Для высокоскоростного информационного обмена.

В этой технологии, основанной на частотном разделении сигнала, высокоскоростной поток данных разбивается на несколько низкоскоростных, каждый из которых передается на отдельной частоте с последующим их объединением в один сигнал.

При этом PLC-устройства могут «видеть» и декодировать информацию, хотя обычные электрические устройства - лампы накаливания, двигатели и т. п. - даже «не догадываются» о присутствии сигналов сетевого трафика и работают в обычном режиме.

В настоящий момент технология широко используется в Европе и Америке.

Технические основы технологии PLC

Основой технологии PowerLine является использование частотного разделения сигнала, при котором высокоскоростной поток данных разбирается на несколько относительно низкоскоростных потоков, каждый из которых передается на отдельной поднесущей частоте с последующим их объединением в один сигнал. Реально в технологии PowerLine используются 84 поднесущие частоты в диапазоне 4-21 Мгц.

• Не требует настроек
• Более стабильная связь
• Большая безопасность информации
• Подходит для передачи Multicast-трафика, например, IPTV
• На качество связи не влияет материал и толщина стен в квартире
• В РФ не требуется регистрация оборудования в Роскомнадзоре

Недостатки

Альянс производителей

Несколько крупных лидеров на рынке телекоммуникаций объединились в альянсы, один из которых получил название HomePlug Powerline Alliance, а другой Universal Powerline Assosiation (UPA) с целью совместного проведения научных исследований и практических испытаний, а также принятия единого стандарта на передачу данных по системам электропитания.Прототипом PowerLine является технология PowerPacket фирмы Intellon, положенная в основу для создания единого стандарта HomePlug1.0 specification (принят альянсом HomePlug 26 июня 2001 г.), в котором определена скорость передачи данных до 14 Мб/сек.

Применение PLC технологии

Подключение к Интернет

PLC в Российской Федерации

Коммерческий проект предоставления услуг домашним пользователям с использованием PLC (стандарт UPA) стартовал в 2006 году. Компания «СПАРК» (торговая марка холдинга «Электро-ком») построила пилотную сеть в московском районе Тушино . В дальнейшем, компания начала работать в других районах Москвы и городах Калуга, Рязань, Нижний Новгород, Ростов-на-Дону.

В сентябре 2008 года появились новости о продаже абонентской сети в Москве интернет-провайдеру 2КОМ, который планирует перевести подключение абонентов на технологию Ethernet .

Региональные компании-партнёры «СПАРК» при этом продолжили работу, предоставляя услуги на базе технологий как PLC, так и Ethernet .

Решения на основе PLC также предлагают компании "ВОКС Телеком" из Москвы, Tellink из Санкт-Петербурга и "Гиперком" из г.Волжский Волгоградской области.

Некоторые из моделей электронных электросчётчиков российского производства марки «Меркурий» имеют функцию передачи данных о собранной ими информации по технологии PLC.

Оборудование

Бытовые PLC-модемы можно приобрести в розничной торговой сети. Производители, PLC-модемов продаваемых в России: Гиперком DefiDev , TelLink, QLAN, D-Link , Q-tech, ZyXEL , TP-Link .

Ссылки

• Ответы на самые частые вопросы по широкополосным модемам 200Мбит
• Интернет через розетку , схема подключения
• Технология PLC - телекоммуникации по сетям электропитания. Журнал «Сети и системы связи», А. В. Никифоров, №5/2002 г.
• Часто задаваемые вопросы по оборудованию и технологии "интернет через электросеть"

Примечания

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Power line communication" в других словарях:

Power line communication - or power line carrier (PLC), also known as power line digital subscriber line (PDSL), mains communication, power line telecom (PLT), power line networking (PLN), or broadband over power lines (BPL) are systems for carrying data on a conductor… … Wikipedia

power line communication - noun The distribution of data and other signals via electric power distribution wires … Wiktionary

Power line carrier communication - (PLCC) is mainly used for telecommunication, tele protection and tele monitoring between electrical substations through power lines at high voltages, such as 110kV, 220kV, 400kV.In a PLCC system the communication is established through the power… … Wikipedia

Power Line Carrier - Als Trägerfrequenzanlage (TFA) bezeichnet man Anlagen zur Sprach oder Datenübertragung über Kommunikations oder Stromnetze, indem die Signale auf eine oder mehrere Trägerfrequenzen moduliert werden. Ein Vorteil des Systems ist, dass vorhandene… … Deutsch Wikipedia

Overhead power line - This article is about power lines for general transmission of electrical power. For overhead lines used to power road and rail vehicles, see Overhead lines. Transmission lines in Lund, Sweden … Wikipedia

Power over Ethernet - or PoE technology describes a system to transfer electrical power, along with data, to remote devices over standard twisted pair cable in an Ethernet network. This technology is useful for powering IP telephones, wireless LAN access points,… … Wikipedia

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Программируемый логический контроллер (ПЛК) (англ. Programmable Logic Controller, PLC) или программируемый контроллер -- электронная составляющая промышленного контроллера, специализированного (компьютеризированного) устройства, используемого для автоматизации технологических процессов. В качестве основного режима длительной работы ПЛК, зачастую в неблагоприятных условиях окружающей среды, выступает его автономное использование, без серьёзного обслуживания и практически без вмешательства человека.

Иногда на ПЛК строятся системы числового программного управления станком (ЧПУ, англ. Computer numerical control, CNC).

ПЛК являются устройствами реального времени.

В отличие от:

микроконтроллера (однокристального компьютера), микросхемы предназначенной для управления электронными устройствами, областью применения ПЛК обычно являются автоматизированные процессы промышленного производства, в контексте производственного предприятия; компьютеров, ПЛК ориентированы на работу с машинами и имеют развитый "машинный" ввод-вывод сигналов датчиков и исполнительных механизмов в противовес возможностям компьютера, ориентированного на человека (клавиатура, мышь, монитор и т. п.);

встраиваемых систем -- ПЛК изготавливается как самостоятельное изделие, отдельно от управляемого при его помощи оборудования.

Первые логические контроллеры появились в виде шкафов с набором соединённых между собой реле и контактов. Эта схема задавалась жёстко на этапе проектирования и не могла быть изменена далее.

Первый в мире ПЛК -- MOdular DIgital CONtroller (Modicon) 084, имеющий память 4 кБ, произведен в 1968 году.В первых ПЛК, пришедших на замену обычным логическим контроллерам, логика соединений программировалась схемой соединений LD (Ladder logic Diagram). Устройство имело тот же принцип работы, но реле и контакты (кроме входных и выходных) были виртуальными, то есть существовали в виде программы, выполняемой микроконтроллером ПЛК. Современные ПЛК являются «свободно программируемыми».В системах управления технологическими объектами логические команды преобладают над числовыми операциями, что позволяет при сравнительной простоте микроконтроллера (шины шириной 8 или 16 бит), получить мощные системы действующие в режиме реального времени. В современных ПЛК числовые операции реализуются наравне с логическими. В то же время, в отличие от большинства процессоров компьютеров, в ПЛК обеспечивается доступ к отдельным битам памяти.

1. Интерфейсы ПЛК

ПЛК в своём составе не имеют интерфейса для человека, типа клавиатуры и дисплея. Их программирование, диагностика и обслуживание производится подключаемыми для этой цели программаторами -- специальным устройством или устройствами на базе более современных технологий -- персонального компьютера или ноутбука, со специальными интерфейсами и со специальным программным обеспечением (например, SIMATIC STEP 7 в случае ПЛК SIMATIC S7-300 или SIMATIC S7-400). В системах управления технологическими процессами ПЛК взаимодействуют с различными компонентами систем человеко-машинного интерфейса (например операторскими панелями) или рабочими местами операторов на базе ПК, часто промышленных, обычно через промышленную сеть.

2. Языки программирования ПЛК

Для программирования ПЛК используются стандартизированные языки МЭК (IEC) стандарта IEC61131-3

Языки программирования (графические)

LD -- Язык релейных схем -- самый распространённый язык для PLC

FBD -- Язык функциональных блоков -- 2-й по распространённости язык для PLC

SFC -- Язык диаграмм состояний -- используется для программирования автоматов

CFC -- Не сертифицирован IEC61131-3, дальнейшее развитие FBD

Языки программирования (текстовые)

IL -- Ассемблер

ST -- Паскале-подобный язык

Структурно в IEC61131-3 среда исполнения представляет собой набор ресурсов (в большинстве случаев это и есть ПЛК, хотя некоторые мощные компьютеры под управлением многозадачных ОС представляют возможность запустить несколько программ типа softPLC и имитировать на одном ЦП несколько ресурсов). Ресурс предоставляет возможность исполнять задачи. Задачи представляют собой набор программ. Задачи могут вызываться циклически, по событию, с максимальной частотой.

