1. Spis treści

2.Cel i zakres pracy ..................................................................... 2

3.Wykaz ważniejszych oznaczeń i skrótów................................... . 3

4.Wstęp......................................................................................... 5

4.1 Zastosowanie mikroprocesorów do sterowania i nadzoru....... . 5

4.2 Sposoby monitorowania i archiwizacji .................................... 11

4.3 Projektowanie oprogramowania do mikrokontrolerów i

sterowników mikroprocesorowych............................................. 16

4.4 Uruchamianie i testowanie mikrokontrolerów ........................ 19

5 Przykłady realizacji nadzoru i archiwizacji............................... ..23

5.1System automatycznego nadzoru procesów i archiwizacji stanów

alarmowych SCADA/OSA2......................................................... ..23

5.2 System automatycznego nadzoru (SAN).................................. ..25

6. Koncepcja układu nadzoru i archiwizacji do systemu

bezprzerwowego zasilania ...........................................................28

6.1Budowa układu bezprzerwowego zasilania.................................28

6.2 Zasada działania systemu bezprzerwowego zasilania................29

6.3 Wybór mikroprocesora..............................................................30

6.4 Budowa modułu głównego.........................................................31

6.5 Budowa modułu wyświetlacza i klawiatury................................36

6.6 Budowa modułu przetworników.................................................37

7. Realizacja programowa nadzoru bezprzerwowego zasilania.......40

7.1 Algorytm główny programu.......................................................40

7.2 Kod źródłowy programu i opis działania...................................42

7.2.1 Deklaracja stałych i zmiennych występujących w programie..42

7.2.2 Ustawienie parametrów początkowych...................................43

7.2.3 Blok dekodowania numeru wyświetlacza oraz liczby .............45

7.2.5 Protokół komunikacji z pamięcią EEPROM przy zapisie i

odczycie danych....................................................................48

7.2.6 Podprogram odczytujący sygnały z wejść analogowych ..... ...53

7.2.7 Regulacja napięcia i prądu ładowania baterii........................56

7.2.8 Regulator PI w procesie ładowania baterii......................... ...60

8. Badanie układu...........................................................................65

9. Wnioski ......................................................................................68

10. Wykaz literatury........................................................................69

2. Cel i zakres pracy

Celem niniejszej pracy inżynierskiej jest projekt, wykonanie, oprogramowanie oraz badanie układu mikroprocesorowego nadzoru do systemu bezprzerwowego zasilania silników asynchronicznych małej mocy. Pod pojęciem nadzoru należy tutaj rozumieć monitorowanie i obróbkę wybranych parametrów systemu oraz reakcję układu nadzoru na przekroczenie założonych wartości maksymalnych ustalonych przez obsługę urządzenia.

Monitorowanymi parametrami będą:

• napięcie i prąd sieci,

• prąd wyjściowy falownika,

• napięcie ładowania baterii,

• prąd ładowania i rozładowania baterii,

• temperatura baterii.

Układ nadzoru powinien archiwizować stany alarmowe zapisując je w pamięci nieulotnej EEPROM. Wystąpienie awarii sygnalizowane będzie za pomocą diody LED, natomiast kod uszkodzenia przedstawiony zostanie na wyświetlaczu dostępnym na przedniej płycie urządzenia.

Praca zawierać będzie praktyczną realizację cyfrowego regulatora typu PI wykorzystywanego w procesie ładowania baterii. Umożliwi to porównanie jego własności dynamicznych z rozwiązaniem analogowym.

Jednym z założeń jest uniwersalność układu umożliwiająca zastosowanie poszczególnych modułów w innych aplikacjach. Dlatego też układ zbudowany zostanie z trzech bloków mogących pracować niezależnie od siebie.

Urządzenie powinno posiadać możliwość komunikacji z komputerem osobistym, lecz należy wykonać tylko realizację sprzętową. Oprogramowanie do komunikacji z PC nie będzie przedmiotem niniejszej pracy. Układ powinien pracować w systemie bezprzerwowego zasilania, jednakże z powodu jego braku, nadzór procesorowy sprawdzony zostanie w aplikacji z urządzeniami symulującymi jego praktyczne zastosowanie.

3. Wykaz ważniejszych oznaczeń i skrótów

IIC - szyna komunikacyjna między mikroprocesorem a urządzeniami

zewnętrznymi,

fosc - częstotliwość oscylatora sygnału μP [Hz],

Vcc - napięcie zasilania układu mikroprocesorowego [V],

PWM1 - wyjście analogowe procesora modulowane,

Tb - temperatura baterii mierzona na jej obudowie [°C],

Ib_in - prąd ładowania baterii akumulatorów [A],

Ib_out - prąd rozładowania baterii [A],

Iwe_r - prąd wejściowy urządzenia (faza R) [ A],

If - prąd wyjściowy falownika [ A],

Ub - napięcie ładowania baterii [V],

I - prąd mierzony [A],

Iz - wartość zadana prądu [A],

Ik - prąd konwersji A/C [A],

Ip - prąd pierwotny przetwornika [A],

e - wartość uchybu wielkości mierzonej,

en-1 - poprzednia wartość uchybu wielkości mierzonej,

Δe - przyrost wartości uchybu wielkości mierzonej,

Kp - wzmocnienie części proporcjonalnej,

Kc - wzmocnienie części całkującej,

Tc - stała całkowania (czas zdwojenia),

To - okres próbkowania,

RP - wartość składowej proporcjonalnej,

RI - wartość składowej całkowej.

4. Wstęp

4.1 Zastosowanie mikroprocesorów do sterowania i nadzoru.

Sterowniki mikroprocesorowe znajdują coraz większe zastosowanie we wszelkiego rodzaju urządzeniach. Można je dziś znaleźć nie tylko w specjalistycznym sprzęcie, ale także w wielu urządzeniach powszechnego użytku. Istnieje wiele ich typów, od uniwersalnych po ściśle specjalizowane.

Bardzo dynamiczny rozwój obserwuje się w branży komputerowej, gdzie bardzo istotną cechą jest moc przeliczeniowa procesora. Natomiast w przypadku mikrokontrolerów z racji innego zastosowania, cecha ta ma znacznie mniejsze znaczenie - ważniejsze od mocy przeliczeniowej są na ogół

możliwości wewnętrznych układów peryferyjnych.

W przeszłości część elektroniczna małej mocy w urządzeniach przemysłowych obejmowała wzmacniacze operacyjne, pracujące jako regulatory, oraz liczne obwody towarzyszące pełniące rolę ograniczników, układów dopasowujących, sygnalizujących itp. Wszystkie te funkcje może pełnić mikrokontroler pod warunkiem, że szybkość jego działania oraz układy we/wy okażą się wystarczające.

Mikroprocesorowy układ sterujący operuje sygnałami o ujednoliconej formie. Są to słowa binarne o parametrach napięciowych zgodnych ze standardem TTL. W komunikowaniu się z realnym procesem muszą zatem uczestniczyć urządzenia pośredniczące noszące nazwę sprzęgów. Duża liczba obecnie produkowanych typów mikrokontrolerów posiada przetworniki A/C zmieniające sygnał analogowy na cyfrowy. Sprzęgi pomiarowe przetwarzają sygnały wypływające z czujników pomiarowych. Natomiast zadaniem sprzęgów sterujących jest, oprócz przetworzenia postaci sygnałów, zapewnienie odpowiedniej mocy sygnałów wyjściowych. Poniżej przedstawiono sposób przesyłania informacji w procesie z udziałem mikroprocesorowego układu nadzoru (rys.4.1-1).

