Примеры применения

Интеграция инфракрасных термометров и тепловизоров в систему программируемых контроллеров фирмы Siemens

Бесконтактные датчики температуры фирмы Optris имеют современные интерфейсы, которые позволяют быстро и легко подключать их к сети и автоматизированным системам управления. В следующей технической записке показано, как тепловизоры и инфракрасные термометры можно напрямую интегрировать в систему программируемых контроллеров через протокол DP сети PROFIBUS.

Принцип действия сети PROFIBUS

Сеть PROFIBUS уже давно утвердилась в промышленности как одна из часто используемых систем шин данных. В отношении автоматизации производства, технологических процессов и обслуживания зданий с помощью системы шин можно эффективно, надёжно и быстро обмениваться данными между отдельными абонентами шины и управляющими блоками.

Принцип построения сети Profibus при этом всегда одинаков. На одной стороне находятся контроллеры, например, SIMATIC S7 от SIEMENS — известные также как системы ведущих устройств или активные станции. На другой стороне располагаются абоненты шины, так называемые ведомые устройства, известные также как пассивные системы. Это могут быть не только датчики, но и исполнительные элементы.

Подключение тепловизора optris PI к системе ведущих устройств программируемых контроллеров (SIEMENS S7), а также интеграция инфракрасных термометров через протокол DP сети PROFIBUS

Варианты сети PROFIBUS

Для различных областей применения были разработаны различные варианты сети PROFIBUS.

Протокол DP сети PROFIBUS

Самым используемым вариантом является протокол DP сети PROFIBUS, где DP обозначает «децентрализованную периферию». Он используется для быстрого, цикличного обмена данными с компонентами сети и служит для управления датчиками и исполнительными элементами, прежде всего, в технологическом оборудовании. Он очень надёжен и подкупает как минимальным временем реакции, так и простым обращением.
К данному варианту относятся также и интерфейсы инфракрасных датчиков температуры и камер от Optris.

Протокол PA сети PROFIBUS

PA обозначает автоматизацию процесса и особенно применяется в системах безопасности, например, во взрывоопасных областях. При этом сегмент протокола PA сети PROFIBUS является постоянной частью сегмента протокола DP.

Протокол FMS сети PROFIBUS

Спецификация формата сообщений сети (fieldbus Message Specification) используется для связи между программируемыми контроллерами и абонентами сети, как правило, в очень сложных станках и установках.

Интеграция тепловизоров в систему программируемых контроллеров

Имеется простое решение для интеграции инфракрасной камеры optris PI в систему программируемых контроллеров. Важным преимуществом системы ведущих устройств является поддержка других сетей, например, RS485. Благодаря этому, существует возможность построения системы измерения на расстоянии до 3 км между инфракрасной камерой и программируемым контроллером, как показано на верхнем рисунке.

Тепловизор optris PI подключён к ПК, ПО PIX Connect анализирует данные температуры и отображает их. Для включения устройства в систему программируемых контроллеров сначала необходимо настроить RS485-соединение с помощью режима Comport (Опции > Конфигурация > Связи с внешними устройствами; см. рисунок 2).

Конфигурация ПО обработки изображений optris PIX Connect

Для подключения COM-порта ПК к программируемому контроллеру имеется комплект вспомогательных средств optris RS485-Kit (артикульный номер: ACCTRS485USBK, выбираемый в конфигураторе продукции соответствующей инфракрасной камеры). С помощью входящего в комплект программного обеспечения можно создать виртуальный COM-порт на ПК. Виртуальный COM-порт соединяет затем ПО optris PIX Connect с модулем RS485. Модуль RS485 передает данные по кабелю A и B дальше в программируемый контроллер SIEMENS S7. На рисунке 2 показана конфигурация аппаратных средств, основанная на соединении RS485 между тепловизором и программируемым контроллером SIEMENS S7. Для этого потребовались:

optris PI 160 / optris PI 200 / optris PI 400 / 450 / optris PI 640.
Комплект для связи optris RS485 (ACCTRS485USBK).
SIMATIC S7-300, CPU 313C-2 DP (процессор с модулем PROFIBUS).
SIMATIC S7-300, передний модуль с цифровыми и аналоговыми выходами.
SIMATIC S7-300, CP 340 (коммуникационный процессор с интерфейсом RS422/485).
Программное обеспечение STEP 7 (конфигурация контроллера для модулейRS485 и PROFIBUS).