Программа -- это один из типов программных модулей POU. Модули (Pou) могут быть типа программа, функциональный блок и функция.

В некоторых случаях для программирования ПЛК используются нестандартные языки, например:

Блок-схемы алгоритмов

Си-ориентированная среда разработки программ для ПЛК.

HiGraph 7 -- язык управления на основе графа состояний системы.

Инструменты программирования ПЛК на языках МЭК 61131-3 могут быть специализированными для отдельного семейства ПЛК

(например, STEP 7 для контроллеров SIMATIC S7-300/400) или универсальными, работающими с несколькими, но далеко не всеми.

3. SIMATIC S7-200

программированный автоматизированный контроллер

Программируемые контроллеры SIMATIC S7-200 предназначены для построения относительно простых систем автоматического управления, отличающихся минимальными затратами на приобретение аппаратуры и разработку системы. Контроллеры способны работать в реальном масштабе времени и могут быть использованы как для построения узлов локальной автоматики, так и узлов, поддерживающих интенсивный коммуникационный обмен данными через сети:

Industrial Ethernet, PROFIBUS-DP, AS-Interface, MPI, PPI,

MODBUS, системы телеметрии, а также через модемы.

Программируемые контроллеры SIMATIC S7-200 имеют:

* Сертификат Госстандарта России, подтверждающий соответствие требованиям стандартов ГОСТ Р.

* Метрологический сертификат Госстандарта России.

* Разрешение на применение федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору.

* Экспертное заключение о соответствии функциональных показателей интегрированной системы автоматизации

SIMATIC S7 отраслевым требованиям и условиям эксплуатации энергопредприятий РАО “ЕЭС России”.

* Морские сертификаты Российского реестра, LRS, ABS, GL,

* Международные сертификаты DIN, UL, CSA, FM, CE.

Программируемые контроллеры S7-200 характеризуются следующими показателями:

* Эффективное программирование на языках STL, LAD и FBD.

* Высокое быстродействие. Время выполнения 1К логических инструкций не превышает 0.22мс.

* Наличие конфигурируемых реманентных областей памяти для необслуживаемого сохранения данных при перебоях в питании контроллера.

* 3-уровневая парольная защита программы пользователя.

* Универсальность входов и выходов центральных процессоров: стандартные дискретные входы и выходы, входы скоростного счета, импульсные выходы.

* Наращивание количества обслуживаемых входов и выходов за счет использования модулей расширения и/или систем распределенного ввода-вывода на основе AS-Interface.

* Универсальность встроенного интерфейса центральных процессоров: поддержка протоколов PPI/ MPI/ USS/ MODBUS, свободно программируемый порт.

* Наличие съемных клеммных блоков для подключения внешних цепей, упрощающих выполнение операций монтажа и замены вышедших из строя модулей.

* Поддержка обработки рецептурных данных.

* Использование картриджа памяти для регистрации данных и сохранения электронных версий технической документации.

* Возможность редактирования программы без перевода центрального процессора в режим STOP.

* Использование страничной адресации блоков данных.

4. Модульный ряд SIMATIC S7-200

Семейство объединяет в своем составе модули центральных процессоров; коммуникационные модули; модуль позиционирования EM 253; модуль весоизмерения, модули ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов; модули

блоков питания.

Максимально может быть использовано 7 различных модулей расширения. Все модули способны работать в диапазоне температур от 0 до +55°C. Для более жестких условий эксплуатации могут использоваться модули семейства SIPLUS

S7-200 с диапазоном рабочих температур от -20 до +70°C.

Конструктивные особенности:

* Компактные пластиковые корпуса со степенью защиты IP20.

* Простое подключение внешних цепей через клеммные блоки с контактами под винт. Защита всех токоведущих частей открывающимися пластиковыми крышками.

* Наличие штатных или опциональных съемных клеммных блоков, позволяющих выполнять замену модулей без демонтажа их внешних цепей.

* Монтаж на стандартную 35мм профильную шину или на плоскую поверхность с креплением винтами.

* Соединение модулей с помощью плоских кабелей, вмонтированных в каждый модуль расширения.

5. Модули ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов

С помощью модулей ввода-вывода программируемые контроллеры S7-200 легко адаптируются к требованиям решаемой задачи. Они позволяют увеличивать количество входов и выходов, обслуживаемых одним центральным процессором, дополнять систему ввода-вывода не только дискретными, но и аналоговыми каналами с требуемыми параметрами входных и выходных сигналов.

6. Аппаратура человеко-машинного интерфейса

Для решения задач человеко-машинного интерфейса в системах управления на основе программируемых контроллеров S7-200 может использоваться практически весь спектр продуктов семейства SIMATIC HMI. В то же время в состав этого

семейства входит целый ряд текстовых дисплеев и панелей оператора, предназначенных для работы только с контроллерами S7-200.

Все они поддерживают работу с русским языком.

7. Программное обеспечение

Основной набор стандартных инструментальных средств для работы с программируемыми контроллерами S7-200 сконцентрирован в пакете STEP 7 MicroWin. Пакет позволяет:

* Программировать контроллеры на языках LAD, FBD и STL, выполнять автономную или интерактивную отладку программы.

* Выполнять настройку параметров аппаратуры.

* Использовать символьную адресацию.

* Использовать широкий набор мастеров для конфигурирования

коммуникационных модулей, модуля позиционирования, текстовых дисплеев TD 100C / TD 200 / TD 200C, / TD 400C

ПИД-регуляторов, скоростных счетчиков и импульсных выходов, встроенных интерфейсов, управления рецептурными данными и т.д.

* Выполнять удобный просмотр всех данных проекта.

* Загружать необходимые данные в опциональный картридж памяти и т.д.

Оболочка пакета STEP 7 MicroWin переведена на русский язык. Пакет S7-200 PC Access обеспечивает возможность организации обмена данными между компьютерными приложениями и центральными процессорами или коммуникационными модулями программируемого контроллера S7-200 через OPC интерфейс.

Для организации обмена данными могут использоваться любые варианты связи, поддерживаемые контроллером S7-200. К одному компьютеру может подключаться не более 8 контроллеров S7-200.

MicroWin Instruction Library является опциональным пакетом, интегрируемым в среду STEP 7 Micro/WIN от V3.2 и выше. Он содержит библиотеку функциональных блоков, позволяющих использовать встроенный интерфейс центрального процессора S7-200 для поддержки USS протокола или протокола MODBUS RTU в режиме ведомого и ведущего устройства. SINAUT Micro SC для ПК для управления установкой соединений с удаленными станциями и их мониторинга позволяет организовывать распределённые системы управления и диспетчеризации на базе GSM, используя протокол передачи данных GPRS. Модем SINAUT MD720-3 подключается к контроллеру с помощью PC/PPI кабеля, который используется для программирования. Для работы используются стандартные SIM карты.

Пакет SIWATOOL MS обеспечивает возможность конфигурирования весоизмерительного модуля SIWAREX MS. Для загрузки настроек необходим кабель подключения SIWAREX MS к ПК (RS 232). WinCC flexible Micro позволяет конфигурировать панели оператора TP 177 micro и OP 73 micro. Для загрузки проекта в панель необходим кабель PC/PPI.

8. Центральные процессоры

В S7-200 используется 5 моделей центральных процессоров, отличающихся объемами встроенной памяти, количеством и видом встроенных входов и выходов, количеством встроенных интерфейсов RS 485, количеством потенциометров аналогового задания цифровых величин и другими показателями. Каждая модель имеет две модификации:

* С напряжением питания =24В и дискретными выходами =24В/0.75А на основе транзисторных ключей.

* С напряжением питания ~115/230В и дискретными выходами в виде замыкающих контактов реле с нагрузочной способностью до 2А на контакт.

Встроенный интерфейс RS 485 (один или два) используется:

* без дополнительного программного обеспечения:

Для программирования контроллера;

Для включения контроллера в сети PPI или MPI со скоростью передачи данных до 187.5 Кбит/с;

В качестве свободно программируемого порта с поддержкой ASCII протокола и скоростью до 38.4 Кбит/с;

* с дополнительным программным обеспечением Instruction Library:

Для поддержки протокола MODBUS RTU и работы в режиме ведомого и ведущего сетевого устройства;

Для поддержки протокола USS со скоростью передачи данных до 19.2 Кбит/с и возможностью подключения до 30 преобразователей частоты (например, преобразователей серий MICROMASTER или SINAMICS).

Все центральные процессоры оснащены встроенным блоком питания =24В для питания датчиков или другой нагрузки. Дискретные входы всех центральных процессоров рассчитаны на входное напряжение =24В.

9. SIMATIC S7-300

SIMATIC S7-300 - это модульный программируемый контроллер, предназначенный для построения систем автоматизации низкой и средней степени сложности.

Модульная конструкция, работа с естественным охлаждением, возможность применения структур локального и распределенного ввода-вывода, широкие коммуникационные возможности, множество функций, поддерживаемых на уровне операционной системы, удобство эксплуатации и обслуживания обеспечивают возможность получения рентабельных решений для построения систем автоматического управления в различных областях промышленного производства.

Эффективному применению контроллеров способствует возможность использования нескольких типов центральных процессоров различной производительности, наличие широкой гаммы модулей ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов, функциональных модулей и коммуникационных процессоров.

* Все модули устанавливаются на профильную шину S7-300 и фиксируются в рабочих положениях винтами. Объединение модулей в единую систему выполняется с помощью шинных соединителей (входят в комплект поставки каждого модуля), устанавливаемых на тыльную часть корпуса.

* Произвольный порядок размещения модулей в монтажных стойках. Фиксированные посадочные места занимают только модули PS, CPU и IM. Наличие съемных фронтальных соединителей (заказываются отдельно), позволяющих производить быструю замену модулей без демонтажа их внешних цепей и упрощающих выполнение операций подключения внешних цепей модулей. Механическое кодирование фронтальных соединителей исключает возможность возникновения ошибок при замене модулей.

* Применение гибких и модульных соединителей TOP Connect, существенно упрощающих выполнение монтажных работ и снижающих время их выполнения.

Контроллеры SIMATIC S7-300 имеют модульную конструкцию и могут включать в свой состав:

* Модуль центрального процессора (CPU). В зависимости от степени сложности решаемой задачи в контроллерах могут быть использованы различные типы центральных процессоров, отличающихся производительностью, объемом памяти, наличием или отсутствием встроенных входов-выходов и специальных функций, количеством и видом встроенных коммуникационных интерфейсов и т.д.

* Модули блоков питания (PS), обеспечивающие возможность питания контроллера от сети переменного тока напряжением 120/230В или от источника постоянного тока напряжением 24/48/60/110В.

* Сигнальные модули (SM), предназначенные для ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов с различными электрическими и временными параметрами.

* Коммуникационные процессоры (CP) для подключения к сетям PROFIBUS, Industrial Ethernet, AS-Interface или организации связи по PtP (point to point) интерфейсу.

* Функциональные модули (FM), способные самостоятельно решать задачи автоматического регулирования, позиционирования, обработки сигналов. Функциональные модули снабжены встроенным микропроцессором и способны выполнять возложенные на них функции даже в случае отказа центрального процессора ПЛК.

* Интерфейсные модули (IM), обеспечивающие возможность подключения к базовому блоку (стойка с CPU) стоек расширения ввода-вывода. Контроллеры SIMATIC S7-300 позволяют использовать в своем составе до 32 сигнальных и функциональных модулей, а также коммуникационных процессоров, распределенных по 4 монтажным стойкам. Все модули работают с естественным охлаждением.

Области применения.

Области применения SIMATIC S7-300/ S7-300C охватывают:

* Автоматизацию машин специального назначения.

* Автоматизацию текстильных машин.

* Автоматизацию упаковочных машин.

* Автоматизацию машиностроительного оборудования.

* Автоматизацию оборудования для производства технических средств управления и электротехнической аппаратуры.

* Построение систем автоматического регулирования и позиционирования.

* Автоматизированные измерительные установки и другие.

Центральные процессоры S7-300C оснащены набором встроенных входов и выходов, а также набором встроенных функций, что позволяет применять эти процессоры в качестве готовых блоков управления.

SIMATIC S7-300 Outdoor является идеальным изделием для эксплуатации в тяжелых промышленных условиях, отличающихся сильным воздействием вибрации и тряски, повышенной влажности, широким диапазоном рабочих температур. Он способен управлять работой:

* Светофоров.

* Систем управления движением.

* Очистных сооружений.

* Холодильных установок.

* Специальными транспортными средствами.

* Подвижным составом.

* Строительными машинами и т.д.

Программируемые контроллеры SIMATIC S7-300F в сочетании со станциями распределенного ввода-вывода SIMATIC ET 200S PROFIsafe и SIMATIC ET 200M, оснащенными F-модулями, позволяют создавать распределенные системы безопасного управления (F-системы), в которых возникновение аварийных ситуаций не создает опасности для жизни обслуживающего персонала и угрозы для окружающей природной среды. На основе распределенных структур могут создаваться системы безопасного управления, отвечающие требованиям безопасности уровней SIL 1 … SIL 3 стандартов IEC/EN 61508, а также категорий 1 … 4 стандарта EN 954-1. Системы безопасного управления применяются:

* В автомобильной промышленности.

* В машино- и станкостроении.

* Для управления конвейерами.

* В обрабатывающей промышленности.

* В системах управления пассажирским транспортом.

* В системах материально-технического обеспечения и т.д.

Центральные процессоры.

Все центральные процессоры S7-300 характеризуются следующими показателями:

* высокое быстродействие,

* загружаемая память в виде микро карты памяти MMC емкостью до 8 МБ,

* развитые коммуникационные возможности, одновременная поддержка большого количества активных коммуникационных соединений,

* работа без буферной батареи.

MMC используется для загрузки программы, сохранения данных при перебоях в питании CPU, хранения архива проекта с символьной таблицей и комментарии, а также для архивирования промежуточных данных.

Центральные процессоры CPU 3xxC и CPU 31xT-2 DP оснащены набором встроенных входов и выходов, а их операционная система дополнена поддержкой технологических функций, что позволяет использовать в качестве готовых блоков управления. Типовой набор встроенных технологических функций позволяет решать задачи скоростного счета, измерения частоты или длительности периода, ПИД-регулирования, позиционирования, перевода части дискретных выходов в импульсный режим. Все центральные процессоры S7-300 оснащены встроенным интерфейсом MPI, который используется для программирования, диагностики и построения простейших сетевых структур. В CPU 317 первый встроенный интерфейс имеет двойное назначение и может использоваться для подключения либо к сети MPI, либо к сети PROFIBUS DP.

Целый ряд центральных процессоров имеет второй встроенный интерфейс:

* CPU 31…-2 DP имеют интерфейс ведущего/ ведомого устройства PROFIBUS DP;

* CPU 31…C-2 PtP имеют интерфейс для организации PtP связи;

* CPU 31…-… PN/DP оснащены интерфейсом Industrial Ethernet,обеспечивающим поддержку стандарта PROFI net;

* CPU 31…T-2 DP оснащены интерфейсом PROFIBUS DP/Drive, предназначенным для обмена данными и синхронизации работы преобразователей частоты, выполняющих функции ведомых DP устройств.

Система команд центральных процессоров включает в свой состав более 350 инструкций и позволяет выполнять:

* Логические операции, операции сдвига, вращения, дополнения, операции сравнения, преобразования типов данных, операции с таймерами и счетчиками.

* Арифметические операции с фиксированной и плавающей точкой, извлечение квадратного корня, логарифмические операции, тригонометрические функции, операции со скобками.

* Операции загрузки, сохранения и перемещения данных, операции переходов, вызова блоков, и другие операции. Для программирования и конфигурирования S7-300 используется пакет STEP 7.

Кроме того, для программирования контроллеров S7-300 может использоваться также весь набор программного обеспечения Runtime, а также широкий спектр инструментальных средств проектирования.

10. SIMATIC S7-400

* Модульный программируемый контроллер для решения сложных задач автоматического управления.

* Широкий спектр модулей для максимальной адаптации к требованиям решаемой задачи.

* Использование распределенных структур ввода-вывода и простое включение в сетевые конфигурации.

* “Горячая” замена модулей.

* Удобная конструкция и работа с естественным охлаждением.

* Свободное наращивание функциональных возможностей при модернизации системы управления.

* Высокая мощность благодаря наличию большого количества встроенных функций.

Программируемые контроллеры SIMATIC S7-400 имеют:

* сертификат Госстандарта России

* метрологический сертификат Госстандарта России

* разрешение на применение федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору

* экспертное заключение о соответствии функциональных показателей интегрированной системы автоматизации SIMATIC S7 отраслевым требованиям и условиям эксплуатации энергопредприятий РАО “ЕЭС России”.

* сертификат о типовом одобрении Российского Морского Регистра Судоходства.

