Модернизация системы судового освещения танкера 'Tavrichesky Bridge'
РЕФЕРАТ
Дипломный проект содержит: … страниц, … рисунков, … таблица,
…библиографических источников, 6 графических работ.
Модернизация системы судового освещения
В работе предложена модернизация системы судового освещения танкера «Tavrichesky Bridge» технические характеристики судовой энергетической
системы могут быть улучшены внедрением современных систем освещения, с
микропроцессорными системами управления.
На основе анализа эргономических и технических показателей предложена
система судового освещения на светодиодных элементах. Системы управления
системами освещения включает в себя управляющий контроллер и локальные
устройства - диммеры (контроллеры управляющие системой освещения).
Приведён расчёт сметы затрат на проектируемую разработку.
Рассмотрены вопросы охраны труда, защиты окружающей среды и пожарной
безопасности.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
СУДНА И СИСТЕМ СУДОВОГО ОСВЕЩЕНИЯ
1.1 ХАРАКТЕРИСТИКА СУДНА
И СЭУ
1.2 СУДОВЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
1.3 ЗАЩИТА СУДОВЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПИТАНИЯ
.4 СИСТЕМА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ
ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
.5 ВЫВОДЫ
ГЛАВА 2 СИСТЕМЫ СУДОВОГО
ОСВЕЩЕНИЯ
.1 СУДОВОЕ ОСВЕЩЕНИЕ
.2 СВЕТОДИОДНЫЕ ИСТОЧНИКИ
ОСВЕЩЕНИЯ
2.3 ВЫБОР ТИПА СВЕТИЛЬНИКОВ
2.4 ВЫВОДЫ
ГЛАВА 3 СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ СУДОВЫМ ОСВЕЩЕНИЕМ
.1 ФУНКЦИИ УПРАВЛЕНИЯ КОНТРОЛЛЕРА СИСТЕМЫ СУДОВОГО ОСВЕЩЕНИЯ
.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОТОКОЛА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В СИСТЕМЕ
УПРАВЛЕНИЯ СУДОВЫМ ОСВЕЩЕНИЕМ…31
.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КАДРОВОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ И
ФОРМАТИРОВАНИЯ КОМАНД В ASCII
.4 ФУНКЦИИ ПРОГРАММ КОНТРОЛЛЕРА УПРАВЛЕНИЯ СУДОВЫМ ОСВЕЩЕНИЕМ
3.5 КОНТРОЛЛЕР УПРАВЛЕНИЯ СУДОВЫМ ОСВЕЩЕНИЕМ
.6 ВЫВОДЫ
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ ПРОИЗВОДТСВЕ РАБОТ НА СУДНЕ
ЭКОЛОГИЯ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ
Целью дипломного проекта является:
) Модернизация системы судового освещения современного танкера
продуктовоза;
) Разработка блока питания в системе судового освещения и системы
коммутации линий освещения на основе микропроцессорного блока;
) Разработка алгоритма управления блоком питания системы судового
освещения;
) Выбор и расчёт режимов работы системы судового освещения;
) Выбор светодиодов для судовых светильников стандартных типов,
применяемых на судах.
1.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СУДНА И СИСТЕМ СУДОВОГО ОСВЕЩЕНИЯ
1.1
ХАРАКТЕРИСТИКА СУДНА И СЭУ
Название: m/t Tavrichesky Bridge;
Флаг: Либерия;
Порт приписки: Монровия;№: 9292060;
Официальный номер: 12908;
Водоизмещение: 48000тыс.т.;
Длина: 182,32 м;
Ширина: 32,20 м;
Высота: 17,50 м;
Осадка: 12,19 м;
Дата закладки киля: 3.11.2005 г.
Дата постройки: 30.10.2006 г.
Место постройки: ”ADMIRALTY SHIPYARDs” St.Peterburg, Russia.
Классификационное общество: Lloyd’s Register
Класс:
+ 100 A 1
Double Hull Oil Tanker, ESP, ShipRight (SDA,FDA,CM),*IWS, LI, SPM, EP
+LMC IGS, UMS, NAV 1, IBS Descriptive Notes: (PSWBT(10-2006),SCM).