Опциональные цифровые интерфейсные модули для максимальной гибкости

Простой монтаж в электронном блоке благодаря стандартному модульному креплению

Интеграция инфракрасных термометров в систему программируемых контроллеров фирмы Siemens

Фирма Optris предлагает помимо известных выходных сигналов пирометров (выход напряжения, тока или термоэлемента) дополнительные цифровые интерфейсы для любых инфракрасных термометров с электронным блоком. Для этого в каждом электронном блоке обработки данных имеется свободное гнездо, в которое можно вставить цифровую интерфейсную карту, например, интерфейс PROFIBUS DP.

Установка проста. Каждый абонент шины сети имеет всегда так называемый GSD-файл (Generic Station Description File), который считывается программируемым контроллером, чтобы ведущее и ведомое устройства могли между собой обмениваться данными. Для интерфейса сети Profibus от Optris также предоставляется GSD-файл на диске PROFIBUS-CD. Файл содержит важные сведения, напр., параметры для запроса температуры объекта или установки коэффициента излучения.

Затем необходимо настроить соответствующий адрес абонента шины для электронного блока, чтобы стационарный инфракрасный датчик температуры optris мог обмениваться данными с системой ведущих устройств.

После того как GSD-файл будет считан программируемым контроллером, а адрес абонента введён в электронный блок, должен загореться зелёный светодиод на карте ROFIBUS. Он показывает, что программируемый контроллер и датчик температуры готовы к работе. Теперь имеется возможность запросить температуру объекта и измерительной головки через программируемый контроллер.

Режим телеграмм

Если помимо температуры объекта и измерительной головки потребуется запросить прочие параметры, нужно воспользоваться режимом телеграмм, который в виде модуля может быть импортирован в систему программируемых контроллеров.

Таким образом, можно изменить значения коэффициентов передачи и излучения, отрегулировать или запросить критические значения и многое другое.

Передача телеграмм

Принцип передачи телеграмм всегда одинаков и объясняется далее.

Сначала в датчик передаются десять байт. Передача начинается всегда с так называемой команды квитирования в качестве первого байта. Этот байт после завершения процесса передачи и приема должен получить новый адрес.

Второй байт получает команду 47 сети PROFIBUS, которая сообщает датчику температуры, что передаётся команда.

Третий байт содержит собственно команду в указанием, какие нужно изменить настройки датчика, или какие сведения нужно запросить. Здесь приводится перечень команд для датчиков optris CT. Данный перечень содержит все возможные команды, которые могут быть переданы в датчик.

С помощью следующих байтов передаются параметры настроек, которые следует выполнить на датчике. Эти параметры могут содержать до четырёх байт. Если с датчика не только запрашивается величина, но выполняется настройка, то затем из третьего и четвёртого байтов передаётся контрольная сумма XOR.

Затем необходимо заполнить возможно отсутствующие байты до общей суммы байтов, десяти, нулями, так называемыми пустыми байтами. После выполнения этого действия команда готова к передаче.

Прием телеграмм

После получения датчиком команды, он отвечает в общей сложности 23 байтами.

Первый байт возвращает при этом команду квитирования, которая была передана датчику.

Затем следует байт со значением 15, который подтверждает, что телеграмма принята.

Третий байт представляет собой байт ответа датчиком температуры и в любом случае имеет значение 67.

Затем в случае запроса следуют параметры датчика, или в случае, если были проведены новые настройки, значения изменения. Все остальные байты до установленной суммы байтов, 23, и здесь заполняются пустыми байтам, т. е. нулями.

Пример: настройка нового коэффициента излучения на инфракрасном термометре с помощью режима телеграмм

Далее приводится конкретный пример работы режима телеграмм. Требуется установить коэффициент излучения на значение 0,95.

Передача команды:

Байт квитирования: 02
Команда сети PROFIBUS: 47
Команда CT для изменения коэффициента излучения: 84
Установка параметра: 03 B6 (0,95 x 1 000 = 950; результат в виде шестнадцатеричного значения = 03B6)
Контрольная сумма (XOR), созданная из третьего и четвёртого байтов: 31 (84 XOR 03 XOR B6)
Пустые байты: 00 00 00 00

Ответ датчика: