Журнал "Новости Электроники", номер 9, 2007 год.Применение радиомодемов стандарта IEEE802.15.4 (ZigBee) в системах промышленной автоматики
Cтандарт IEEE 802.15.4 (ZigBee) выработан для низкоскоростных сетей. Возможность работы сети на любом из 16 выделенных каналов исключает интерференцию сигналов между соседними системами, а использование 16-битной адресации допускает построение сети практически любой сложности с любым необходимым числом модулей. Максимальная скорость передачи, равная 250 Кбит/с, достигается в диапазоне 2,4 ГГц (16 каналов с полосой 5 МГц и возможностью одновременной работы на всех каналах) [1].
В то время как в промышленности насчитывается великое множество объектов автоматизации малой и средней сложности, основная их специфика состоит в наличии большого количества разнесенных в пространстве датчиков, регулирующих органов и исполнительных механизмов. При этом дальность их расположения по любому из трех измерений редко превышает 25 м. Вести сигнальный провод к каждому из них крайне неэффективно, поэтому целесообразнее использовать беспроводную вычислительную сеть (WPAN) малого радиуса действия. А в случае расположения части системы на движущихся объектах применение беспроводных сетей оказывается единственно возможным решением. Такая малая удаленность составных частей системы делает возможным связь между модулями без использования ретрансляции, а значит, не требует дополнительной аппаратуры и повышает надежность системы. Гибкость архитектуры построения беспроводных систем позволяет впоследствии легко и с небольшими затратами производить наращивание системы.
Упрощенный пример локальной распределенной беспроводной системы управления приведен на рис. 1.
Рис. 1. Пример распределенной беспроводной системы управления
Исполнительными механизмами являются электрифицированная задвижка, регулирующий клапан и двигатель насоса. Управляющие модули устанавливаются на корпусе механизмов или в непосредственной близости от них. Связь с центральным контроллером осуществляется по радиоканалу, что автоматически обеспечивает гальваническую изоляцию между модулями. Применение же радиоканала для связи с пультом оператора позволяет сделать его мобильным с автономным питанием. При этом длина кабельных линий минимальна. Другим немаловажным преимуществом распределенной системы является высокая живучесть, так как при выходе из строя одного из управляющих модулей неработоспособной оказывается лишь небольшая часть системы. При подобной организации системы центральный процессор может обладать меньшими вычислительными мощностями, а, следовательно, быть доступнее, дешевле и иметь меньшие массогабаритные размеры.
При таком разделении задач между частями распределенной системы управляющие модули и, во многих случаях, центральный процессор могут быть реализованы на основе кристаллов СС2430 и СС2431.
Разработки
В 2005 году в специальном конструкторском бюро программируемых средств и систем управления (СКБ ПСИС) начато изучение возможности применения стандарта беспроводной связи IEEE 802.15.4 в распределенных системах управления [2].
Первым результатом стало производство блока беспроводного интерфейса ZigBee PSIS2420SPI на основе радио-модема СС2420. Внешний вид модуля представлен на рис. 2. Все выводы, используемые для работы с микросхемой, доступны через штырьковый соединитель, а простой интерфейс SPI модуля позволяет с минимальными затратами использовать его для расширения функциональности существующих изделий.
Рис. 2. Блок беспроводного интерфейса PSIS2420SPI
Данный модуль также представляет большой интерес для разработчиков новых устройств. При этом наиболее рационально изначально ориентироваться на разработку новых устройств для совместного использования с готовыми модулями приемопередатчиков. В связи с высокой несущей частотой (2,4 ГГц) сигнала, при проектировании устройств на основе радиомодемов стандарта ZigBee необходимо использовать электронные компоненты малого типоразмера 0402, печатные платы высокого класса точности и высокоточный монтаж. Все это связано с дополнительными производственными затратами при опытном и мелкосерийном производстве.