* морские сертификаты ABS, BV, DNV, GLS, LRS;

* cертификаты DIN, UL, CSA, FM, IEC, CE;

Области применения.

S7-400 находит применение в машиностроении, автомобильной промышленности, в складском хозяйстве, в технологических установках, системах измерения и сбора данных, в текстильной промышленности, на химических производствах и т.д.

Конструктивные особенности

Программируемые контроллеры S7-400 могут включать в свой состав:

* Модуль центрального процессора (CPU). В зависимости от степени сложности решаемых задач в программируемом контроллере могут использоваться различные типы центральных процессоров. При необходимости можно использовать мультипроцессорные конфигурации, включающие до 4 центральных процессоров.

* Сигнальные модули (SM), предназначенные для ввода и вывода дискретных и аналоговых сигналов.

* Коммуникационные процессоры (CP) для организации сетевого обмена данными через Industrial Ethernet, PROFINET, PROFIBUS или PtP интерфейс.

* Функциональные модули (FM) - интеллектуальные модули для решения задач скоростного счета, позиционирования, автоматического регулирования и других.

* Интерфейсные модули (IM) для подключения стоек расширения к базовому блоку контроллера

* Блоки питания (PS) для питания контроллера от сети переменного или постоянного тока.

Конструкция контроллера отличается высокой гибкостью и удобством обслуживания:

* Все модули устанавливаются в монтажные стойки и фиксируются в рабочих положениях винтами. Объединение модулей в единую систему выполняется через внутреннюю шину монтажных стоек. К одному базовому блоку допускается подключать до 21 стойки расширения.

* Произвольный порядок размещения модулей в монтажных стойках. Фиксированные посадочные места должны занимать только блоки питания.

* Наличие съемных фронтальных соединителей (заказываются отдельно), позволяющих производить быструю замену модулей без демонтажа их внешних цепей и упрощающих

выполнение операций подключения внешних цепей модулей. Механическое кодирование фронтальных соединителей исключает возможность возникновения ошибок при замене модулей.

* Применение модульных и гибких соединителей TOP Connect, существенно упрощающих выполнение монтажных работ и снижающих время их выполнения.

Блоки питания.

Каждый центральный процессор S7-400 имеет встроенный блок питания с входным напряжением =24В. Для питания центрального процессора и других модулей контроллера используются блоки питания PS 405 и PS 407. PS 405 используют для своей работы входное напряжение постоянного тока, PS 407 - входное напряжение переменного тока промышленной частоты. Возможна установка двух специальных резервированных блоков питания в корзину для дублирования питания стойки.

Особые функциональные возможности.

Центральные процессоры S7-400 обеспечивают поддержку изохронного режима работы систем распределенного ввода-вывода и технологии CiR (Configuration in Run). Технология CiR позволяет вносить изменения в конфигурацию существующей системы управления без остановки производственного процесса.

* Добавлять новые или удалять существующие станции распределенного ввода-вывода и приборы полевого уровня, выполняющие функции ведомых устройств на шине PROFIBUS-DP/PA.

* Добавлять новые или удалять существующие модули в станциях распределенного ввода-вывода ET 200M.

* Отменять введенные конфигурации.

* Выполнять перенастройку модулей станции ET 200M. Например, в случае замены одних датчиков другими.

Центральные процессоры.

Программируемые контроллеры S7-400 могут комплектоваться различными типами центральных процессоров, которые отличаются вычислительными возможностями, объемами памяти, быстродействием, количеством встроенных интерфейсов и т.д.

При построении сложных систем управления S7-400 позволяет использовать в своем составе до 4 центральных процессоров, выполняющих параллельную обработку информации. Большинство параметров центральных процессоров может быть настроено с помощью Hardware Configuration STEP 7. Для программирования и конфигурирования контроллеров S7-400 используется пакет STEP 7, весь спектр инструментальных средств проектирования и программное обеспечение Runtime.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Понятие и функциональные особенности программируемого логического контроллера, внутренняя структура и взаимосвязь элементов данного устройства. Advantech - контроллеры и модули ввода / вывода, ПТК КОНТАР производства МЗТА, ОВЕН (ПЛК ОВЕН), Сегнетикс.

реферат , добавлен 22.03.2014


Особенности работы с последовательным портом в среде Visual Studio. Тестирование работы протокола Modbus RTU в режиме Slave. Описание и технические характеристики программируемого логического контроллера Овен 100. Построение диаграммы передачи фреймов.

отчет по практике , добавлен 19.07.2015


Разработка алгоритма автоматизации технологического участка производственного предприятия машиностроительного профиля. Составление программы для реализации релейно-контактной схемы управления объектом на основе программируемого логического контроллера.

контрольная работа , добавлен 30.04.2012


Изучение истории появления, усовершенствования и области применения центральных процессоров - главных частей аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера. Конвейерная, суперскалярная архитектура. Понятие кэширования.

реферат , добавлен 13.02.2012


Изучение сущности, функций и основных задач центрального процессора - микросхемы, исполнителя машинных инструкций (кода программ), главной части аппаратного обеспечения компьютера или программируемого логического контроллера. Основные характеристики.

контрольная работа , добавлен 26.12.2010


Разработка автоматизированной системы управления технологическими процессами очистки, компримирования и осушки нефтяного газа на базе программируемого логического контроллера SLC-500 фирмы Allen Bradley. Расчёт системы автоматического регулирования.

дипломная работа , добавлен 06.05.2015


Изучение процессорных устройств, разработанных учеными корпорации Intel, совокупности инновационных технологий, повлиявших на их развитие. Анализ методик разработки микросхем, аппаратного обеспечения компьютера и программируемого логического контроллера.

реферат , добавлен 09.05.2011


Разработка алгоритма работы и структуры контроллера кэш-памяти с полностью ассоциативным отображением основной памяти. Представление операционной и управляющей частей черного ящика устройства. Схема алгоритма контроллера кэш на уровне микроопераций.

курсовая работа , добавлен 19.03.2012


Технико-экономическое обоснование создания автоматизированной системы. Выбор программируемого логического контроллера. Выбор модулей ввода-вывода. Средства разработки человеко-машинного интерфейса. Контроль обрыва датчиков. Контроль исправности насосов.

дипломная работа , добавлен 14.11.2017


Способы повышения комфорта в здании с помощью систем автоматики. Важнейшие функции автоматизации зданий. Конфигурируемые и свободно программируемые контроллеры, используемые в системах автоматизации зданий. Алгоритм управления вентиляцией и отоплением.

Технология передачи данных по сетям электропитания (PLC — power line communications) позволяет ввести автоматизированную систему управления в новую или уже существующую инфраструктуру, минимизируя затраты как при разработке проекта инфраструктуры, так и при прокладке дополнительных сетей передачи данных.

Идея PLC ведет начало с 1838 года, когда Эдвард Дэйви предложил использовать подобную технологию для дистанционного измерения уровней напряжения батарей на Ливерпульской телеграфной системе. Однако, лишь с появлением современных компонентов, позволяющих бюджетно реализовать необходимую вычислительную мощность (OFDM, о котором будет сказано ниже, достаточно долго «пылился на полке» из-за сложности реализации), технология PLC действительно стала актуальной и доступной в промышленном и в домашнем секторах, обеспечив необходимую надежность, скорость и простоту развертывания.

В настоящее время PLC используется, в основном, в системах энергоучета, простой автоматизации (освещение, приводы механизмов). Реже — это «последняя миля» в сетях передачи данных (Интернет), в голосовой связи. Развитие технологии сделало возможным использование не только в сетях переменного тока. Отсутствие дополнительных проводов оказалось настолько привлекательным, что сейчас осуществляется интеграция PLC даже в системы электропроводки автомобилей.

Технология

Основа PLC — модуляция фазы силовой линии, использование ее как несущей. Вариантов модуляции четыре: частотная (FSK — Frequency Shift Keying ), частотная с разнесенными частотами (S-FSK — Spread Frequency Shift Keying ), двоичная фазовая (BPSK — Binary Phase Shift Keying ) и ортогональное мультиплексирование с частотным разделением каналов (OFDM — Orthogonal Frequency Division Multiplexing ). Выбор варианта определяется двумя критериями — эффективностью использования полосы частот и сложностью реализации, что, в свою очередь, определяет скорость передачи данных и помехоустойчивость. OFDM — наиболее скоростной и помехоустойчивый, но сложен в реализации, так как требователен к вычислительным ресурсам, в то время как BPSK и FSK легко реализуются, но обеспечивают лишь низкие скорости. Для FSK требуется синхронизация при переходе фазы через ноль, что ограничивает его использование только сетями переменного тока.