Периодичность подтверждения: 1 раз в 5 лет.
Главный двигатель:MAN B&W. Тип двигателя: 6S50MC-C/8310 КВт;
Дизель-генераторы: 3 дизель-генератора. Тип: 2pcs x 8L20(1360 kw) и 1 pc x 4L20(715 kw), аварийный дизель: D 0824 LE 201 (110 kw).
Скорость:
с грузом: 15,0 узлов;
с балластом: 15,5 узлов.
1.2 СУДОВЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Вспомогательные генераторы
Основные характеристики приводных двигателей:
два приводных двигателя: WARTSILA -тип: 8l20:
мощность: 1360 KW;
число оборотов в сек:15,0;
номинальная скорость вращения:900 об/мин;
число цилиндров:8;
тип двигателя: 4-х тактовый, вертикальный, с тронковым поршнем, с
турбонаддувом;
направление вращения - по часовой стрелке (со стороны генератора),
нереверсивный.
приводной двигатель WARTSILA -тип: 4l20:
мощность: 715 KW;
число оборотов в сек: 15,0;
номинальная скорость вращения: 300 об/мин;
число цилиндров: 4;
тип двигателя: 4-х тактовый, вертикальный, с транковым поршнем, с
турбонаддувом;
направление вращения: по часовой стрелке (со стороны генератора),
нереверсивный.
Основные характеристики генераторов
Генератор AVK:-2
Саморегулирующийся генератор тип: DSG-99 L1-8;
Тип приводного двигателя: дизель;
Род тока:AC;
Степень защиты: IP23;
Система возбуждения: бесщёточный с самовозбуждением;
Тип ротора: цилиндрический;
Система охлаждения: воздушная;
Класс изоляции: H;
Полная мощность: 1600 кВА;
Режим работы: продолжительный;
Количество фаз, соединение: - 3;
Напряжение:450 В, переменное;
Ток: 2053 А;
Частота: 60 Гц;
Скорость: 900 об/мин;
соsφ: 0,80, кпд: 95 %;
Возбуждение: 30 В, вспомогательное возбуждение: 90 В;
Подшипник: скольжения, температура смазки: 45 С;
Глушение радио помех: N;
Вес: 7,2 т .
Генератор AVK:-1
саморегулирующийся генератор тип: dsg-86 k1-8;
тип приводного двигателя: дизель;
род тока: AC;
степень защиты: IP23;
система возбуждения: безщёточный с самовозбуждением;
тип ротора: цилиндрический;
система охлаждения: воздушная;
класс изоляции: H;
полная мощность: 850 КВА;
режим работы: продолжительный;
количество фаз, соединение: -3;
напряжение: 450 В, переменное;
ток: 1091 А;
частота: 60 Гц;
скорость: 300 об/мин;
соsφ: 0,80, кпд: 95 %;
возбуждение: 38 В, вспомогательное возбуждение: 85 В;
подшипник: скольжения, температура смазки: 45 с;
глушение радио помех: N;
вес: 4,52 т.
1.3
ЗАЩИТА СУДОВЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
судовое освещение танкер
Защита судовых источников электроэнергии основывается на применении
автоматических воздушных выключателей (АВВ).
Таблица 1.1 - Виды автоматической защиты (ABB)
|
MASTER-PACT
|
NW25H1
|
NW32HA
|
NW12H1
|
HT250
|
|
Ui
|
1000 V
|
1000V
|
1000 V
|
-
|
|
Uimp
|
12 kV
|
12 kV
|
12 kV
|
-
|
|
Ue (V)
|
220/440
|
690 (V)
|
220/440
|
220-240
|
|
480/690
|
-
|
480/690
|
208-277
|
|
Icu (kA)
|
65
|
-
|
65
|
-
|
|
65
|
-
|
65
|
-
|
|
Icw
|
65 kA/1s cat. B
|
55kA/1s
|
65 kA/1s cat. B
|
-
|
|
Ics
|
100% Icu
|
-
|
100% Icu
|
-
|
|
Icm
|
-
|
121 kA peak
|
-
|
-
|
Рисунок 1.1 - Характеристики работы и срабатывания защиты в зависимости
от нагрузки
На каждый генераторный агрегат на ГРЩ установлен АВВ, на котором
настраиваются 4 вида защиты, с соответствующей задержкой на срабатывание.
.4 СИСТЕМА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Для распределения электроэнергии на судне используют главный
распределительный щит (ГРЩ) и аварийный распределительный щит (АРЩ), групповые
щиты (ГЩ) и щит питания с берега (ЩПБ).
Главный распределительный щит
Характеристика:
фирма изготовитель: JSC “NE”-«Admiralty Shipyard»;
тип: ГРЩ 05-55.656564.001.05;
шинопровод:450V-3200A, 230V-400A;
контроль цепи:440V, 220V, 24V, 60 Hz AC, 24V DC;
степень защиты: IP 22;
масса: 4800 кг.
ГРЩ предназначен для приёма электроэнергии от судовых генераторов и
управления ими, а также для распределения и подачи электроэнергии на другие
щиты или непосредственно приёмникам.
Рисунок 1.2- Принципиальная однолинейная схема ГРЩ
Групповые распределительные щиты и местные распределительные щиты с
потребителями запитываются от секций ГРЩ.
Конструкция ГРЩ
ГРЩ располагается в ЦПУ и состоит из 13 секций. Корпус ГРЩ отдельно
стоящего типа. Корпус сконструирован из стальных углов для вибрационного
сопротивления, и в котором дверцы и панели выполнены из 2.3 мм стальных щитов
закрепленных один с другим задвижками для безопасности. Дверцы секций
открываются как с лицевой стороны ГРЩ, так из задней стороны. Степень защиты
ГРЩ IP22. Изоляционный материал: в основном используется фенол и специальная
смола для тепло- и влагоизоляции.
Рисунок 1.3 - Структурная схема ГРЩ, (генераторные секции)
Аварийный распределительный щит
Характеристики:
Фирма: JSC “NE”-«ADMIRALTY SHIPYARD»;
Тип: АРЩ 05-55.656564.002.05;
Шинопровод:450V-190A, 230V-120A;
Контроль цепи:440V, 230V, 60Hz AC;
Степень защиты: IP 22;
Масса: 460 кг.
При нормальных условиях работы ответственные потребители питаются от ГРЩ
через АРЩ. Если напряжение упадёт до нижнего уровня, то сработает магнитный
контактор АРЩ и аварийный генератор будет автоматически запущен. Когда АДГ
достигнет синхронной скорости и необходимого напряжения он подключается
автоматическими переключателями к ответственным потребителям.
Рисунок 1.4- Однолинейная схема АРЩ
Конструкция АРЩ
АРЩ располагается в помещении АДГ и состоит из 3 секций:
секция щита питания с берега и секция аварийного дизель генератора;
секция панели фидеров 440 В;
секция панели фидеров 220 В;
Корпус АРЩ отдельно стоящего типа. Корпус сконструирован из стальных
углов для вибрационного сопротивления, и в котором дверцы и панели выполнены из
2,3 мм стальных щитов закрепленных один с другим задвижками для безопасности.
Дверцы секций открываются как с лицевой стороны ГРЩ, так из задней стороны.
Степень защиты ГРЩ IP22. Изоляционный материал: в основном используется фенол и
специальная смола для тепло- и влагоизоляции.
Рисунок 1.5 - Струкурная схема АРЩ
К аппаратуре защиты распределительных устройств относятся: автоматические
воздушные выключатели, автоматические выключатели, предохранители. Параметры
защитной аппаратуры и их марки, используемые на данном судне рассмотрены ранее.
.5 ВЫВОДЫ
Судовая электроэнергетическая система танкера «Tavrichesky Bridge», соответствует современным требованиям к
электрооборудованию судов этого класса, вместе с тем вопросы экологии, затрат
связанных с эксплуатацией, допускают возможности модернизации основных судовых
систем, к которым относится также и система судового освещения.