Rys. 4.1-1. Drogi działania sygnałów między procesem podlegającym

sterowaniu i układem mikroprocesorowym

Zastosowanie mikrokontrolerów w przemysłowym układzie automatycznej regulacji wiąże się z zamianą sprzętowej realizacji niektórych podzespołów na realizację programową. Algorytm sterowania może wymagać wykonania od kilkuset do kilku tysięcy rozkazów. W przypadku sterownia obiektów o dużych stałych czasowych nie stanowi to większego problemu. Sprawa komplikuje się jednak w dziedzinie sterowania układów przekształtnikowych. W skład tych obiektów regulacji wchodzą energoelektroniczne przekształtniki statyczne, charakteryzujące się małymi stałymi czasowymi.

Zastępowanie regulatorów analogowych jest wprawdzie zasadniczym zadaniem mikrokontrolera współpracującego z przekształtnikiem, nie jest jednak zadaniem jedynym. Przykładowa lista czynności realizowanych przez sterownik mikroprocesorowy może obejmować:

• próbkowanie wielkości zadanej,

• obliczanie uchybów i sprawdzanie czy mieszczą się one w przewidzianych granicach,

• realizacja algorytmów działania regulatorów,

• formowanie sygnałów nastawiających,

• zmiana sposobu kodowania sygnału w celu umożliwienia współpracy mikroprocesora z różnymi urządzeniami zewnętrznymi,

• wyświetlanie wartości wybranych zmiennych,

• kierowanie pracą wielokanałowych przetworników sygnału,

• przyjmowanie, obróbka wstępna i wyświetlanie informacji o stanie obsługiwanego urządzenia,

• sygnalizowanie uszkodzeń i awarii [10].

Wiele czynności wymienionych powyżej wykonuje się cyklicznie. Do tej właśnie grupy odnoszą się ograniczenia czasowe opisane wcześniej. Podane przykładowo zestawienie można naturalnie rozszerzać o dalsze zadania, zależnie od możliwości wykonawczych i pamięci mikrokontrolera oraz potrzeb określanych przez użytkownika.

Szybki rozwój techniki mikroprocesorowej jest uwarunkowany zaletami ukła­dów cyfrowych, do których należą: stabilność parametrów, łatwość modyfikacji al­gorytmów, możliwość realizacji sterowania adaptacyjnego, a także łatwość implemen­tacji licznych funkcji autodiagnozowania układu (tzw. monitoringu) i komunikacji między systemami. Postęp w dziedzinie mikroelektronicznych technologii umożliwia wytwarzanie tanich układów scalonych o wysokiej skali integracji, które zawierają w jednej strukturze scalonej nie tylko wysoko wydajny procesor, lecz także bloki pamięci ROM i RAM, obwody wejścia/wyjścia (I/O), układ transmisji szeregowej i wiele innych. Są to tzw. mikrokomputery jednoukładowe. Stosunkowo niewielka liczba dodatkowych układów scalonych umieszczona obok mikrokomputera na małej karcie obwodów drukowanych tworzy sterownik mikroprocesorowy. Jego uzupełnienie o kilka dodatkowych czujników pomiarowych i układów dopasowujących sygnały powoduje powstanie kompletnego systemu sterowania o niekiedy złożonej funkcji. Ogólny sche­mat blokowy takiego sterownika połączonego z przykładowo wybranym urządzeniem przekształtnikowym pokazano na rys. 4.1-2. Na schemacie tym, oprócz bloków odzwier­ciedlających układy scalone (mikroprocesor) i inne obwody nazywane sprzętem (z ang. hardware), zaznaczono blok oprogramowania (z ang. software), który jest umieszczony w pamięci trwałej programu (ROM lub EPROM). Projektując sterownik mikroproce­sorowy należy przyjąć określoną konfigurację sprzętu, w tym także wybrać typ mikroprocesora, jednak zasadnicza część pracy koncepcyjnej polega na przygotowaniu programów, zawierających odwzorowanie głównych funkcji sterujących. Na rysunku 4.1-3 pokazano sposób projektowania sterownika mikroprocesorowego. Przygotowanie odpowiedniego modelu sprzętu i włączenie go do pracy może być dosyć uciążliwe, kosztowne i czasochłonne. Dlatego przy projektowaniu należy korzystać ze standar­dowych konfiguracji sterowników - mikrokomputerów. Efektywność opracowywania programów sterowników zależy od wyposażenia pomocniczego, czyli tzw.systemów uruchomieniowych. Pierwotnie były to integralne aparaty wyspecjalizowane do urucha­miania sterowników zbudowanych z zastosowaniem określonego typu mikroprocesora. Po wprowadzeniu komputerów osobistych IBM PC zarówno pakiety pomocniczego oprogramowania, jak i dodatkowe wyposażenie sprzętowe zostało dostosowane do tego jednolitego standardu. Obecnie znaczna część prac przy oprogramowaniu sterow­ników jest wykonywanych właśnie za pomocą komputerów osobistych.

Przy projektowaniu sterowników z zastosowaniem uniwersalnych mikroproceso­rów lub mikrokomputerów wybór układu jest dokonywany ze względu na specyficzne potrzeby konkretnego rozwiązania. Możliwe jest

zwięc elastyczne kształtowanie układu i dobieranie sprzętu do sprzęgów (interfejsów) tak, by najlepiej były dopasowane do określonego zadania. Zarówno projektowanie, jak i budowa sterownika z wielu oddziel­nych układów scalonych są bardzo kosztowne. Producenci mikroprocesorów i mikro-kontrolerów korzystając z własnego doświadczenia opracowali szereg mikrokontrolerów różniących się zastosowaniem.

Rys. 4.1-2. Ogólny schemat blokowy przedstawiający budowę i funkcje

mikroprocesorowego sterownika w urządzeniu

energoelektronicznym

Mikrokontrolery zawierają dosyć szeroki i w ogromnej więk­szości przypadków wystarczający zestaw bloków dodatkowych, które umożliwiają ich zastosowanie jako sterowników bądź kompletnych, bądź uzupełnionych tylko bardzo niewielką liczbą sprzętu dodatkowego.