Кроме того, PLC-системы реализуются с учетом требований стандартов (IEC 61334, PRIME, G3 и других) или местных регуляторных требований (CENELEC, FCC и т.д.).

В таблицах 1 и 2 показаны сравнительные характеристики основных вариантов модуляции, стандартов и требований.

Таблица 1. Основные стандарты для PLC, поддерживаемые компанией TI

Таблица 2. Регуляторные инструкции

PRIME

Альянс PRIME разработал стандарт с возможностью адаптации к параметрам физической среды передачи. Экспериментальным методом было обнаружено, что для достижения оптимальных результатов передачи данных необходимо 96 поднесущих. Топология сети — древовидная, с двумя типами узлов — базовым (корень дерева сети) и сервисными. Сервисные узлы способны работать в двух режимах — терминала и коммутатора, причем, переключение между режимами возможно в любой момент, в зависимости от требований сети, а режим коммутатора совмещает в себе режим терминала. Всего в сети может быть 1200 узлов, 32 из которых могут находится в режиме коммутатора, и осуществляется адресация до 3600 подсоединений.

Основное преимущество данного стандарта в открытости технологии, высокой скорости передачи данных и поддержке огромным числом производителей, что обеспечивает взаимозаменяемость оборудования, а также — возможность работы в режиме SFSK, обеспечивая совместимость с более старым оборудованием.

G3

В отличие от PRIME, изначально стандарт G3 разрабатывался компанией Maxim Integrated для французской компании ERDF, и лишь позже произошло объединение более десяти компаний в G3-PLC Alliance, что сделало G3 открытым.

G3 имеет более сложную систему кодирования (код Рида-Соломона), топологию ячеистой сети с максимальным количеством узлов — 1024. Стандарт более помехоустойчив, чем PRIME, но скорость передачи данных существенно ниже.

Помимо топологии и скорости, у G3 имеются два серьезных преимущества перед PRIME: первый — это возможность осуществлять связь через трансформаторы. Учитывая, что дальность связи без повторителей может достигать 10 км, данная особенность снижает количество концентраторов до максимально эффективного числа, что уменьшает общую стоимость проекта.

Вторая особенность — наличие 6LoWPAN-уровня, что позволяет осуществлять передачу IPv6-пакетов для интеграции с сетью Интернет.

G3 не поддерживает устройства SFSK, но допускает параллельную работу с ними на одной линии.

PLC-Lite

Помимо международных стандартов, существуют иные решения. Компания Texas Instruments предлагает собственный стандарт PLC-Lite.

Преимущество этого стандарта — более гибкий подход к реализации PLC, разработчики оборудования могут оптимизировать характеристики для улучшения передачи данных, и там, где G3 и PRIME испытывают затруднения из-за помех, PLC-Lite успешно справится. Кроме того, реализация PLC-Lite имеет низкую стоимость, что позволяет использовать его в недорогих проектах.

Существует еще одно важное свойство PLC-Lite: для небольших задач предусмотрено использование микроконтроллера PLC-модема, что позволяет обойтись от использования хост-контроллера. Это настолько упрощает разработку устройств и снижает стоимость, что становится экономически возможной интеграция PLC-модемов в сеть на бытовом уровне «выключатель — лампочка». Ниже будет описан один из проектов, показывающий эффективность такого решения.

Аппаратная реализация

Для реализации данной технологии используются PLC-модемы, которые условно можно разделить на три составляющие: согласующий модуль с силовой сетью, аналоговая и цифровая части. Реализация модемов разнообразна — существуют как одночиповые решения, так и многоэлементные. На рисунке 1 показана типичная схема PLC-модема для OFDM (для FSK и G3 дополнительно потребуется детектор перехода фазы через ноль (Zero-Cross detector).

Рис. 1.

Для обеспечения обработки аналогового сигнала компания TI предлагает микросхемы AFE030 , AFE031 и AFE032, которые отличаются величиной выходной токовой нагрузки передатчика, количеством детекторов перехода фазы через ноль (два — у AFE030 и AFE031, три — у AFE032) и возможностью программирования фильтра (AFE032). Эти микросхемы позволяют реализовать FSK-, SFSK- и OFDM-модуляцию в соответствии с требованиями CENELEC. Блок-схема микросхем на примере AFE031 представлена на рисунке 2, а подробная функциональность и особенности описаны в нашем журнале ранее: НЭ №10/2012: «Любой протокол — по проводам: решения Texas Instruments для PLC-систем передачи данных» и НЭ №7/2011: «Концерт для счетчика и сети: PLC-модемы компании Texas Instruments».

Рис. 2. Блок-схема AFE031 — аналоговой части PLC-модема

«Мозгом» модема является микроконтроллер семейства C2000 компании TI, оптимизированный для работы в PLC-модемах в качестве DSP. В настоящий момент компания TI предлагает несколько решений, базирующихся на региональных требованиях и стандартах и учитывающих оптимальность требуемых параметров. К примеру, если требуется разветвленная сеть системы сбора данных энергоучета в соответствии с CENELEC и стандартами G3 и/или PRIME, то идеальным решением будет PLC-модем, построенный на базе F28PLC83 в связке с аналоговым блоком AFE031 , это же решение с использованием FlexOFDM (PLC-Lite) позволит осуществить связь в условиях сильных помех. Если же требуется относительно простая система на уровне «точка-точка», то пара F28PLC35/ AFE030 стандарта PLC-Lite подойдет наилучшим образом. В частности, F28PLC35/AFE030 идеально подходит для построения связей внутри одного объекта, например, для управления/автоматизации освещения, водоснабжения и прочих систем.

Разумеется, решения можно использовать комплексно, например, недорогой F28PLC35/AFE030 может использоваться для передачи данных от энергосчетчика к домашнему дисплею и к коллектору данных, более мощный — от коллектора к дата-центру.

В таблице 3 приведены сравнительные характеристики вышеназванных решений.

Таблица 3. Решения PLC-модемов от TI

Практическое применение

Способность легкой интеграции технологии PLC практически везде, где есть силовые сети, открыла широкие возможности для энергосбытовых компаний, позволив реализовать управление потребителем и обратную связь с потребителем. Оснащение приборов учета PLC-модемами позволит:

• упростить фискальность;
• осуществлять сбор статистики по качеству и количеству энергоснабжения с очень точной привязкой ко времени;
• прогнозировать энергопоставки;
• оценивать состояние линий;
• оперативно вмешиваться в текущее состояние, например, осуществлять приоритетное подключение потребителей в аварийных ситуациях;
• снизить вероятность возникновения аварийных ситуаций за счет «направленной превентивности» в обслуживании линий энергопередач.

На данный момент существует потребность в счетчиках для ЖКХ различного типа. Компания TI готова предложить различные варианты решений (в том числе — программно-отладочные средства), позволяющие построить «умную» сеть практически под любые требования (рисунок 3). Рассмотрим практический пример энергоучета на базе этих решений.

Рис. 3.

Обычно в домах присутствует как минимум три счетчика — счетчик электроэнергии и два счетчика водоснабжения. Однако, их может быть гораздо больше: существуют проекты домов, где есть газоснабжение, водоснабжение подводится дважды, что требует наличия уже четырех счетчиков. И, если с электросчетчиком особых проблем нет, то с остальными необходимо осуществить достоверную связь с помощью иного интерфейса. Да и существование в сети каждого счетчика индивидуально не представляется практичным. Добавим необходимость аварийного отключения систем энергоснабжения (а за рубежом — еще и отключение по окончанию оплаты) — это потребует дополнительных датчиков и исполнительных механизмов. Кроме того, конечному пользователю крайне любопытно, сколько, где, когда и чего потрачено, а возможности «умной» сети сообщить ему такую информацию гораздо выше, чем у простого счетчика. Значит, необходим модуль отображения информации. А теперь давайте умножим все это на некоторое число квартир в доме, районе…

Поэтому в автоматизированной измерительной инфраструктуре (AMI) присутствует важный элемент — концентратор данных (рисунок 4).

Рис. 4.

Условно модуль концентратора можно разделить на четыре части: основной процессор приложений, модуль связи c сервером данных (и с некоторыми счетчиками) на базе PLC-модема, блок питания и интерфейсные модули для связи со счетчиками и пользователями по множеству различных интерфейсов.

Основой концентратора служит процессор TI семейства Sitara AM335x (ARM Cortex-A8) или семейства Stellaris (Cortex-M4) или ARM-DSP, что позволяет разработчику выбрать оптимальное по стоимости решение в зависимости от технических условий.

Большое количество интерфейсов у концентратора данных позволит собрать данные со счетчиков или обеспечить связь с сервером там, где применение технологии PLC по каким-либо причинам оказалось невозможным.

Благодаря возможности процессора PLC-модема от TI выполнять пользовательские приложения, схема автоматизированной системы измерения становится достаточно проста, а ее построение весьма гибко: электросчетчик совместно с PLC-модемом и дополнительными интерфейсами способен осуществлять сбор данных с других счетчиков, управлять исполнительными механизмами и отображать информацию для пользователя. На рисунке 5 показано типовое решение электросчетчика, рассчитанного на широкую универсальность.

Рис. 5.

Типовые решения счетчиков газо- и водоснабжения выполнены на базе микроконтроллеров TI серии MSP430 , отличающихся низким потреблением тока, что делает возможным батарейное питание. На рисунке 6 и 7 видно, что, помимо основных систем измерения, отображения и связи, присутствует RFID-модуль. который обеспечивает режим авансовой оплаты услуг газо- и водоснабжения.

Рис. 6.

Рис. 7.

Помимо возможности контроля показаний непосредственно на счетчиках, в «умной» сети присутствует In-Home Display — центральный информационный дисплей (рисунок 8), благодаря которому нет необходимости проверять каждый счетчик по отдельности, все можно увидеть сразу. Это позволяет монтировать счетчики более удобно и/или не нарушать дизайн дома — как правило, в обычных случаях либо доступ к счетчику затруднен, и считывание показаний становится проблемой для пользователя, либо счетчик становится несимпатичной частью интерьера.

Рис. 8.

Оснащение ЖКХ системами такого рода позволяет получить множество положительных моментов:

• централизованный сбор информации о количестве потребленной энергии от всех пользователей сети позволяет своевременно выставлять счета с указанием точной суммы, вводить различные системы тарификации и осуществлять предупредительные и ограничительные меры при превышении лимита или нарушении правил энергопотребления;
• более грамотное распределение средств на модернизацию и ремонт систем на основе информации о сбоях в системах энергопотребления и потребностях на отдельных участках;
• возможность оперативно локализовывать и решать аварийные ситуации.

Кроме того, система настолько гибка, что позволяет вносить существенные дополнения без какого-либо глобального перестроения. Например, интеграция в систему датчиков утечек газа позволит внести превентивные меры по обеспечению безопасности.

К сожалению, для внедрения такой системы требуется решение серьезных организационных вопросов (и некоторые капиталовложения) со стороны энергосбытовых компаний и ЖКХ. Однако, такая система вполне оправдывает свое существование ради, удобства пользователя.

Автоматизация измерений — лишь одно из направлений применения технологии PLC. Немаловажная часть — возможность автоматизированного управления различными системами, такими как освещение, вентиляция, электроприводы ворот и жалюзи, системы альтернативного электропитания (рисунок 9).

Рис. 9.

Благодаря широким возможностями микроконтроллера концентратора данных TI осуществляется целый ряд удобных, а иногда и необходимых возможностей управления:

• контроль и управление всеми системами;
• удаленное подключение через интернет;
• автоматическое включение освещения по календарю или датчику;
• автоматическое подключение аварийного источника питания с «умным» подключением потребителей;
• выборочное или общее отключение систем при аварийных ситуациях;
• дистанционное управление с пульта (например, открывание ворот гаража).

Разумеется, существуют альтернативные решения: собственные решения производителей освещения, электроприводов ворот и проч. Преимущество же решения на базе PLC-компонентов от TI — в возможности интеграции в уже существующий объект без каких-либо значительных изменений, а также — в универсальности.

В конечном итоге, единое управление намного проще, надежнее и удобней (неплохим примером могут служить два варианта аудио-видео техники: одного производителя с единым пультом управления и нескольких разных, с соответствующим количеством пультов), и дает возможность легкого расширения системы.

В некоторых случаях использование PLC-модемов может вообще быть единственным простым и экономически выгодным решением. Рассмотрим следующий типовой пример: коттедж, гостиная с четырьмя точками входа (улица, двор, лестница на второй этаж, кухня). Включение освещения в гостиной становится проблематичным — дешевое решение (один выключатель) просто неудобно. Удобно наличие четырех перекрестных (проходных) выключателей, по одному в каждой точке входа. Это позволит управлять освещением с любой точки, не делая лишних движений (при выключении — в темноте). Но для реализации необходимо к двум выключателям провести три провода, а еще к двум — четыре.

И ведь это управление одной лампой. Если же в люстре две и более групп ламп, количество проводов резко возрастает. Стоимость двухклавишного перекрестного выключателя даже без учета стоимости проводов уже сравнима со стоимостью PLC-модема. Стоимость работ по монтажу такой системы также достаточно высока. Попробуем создать такую же систему с возможностью регулировки яркости, и придется интегрировать что-то дистанционное непосредственно в лампу.

Применение PLC-модема производства компании TI избавляет от необходимости прокладки дополнительных кабелей, более того, заставляет несколько по-иному взглянуть на классическую систему: PLC-модем в роли выключателя и регулятора может быть интегрирован не только в точку подключения выключателя, но и в линию розеток. Подключение ламп также упрощается (не требуется разводки с выключателями). Количество и характер управления лампами становится несущественным. Дизайн выключателей (регуляторов) получает безграничные возможности. Кроме того, объединение в общую «умную» сеть позволяет реализовать систему аварийного освещения, не прокладывая ни единого дополнительного кабеля.

Отладочные средства производства TI

Для разработки систем на базе технологии PLC компания TI предлагает следующее:

• MODEM DEVELOPER’S KIT
• TMDSDC3359

Набор TMDSPLCKIT-V3 включает в себя два PLC-модема, две управляющие карты на базе TMS320F28069 , имеет встроенный USB-JTAG-эмулятор и все необходимые кабели. Также прилагается программное обеспечение для PLC, поддерживающее стандарты OFDM (PRIME, G3 и FlexOFDM) и S-FSK, и среда разработки Code Composer Studio v4.x с ограничением размера исполняемого кода 32 кбайт. Используемая микросхема аналоговой обработки сигнала — AFE031 . Внешний вид одного из модемов показан на рисунке 10.

Рис. 10.

Data Concentrator Evaluation Module TMDSDC3359 (рис. 11). Этот продукт позволяет отладить системы на базе концентратора данных. Построен на процессоре AM335x семейства Sitara ARM Cortex-A8 с OC Linux BSP. Плата имеет широкую периферию:

• 2x USB;
• 2x Ethernet;
• 2x RS-232;
• 3x RS-485;
• инфракрасный приемопередатчик;
• температурный датчик;
• Sub-1ГГц и 2,4ГГц RF; AM335x.

Рис. 11.

Есть возможность подключения модуля для коммуникации по трехфазным сетям. Импульсный блок питания встроен.

Поддерживаемые стандарты — G3, PRIME.

Заключение

Использование технологии PLC для передачи данных обладает множеством преимуществ, позволяя в кратчайшие сроки и с минимальными затратами развернуть «умную» сеть, способную быстро адаптироваться под требуемые задачи, а благодаря возможностям стандартов G3 и PRIME — под среду передачи данных.

Компания Texas Instruments предоставляет комплексное решение, от микросхем до ПО, для реализации PLC-сетей в системах управления и сбора информации. Благодаря своей гибкости, такое решение позволяет реализовать систему для любого типа протокола и удовлетворяет возможные требования регуляторных инструкций.

Компания КОМПЭЛ является официальным дистрибьютором Texas Instruments и может обеспечить разработчиков как самими процессорами и аналоговыми микросхемами, так и средствами разработки для реализации собственных PLC-проектов.

Литература

4. Андрей Самоделов. Концерт для счетчика и сети: PLC-модемы компании Texas Instruments//Новости Электроники №7/2011.

5. Алексей Пазюк. Любой протокол — по проводам: решения Texas Instruments для PLC-систем передачи данных//Новости Электроники №10/2012.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail:

Приложение Bluetooth Smart SensorTag от TI облегчает разработку Bluetooth-приложений в устройствах на AndroidTM 4.3

Компания Texas Instruments объявила о выходе на рынок приложения для ОС Android под названием Bluetooth Smart SensorTag, последовавшем за интеграцией поддержки приложения Bluetooth Smart Ready в ОС Android 4.3 "Jelly Bean". Новый продукт, доступный для бесплатного скачивания по адресу www.ti.com/sensortag-app-android-eu, устраняет препятствия для разработчиков приложений, желающих воспользоваться преимуществами миллионов смартфонов и планшетов на ОС Android, которые вскоре будут оснащены Bluetooth Smart Ready. Разработка блока приложений Bluetooth Smart, поддерживаемых теперь ОС Android и iOS, стала проще и быстрее при помощи набора разработчика Sensor Tag на базе CC2541. В набор входят шесть датчиков широкого применения, размещенных на одной плате для быстрой оценки и демонстрации. Дополнительная информация о наборе Sensor Tag размещена по адресу www.ti.com/lprf-stdroid-pr-eu.

