Для элеватора г.Барабинск НСО:
· 4-5корпус – 1-й этап;
· 1-2-3 корпуса - 2-й этап;
· Кормоцех=3-й этап;
Cодержание:
- Существующая система термометрии элеватора по данным обследования;
- Обоснование модернизации;
- Технические решения для модернизации;
- Программное решение модернизации;
- Порядок выполнения, сроки и этапы работ, примерна стоимость затрат (отправляется почтой руководителям);
- Выводы;
- Литература;
Существующая система термометрии элеватора по данным обследования 2023-1-24;
- На элеваторе в наличии система термометрии на аналоговых датчиках - термосопротивлениях. Блоки без АВТОМАТИЗАЦИИ(!). Данные сохраняются в ручном режиме. Ниже на фото фрагменты системы термометрии.
Блоки в шкафах закрыты в «глухие» корпуса без оперативного доступа. Кабель канала для прокладки линии доступны.
1-2-4 корпус только аналоговые подвески без сбора температур .
В кормоцехе нет =окон= для подключения термоизмерительных подвесок.Существуют примерно подходящие =окна= в конструкции шахты загрузки
Отсутствует проверка принятого аналогового сигнала на достоверность измерения. Аналоговые подвески в настоящее время выпускаются. Но системы обработки данных аналоговых датчиков затем все равно используют цифровую передачу данных до компьютера. Предлагается решение на установку цифровых термоподвесок и цифровой системы сбора и передачи данных. Кроме того, используется питание предлагаемой системы телеметрии от самого компьютера.
Замечания по монтажу и установленной аналоговой системе термометрии:
- Монтаж линий к термоподвескам выполнен в стандарте аналоговых датчиков с удаленной промежуточной коммутацией в релейном исполнении;
- Данная аппаратура физически и морально устарела.
- В существующем объекте имеется локальная сеть, с интернет доступом. Локальная сеть доступна для подключения и находится рядом с =измерительным= блоком в одном помещении;
Вывод:
- Рекомендуется заменить существующую систему измерений и провести замену аналоговых термоподвесок цифровыми в начале для 4-5 корпуса;
- На объекте в наличии 1-2-3 корпус с 5*7=35 количеством подвесок. Особенность этих корпусов – нет проводной системы сбора данных. Персонал проводит измерения и вручную и с перемещением по объекту.
- В 1-2-3 корпус требуется провести дополнительные кабель каналы в железо-бетонных конструкциях. Это потребует больших механических работ. Других особенностей нет.
- Предлагается провести автоматизацию телеметрии поэтапно, начиная с 4-5 корпуса;
- Кроме того, на объекте работает =кормоцех= в котором так же присутствуют элементы термометрии. Имеются установочные места для аналоговых термоподвесок:
- Поскольку по предварительной информации, для =кормоцеха= предусматривается модернизация предлагается проводить 3-ий этап после модернизации.
- В проекте модернизации предусмотреть монтажные работы для системы термометрии а так же соответствующие кабель-каналы для монтажа и места для установки термоподвесок;
- Предлагается установить промышленный ПК и подключить систему с ремонтопригодной и заменяемой элементной базой;
- Предлагаемая система использует питание ПК от шины usb, без внешних дополнительных источников. Предлагаемый ПК с USB-2 может обеспечить питание до 30 шкафов коммутации, т.е. до 5и корпусов в данном элеваторе. Рекомендуется предусмотреть резервирование информации архивов термометрии в локальной сети объекта;
Далее приводится описание такой реализованной системы.
В ней используются цифровые подвески фирмы «Грейн», но без специализированных контроллеров и специального программного обеспечения. Кроме того, можно использовать цифровые подвески на основе датчиков ds18b20 и других производителей. Предлагается использовать цифровые подвески, выпускаемые ОАО «Агромонтаж»
г. Новосибирск.