Rys. 4.1-3. Diagram opisujący prace przy projektowaniu i uruchamianiu

sterownika mikroprocesorowego

Mikrokontrolery, które można traktować jako specjalizowane mikrokomputery jednoukładowe, są dostępne w wersjach 8- i 16-bito-wej. Biorąc pod uwagę duże częstotliwości taktu, udoskonaloną architekturę wewnętrz­ną i organizację pracy, nowoczesne mikrokontrolery są wystarczające do realizacji większości zadań związanych ze sterowaniem przekształtników. Tylko w przypadku najbardziej złożonych funkcji sterujących celowe jest zastosowanie specjalnych mikro­procesorów sygnałowych o 32-bitowej jednostce arytmetycznej i w najnowszych wers­jach mogących wykonywać obliczenia w arytmetyce zmiennoprzecinkowej. Należy podkreślić, że wówczas sterowniki są budowane jako połączenie mikrokontrolera 16-bitowego z mikroprocesorem sygnałowym, któremu są przekazywane do wykonania szczególnie skomplikowane fragmenty obliczeń. W praktyce do sterowania urządzeń energoelektronicznych najczęściej są stosowane mikrokontrolery 8-bitowe serii 31 lub 51 (np. 8031, 80535, 80C515, 80C535,80C552). Jeśli chodzi o mikrokontrolery 16-bitowe, to do niedawna była stosowana seria 8096/8097, natomiast obecnie korzysta się z nowszego rozwiązania, tzn. z serii 80C166/167 i 80C196. Projektowanie układów sterowania z zastosowa­niem mikrokontrolerów nie wymaga dużego nakładu pracy nad przygotowaniem sprzętu w porównaniu z przygotowaniem oprogramowania. Przygotowanie progra­mów do poszczególnych typów mikrokontrolerów powinno być poprzedzone nie tylko dobrym rozeznaniem ogólnych zasad budowy wewnętrznej mikroprocesorów, lecz także zapoznaniem się z podręcznikami i opisami (tzw. manuałami) konkretnych stosowanych typów mikroprocesorów, mikrokomputerów czy mikrokontrolerów [1].

4.2 Sposoby monitorowania i archiwizacji

Na rysunku 4.2-1 pokazano funkcjonalną budowę wewnętrzną mikrokontrolera 80C535, czyli tzw. architekturę mikrokontrolera. Podstawową rolę odgrywa procesor CPU złożony z licznych bloków funkcjonalnych, do których należą: pomocnicze rejestry (np. licznik programowy, wskaźnik stosu, akumulator, rejestr słowa stanu), logiczne układy sterujące (np. kontroler przerwań) i jednostka arytmetyczno-logiczna. Takt pracy CPU oraz innych układów towarzyszących jest wyznaczany przez zegar o częstotliwości stabilizowanej kwarcem. Generalnie funkcje procesora CPU nie różnią się od podstawowych funkcji każdego mikroprocesora i polegają na kontroli i obsłudze poprzez wewnętrzne magistrale (bus) jednostki arytmetyczno-logicznej, komórek pa­mięci, układów wejścia/wyjścia oraz peryferyjnych układów pomocniczych zintegrowa­nych w strukturze. Rodzaj operacji wykonywanych przez procesor CPU jest określony rozkazami zapisanymi w sekwencji komórek pamięci, przy czym kod instrukcji ściśle zdefiniowany dla danego typu procesora jest dekodowany w specjalizowanym układzie logicznym.

Rys. 4.2-1. Schemat funkcjonalny przedstawiający budowę wewnętrzną

mikrokontrolera 80C535 [2]

Rozkazy (zwane też instrukcjami) mogą być złożone z l, 2 lub 3 bajtów i do ich wykonania potrzeba od l do 4 cykli maszynowych wyznaczanych przez zegar. Podstawowe grupy rozkazów to transfer danych i wykonywanie na nich operacji logicznych lub arytmetycznych. Z uwagi na wielką częstotliwość zegara (typowa wartość 12 MHz) czas wykonywania większości instrukcji jest równy l us. Dzięki temu nawet stosunkowo złożone algorytmy programów sterowania mogą być wykonywane w czasie kilkuset mikrosekund.

Pamięć mikrokontrolera dzieli się ogólnie na dwie części: pamięć trwałą (ROM, EPROM) zawierającą zwykle program i pamięć wolnodostępną (RAM) z danymi liczbowymi. W strukturze scalonej wewnętrznej mikrokontrolera przewidziano specjal­ny blok pamięci wolnodostępnej (RAM), który służy jako podręczna pamięć. Zawiera ona m.in. kilka używanych wymiennie przez procesor CPU zestawów rejestrów opera­cyjnych ogólnego zastosowania. Części tego samego obszaru pamięci jest przypisany blok, zawierający kilkadziesiąt jednobajtowych specjalnych rejestrów funkcyjnych, reprezentujących rejestry CPU oraz rejestry kontrolujące pracę obwodów peryferyj­nych. Przez odwoływanie się do nich jak do obszaru pamięci RAM i zapisywanie ich zawartości istnieje możliwość sterowania pracą mikrokontrolera. Pamięć programu (ROM) w mikrokontrolerze 80C535 jest pamięcią zewnętrzną i może wynosić nawet do 64 KB (najbliższy temu typowi mikrokontrolera jest mikrokontroler 80C515 zawierają­cy w swej wewnętrznej strukturze zintegrowane 8 KB pamięci ROM). Również pamięć danych (RAM) dołączona zewnętrznie może zawierać 64 KB.

Podstawową właściwością mikrokontrolerów, w tym również mikrokontrolera 80C535, jest zintegrowanie rozbudowanych tzw. zasobów służących do sprzęgania układu z sygnałami sterowanego systemu. Do najważniejszych bloków należą: 6 portów 8-bitowych, umożliwiających dwukierunkową komunikację, układ wejścia i wyjścia szeregowego, liczniki do zliczania impulsów lub odmierzania czasu (tzw. timery), port dla 8 wielkości analogowych z multiplekserem, rejestry zatrzasków i komparatorów cyfrowych oraz zegarowy układ zabezpieczający (z ang. watchdog) nadzorujący po­prawny przebieg programu. Funkcjonowanie tych bloków jest kontrolowane poprzez zapisywanie rejestrów kontrolnych umieszczonych w sektorze pamięci specjalnych rejestrów funkcyjnych. Do obsługi pamięci zewnętrznych konieczna jest 16-bitowa linia adresowa i 8-bitowa linia danych. W tym celu korzysta się z dwóch 8-bitowych portów (PO i P2), przy czym jeden z nich w trybie multipleksowania obsługuje przemiennie linię adresowania i linię danych. W pracy mikrokontrolera niezwykle ważna jest odpowied­nia obsługa przerwań. Celem przerwań jest nagłe - wywołane jakimś zjawiskiem - zatrzymanie (odłożenie) zadań w aktualnie wykonywanej części programu i przejście do innej części związanej z obsługą pilniejszego zadania. Oczywiście procedura przejś­cia do programu przerwania musi być tak wykonana, aby istniała możliwość powrotu do zadania poprzedniego. W omawianym typie mikrokontrolera (80C535) przewidzia­no 4 wejścia dla zewnętrznych sygnałów inicjujących przerwania i dodatkowo 5 prze­rwań spowodowanych szczególnym stanem wewnętrznych układów peryferyjnych, np. zerowaniem liczników. Odpowiednia kolejność wykonywania przerwań jest zapewnio­na przez wprowadzenie 4 poziomów priorytetów. Taka klasyfikacja zapewnia, że przerwanie o niższym priorytecie nie może spowodować odłożenia przerwania o priory­tecie wyższym. Również kontrola przerwań odbywa się za pośrednictwem specjalnych rejestrów funkcyjnych.

Opisana w sposób uproszczony struktura funkcjonalna mikrokontrolera 80C535, należącego do najbardziej rozpowszechnionych, pozwala na zapoznanie się z możliwościami operacji wykonywanych podczas realizacji programu zapisanego w pamięci. Podobną architekturę funkcjonalną ma mikrokontroler 80C166. Jednak ze względu na korzystanie ze słowa 2-bajtowego (16-bitowe linie i rejestry) i znacznie większej częstotliwości zegara (40 MHz) jest on znacznie szybszy i bardziej precyzyjny w działa­niu niż jednostka 8-bitowa. Pojedyncze instrukcje programu są wykonywane w czasie 0,1 us, a więc 10-krotnie krótszym niż w mikrokontrolerze 80C535.

Innym również bardzo rozpowszechnionym procesorem, który znalazł zastosowanie w różnego rodzaju urządzeniach jest 80C552 [13]. Bardzo istotną cechą decydującą o jego wykorzystaniu w układach automatyki i energoelektroniki jest przede wszystkim możliwość bezpośredniego podłączenia dopasowanych napięciowo sygnałów analogowych. Posiada on osiem 10-bitowych wejść analogowo-cyfrowych umożliwiających pomiar napięć i prądów monitorowanego systemu. Także mikroprocesor ten jako jeden z nielicznych z całej rodziny 8051 ma wbudowane 2 wyjścia PWM (o modulowanej szerokości impulsu) wykorzystywane w układzie do wytworzenia sygnału sterującego najczęściej członami wykonawczymi regulatora. Dodatkową zaletą jest interfejs I2C, który ułatwia programową realizację komunikacji z urządzeniami zewnętrznymi, takimi jak EEPROM czy komputer zewnętrzny.

Do pozostałych parametrów oraz cech mikrokontrolera 80C552 należą:

- brak wewnętrznej pamięci programu,

- 256 bajtów wewnętrznej pamięci danych RAM,

- przestrzeń adresowa pamięci programu - 64KB,

- przestrzeń adresowa zewnętrznej pamięci danych - 64KB,

- 40 linii wejść/wyjść,

- dwa 16-bitowe układy licznikowe,

- układ CCU,

- łącze szeregowe,

- licznik czuwający,

- dwupoziomowy układ przerwań, wykorzystujący 15 źródeł przerwań,

- tryby pracy z redukcją poboru mocy (uśpienie, zamrożenie),

• obudowa typu LCC-68 [9].

Istotna z punktu widzenia programisty jest organizacja wewnętrznej pamięci danych. W tym przypadku jej pojemność wynosi 256 słów 8-bitowych. Jest ona najdogodniejsza do zapamiętywania argumentów i wyników wszelkiego rodzaju obliczeń. Ponadto, w ramach osobnej przestrzeni adresowej można dołączyć do układu zewnętrzną pamięć danych o pojemności do 64K słów. 80C552 zawiera procesor boolowski, umożliwiający operacje na pojedynczych bitach.

4.3. Projektowanie oprogramowania do mikrokontrolerów i sterowników mikroprocesorowych

Projektowanie oprogramowania polega na zapisaniu algorytmów funkcji sterownika w postaci zestawu instrukcji użytego procesora. Zasadnicza część pracy projektowej polega na uruchomieniu, metodą licznych prób, kolejnych wersji programu i jego testowaniu. Testy powinny być prowadzone z uwzględnieniem warunków, jak najdok­ładniej zbliżonych do rzeczywistych warunków pracy urządzenia, a ostateczne spraw­dzenie musi być dokonane w warunkach rzeczywistych - na oryginalnym obiekcie sterowania.

Poniżej zostaną omówione proste, lecz powszechnie stosowane, systemy oprog­ramowania mikrokontrolerów uwzględniające zastosowanie komputera osobistego ja­ko głównego narzędzia do pisania tekstu programów i sterowania kompletnym proce­sem ich uruchamiania i testowania.

Program sterujący procesorem i umieszczony w pamięci ROM jest napisany w tzw. kodzie maszynowym, dla którego zapisane kolejno informacje obejmują jeden lub kilka bajtów. Kod taki, ze względu na system binarny stanowiący jego bezpośrednie odzwiercied­lenie, w praktyce jest nieprzydatny do tworzenia programów większych niż kilka kroków. Mało istotnym ułatwieniem jest zastosowanie zapisu pojedynczych bajtów w systemie szesnastkowym hexa, gdzie każdy półbajt (cztery bity) jest reprezentowany przez jeden z 16 znaków (O—F).

Językiem programowania pozwalającym na orientację programisty w programach normalnej wielkości jest asembler (język symboliczny niższego rzędu). Pisanie tekstów w języku asemblera wymaga skorzystania z edytora o standardowym kodzie znaków ASCI. Ponieważ kody maszynowe i zestawy instrukcji poszczególnych typów procesorów są różne, istnieje konieczność posługiwania się asemblerem zgodnym z typem procesora.

W celu dalszego ułatwienia pracy przy tworzeniu programu w miejsce asemblera, który obejmuje tylko rozkazy zgodne z kodem oprogramowywanego procesora, stosuje się program makroasemblera. Zawiera ona dodatkowe instrukcje ułatwiające redakcję programu w sposób ogólny bez odwoływania się np. do konkretnych adresów, w tekście są one bowiem oznaczane nazwami symbolicznymi (podobnie jak w językach programowania wyższego rzędu). Program makroasemblera na podstawie makroinstrukcji dokonuje samoczynnie or­ganizacji kodu maszynowego w przestrzeni adresowej. Pakiet asemblera czy makro­asemblera zapewnia translację pliku wejściowego napisanego w języku asemblera (zwykle wyrażenie "nazwa pliku".ASM ma odpowiedni plik kodu maszynowego, np. "nazwa pliku".OUT). Plik taki może zostać wprowadzony do pamięci mikrokontrolera lub sterownika i poddany testom. Uzyskane na podstawie testów wyniki są wykorzys­tywane do modyfikacji plików zapisanych w języku asemblera i wymagają ponownej translacji i przesłania w celu wykonania dalszych testów.

Rys. 4.3-1 Schemat przedstawiający organizację pakietu z zestawem narzędzi

do oprogramowania sterowników mikroprocesorowych [2]

Jeszcze łatwiejsze od przygotowywania plików wejściowych w asemblerze jest posługiwanie się językiem programowania wyższego rzędu. Tego typu językiem jest język programowania C, z którego można korzystać również na niskim poziomie pojedynczych komórek pamięci. Firmowe pakiety przeznaczone do tworzenia pro­gramów w języku C (podobnie zresztą jak pakiety asemblera) są dostosowane do określonego typu procesora rezerwując zestaw zmiennych odpowiadający rejestrom operacyjnym tegoż procesora. Na rysunku 4.3-1 pokazano budowę przykładowego pakietu zawierającego zestaw narzędzi programowych translacji różnych poziomów tekstów plików wejściowych do pliku w kodzie maszynowym.

W przypadku produkowanych seryjnie uniwersalnych systemów sterowników prze­mysłowych do przygotowania oprogramowania są stosowane specjalistyczne i niezwyk­le wydajne pakiety, które umożliwiają tworzenie tekstu procedur i kompletnych algorytmów metodą łączenia w zapisie bloków (podobnie jak w programach symulacyj­nych, np. w języku PSI/e). Najdoskonalszym narzędziem ułatwiającym oprogramowa­nie są edytory graficzne podobne do edytora TCAD.

Ogólna zasada pracy przy uruchamianiu programów pozostaje nie zmieniona. Po uzyskaniu pliku w kodzie maszynowym wpisuje się go do pamięci sterownika (mikrokontrolera) i za pomocą odpowiedniego oprzyrządowania sprawdza działanie, czyli testuje. We wszystkich opisanych przypadkach jako warsztat do przygotowywania plików w kodzie maszynowym służą praktycznie wyłącznie komputery osobiste. Jak już wspo­mniano, narzędziami pracy są zestawy pakietów o różnym stopniu ułatwienia pracy.

4.4 Uruchamianie i testowanie oprogramowania mikrokontrolerów

Procesu uruchamiania i testowania programów nie można oddzielić od przygotowania tekstów plików wejściowych w asemblerze lub kompilatorze C. W ogólnym diagramie projektowania sterowników mikroprocesorowych (rys. 4.4-1) tworzą one jeden wspólny blok projektowania oprogramowania, wspomaganego komputerem klasy PC. Urucha­miany program jest reprezentowany w środowisku komputera zarówno przez tekstowy plik wejściowy napisany w asemblerze lub C, jak i przez uzyskany w wyniku translacji plik wyjściowy napisany w kodzie maszynowym.

Istnieje wiele sposobów sprawdzenia poprawności działania opracowanego pro­gramu. Różnią się one dokładnością odtworzenia konfiguracji całego systemu sterow­nika i rzeczywistych warunków pracy, toteż niekiedy celowe jest uruchamianie układu etapami, korzystając z kilku różnych sposobów i wyposażenia.

Najprostszym i pod wieloma względami najwygodniejszym sposobem jest posłuże­nie się pakietem symulatora, który bezpośrednio w komputerze modeluje współdziała­nie bloków funkcyjnych zwanych zasobami mikrokontrolera lub mikroprocesora. Zaletą stosowania symulatora jest możliwość rozpoczęcia wstępnych testów programu bez budowy jakiegokolwiek układu rzeczywistego. Symulator może być także bardzo przydatny przy uczeniu się zasad programowania. Wadą takiego sposobu jest praca poza czasem rzeczywistym i utrata informacji o zależnościach pomiędzy czasem wykonywania programu a sygnałami w otoczeniu kontrolera. Typowy sposób działania symulatora jest następujący.

Badany program w postaci kodu maszynowego jest umieszczany w obszarze pamięci odwzorowującej rzeczywistą pamięć mikrokontrolera. Program symulatora pracuje w trybie interpretatora, tzn. dokonuje krok po kroku tłumaczenia instrukcji i wykonuje je. Do dokładnego badania zjawisk przy uruchamianiu programów przewi­dziano różne tryby egzekucji programu i analizy efektów. Możliwa jest praca ciągła, podczas której symulator odtwarza wykonanie instrukcji bez zatrzymania od momentu uruchomienia aż do wskazanego stanu licznika instrukcji - punktu kontrolnego zaprogramowanego przez użytkownika (tzw. „breakpoint") w celu sprawdzenia stanu symulowanego mikrokontrolera. Inny tryb pracy (krokowy) polega na wykonywaniu tylko pojedynczych instrukcji tak, że po każdym kroku można sprawdzić rezultat. Niekiedy w programach symulatora występuje tzw. pamięć śladu, która pozwala przeanalizować wstecz krok po kroku operacje poprzedzające punkt kontrolny. Wyniki są wyświetlane na ekranie monitora w formie tablic, zawierających rejestry, komórki pamięci, a także stan linii wewnętrznej i linii wejścia/wyjścia. Forma prezentacji rejestrów jest bajtowa w zapisie hexa lub bitowa w kodzie binarnym. Na stan wejść i wyjść można oddziaływać zmieniając ich stany niezależnie od wykonywanego pro­gramu. Również jako rejestry są modelowane w programie symulatora wewnętrzne sprzęgi szeregowe, zegary i liczniki oraz przetworniki A/C. Symulator umożliwia uwzględnianie przerwań generowanych zarówno wewnętrznie, jak i zewnętrznie. Na rysunku 4.4-2 pokazano przykładowe okno dialogowe wyświetlane podczas współpracy z symulatorem mikrokontrolera 80C535.

Stosunkowo prostym i uniwersalnym narzędziem do uruchamiania programów jest sonda - symulator pamięci EPROM. Jej instalacja polega na wprowadzeniu w pod­stawkę, przeznaczoną do trwałej pamięci z programem, złącza głowicy zawierającej pamięć typu RAM. Zawarte w sondzie łącze transmisji szeregowej, zapewniające komunikację z komputerem, umożliwia załadowanie pliku kodu maszynowego programu i sprawdzenie jego funkcji

za pomocą sygnałów rzeczywistych występujących w układzie docelowym. Jako oprogramowanie komputera PC wystarczy tylko prosty pakiet do przesyłu danych pliku do pamięci RAM symulatora. Często jest niezbędna doraźna modyfikacja otoczenia procesora i dołączanie pomocniczych obwodów typu wejścia/wyjścia (np. zestawy diod LED, wyświetlaczy znaków

hexa-decymalnych, prze­tworników C/A) w celu ułatwienia analizy egzekucji programu. Brak w tym przypadku rozbudowanego oprogramowania do badania stanów zasobów mikrokontrolera i jego pamięci znacznie utrudnia

pracę oraz powoduje konieczność umieszczania punktów kontrolnych

F1 - Hełp F7 - Tracę F9 - Go F10 - Menu AltX - Exit CtriO - Windows on/off AttV - View Rysunek

Rys. 4.4-2. Przykładowy wygląd okna monitora podczas pracy z

symulatorem mikrokontrolera 80C535

(pułapek) bezpośrednio w tekście programu badanego. Po zatrzymaniu możliwe jest jednorazowe sprawdzenie stanu wyjść kontrolnych. [1]

5. Przykłady realizacji systemu nadzoru i archiwizacji

Systemy nadzoru i archiwizacji występują pod nazwą SCADA. Najbardziej rozpowszechnione systemy takich firm jak Honywell, Rodiwell znalazły szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach przemysłu. W opracowaniu przedstawiono przykłady rodzimych rozwiązań.

5.1 Systemy automatycznego nadzoru procesów i archiwizacji stanów alarmowych SCADA/OSA-2

Jedną z polskich wersji SCADA jest system OSA-2 opracowany przez firmę AVIS . System ten, służący do wizualizacji i sterowania procesów przemysłowych znalazł szerokie zastosowanie.

Funkcje sytemu OSA-2 to przede wszystkim:

• wizualizacji stanów bieżących i archiwalnych procesu,

• pełna archiwizacja danych i zdarzeń,

- raportowanie na podstawie danych bieżących i archiwalnych,

• system alarmowy zapewniający automatyczne powiadamianie operatora o sytuacjach alarmowych,

• diagnostyka procesu,

• sterownie procesem z poziomu stacji operatorskiej,

• możliwość implementacji automatycznych algorytmów sterownia

nadrzędnego.

Komputerowy system OSA-2 przeznaczony jest do nadzorowania i monitorowania dowolnych procesów przemysłowych, zarówno ciągłych jak i sekwencyjnych. Do systemu można podłączyć sterowniki i regulatory różnych producentów. Oprogramowanie obsługuje najpopularniejsze produkty, istniejące na rynku, jak również specyficzne urządzenia typu: liczniki przepływu, wagi itp.. System OSA-2 zapewnia pełną archiwizację przetwarzanych danych oraz sygnalizację uszkodzeń urządzeń podłączonych do stacji monitorującej. Przystosowany jest do zbierania, przetwarzania i wizualizowania dowolnych sygnałów binarnych i analogowych (np. temperatura, wilgotność, przepływ, ciśnienie itp.). System został wdrożony i przetestowany w szeregu obiektów, szczególnie dużą popularność zyskując w przemyśle cukrowniczym.

System na życzenie może zostać rozszerzony o drivery do dowolnych urządzeń.

Wizualizacja stanu procesu odbywa się z wykorzystaniem graficznego interfejsu, zbudowanego na bazie wieloletnich doświadczeń. Podstawowym zadaniem systemu jest udostępnienie operatorowi pełnej informacji o procesie, w maksymalnie przejrzystej i zrozumiałej postaci.

Standardowo stosowana jest technika hierarchicznego obrazowania obiektu. Przykładowo obraz ogólny przedstawia w uproszczeniu całość instalacji (najistotniejsze monitorowane elementy), obrazy poszczególnych poziomów (węzłów technologicznych) pokazują stan wszystkich urządzeń i mierzonych wartości, a najbardziej szczegółowe obrazy poszczególnych elementów dają wgląd we wszystkie parametry i stany urządzenia z listą zdarzeń dla wybranego elementu. Ponadto na ekranie mogą pojawić się różnego rodzaju komunikaty informujące obsługę o sytuacji w obiekcie i wskazujące „instrukcje postępowania” w sytuacjach zagrożeń.

Wszystkie sygnały alarmowe, a także pozostałe zdarzenia mogą być wyświetlane i drukowane w układzie chronologicznym, a także w innych zestawieniach (np. wg. poszczególnych pomieszczeń, drzwi).

System rejestruje i archiwizuje wszystkie wartości i sygnały (np. stan napędów, czasy pojawienia się zdarzeń i ich potwierdzenia przez operatora). Umożliwia również odtworzenie danych archiwalnych na obrazach.

Sposób wizualizacji zdarzeń z przeszłości jest taki sam jak wizualizacja bieżąca (zmieniana prędkość odtwarzania danych archiwalnych). Wszystkie zarchiwizowane dane można prezentować na wykresach, lub eksportować je do innych aplikacji (np. programy do analizy statystycznej, arkusze kalkulacyjne).

System umożliwia prezentację przebiegu rejestrowanych zmiennych na wykresie. Można także obserwować stan zmiennych na obrazach grup zmiennych.

OSA-2 może pracować w strukturze sieciowej. Do sieci dołączone mogą być zarówno komputery bezpośrednio połączone z urządzeniami obiektowymi, jak też komputery nie mające takiego połączenia. Do jednego komputera może zostać dołączonych wiele urządzeń np. sterowników. Każdy komputer pracujący w sieci ma dostęp do danych ze wszystkich obiektów wchodzących w skład takiej rozproszonej struktury. W związku z tym, każdy komputer w sieci może nadzorować i monitorować obiekty kontrolowane przez inne komputery.

Pełna wersja systemu, umożliwiająca projektowanie aplikacji, wyposażona jest w edytor grafiki oraz konfigurator struktury systemu. Edytor grafiki przeznaczony jest do tworzenia schematów nadzorowanych obiektów, a także dowolnych innych obrazów graficznych wyświetlanych na monitorach komputerów nadzorujących obiekt. Dane o monitorowanych urządzeniach są wprowadzane z wykorzystaniem konfiguratora bazy.

System OSA-2 zapewnia środki do tworzenia raportów i bilansów. Jako oprogramowanie do obróbki danych raportowych poleca się stosowanie standardowych arkuszy kalkulacyjnych [14].

5.2 System Automatycznego Nadzoru (SAN)

System SAN opracowany przez firmę APS Bydgoszcz jest przeznaczony do nadzoru systemu zasilania, w skład którego mogą wchodzić:

• zasilacze stałoprądowe (prostowniki do ładowania baterii)

• baterie podtrzymujące zasilanie

• pola rozdzielcze, pola odbiorów

• zasilacze przemiennoprądowe (falowniki)

• klimatyzatory

• systemy pomocnicze (przeciwpożarowe, antywłamaniowe, kontrola dostępu itp.)

Zebrane dane obrazujące stan nadzorowanego obiektu są analizowane pod kątem wystąpienia stanów alarmowych (np. awaria sieci zasilającej, przepalony bezpiecznik, zbyt głębokie rozładowanie baterii itp.) oraz przesyłane do użytkownika przez sieć komputerową, łącze szeregowe (komputer w tym samym obiekcie) lub przez komutowaną (ew. dedykowaną) linię telefoniczną za pomocą modemu.

System SAN służy również jako rejestrator pracy nadzorowanych urządzeń („historia choroby”). Przesyłanie regularnie dane umożliwiają śledzenie zmian parametrów urządzeń w funkcji czasu (starzenie, zmiany temperaturowe itp.). Wadliwe funkcjonowanie niektórych urządzeń jest trudne do wykrycia podczas okresowych kontroli. Zapis „historii choroby” umożliwia szybkie zlokalizowanie problemu. W przypadku zaistnienia poważnej awarii system SAN może służyć jako „czarna skrzynka” z danymi z przed awarii. Pamięć systemu SAN jest podtrzymywana w czasie zaniku zasilania i jest zabezpieczona przed wymazaniem.

Topologia połączeń nadzorowanych urządzeń (np. pole odbiorów) może być dowolna, gdyż pomiar wielkości elektrycznych (prądy, napięcia) odbywają się za pomocą izolowanych modułów.

Nadzorowane zasilacze mogą być wyposażone we własne układy mikroprocesorowe współpracujące z systemem SAN. W takimprzypadku możliwe jest zdalne ustawienie parametrów pracy zasilaczy przez system SAN.

Nadzór baterii może być zrealizowany przez jednostkę centralną (pomiar prądu beterii, temperatury ogniwa pilotującego, napięcia na baterii) lub przez moduł kontrolujący poszczególne ogniwa (dodatkowo pomiar napięć na wszystkich ogniwach i temperatury wszystkich ogniw). W przypadku szczegółowego nadzoru baterii system SAN może z dużym wyprzedzeniem ostrzegać użytkownika o nieprawidłowej pracy baterii, co umożliwia usunięcie przyczyny awarii zanim jej efekty wpłyną na funkcjonowanie systemu zasilania. Jeden system SAN może nadzorować wiele baterii, również w przypadku akumulatorowni oddalonych od siebie.