После выпуска радиомодема СС2430 с интегрированным микропроцессорным ядром (совместимым с С51) был разработан блок беспроводного интерфейса ZigBee PSIS2430. Ресурсы микропроцессора достаточны для решения большого круга достаточно серьезных задач. Немаловажным аргументом в пользу этого является факт адаптации в СКБ ПСИС под СС2430 аппаратно-независимого комплекса МЭК 61131-3 программирования CoDeSyS компании Smart Software Solutions GmbG (3S) [3]. Это позволяет не только значительно уменьшить требования к квалификации разработчика технологических программ для программируемых контроллеров и увеличить наглядность разработки, но и сократить время.
Блок беспроводного интерфейса ZigBee PSIS2431 выполнен на основе кристалла СС2431, который является версией кристалла CC2430, дополненной системой определения местоположения. Основная область применения - системы слежения за положением движущихся объектов в пределах определенной зоны покрытия.
Рис. 3. Модули серии СР6000: а) контроллер; б) пульт мобильный
Развитием линейки продукции стала разработка законченных промышленных контроллеров и устройств (рис. 3) на основе кристалла СС2430 [2]:
- СР6110 - контроллер дискретный;
- СР6210 - контроллер универсальный;
- СР6910 - пульт технологический мобильный;
- СР6920 - пульт технологический стационарный.
Платформа для построения систем промышленной автоматики СР6000 создавалась для автоматизации объектов малой и средней сложности. Все контроллеры серии СР6000 имеют гальванически изолированные интерфейсы RS-485 и интерфейс беспроводной связи, совместимый с промышленным стандартом ZigBee, что делает возможным применение их в качестве самостоятельных устройств, а также как элемент системы в сетях различных топологий. В остальном контроллеры построены по классической архитектуре. Также для данных контроллеров разработана гамма вспомогательных устройств (источники питания, преобразователи интерфейсов, релейные усилители, клеммные колодки и т.д.), делающих ее законченной системой для построения систем промышленной автоматики.
Для программирования технологических задач используется уже упоминавшийся аппаратно-независимый комплекс МЭК 61131-3 программирования CoDeSyS. Однако возможно и традиционное программирование на ассемблере или языках высокого уровня. Для этого был разработан блок программатора-эмулятора psisCON2430D. Модуль предназначен для программирования и отладки устройств на основе микросхем TI/Chipcon CC2430, CC2431. Совместим с ин-тегрированной средой разработки IAR Embedded Workbench for 8051 [4]. Поддерживает использование фирменного программного обеспечения Chipcon SmartRF04 Flash Programmer и Chipcon IEEE Address Programmer [5].
Для обеспечения настройки системы и оперативного управления разработаны стационарный и мобильный технологические пульты. Для отображения используется цветной графический экран разрешением 320x240 точек. Для ввода имеется клавиатура на 16 клавиш и сенсорный экран (стационарный пульт). Поддерживаются интерфейсы ZigBee и гальванически изолированный RS-485.
Таблица 1. Состав линейки продукции СКБ ПСИС на основе радиомодемов ZigBee производства Texas Instruments
| Блок беспроводного интерфейса PSIS2420 |
|
| Блок беспроводного интерфейса PSIS2430 |
|
| Контроллер дискретный СР6110 |
|
| Контроллер универсальный СР6210 |
|
| Пульты технологические СР6910 и СР6920 |
|
| Блок программатора-эмулятора psisCON2430D |
|
Опыт применения
Одно из первых практических применений модулей беспроводной связи PSIS2420SPI - обмен данными между компьютером диспетчера и контроллером ICPDAS серии I-7188, установленного на борту автомобиля КАМАЗ (г. Курган). Снимаются показатели пробега, времени приезда на базу и др.
Одним из типичных опытов применения контроллеров серии СР6000 является система из СР6210 и двух СР6110 для проверки электрооборудования кабин тракторов на ОАО Чебоксарский завод промышленных тракторов. Связь между АРМ оператора, находящегося в кабине трактора, и контроллером осуществляется по интерфейсу ZigBee. Для написания технологической части программы использовался комплекс CoDeSyS.