Особенностью систем судового освещения является тот аспект, что этот вид
электрооборудования относится к потребителям, работающим продолжительное время,
а некоторые его системы (освещение машинного отделения) постоянно. Анализ
работы систем судового освещения позволяет сделать вывод о значительном
потреблении электроэнергии системами судового освещения:
до 39,7 кВт, освещение надстройки;
до 21,1 кВт освещение машинного отделения;
,2 кВт навигационное освещение.
Модернизация систем судового освещения видится в замене источников света
новыми светодиодными лампами, при этом необходимо решить вопросы, защиты сетей
с новыми значениями уставок защиты, доработку существующей арматуры с
минимальными затратами, и решение задач управления источниками освещения с
учётом использования специализированной преобразовательной техники - драйверов
светодиодного освещения.
ГЛАВА 2 СИСТЕМЫ СУДОВОГО ОСВЕЩЕНИЯ
.1 СУДОВОЕ ОСВЕЩЕНИЕ
На судне применяется основное и аварийное освещение. Аварийное освещение
предназначено для обеспечения помещений освещением в аварийных ситуациях.
Система судового освещения получает питание от РЩ 220В, а аварийное освещение
получает питание то аварийного распределительного щита.
АРЩ обеспечивает:
аварийное освещение МО,
общее аварийное освещение,
аварийное освещение помещения АДГ,
аварийное освещение рулевой и аварийного выхода из МО.
Также предусмотрено аварийное освещение МО от батарей - 24В.
Лампы освещения бывают следующего исполнения:
общее,
защищенное,
взрывозащищенное,
водозащищенное.
Внутри надстройки и жилых помещениях допускается установка светильников
обычного исполнения. В рабочих помещениях машинного отделения - МО, труба -
устанавливаются светильники водозащищенного исполнения. В особоопасных
помещениях и на открытой палубе устанавливаются светильники взрывозащищенного
исполнения.
Вся система освещения сосредоточена в 7 распределительных щитах. Шесть,
из которых запитаны от главного трансформатора ГРЩ это: L - 1; L - 2; L - 3; L
- 4; L - 5; L - 6. И один запитан от аварийного трансформатора АРЩ это: LЕ - 7.
В качестве источников света используют люминисцентные лампы и лампы
накаливания различной мощности.
Таблица 2.1 - Осветительная арматура и светильники
|
№
|
Модель
|
Название осветительной арматуры
|
Мощность
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
|
1
|
fl220nf-0206gis
|
потолочная люминисцентная
лампа
|
~220 В, 20 Вт*2, 60 Гц
|
|
2
|
fl220ws-0206giswnm
|
потолочная люминисцентная
лампа
|
~220 В, 20 Вт*2, 60 Гц
|
|
3
|
fl240ws-0206giswnm
|
потолочная люминисцентная
лампа
|
~220 В, 40 Вт*2, 60 Гц
|
|
4
|
fl240ws-1206giswnm
|
потолочная люминисцентная
лампа аварийного освещения
|
~220 В, 40 Вт*2, 60 Гц
|
|
5
|
fl240nf-0206gis
|
потолочная люминисцентная
лампа
|
~220 В, 40 Вт*2, 60 Гц