W przypadku nadzoru urządzeń pomocniczych (klimatyzatory, instalacje przeciwpożarowe, systemy antywłamaniowe, przeciwwybuchowe, kontrola dostępu itp.), mogą być one podłączone poprzez systemy binarne (0-1) i sygnały analogowe. W takim wypadku w zestawie sytuacji alarmowych umieszczone są np. wykrycie dymu, otworzenie drzwi do akumulatorowni itp.

Zasilacz systemu zasilany jest z nadzorowanej baterii dzięki czemu system jest niezależny od sieci zasilającej i ewentualnych jej awarii.

Program komunikacyjny sytemu SAN wyposażony jest w pełni graficzny interfejs użytkownika [12].

W opracowaniu podano przykładowe spośród wielu obecnie istniejących na rynku rozwiązanie układu nadzoru archiwizacji.

6. Koncepcja układu nadzoru i archiwizacji do systemu bezprzerwowego zasilania

6.1 Budowa układu bezprzerwowego zasilania

Na rysunku 6.1-1 przedstawiono schemat blokowy systemu bezprzerwowego zasilania zrealizowanego w ramach niniejszej pracy dyplomowej .

Rys. 6.1-1 schemat blokowy systemu bezprzerwowego zasilania

Można wyodrębnić w nim poszczególne bloki funkcjonalne:

• obwód główny,

• przetwornica AC/DC (z ładowarką),

• przetwornica DC/DC,

• układ nadzoru,

• bateria akumulatorów,

• układ obejściowy.

6.2 Zasada działania systemu bezprzerwowego zasilania

System zasilany jest trójfazowym napięciem przemiennym, które poprzez dławiki L1, L2, L3 podawane jest na mostek prostowniczy diodowy (D1-D6). Następnie wyprostowane napięcie przekazywane jest do falownika (T1-T6), na którego wyjściu podłączony jest odbiornik trójfazowy.

Jednocześnie energia z układu głównego przekazywana jest do przetwornicy

AC/DC a następnie do baterii akumulatorów. Ładowanie akumulatorów musi być przeprowadzone zgodnie z określonym algorytmem, dlatego też przetwornica musi zostać wyposażona w regulator prądu i napięcia.

W przypadku zaniku napięcia sieci zasilającej, system bezprzerwowego zasilania zaczyna pobierać energię zmagazynowaną w baterii akumulatorów za pośrednictwem przetwornicy DC/DC.

Zadaniem mikroprocesorowego układu nadzoru jest monitorowanie wybranych parametrów sytemu.

Wielkości przedstawione poniżej, zostają zmienione poprzez sprzęgi na sygnały podawane do procesora:

X1 - prąd ładowania baterii,

X2 - prąd rozładowania baterii,

X3 - temperatura baterii,

X4 - prąd odbiornika,

X5 - napięcie ładowania baterii,

X6 - prąd fazowy pobierany wejściowy systemu,

X7 - napięcie międzyfazowe.

W procesorze następuje obróbka sygnałów. Następnie na ich podstawie wykonywane są przypisane operacje. Sygnały generowane przez układu nadzoru:

Y1 - odłączenie ładowania baterii,

Y2 - odłączenie baterii w przypadku przekroczenia maksymalnego prądu

rozładowania,

Y3 - odłączenie urządzenia od sieci zasilającej,

Y4 - wartość zadana napięcia i prądu ładowania baterii.

6.3 Wybór mikroprocesora

Głównym elementem układu nadzoru systemu bezprzerwowego zasilania jest mikroprocesor jednoukładowy. Podczas jego wyboru kierowano się głównie funkcjonalnością oraz możliwością komunikacji z zewnętrznymi urządzeniami peryferyjnymi. Pożądanymi cechami potrzebnymi z punktu widzenia danej aplikacji były przede wszystkim:

• możliwość podłączenia sześciu sygnałów analogowych,

• port szeregowy do bezpośredniej komunikacji z pamięcią EEPROM,

• wyjście PWM do sterowania członem wykonawczym układu regulacji,

• 4 porty cyfrowe,

• licznik.

Na rynku dostępne są 2 mikroprocesory posiadające powyższe właściwości. Są to 80C535 oraz 80C552 (opis znajduje się w rozdziałach 4.2 oraz 4.3). Główne różnice to przede wszystkim dodatkowy układ czasowo-licznikowy, 5 portów cyfrowych. W niniejszej pracy cechy te nie byłyby wykorzystane, dlatego też zdecydowano się na użycie procesora 80C552.

W tabeli 6.3-1 przedstawiono parametry elektryczne użytego procesora.;

Tabela 6.1-1 Parametry elektryczne procesora 80C552 [13]

SYMBOL	PARAMETR	WRUNKI TESTU	LIMIT MIN	LIMIT MAX	Jed.
IDD	Prąd obciążeniowy uP	16MHz		45	MA
IID	Prąd obciążeniowy uP (tryb IDLE)	16MHz		10	MA
Ipd	Prąd obciążeniowy w trybie uśpienia			50	--> [Author:j] μA
Vil	Poziom niski (z wyj. P1.6 i P1.7)		-0,5	0.2	V
Vil1	Poziom niski P1.6 p1.7		-0.5	0,3	V
Vol	Napięcie wyj poziomu niskiego portów 1.2.3.4 (z wyj. P1.6 P1.7)	Iol=1.6mA		0.45	V
Vol1	Napięcie wyj przy poziomie niskim P1, ALE, PSEN, PWM0/1	Iol=3.2mA		0.45	V
Voh	Napięcie wyj poziomu wysokiego portów 1.2.3.4 (z wyj. P1.6 P1.7)	Ioh=60uA	2.4		V
Voh1	Napięcie wyj przy poziomie wysokim P1, ALE, PSEN, PWM0/1	Ioh1=400uA	2.4		V

6.4 Budowa modułu głównego

Przy projektowaniu modułu głównego skorzystano głównie z zaleceń aplikacyjnych producenta. Kierowano się również uniwersalnością modułu, który w obecnej postaci może zostać użyty do sterowania lub nadzoru innego urządzenia, po uprzednim przeprogramowaniu mikrokontrolera. Bazowano także na gotowych projektach w celu wybrania optymalnej budowy układu zarówno pod względem wielkości płytki drukowanej jak i wykorzystania portów we/wy. Schemat ideowy układu przedstawiono na rys. 6.2-1.

Zewnętrzna pamięć programu EPROM typu HN462732B o pojemności 32kB podłączona jest poprzez rejestr statyczny adresu do portu P0 oraz P2.0-P2.4. Komunikacja procesora z zewnętrznym układem pamięci odbywa się poprzez port P0, który pełni funkcję wejścia-wyjścia dwukierunkowej multipleksowanej magistrali adres/dane. Do portu P0 jest wysyłanych osiem mniej znaczących bitów adresu, strobowanych sygnałem ALE. Osiem bardziej znaczących bitów adresu jest wysyłanych do portu P2. Przesyłanie danych jest sterowane za pomocą sygnałów:

PSEN - odczytywanie z zewnętrznej pamięci programu,

RD (P3.7) - odczytywanie z zewnętrznej pamięci danych,

WR (P3.6) - zapisywanie do zewnętrznej pamięci programu,

Odczytywanie lub zapisywanie zewnętrznej pamięci danych jest realizowane w drugim cyklu maszynowym, w czasie wykonywania rozkazów MOVX. Adres na P2 utrzymywany jest do końca odczytywania, natomiast na P0 - do zakończenia (opadającego zbocza) impulsu ALE. Port P0 ustawiany jest jako wejściowy (w stan dużej impedancji), a następnie jest wytwarzany sygnał sterujący RD. Wczytanie przez procesor danych wejściowych z portu P0 następuje w chwilę przed narastającym zboczem sygnału RD.

