Порядок
модернизации интерфейса 1-wire для большого количества датчиков (<1000) и
сложной структуры сети (звезда-шина)
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.
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!