|
|
6
|
fl240nf-1206gis
|
потолочная люминисцентная
лампа аварийного освещения
|
~220 В, 40 Вт*2, 60 Гц
|
|
7
|
fl240wf-0206gis
|
потолочная люминисцентная
лампа
|
~220 В, 40 Вт*2, 60 Гц
|
|
8
|
fb108ns-w206gjan-hd
|
люминисцентный светильник
над кроватью
|
~220 В, 8 Вт*1, 60 Гц
|
|
9
|
fm115sr-t206gjan
|
mirror light
|
~220 В, 15 Вт*1, 60 Гц
|
|
10
|
fd115ns-w206gjan-hd
|
люминисцентный настольный
светильник
|
~220в, 15 вт*1, 60 гц
|
|
11
|
fd118ns-s206rdpwg
|
люминисцентный настольный
светильник
|
~220 В, 18 Вт*1, 60 Гц
|
|
12
|
ip00-20pscg-b
|
подвесная лампа накаливания
|
~220 В, 100 Вт
|
|
13
|
ip0020psgh-b
|
подвесная лампа накаливания
|
~220 В, 100 Вт
|
|
14
|
ib00-20pscgh-b
|
л.н. bracket light
|
~220 В, 100 Вт
|
|
15
|
ik00-20ps-hd
|
лампа накаливания освещения
переборки
|
~220 В, 100 Вт
|
|
16
|
ih60-20pn-w3bd
|
портативная переносная
лампа накаливания
|
~220 В, 60 Вт
|
|
17
|
ih60-20pn-n3pd
|
портативная переносная
лампа накаливания
|
~220 В, 60 Вт
|
|
18
|
ic40-20is-n3pd
|
л.н. светильник освещения
морских карт
|
~220 В, 40 Вт
|
|
20
|
i060-20wr
|
л.н. down light
|
~220 В, 60 Вт
|
|
21
|
id00-20uws
|
л.н. chamber light
|
~220 В, 100 Вт
|
|
22
|
ir00-20w1
|
л.н. round ceiling light
|
~220 В, 100 Вт
|
|
23
|
a2-dm6020h
|
mast head light
|
~220 В, 60*2 Вт
|
|
24
|
a2-dp6020h
|
бортовое освещение порта
|
~220 В, 60*2 Вт
|
|
25
|
a2-dt6020h
|
st’bd side light
|
|
|
26
|
a2-ds4020h
|
кормовое освещение
|
~220 В, 40*2 Вт
|
|
27
|
a2-sw4020h
|
освещение якоря
|
~220 В, 40*2 Вт
|
mv-100w20h
|
маневровое освещение
|
~220 В, 100*1ВТ
|
|
29
|
a2-sr4020h
|
n.u.c. light
|
~220 В, 40*1 Вт
|
|
30
|
dc-100r20ah
|
освещение при грузовых
операциях
|
~220 В,100*1Вт
|
|
31
|
is20-20bncb
|
панамский прожектор
|
~220 В, 20*1 Вт
|
|
32
|
is40-20bncw
|
суэцкие сигнальные огни
|
~220 В, 40*1 Вт
|
|
33
|
is40-20bncr
|
суэцкие сигнальные огни
|
~220 В, 40*1 Вт
|
|
34
|
is40-20bncg
|
суэцкие сигнальные огни
|
~220 В, 40*1 Вт
|
|
35
|
dds-84abc
|
портативная сигнальная
лампа дневного света
|
= 24 В, 60 Вт
|
|
36
|
pf40si-20uwcn
|
sodium flood light (узкий)
|
~220 В,400*1Вт
|
|
37
|
pf40si-20uwcw
|
sodium flood light
(широкий)
|
~220 В,400*1Вт
|
|
38
|
pf42si-20uwcn
|
sodium flood light (узкий)
|
~220 В,400*2 Вт
|
|
39
|
pf30h-20uwcf-n
|
галогеновая лампа
|
~220 В,300*1 Вт
|
|
40
|
pf50h-20uwcf-n
|
галогеновая лампа
|
~220 В,500*1 Вт
|
|
41
|
pf20h-20uwcf
|
галогеновая лампа
|
~220 В, 200*1 Вт
|
|
42
|
ps1ki-20uscf
|
л.н. поисковая лампа
|
~220 В, 1 КВт
|
|
43
|
b42s-206ssc
|
sodium ballast box
|
~220 В, 400*2 Вт
|
|
44
|
sr-1bne
|
одножильный вращающийся
выключатель
|
~250 В, 16 А
|
|
45
|
sr-1bnr
|
аварийный одножильный
вращающийся выключатель
|
~250 В, 16 А
|
|
46
|
rt-3bnes
|
розетка
|
~250 В, 16 А
|
|
47
|
rt-4bscd