W czasie zapisywania danych, adres jak poprzednio zapisywany jest do portu P0. Jest on strobowany sygnałem ALE. Następnie do portu P0 wpisywane są dane do zapisania i jest wytwarzany sygnał sterujący WR.

Wspomniany już wcześniej układ 74HCT573 konieczny jest do zapamiętania wysyłanego do poru P0 adresu.

Do budowy modułu głównego wykorzystano również pamięć nieulotną EEPROM typu 24C02 kasowaną sygnałami elektrycznymi. Służy ona do zapisu danych wprowadzonych przez obsługę urządzenia. Procesor komunikuje się z tą pamięcią poprzez interfejs I2C. Port P1.6 posiada właściwości linii sygnału taktującego SCL. Natomiast port P1.7 jest linią

danych SDA. Wyprowadzenia układu A0,A1,A2 są zwarte do masy co powoduje, że jego adresem wywoławczym będzie w zależności od zapisu lub odczytu 0a0h lub 0a1h.

Rys. 6.4-2 Płytka drukowana modułu głównego (widok od strony elementów)

Rys. 6.4-3 Płytka drukowana modułu głównego (widok od strony druku)

Tabela 6.4-1 Opis wyprowadzeń gniazda 1 płyty modułu głównego

Połączenie numer	Opis	Opis	Połączenie numer	Opis	Opis
1	-	-	2	-	-
3	-	-	4	-	-
5	-	-	6	-	-
7	-	-	8	P4.3	P5/G3W8
9	P1.4	LED1/G3W9	10	P4.4	P4/G3W10
11	P1.5	LED2/G3W11	12	P4.5	P3/G3W12
13	P1.6	P18/PC/G3W13	14	P4.6	P2/G3W14
15	P1.7	P17PC/G3W15	16	P4.7	P1/G3W16
17	-	-	18	Vcc	Vcc/G3W18
19	GND	GND/PC/G3W19	20	GND	GND/G3W20

Tabela 6.4-2 Opis wyprowadzeń gniazda 2 płyty modułu głównego

Połączenie numer	Opis	Opis	Połączenie numer	Opis	Opis
1	P5.0	LEM1/JP1	2	P3.0	JP2
3	P5.1	LEM2/JP3	4	P3.1	JP4
5	P5.2	LEM3/JP5	6	P3.2	JP6
7	P5.3	LEM4/JP7	8	P3.3	JP8
9	P5.4	TR1/JP9	10	P3.4	JP10
11	P5.5	Ubat/JP11	12	-	-
13	P5.6	NTC/JP13	14	-	-
15	-	-	16	-	-
17	PWM0	OPT/JP15	18	-	-
19	-	-	20	GND	GND

Tabela 6.4-3 Opis wyprowadzeń gniazda 3 płyty modułu głównego

Połączenie numer	Opis	Opis	Połączenie numer	Opis	Opis
1	-	-	2	P0.0	G2W2/1D
3	-	-	4	P0.1	G2W4/2D
5	-	-	6	P0.2	G2W6/3D
7	-	-	8	P0.3	G2W8/4D
9	-	-	10	P0.4	G2W10/5D
11	-	-	12	P0.5	G2W12/6D
13	-	-	14	P0.6	G2W14/7D
15	-	-	16	P0.7	G2W16/8D
17	P3.6	G2W17/CLK	18	-	-
19	-	-	20	-	-

6.5 Budowa modułu wyświetlacza i klawiatury.

Do wyświetlania danych wykorzystano wyświetlacz segmentowy. Wartość binarna wysyłana przez mikroprocesor dekodowana jest przez układy cyfrowe SN74HCT574N i SN74LS145N, następnie podawana na wyświetlacz. Poszczególne bloki zapalane są sekwencyjnie, co powoduje, że i wartość skuteczna napięcia podawanego na poszczególne segmenty jest niższa od nominalnego. Aby wyeliminować efekt słabszego świecenia, do budowy układu zastosowano wyświetlacze o podwyższonej jaskrawości typu SC56-11SRWA.

Sygnał z procesora w postaci kodu binarnego podawany jest na dekoder 74ALS574, w którym następuje podział 8-bitowego słowa. Starsze cztery bity zawierają numer wyświetlacza, który zostaje zwarty do masy powodując jego zaświecenie. Natomiast bity młodsze zawierają liczbę, która wyświetlona zostanie na danym bloku.

W celu zoptymalizowania wykorzystania portów mikroprocesora układ wyświetlacza podłączony jest równolegle z pamięcią EPROM do portu P2.

Blok wyświetlacza zasilany jest napięciem dodatnim 5V ze stabilizatora L78M05CP.

Rys. 6.5 -1 Schemat ideowy modułu wyświetlacza

6.6 Budowa modułu przetworników

Moduł przetworników zrealizowany został na standardowej płytce o wymiarach 160 x 100mm. Zawiera on (rys. 6.6-1) siedem dzielników rezystancyjnych dopasowujących sygnał napięciowy podawany na wejścia analogowe mikrokontrolera. Wejścia te zabezpieczone są diodami Zenera o napięciu 5,1V.

Rys. 6.6-1 Schemat ideowy modułu przetworników.

Sygnał wyjściowy podłączony jest do pięciu przekaźników załączających lub wyłączających bloki systemu zasilania oraz do transoptora CNY17-3 wyzwalanego tranzystorem BC548. Po stronie wtórnej transoptora znajduje się filtr RC, z którego napięcie podawane jest na układ wykonawczy regulatora. Układ ten posiada również transformator o mocy 20W zasilający obwód przetworników.

W układzie ładowania i rozładowania baterii użyto dwa przetworniki prądowe typu LEM zamiast jednego głównie ze względu na dużą różnicę mierzonych wielkości. Pierwszy z nich służy do pomiaru prądu ładowania akumulatora (pomiar do 2,5A; zakres pomiarowy 5A) natomiast drugi do pomiaru prądu rozładowania (pomiar do 50A; zakres pomiarowy do 55A).

Natomiast do pomiaru prądów przemiennych użyto przekładników prądowych wykonanych ze zmodyfikowanych transformatorów typu TS2/15. Modyfikacja polega na zastąpieniu uzwojenia wtórnego czterema zwojami, które umieszczone zostały w obwodzie pomiarowym.

Układ nadzoru i archiwizacji stanów alarmowych systemu bezprzerwowego zasilania

Str. 38

Proces

sterowany

Układ

mikroprocesorowy

Sprzęg sterujący

Sprzęg

pomiarowy

Wartość

zadana

---