:rem», выраженная в шестнадцатеричных ASCII- символах; «0D0A» - признак конца команды (символы «CR» и «LF»); «BYTESREAD=0» - опция для однократной отправки сообщения; «CRCNO» - опция «не формировать контрольную сумму». После привязки пользовательского драйвера к каналу CALL.Vector поле «дополнительно» отоб- ражается в канале через атрибут «MF». Таким образом, для отправки остальных команд необходимо перевести ее в ASCII-символы, дописать необходимые опции и полученную строку записать в атри- бут «MF» канала CALL. Для конвертации и конкатенации команд была разработана программа в среде Trace Mode на языке ST. Блок-схема программы представлена на рисунке 3. Программа начинает свою работу после выбора режима работы электронной нагрузки (CV, CC, CR или CP) и выбора значения управляемого параметра. Далее это значение параметра разделяется на отдельные цифры в блоках «Разбиение на цифры целой части» и «Разбиение на цифры дробной части», чтобы потом эти цифры преобразовать в шест- надцатеричные ASCII символы. Из этих символов формируются SCPI команды. Затем эти команды добавляются в единую строку и отправляются в нагрузку. В блоке «Установка значения» выполняет- ся установка значения. В блоке «Установка режима» устанавливается режим работы нагрузки. В бло- ке «Включение терминалов входа» происходит включение\выключение терминалов входа. Для осуществления автоматизированного управления и мониторинга параметров электронной нагрузки оператором необходим интуитивно понятный графический пользовательский интерфейс. Пример разработанного графического интерфейса представлен на рисунке 4. Таким образом, оператор через пользовательский интерфейс задает режим работы и параметры электронной нагрузки, затем Trace Mode вызывает программу, которая формирует команду и через канал CALL.Vector передает в пользовательский драйвер, который через com-порт отправляет коман- ду в прибор. Ответ от прибора не предусмотрен. image начало cnt4 = 30; cnt3 = 30; cnt2 = 30; cnt1 = 30; cnt0 = 30; cnt = 30; Разбиение на цифры целой части Разбиение на цифры дробной части Установка значения flag=1 да Установка режима сопротив. нет flag=2 да Установка режима нет flag=3 да нет flag=4 нет да тока Установка режима flag=5 нет напряж. Установка режима да мощности CPV Установка режима мощности CPC Включение терминалов входа конец Рисунок 3 - Блок-схема основной программы Е. А. Годовников, Р. Т. Усманов image image Рисунок 4 - Графический интерфейс SCADA В ходе выполнения работы была реализована автоматизированная система управления и мони- торинга электронной нагрузкой. Результатами применения системы будут: повышение удобства про- верки различных блоков питания, повышение безопасности объекта автоматизации, энергетическая эффективность, гибкость управления.

Evgeniy Aleksandrovich Godovnikov

Ruslan Talgatovich Usmanov

  • IEEE Standards Association [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://standards.ieee.org/findstds/standard/488-1978.html.
  • Электронная нагрузка ЭЛИКС [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.eliks.ru/info/index.php?ELEMENT_ID=39370.
  • SCPI Learning Page [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.keysight.com/main/editorial.jspx?cc=RU&lc=rus&ckey=1688330&id=1688330.
  • Руководство пользователя SCADA TRACE MODE 6.07.7 [Электронный ресурс]. - Режим до- ступа: http://www.adastra.ru/products/rukovod/.

Views

Abstract - 2

PDF (Russian) - 2


Copyright (c) 2017 Godovnikov E.A., Usmanov R.T.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.