Литература
1. Материалы сайта http://www.zigbee.org/
2. Материалы сайта www.psis.ru
3. Материалы сайта www.3s-software.com/
4. Материалы сайта http://www.iar.com/
5. Материалы сайта www.ti.com..
Техническая информация, заказ образцов, поставка комплектующих и модулей - по
e-mail: wireless.vesti@compel.ru
|
Heemy пишет... Таможенный декларант ВЭД ЛАЙН рекомендует первоклассные интермодальные решения для участников внешнеэкономической деятельности, работающих в Поднебесной и во всех странах мира. Располагая профессиональных менеджеров, вдобавок представителей в грузовых портах КНР, мы удерживаем планы роста и укрепления своих клиентов на таковом охватывающим и активном рынке. Имея ценный стаж работы на местном рынке и глобальную сеть, Таможенный декларант ВЭД ЛАЙН https://ved-line.ru сумеет обеспечить обширный спектр услуг для компаний, планирующих расширить или утвердить характерное присутствие в торговом пространстве. Наши главные услуги включают в себя интермодальные перевозки товаров, организацию доставки малых партий грузов, таможенную очистку, планирование логистических расчетов также решения для последовательности поставок, подготовку и введение концепции практической проверки. 20/03/2022 08:19:57 |
|
Glive пишет... Импорт товаров из Поднебесной в Новосибирск требует определенных умений также понимания. В конечном счете, некоторые импортеры рассуждают, вероятно оформление документов и таможенное декларирование, взаимосвязанное с импортом в Российской Федерации, представляются очень трудной частью работы. От знаний в таможенном оформлении, зависят затраты. Процедура импорта в Российскую Федерацию складывается из нескольких составляющих. Это содержит в себе: Регистрацию декларации на товары с целью выпуска ваших товаров в свободное пользование и оплаты таможенных платежей. Работа с таможенным импортером https://ved-line.ru облегчит задачу импорта товара и таможенного оформления. Как только таможенная декларация будет зарегистрирована, сотрудники таможни решат, надо ли проводить осмотр или досматривать импортируемый груз. Если только сотрудники таможни определят, что ваш импорт требует фактической проверки, они оформят проверку на наличие правовых и нормативных нарушений и выпустят таможенную декларацию, как только они пройдут фактический таможенный контроль. Это важная часть импорта товара в Россию. 20/03/2022 09:08:46 |
|
plaug пишет... Имеется множество формальностей, которые необходимо выполнять, когда совершается морская поставка в Российскую Федерацию, и менеджеры, предлагающие сервис, дадут консультацию, с тем чтобы заказчик, который хочет отправить какой-либо товар в Россию, определил наиболее привлекательный для него путь и срок, с целью получить желаемую продукцию. Стоит учесть, что доставка грузов https://ved-line.ru маржинальной цены настоящим способом становится несопоставимо дешевле, чем авиа. Тариф перевозки с использованием самолета оправдывает именно ценную продукцию. Перевозка морем особенно удобна, если местом поступления значиться Лесной Терминал порт Находка, и зафрахтовывается большая партия. Морские отгрузки контейнеров из Китая максимального нетто-веса позволяют сохранить стоимость предельно дешевой, потому что грузоподъемность самолетов, в сравнении с кораблями, значительно меньше. Имеются другие основные расхождения также между подобными возможностями, как наземные перевозки и грузоперевозки морским транспортом. Из Китая можно привезти сборный груз, выбирая каждый из двух вариантов. Но общее условие содержится в весе груза. Для товаров тяжести более 200 кг доставка каким-нибудь водным средством удобней сухопутного, и наоборот, легкую продукцию удобнее транспортировать, выполняя перевозку груза в РФ на автотранспорте. 20/03/2022 20:48:15 |
| Ваш комментарий к статье | ||||