- Предлагаемое решение программного обеспечения, кроме того позволяет получаемые данные размещать в интернете для мобильного доступа без затрат на специальные программы. Требуется только фиксированный IP адрес для сайта элеватора. На настоящее время это составляет как услуга с оплатой 50 руб. в месяц. Используется существующая организация «гипертекста» для html файлов, что позволяет отображать данные в любом браузере.
- Описание системы модернизации выполнено для старой системы с пайкой и монтажом линий. В данном случае это системы нет, а есть шкафы с контроллерами другой фирмы, что однако не меняет сути и задачи ремонто-пригодности.
- Необходимо отметить различную и доступную элементную базу в предлагаемой системе термометрии. Ключевые элементы – это ds2409 т.н. ветвители линии 1wire. Это достаточно редкая микросхема и поэтому относительно дорогая. В предлагаемой системе, кроме уже существующих коммутаторов, подготовлена замена на широко распространенные микроконтроллеры 12f629 в корпусе dip8. Это позволяет их менять в случае выхода из строя, не трогая печатную плату. Описание замены приведено в статье журнала «Современная электроника» 2021г N8-c22..26
Обоснование модернизации.
Эксплуатация интерфейса 1-wire с большим количеством датчиков (<1000) и сложной структурой сети (звезда-шина) на элеваторе более 8 лет выявила определенный технические «узкие места», которые приведены ниже:
- Проблема диагностики и поиска неисправного датчика или «термоподвески» при шинной структуре подключения.
- Проблема программно-аппаратного обеспечения. В случае выхода из строя одного датчика, вся система «виснет», хотя неисправен только один датчик.
- Монтаж датчиков и «термоподвесок» выполнен с применением пайки, что в зимнее время и при минусовых температурах сильно затрудняет демонтаж и поиск неисправности.
- Требуется знание программного обеспечения и навыки работы с тестами для поиска и устранения неисправности, а также не менее двух специалистов. Один находится у компьютера, а другой занимается подключением-отключением на линии.
Технические решения для модернизации:
- Датчики DS1820 включены по группам «в параллель», т.е. используется шинная организация связи. В случае выхода из строя по обрыву, датчик диагностируется программой как отсутствующий в измерении.
- В случае короткого замыкания группы «термоподвесок» по шине 1-wire или на +5 В. питания используется светодиодная индикация данной группы.
- Для решения задачи диагностики при замыкании предлагается используемый ветвитель МL-09[2] заменить на модернизированную схему, приведенную на рисунке 1.
- Схема содержит узел переключения на микросхеме U1(DS2409), используемый в ветвителе МL-09, что позволяет сохранить совместимость программного обеспечения и применить все ранее созданные программы.
- Добавлена схема регенерации сигнала и схема сигнализации замыкания.
- На транзисторах Q3, Q2, сопротивлениях R3,R4,R8 и конденсаторе С3 собран блок регенерации и восстановления сигналов [1]. Это позволяет получить устойчивый опрос датчиков при используемом типе кабеля и заданной длине линии. Необходимо напомнить, что без регенератора при пуске объекта опрашивались только ближние датчики. И только установка одного регенератора в центре позволила получить опрос всех датчиков.
- Схема регенератора не содержит дорогих и специальных микросхем и предлагается для использования на каждом ветвителе. Это позволяет иметь запас устойчивости и подключать «термоподвески» с большим количеством датчиков.
- Схема компараторов формирует сигнализацию на микросхемах U2,3 (LM393). Сопротивлениями R2,R9 формируется напряжение включения (3 В.) сигнальных светодиодов. Если на плюсовых входах напряжение будет меньше 3 В., то светодиоды включаться. Компараторы имеют большое входное сопротивление и тем самым не влияют на шину данных 1-wire.
- Сигнализация питания выполняется по аналогичному методу. Питание +5 В. поступает на шину через контрольные сопротивления R10,11 в 75 Ом. Рабочий потребляемый ток датчиков составляет 1..5 миллиампер, падение напряжения на сопротивлениях маленькое и контрольные светодиоды не включаются. Если создается короткое замыкание по питанию +5 В., то ток возрастает до 20..40 миллиампер и напряжение на плюсовых входах компараторов снижается менее 3 В.. Это вызывает включение сигнальных светодиодов. Рабочий ток для стабилизатора схемы допускается до 100 миллиампер и короткое замыкание не создает запредельных режимов. После устранения замыкания режим сигнализации снова готов к работе.