Набор Sensor Tag не требует знаний в области программного или аппаратного обеспечения, чтобы быстро запустить приложения Bluetooth Smart на смартфоне или планшете. Разработчики делятся своими достижениями, сделанными при помощи Sensor Tag, на странице Texas Wiki (http://processors.wiki.ti.com/index.php/Bluetooth_SensorTag?DCMP=lprf-stdroid-eu&HQS=lprf-stdroid-pr-wiki1-eu ) и в Твиттере по хештэгу #SensorTag.

Шесть встроенных датчиков набора Sensor Tag, включая бесконтактный инфракрасный температурный датчик TMP006 от TI, помогают разработать многочисленные приложения в таких областях, как здравоохранение и образование, а также создавать новые аксессуары для мобильных устройств. С набором работает бесплатное, обновляемое «по воздуху», ПО BLE-Stack TM от TI. Набор Sensor Tag на базе CC2541 служит дополнением к другим решениям от TI — двухрежимному Bluetooth на базе СС2564 и WiLink TM .

О компании Texas Instruments

Технологии связи по электросети (Power Line Communication, PLC) активно развиваются и становятся все более востребованными во всем мире. И Россия - не исключение. Их используют при автоматизации технологических процессов, организации систем видеонаблюдения и даже для управления «умным» домом.

Исследования в области передачи данных с использованием электросети ведутся достаточно давно. Когда-то применение PLC тормозила низкая скорость передачи данных и недостаточная защищенность от помех. Развитие микроэлектроники и создание современных, а главное более производительных процессоров (чипсетов), дали возможность использовать сложные способы модуляции для обработки сигнала, что позволило значительно продвинуться вперед в реализации PLC. Однако о реальных возможностях технологии связи по электросети до сих пор знают лишь немногие специалисты.

Технология PLC использует электрические сети для высокоскоростной передачи данных и основана на тех же принципах, что и ADSL, которая применяется для передачи данных в телефонной сети. Принцип работы следующий: сигнал высокой частоты (от 1 до 30 МГц) накладывается на обычный электрический сигнал (50 Гц) с применением различных модуляций, а сама передача сигнала происходит через электрические провода. Оборудование может принять и обработать такой сигнал на значительном расстоянии - до 200 м. Трансфер данных может осуществляться как по широкополосным (BPL), так и по узкополосным (NPL) линиям электропередачи. Только в первом случае передача данных будет идти со скоростью до 1000 Мбит/с, а во втором значительно медленнее — только до 1 Мбит/с.

На пределе скорости?

Сегодня пользователям доступны технологии PLC третьего поколения. Если в 2005 году, с появлением стандарта HomePlug AV, скорость передачи данных выросла с 14 до 200 Мбит/с (этого достаточно для предоставления так называемых «Triple Play» услуг, когда пользователям одновременно предоставляются высокоскоростной доступ в интернет, кабельное телевидение и телефонная связь), то последнее поколение PLC использует уже двойной физический уровень передачи данных — Dual Physical Layer. Вместе с FFT OFDM применяется Wavelet OFDM-модуляция, то есть ортогональное частотно-разделенное мультиплексирование, но с применением вейвлетов. Это позволяет в несколько раз поднять скорость передачи данных— до 1000 Мбит/c.

Однако важно понимать, что речь идет о физической скорости. Реальная скорость передачи данных зависит от многих факторов и может быть в разы меньше. Качество электропроводки в доме, скрутки в линии, ее неоднородность (например, в алюминиевой проводке затухание сигнала сильнее, чем в медной, что сокращает дальность связи примерно в два раза) — все это деструктивно влияет и на физическую скорость и качество передачи данных. Также PLC - все адаптеры должны находится на одной фазе в электрической сети, в электросети между адаптерами не должно быть гальванических развязок (трансформаторов, ИБП), пилоты, фильтры и УЗО снижают скорость передачи данных. Исключение - QPLA-200 v.2 и QPLA-200 v.2P, т.к. особенностью данных адаптеров является уникальная технология Clear Path. Используя технологию Clear Path, можно создать сеть даже тогда, когда PLC устройства подключены к разным фазам, т.е. эта технология динамически выбирает менее зашумленные каналы для передачи информации, тем самым увеличивая скорость передачи данных. В одной PLC -сети могут находиться до 8 устройств.

Говоря о PLC-технологии, за скорость принято брать полудуплексную или однонаправленную скорость. То есть, если указанная скорость равна 200 Мбит/c, то реальная будет составлять 70-80 Мбит/c. В реальной жизни физическую скорость с большой уверенностью можно делить пополам, и пропорционально уменьшать на 10% при подключении каждого мощного домашнего устройства -утюг, чайник, кондиционер, холодильник и пр.

В обычных бытовых условиях по проводам с помощью PLC сигнал может передаваться на расстояние около 200 м. Например, дом площадью 200 кв. м можно покрыть без проблем. Качество связи при этом будет зависеть от качества электрической сети. Преградой для прохождения сигнала может стать обыкновенный сетевой фильтр, который часто бывает встроен в удлинитель, источник бесперебойного питания или трансформатор. Следует помнить и то, что распространение сети по электропроводке ограничивается электрическим щитком с предохранителями. Так что создать сеть, например, с соседом по квартире не получится. Для этого лучше подойдет Wi-Fi.

Плюсы и минусы PLC

PLC-технологии, безусловно, заслуживают внимания, однако наряду с плюсами, у них есть и очевидные недостатки. Но обо всем по порядку. PLC помогает наладить качественное предоставление услуг Triple Play, не требует прокладки проводов для передачи данных, а, значит, и дополнительных затрат. Быстрый монтаж и возможность подключения к существующим сетям — тоже очко в пользу PLC. Кроме того, PLC-сеть можно легко разобрать и сконфигурировать, например, при переезде офиса в другое здание. Такая сеть легко масштабируется — можно организовать практически любую ее топологию с минимальными затратами (в зависимости от количества дополнительных PLC-адаптеров). В сложных условиях (железобетонные конструкции, высокий уровень электромагнитных помех) в отличие от беспроводных технологий Wi-Fi, WiMAX и LTE PLC-сеть будет работать без сбоев. При этом за счет применения самых современных алгоритмов шифрования обеспечена и безопасная передача данных по сети.

Недостатков у PLC меньше, но знать о них стоит. Во-первых, пропускная способность сети по электропроводке делится между всеми ее участниками. Например, если в одной PLC-сети две пары адаптеров активно обмениваются информацией, то скорость обмена для каждой пары будет составлять примерно по 50% от общей пропускной способности. Во-вторых, на стабильность и скорость работы PLC влияет качество выполнения электропроводки (например, медного и алюминиевого проводника). И в-третьих, PLC не работает через сетевые фильтры и источники бесперебойного питания, не оборудованные специальными розетками PLC Ready.

Применение PLC на практике

Сегодня PLC находит широкое практическое применение. В связи с тем, что технология использует существующую электросеть, она может быть использована в автоматизации технологических процессов для связки блоков автоматизации по электропроводам (например, городские электросчетчики).

Нередко PLC применяют при создании систем видеонаблюдения или локальной сети в небольших офисах (SOHO), где основными требованиями к сети являются простота реализации, мобильность устройств и легкая масштабируемость. При этом как вся офисная сеть, так и отдельные ее сегменты могут быть построены с помощью PLC-адаптеров. Часто в уже существующую офисную сеть необходимо включить удаленный компьютер или сетевой принтер, расположенный в другой комнате или даже в другом конце здания — c помощью PLC-адаптеров эту проблему можно решить за несколько минут.

Кроме того, PLC-технология открывает новые возможности для реализации идеи «умного» дома, в котором вся бытовая электроника должна быть завязана в единую информационную сеть с возможностью централизованного управления.

На сегодняшний день в системах передачи информации успешно сосуществуют различные проводные и беспроводные интерфейсы. В последнее время активно развивается отдельный сегмент передачи и сбора данных — интеллектуальные сети, предназначенные для учета энергоресурсов (Smart Grid). Такие сети позволяют обеспечить двухсторонний обмен информацией между потребителем и производителем/поставщиком энергоресурсов. Это, в свою очередь, позволяет не только контролировать энергозатраты, но и оптимизировать потребление энергии за счет распределения и снижения пиковой нагрузки, локализации энергопотерь, повышения надежности и т.д.