Рисунок 1. Схема ветвителя DS2409 c регенератором линии и сигнализацией замыкания по шине 1w и +5 В.
- Схема ветвителя и все компоненты собраны на печатной плате и предназначены для монтажа под «винт». На рисунке 2 представлена 3d модель платы и сверху показан используемый винтовой разъем для соединения всех линий.
Рисунок 2. Печатная плата ветвителя с выходной монтажной колодкой на 12 выводов (вверху).
- Разъем «закрепляется» сверху и дальнейший монтаж выполняется под винт.
- Предусмотрен переход ветвителей в исполнении ML-09 с использованием новой схемы. В этом случае не устанавливается на плату DS2409, а проводиться подключение через винтовые зажимы и разъемы RJ12. Ниже на рисунке 3 показан текущий «висячий» монтаж МL-09. «Висячий» монтаж в процессе модернизации переводится на плату, на которой есть система контроля и схема регенератора.
Рисунок 3. Существующий «висячий» монтаж ML-09(справа) и место установки платы ветвителя.
- Диагностика короткого замыкания выполняется по индикации светодиодов. В случае замыкания они постоянно светятся. При работе кратковременно вспыхивают.
- Допускается проверка исправности сигнализации путем замыкания выходной шины +5 В. и +1-wire на 0 В., что так же ускоряет и упрощает проверку. Внимание! +12 В. замыкать на 0 В. нельзя! В этом случае включится защита общего блока питания для всей системы и так же ничего страшного не произойдет.
МЕТОДИКА ДИАГНОСТИКИ.
1. Проверить напряжение +12 В. вольтметром на разъеме In-1w;
2. Проверить БЕЗ ВКЛЮЧЕННОГО ПРОГРАММНОГО обеспечения свечение контрольных светодиодов
· Там где светится, там короткое замыкание в данном шлейфе «термоподвесок» и датчиков. Отключая поочередно на разъемах AUX MAIN соединения, определить неисправную линию ветви. В этом случае светодиод погаснет.
3. При ВКЛЮЧЕННОМ ПРОГРАММНОМ обеспечении, светодиоды M-1w A-1w будут кратковременно загораться при обращении в данной ветви к датчикам.
4. Свечение светодиодов по шине питания +5 В. для AUX MAIN возможно только при КОРОТКОМ ЗАМЫКАНИИ этих шин. Предусмотрена проверка контроля индикации путем формирования короткого замыкания и в этом случае должны загораться соответствующие светодиоды контроля. Внимание! Замыкание не может повредить схему ветвителя, т.к. в данной схеме предусмотрен именно такой режим работы - по замыканию. Рабочее напряжение на шине + 5 В. допускается не ниже 4.5 В.
- Полная коммутация линий шкафа приводится в разделе порядок выполнения работ. Необходимо обратить внимание что количество линий к подвескам различно в разных корпусах. При выполнении работ это отражается в исполнительной документации.
Особенности выпускаемых «термоподвесок».
- На настоящее время выпуск термодвесок с цифровыми датчиками выполняется по смешанной схеме и с переходом от интерфейса датчиков к различным другим интерфейсам (RS485 RS232) и даже сразу на радиоканал.
- Кроме того, некоторые производители «термоподвесок» [3] предлагают установку датчиков с интервалом в 1 метр, что позволяет определять и уровень заполнения силосов;
Ниже на рисунке 4 фото «термоподвески» в сборе (слева) и справа «голова» в установленном виде в «колодце» силоса.
Рисунок 4. Фото «термоподвески» в сборе (слева) и установленного (справа).
- Необходимо обратить внимание, что производители подвесок [3] используют специальную плату для перехода с интерфейса 1wire на RS485. На рисунке 5. показана конструкция подключения и видна плата перехода и спрва дан чертеж входной схемы коммутации.
Рисунок 5. Фото «лишнего» блока преобразования интерфейса для данного объекта.
- Существуют варианты термоизмерений в силосах, где интерфейс перехода выполнен в отдельном корпусе.
- Внимание! Любой переход на другой интерфейс ТРЕБУЕТ ДРУГОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ и не позволяет использовать непосредственно программ производителя для датчиков DS1820.
- Кроме того, для подключения дополнительной платы перехода интерфейса требуется и дополнительное питание.
- На данном объекте переход на другой интерфейс не рентабелен и не выгоден, т.к. уже существует кабельная 3х-проводная сеть к «термоподвескам».
- Это означает, заказ «термоподвесок» БЕЗ ПЛАТ сопряжения и позволяет требовать снижение цены за одну «термоподвеску». Аргумент в том, что деталей стало меньше!
Структурная схема измерений.
- Структурная схема измерений осталась без изменений, имеет такую же радиально-шинную топологию и представлена на рисунке 6
Рисунок 6. Структурная схема измерений
- На схеме цифрами указано количество проводов в линии. До ветвителей (ВТВ) 4 провода - 0 В., 1-wire, +5 В., +12 В.
- После ветвителя с выхода А-aux и М-main выходит 3 провода - 0 В., 1-wire, +5 В. с ЗАЩИТОЙ И ИНДИКАЦИЕЙ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ.
- При использовании модернизированных ветвителей поиск неисправности осуществляется по индикации замыкания и не требует специальных приборов.
Программное решение в модернизации;
- Для работы с модернизированными ветвителями, остается прежнее программное обеспечение. А так же тесты, поставляемые производителем датчиков. Допускается любое другое программное обеспечение, поддерживающее протокол 1-wire.
Порядок выполнения, сроки и этапы работ, примерная стоимость затрат
- Работы выполняются с использованием инструментов без пайки (отвертка, кусачки, изоляционные материалы т.п.)
- На рисунке 6 пример схемы монтажа на шесть силосов в MAIN и AUX. На разных корпусах количество силосов может быть разным.
Рисунок 7. Монтажная схема шкафа коммутации
- Следует обратить внимание на «оконцовку» соединений и использовать =обжимные= инструменты и гибкий монтажный провод.
- Выполненная модернизация представлена на рисунке 8
- Необходимо иметь место и учитывать возможность отключения неисправных подвесок и их дальнейшего подключения.
Рисунок 8. Выполненная модернизация в шкафу коммутации и справа подготовленные ветвители на din-рейках.
Порядок выполнения:
- удалить старые «висячий монтаж» и на свободном месте закрепить монтажные колодки, например саморезами.
- Выполнить «оконцовку» и «обжимку» монтажных линий и соединить внутренние шины с платой ветвителя.
- Провести маркировку линий идущих к силосам, уточнить их условный номер и план расположения на схеме расстановки силосов в корпусе. Ниже на рисунке 9 план расположения силосов в 3-м корпусе (пример)
Рисунок 9. План расположения силосов в корпусе 3
- Заполнить файл инициализации с номерами датчиков, ветвителей, выходов aux main и названием измеряемого силосом.
Пример фрагмента файла инициализации на 6 датчиков представлен на рисунке 10. Файл имеет текстовый формат и редактируется текстовым редактором, например Блокнотом.
- Пример номеров:
DAN_DAF= F400080159772E10 1 0 27 30 1 0 6F00000004C7571F 1 B400000004C5D11F 0
Где:
- DAN_DAF= опция назначения номеров датчиков и ветвителей, это команда для программы;
- F400080159772E10 - номер датчика ds1820, который измеряет температуру в подвеске;
- Ряд цифр …1 0 27 30 1 0 - настройки измерения по датчику, сигнализация;
- 6F00000004C7571F 1 - номер первого ветвителя с подключением на AUX (=1)
- B400000004C5D11F 0 - номер второго (оконечного) ветвителя с подключением на MAIN (=0), этот ветвитель расположен в шкафу и от него шина переходит на датчик
Необходимо обратить внимание на правильную запись в HEX виде, т.е. используется 16-я система счисления и латиница в строчном виде (большие знаки 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F). Номера датчиков и ветвителей пишется БЕЗ ПРОБЕЛОВ, т.е. одной группой. Между группами и отдельными цифрами в строке опций можно устанавливать любое количество пробелов. Длина строки опции до 4096 символов.
|
|
|
NAME_SILOS= сил_111a |
|
DAN_DAF= F400080159772E10 1 0 27 30 1 0 6F00000004C7571F 1 B400000004C5D11F 0 |
|
DAN_DAF= 050008015996C410 1 0 27 30 1 0 6F00000004C7571F 1 B400000004C5D11F 0 |
|
DAN_DAF= 5300080159972210 1 0 27 30 1 0 6F00000004C7571F 1 B400000004C5D11F 0 |
|
DAN_DAF= 99000801597D4010 1 0 27 30 1 0 6F00000004C7571F 1 B400000004C5D11F 0 |
|
DAN_DAF= 1E0008015992E210 1 0 27 30 1 0 6F00000004C7571F 1 B400000004C5D11F 0 |
|
DAN_DAF= 7600080159959A10 1 0 27 30 1 0 6F00000004C7571F 1 B400000004C5D11F 0 |
|
|
Рисунок 10. Фрагмент файла инициализации
- Файл инициализации поставляется вместе с программой [4] и при изменении расположения силосов и используемых датчиков должна соответственно меняться.
Рисунок 11. Фрагмент тестирования штатной программой [7]
- Если получены новые подвески, то они имеют и новые номера датчиков. Эти номера надо определить и вписать в соответствующие силоса, где устанавливаются подвески.
- Данный формат предусматривается программой тестирования производителя. Используя буфер обмена можно записывать данные в файл инициализации.
- На рисунке 11 показан скан чтения данных тестовой программой [7] . Подключен один датчик через два ветвителя.
- Допускается использование любых программа для стандарта 1-wire
- Файл инициализации указывает датчики и ветвители и должен соответствовать измеряемым подвескам.
- Время выполнения модернизации и монтажа одного шкафа для одного человека примерно - 6-8 часов рабочего времени для квалификации 3-го разряда электромонтера (0.4кв)
- Стоимость печатной платы на дин-рейке ( длинна 42см) шинами подключения, смонтированным ветвителем и схемой контроля индикации уточняется при оформлении договора и зависит от количества заказа.
- Всего на объекте установлено 7 штук ML-09 без регенератора и контроля состояния линий в цепочной структурной последовательности.
Внимание! Стоимость цифровых подвесок определяется поставщиками и не входит в расчет модернизации!
Выводы.
Для выполнения работ составляется договор и план-график с заинтересованными лицами и руководством.
Предполагается выполнение в режиме шеф-монтажа и обучением работников объекта.
Литература и электронные источники.
1. Схема регенерации сигнала 1-wire http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/6645.html
2. Сайт производителей ветвителей 1wire МL-09 (производство прекращено) https://elin.ru/
3. Сайт производителя цифровых термоподвесок http://grein.ru/
4. Программа контроля температуры элеватораI http://90.189.213.191:4422/doc_sh/toguchin_2020n/test/
5. Пример объекта с модернизированными ветвителями 1wire http://90.189.213.191:4422/temp/lukanin_upravlenie_v1/
6. Сайт производителя термподвесок вариант 2 https://nvsb.ruskransnab.ru/termopodveski
7. Программа тестирования датчиков от производителя https://yadi.sk/d/3ZnZRODa490-P
8. Пример 2 модернизации аналоговых подвесок на цифровые; http://90.189.213.191:4422/doc_sh/bagan_2022/
---------------------------
Подготовил Шабронов А.А, тс +7-913-905-8839 shabronov@ngs.ru
2023-1-26
Успехов и здоровья!