На физическом уровне «интелектуалльные» сети строятся с использованием как стандартных проводных (UART, RS-485 и т.д) и беспроводных (ZigBee, 6LoWPAN и др.) интерфейсов, так и других интерфейсов, таких, как системы передачи данных по силовым электропроводам, системы передачи данных с использованием GSM-канала и пр. Различные способы передачи данных могут успешно использоваться в пределах одной сети. Например, для счетчиков расхода воды, газа или тепла наиболее логичным является создание автономных устройств на базе микроконтроллеров со сверхнизким энергопотреблением (серий MSP430), объединяющихся в беспроводные сети, с питанием от мощных литиевых батарей. А для счетчиков электроэнергии уместным будет решение с использованием силовой сети как для питания самих счетчиков, так и для передачи данных посредством той же сети (Power Line Communication, PLC).

Следует отметить, что PLC-модемы активно используются не только в системах энергоучета, но и в системах управления освещением, бытовой и промышленной автоматикой. Их популярность обусловлена тем, что такие решения позволяют использовать уже существующую инфраструктуру и реализовать систему передачи данных без дополнительных затрат на реализацию новых физических каналов связи, так как для передачи данных используются провода силовых сетей, а переменное сетевое напряжение выступает в качестве несущей частоты.

Тип модуляции

Для передачи данных в системах PLC используют различные типы модуляций. Наиболее распространенными являются следующие четыре: частотная манипуляция (Frequency Shift Keying, FSK), частотная манипуляция с разнесенными частотами (Spread Frequency Shift Keying, S-FSK), двоичная фазовая манипуляция (Binary Phase Shift Keying, BPSK) и ортогональное мультиплексирование с частотным разделением каналов (Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM). В таблице 1 приведено сравнение различных типов модуляций на основании двух главных критериев — эффективности использования полосы частот и сложности реализации.

Таблица 1. Сравнение эффективности и сложности реализации в зависимости от типа модуляции

В частности, при помощи OFDM можно достичь высоких скоростей, что взамен потребует дополнительных вычислительных ресурсов для реализации необходимых алгоритмов. С другой стороны, BPSK и FSK легко реализуются, но обеспечивают низкие скорости и более подвержены внешним помехам. Спектры частот, иллюстрирующие эффективность использования частотного диапазона, показаны на рисунке 1. На сегодняшний день намечается тенденция к использованию OFDM с PSK.

Рис. 1.

OFDM-модуляция основана на многочастотном алгоритме Discrete Multi Tone (DMT), который был разработан и запатентован специалистами из Amati Communications (ныне Internet Access group, подразделение Texas Instruments) в начале 1990-х.

Алгоритм DMT построен по принципу разделения всего диапазона частот, используемого для обмена данными, на несколько участков шириной по 4,3125 кГц, которые используются для независимой передачи данных. При передаче данных информация распределяется между независимыми каналами пропорционально их пропускной способности. При приеме выполняется демультиплексирование каналов и восстановление исходного информационного потока. Для повышения качества связи передатчик, исходя из уровня помех в частотном диапазоне участка, выбирает подходящую модуляционную схему и скорость передачи. На каналах с малым уровнем шумов часто используются алгоритмы QAM 64, а на более зашумленных каналах — более простые алгоритмы, например QPSK. Кроме того, некоторые из поднесущих частот можно отключать, если в этих частотных диапазонах имеются импульсные помехи.

К достоинствам OFDM можно отнести высокую скорость передачи данных и способность отстраиваться от помех в линии. Еще одним достоинством алгоритма OFDM является наличие для него стандартов ITU и ANSI. Недостатком метода является невозможность избирательной адаптации пропускной способности элементарных каналов к частотным характеристикам линии. Элементарные частотные каналы OFDM разделяются заградительными интервалами. При увеличении числа элементарных частотных каналов пропорционально увеличивается ширина частотного интервала, который не может быть использован непосредственно для передачи данных.

Стандарты и частоты

При разработке PLC-систем необходимо также учитывать дополнительные требования по соответствию существующим стандартам (IEC61 334, PRIME, G3) или местным регуляторным требованиям (CENELEC, FCC, ARIB). Ниже в таблице 2 приведены требования по использованию частот в основных регионах.

Таблица 2. Регуляторные инструкции

Европейский стандарт для узкополосной низкочастотной передачи данных по PLC-каналам определяет четыре основные сетки частот. Для сеток Cenelec A, B, D уровень протокола определяется стандартами или патентами. Для сетки Cenelec C определен доступ по стандарту CSMA (Carrier Sense Multiple Access — множественный доступ с контролем несущей).

Обзор решений TI для PLC

Учитывая разнообразные требования для реализации систем на базе PLC, Texas Instruments предлагает решения как для реализации стандартных (PRIME и G3), так и собственных протоколов (FlexOFDM) (таблица 3).

Таблица 3. Решения TI для реализации различных стандартов

Отличительной особенностью решений, предлагаемых TI, являются гибкость и масштабируемость реализации. Оба этих принципа обеспечиваются за счет полной программируемости и модифицируемости для требований конкретной задачи.

Гибкость обеспечивается за счет использования схемной архитектуры, основанной на использовании двух микросхем: сигнального процессора семейства C2000 (Piccolo и Concerto ) и отдельной микросхемы для предварительной обработки аналогового сигнала (AFE03x ). Такой подход гарантирует полную программируемость решения за счет использования процессоров F28x (MAC и PHY) и обеспечивает возможность работы как в режиме S-FSK, так и в режиме низкочастотной узкополосной OFDM-модуляции для стандартов PRIME, G3 и FlexOFDM. Развитие номенклатуры TI для решения задач PLC показано на рисунке 2.

Рис. 2.

На рисунке 3 показана блок-диаграмма решения для PLC-модема, предлагаемого TI. Основными узлами такого решения являются микроконтроллер, выполняющий функцию цифровой обработки сигнала, аналоговая система, преобразующая цифровые данные в аналоговый сигнал для последующего приема и передачи по силовой линии, и схема согласования. Ниже рассмотрим каждый из блоков в отдельности.

Рис. 3.

Блок цифровой обработки информации (DSP)

Блок цифровой обработки информации, как правило, реализуется на сигнальных процессорах (DSP) семейства C2000 (таблица 3). Контроллеры семейства Piccolo TM позволяют достичь хорошего соотношения производительности и стоимости, обеспечивая при этом гибкость в реализации множества существующих протоколов.

TMDSSGI-EVML138 — платформа для разработки приложений для интеллектуальных сетей, включая приложения для измерения качества электроэнергии, концентраторы данных, защиты электропитания и т.д. Даная плата построена на базе процессора OMAPL138 и предусматривает возможность подсоединения дополнительных RF- и PLC-модулей для создания сети.

Также TI представляет данные типового проекта, включая принципиальную схему и информацию для изготовления печатной платы (рис. 6).

Рис. 6.

В качестве базы для разработки программного обеспечения предлагается среда для разработки plcSUITE (рис. 7). PlcSUITE представляет собой набор модулей для реализации различных протоколов (PRIME, G3 и FlexOFDM) и разработки приложений, что дает разработчику возможность получить максимум гибкости при тестировании и проектировании PLC-модемов. Использование готовых библиотек упрощает процесс реализации протоколов.

Рис. 7.

Также на сегодняшний день TI предлагает программное обеспечение для создания концентратора PLC-сетей под свои процессоры ARM9, работающие на операционной системе Linux. Данное ПО можно использовать совместно с отладочной платой TMDSSGI-EVML138 для исследования возможностей создания PLC-сети. В будущем планируется реализовать данное ПО и под другие процессоры семейства Sitara Cortex A8.

Заключение

Компания Texas Instruments предоставляет комплексное решение от микросхем до ПО для реализации PLC-сетей в системах управления и сбора информации. Благодаря своей гибкости, такое решение позволяет реализовать систему для любого типа протокола и удовлетворяет возможным требованиям регуляторных инструкций.

Компания КОМПЭЛ является официальным дистрибьютором Texas Instruments и может обеспечить разработчиков как самими процессорами и аналоговыми микросхемами, так и средствами разработки для реализации собственных PLC-проектов.

Литература

2. TMS320F28069 Piccolo Microcontroller. Datasheet. http://www.ti.com/lit/gpn/tms320f28069 .

3. AFE031. Powerline Communications Analog Front End. Datasheet. http://www.ti.com/lit/gpn/afe031 .

5. Андрей Самоделов. Концерт для счетчика и сети: PLC-модемы компании Texas Instruments//Новости Электроники №7/2011.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка — e-mail:

О компании Texas Instruments