|
розетка для ламп дневного
света
|
= 24 В, 5 А
|
|
48
|
jbws-r4bnj
|
4-х жильный клемный ящик
|
~250 В, 20 А
|
|
49
|
jbws-r4bni
|
2-х жильный клемный ящик
|
~250 В, 20 А
|
|
50
|
sr-1bscea
|
control switch
for flame proof
|
~250 В, 20 А
|
|
51
|
exrp-2530
|
розетка с выключателем для
суэцкого поискового освещения
|
~250 В, 30 А
|
|
52
|
si-sq11d
|
одножильный тумблерный
выключатель (поверхностного типа)
|
~250 В, 16 А
|
|
53
|
si-sq13d
|
трёхжильный тумблерный
выключатель (поверхностного типа)
|
~250 В, 16 А
|
|
54
|
si-fq11d
|
одножильный тумблерный
выключатель (утопленного типа)
|
~250 В, 16 А
|
|
55
|
si-fq13d
|
трёхжильный тумблерный
выключатель (утопленного типа)
|
~250 В, 16 А
|
|
56
|
rs 1013pt
|
одиночная розетка
поверхностного типа
|
~250 В, 16 А
|
|
57
|
rs 1090pt
|
двойная розетка поверхностного
типа
|
~250 В, 16 А
|
|
58
|
s-1014pt
|
одиночная розетка
утопленного типа
|
~250 В, 16 А
|
|
59
|
rt-fq2df
|
двойная розетка утопленного
типа
|
~250 В, 16 А
|
|
60
|
1054 ifpt
|
одиночная розетка (ip44)
|
~250 В, 16 А
|
|
61
|
s-16/6 vi
|
тумблерный выключатель
(ip44)
|
~250 В, 16 А
|
|
62
|
s-16/6-2 vi
|
тумблерный выключатель
(ip44)
|
~250 В, 16 А
|
|
63
|
sd-f50i
|
регулятор освещённости
|
500 ВА
|
|
64
|
fx-220dc206g1g
|
люминисцентная лампа
цилиндрического типа
|
~220 В, 20*2 Вт 60 Гц
|
|
65
|
fx-220dc206g2g
|
люминисцентная лампа
цилиндрического типа
|
~220 В, 20*2 Вт 60 Гц
|
|
66
|
ex-61220c1a
|
потолочная лампа
накаливания взрывозащищённого типа
|
~220 В, 100 Вт
|
|
67
|
ex-61220c2a
|
потолочная лампа
накаливания взрывозащищённого типа
|
~220 В, 100 Вт
|
|
68
|
ex-61320g1
|
потолочная лампа
накаливания взрывозащищённого типа
|
~220 В, 100 Вт
|
|
69
|
cr-11432b
|
розетка с выключателем
|
~440 В, 32 А
|
|
70
|
cp-4432b
|
штепсельный выключатель
|
~440 В, 32 А
|
|
71
|
sb20nf-6prs
|
switch box для насосного
помещения
|
~250 В, 9 А
|
|
72
|
h-251 мк2
|
ручной фонарик
|
= 4 В, 5 А/Ч
|
|
73
|
zcn-p5010
|
двереограничительный
переключатель
|
|
Сигнально-отличительные огни судна
Основные сигнально-отличительные огни:
ходовые огни правого и левого борта - 60Вт;
якорный кормовой огонь - 40Вт;
кормовой огонь - 40Вт;
якорный баковый огонь - 40Вт;
мачтовый огонь на главной мачте - 60Вт;
мачтовый огонь на носовой мачте - 60Вт.
.2 СВЕТОДИОДНЫЕ ИСТОЧНИКИ ОСВЕЩЕНИЯ
Компания Macroblock, Inc. была основана в 1999 году в городе Hsinchu,
Тайвань. Компания позиционирует себя как производителя аналого-цифровых решений
при этом наибольшее внимание уделяется сектору электропитания и
опто-электронных приложений. Среди микросхем для оптоэлектронных приложений
производимых компанией основной группой являются микросхемы для питания и
управления светодиодами (как отдельными, так и группами) - это т.н. драйверы
светодиодов.
Драйверы делятся на 3 группы:
Цифровые драйверы - непосредственно драйверы светодиодов и индикаторов
обладающие цифровым интерфейсом
Источники питания - микросхемы позволяющие питать значительное количество
светодиодов (соединенных последовательно) напрямую от сети 220 В
Драйверы подсветки - микросхемы предназначенные для питания светодиодов
подсветки различных устройств (преимущественно - портативных).
Для задачи судового освещения выбираем драйверы на микросхемах
Macroblock, отличающихся следующими общими возможностями:
отсутствие множества дополнительных элементов необходимых при
использовании других схем питания и управления светодиодами. Например, при
применении микросхем Macroblock отпадает необходимость в токоограничивающих
резисторах, индуктивностях, диодах Шоттки, конденсаторах (три последних
используются в импульсных схемах питания);
светодиоды подключаются к микросхеме напрямую, уменьшение количества
дополнительных элементов напрямую ведет к увеличению надежности устройства,
уменьшению массогабаритных показателей и потребляемой устройством мощности;
большой выходной ток каждого канала при 92% энергетической эффективности
всей микросхемы (некоторые микросхемы могут обеспечивать ток более 100 мА на
канал, без дополнительного теплоотвода);
возможность регулировки тока всех светодиодов микросхемы (т.е. яркости) с
помощью всего одного внешнего резистора (некоторые микросхемы имеют также
цифровую регулировку);
высокая частота обмена данными - до 25 МГц, наряду с возможностью
каскадирования устройств эта особенность делает довольно простой реализацию
динамической индикации, а также подключение больших групп светодиодов (точечные
дисплеи, панно и др.);
минимальные габариты микросхем (имеются исполнения в корпусах SOIC для
поверхностного монтажа).
Реализуемые функции в драйверах светодиодов Macroblock
Компания MBI также применяет в своих микросхемах и собственные
суперсовременные технологии:
PrecisionDrive™ - Функция позволяет увеличить точность и качество
выходных характеристик. Так, например, у микросхем использующих эту технологию
отклонение выходного тока между всеми выходами не превышает 3%, а между
отдельными микросхемами - 6%. Отклонение тока, обусловленное изменением прямого
падения напряжения на светодиоде, ограничено на уровне 0,1% на вольт. Также
учтены возможные изменения напряжения питания микросхем и изменения температуры
окружающей среды (подразумевается, что обе характеристики находятся в рабочих
пределах) - в случае таких изменений отклонение выходного тока не превысит 1 %.
Функция реализована в микросхемах: MBI5026, MBI5025, MBI5027, MBI5028, MBI5168,
MBI 5167.
Error detection™ - функция позволяет определять в режиме реального
времени неисправности (обрыв, кз) светодиодов подключенных к микросхеме.
Происходит это следующим образом - используя сигнальные выводы OE, LE, CLK
контроллер посылает соответствующую команду на микросхему, которая, в свою
очередь, изменяет некоторые биты в исходящей по линии SDO двоичной
последовательности, анализируя которую можно получить точный адрес неисправного
элемента. Функция реализована в микросхемах: MBI5027, MBI5028, MBI5170.
Сurrent-Adjustment™ - функция позволяет производить цифровую подстройку
выходного тока микросхемы (баланса белого), при этом сохраняется возможность
аналоговой регулировки (резистором). Функция реализована в микросхемах:
MBI5028, MBI5170.
Share-I-O™ - функция позволяет совместить, без увеличения количества
выводов, возможности Error detection и Сurrent-Adjustment в одном корпусе.
Драйверы системы управления
Микросхемы, представляющие собой устройства последовательного ввода
цифровой информации (например, от микроконтроллера) и параллельной ее выдачи
(непосредственно на светодиоды), рисунок 2.1. По числу выходов на светодиоды
микросхемы делятся на 8-ми битные (8 выходов) и 16-битные (16 выходов). По
сути, это некоторая модификация КМОП регистров сдвига с защелкой, отличающая
большим выходным током каждого канала (десятки и сотни миллиампер), а также
множеством крайне полезных функций. 8-ми битные (восемь выходов) микросхемы:
Рисунок 2.1 - Структурная схема драйверов системы управления освещением
Источники питания
Принцип работы этих микросхем следующий - микросхема преобразует сетевое
напряжение путем выпрямления и подает полученное нестабилизированное напряжение
в виде импульсов тока на светодиодную цепочку (которая может насчитывать до 30
светодиодов определенного типа), рисунок 2.2. Микросхемы допускают параллельное
соединение для увеличения выходного тока.
Рисунок 2.2 - Драйвер системы питания светодиодов системы судового
освещения
Общая схема подключения:
Обобщённая схема подключения драйверов светодиодов с микроконтроллерами
системы управления судовым освещением приведена на рисунке 2.3. Питание светодиодов
освещения осуществляется непосредственно от имеющихся линий судового освещения,
по ним же и передаются сигналы управления судовым освещением и тестирование
светодиодов на КЗ или обрыв.
Рисунок 2.3 - Структурная схема системы судового освещения
Обобщенная структурная схема регулятора, приведена на рисунке 2.4:
Рисунок 2.4 - Структурная схема драйвера светодиодов
Объектами управления являются непосредственно светодиоды, выходными
параметрами которых являются световой поток пропорциональный выходному току в
цепи обратной связи регулятора тока. Обратную связь обеспечивает датчик -
фоторезистор, если уровень освещённости падает ниже заданного, то регулятор
плавно увеличивает ток светодиодов, тем самым увеличивая световой поток.
Выводы
предназначены для плавного изменения тока регулятора,
- запрос параметров тока светодиодов, 
- схема управления регулятора и анализатора системы
тестирования работоспособности диодов, 
- система
управления запросами тестовых сигналов.
Источники
света (светодиоды)
Таблица
2.2 - Светодиодные источники света
|
Тип светодиодной лампы
|
Размеры (мм),
|
Количество светодиодов и
тип
|
Свет, мощность потока
|
Мощность (Вт)/световой
поток (лм)
|
Заменяемый аналог,
люминисцентная лампа, мощность (Вт)
|
|
Т8 TUBE
|
600
|
SMD 120
|
Белый 5000-6500K
|
8/700- 900
|
25
|
|
T10
|
600
|
smd3528 120шт
|
Белый, мягкий 3000-4500K
|
8/600
|
25
|
|
Т8
|
1200
|
smd 3528 240шт
|
Белый 3000-4500K
|
18/1400-1800
|
50
|
Выбор ламп типа Т8 и Т10 обусловлен идентичностью световой арматуры, и не
требует замены светильников стандартного исполнения, применение выбранных типов
ламп позволяет осуществить модернизацию без замены самой арматуры, при этом
необходимо выполнить минимальную доработку арматуры - удалить из неё балластные
и пусковые устройства.
2.3 ВЫБОР ТИПА СВЕТИЛЬНИКОВ
Отдельные светильники необходимо заменить специальными, выполненными под
светодиодные элементы. Это относится к светильникам находящихся в помещениях
заливаемых водой, специального морского исполнения, работающие в условиях
соленого и масляного тумана.
Светильник судовой общего освещения "Солза" ИУЕА.676259.004ТУ
Предназначен для общего освещения помещений судов.
Конструкция:
В качестве источников света в светильнике применены сверхъяркие
светодиодные лампы белого "теплого" света, которые не требуют замены
и не снижают яркость в течение всего срока службы.
Светильники не требуют технического обслуживания и утилизации по
окончании срока службы. Подключение светильника к сети осуществляется при
помощи разъемов, что значительно упрощает его монтаж.
Светильник не создает стробосткопического эффекта при установке его в
помещениях с работающими механизмами, имеющими движущиеся части или узлы.
Условия Эксплуатации:
Рассчитан на безотказную работу при:
температуре от 0° до +55
относительной влажности 95+3% при температуре 25°С
воздействии соляного морского тумана
Технические данные:
Род тока - переменный 50Гц или постоянный
Номинальное напряжение питающей сети:
переменного тока - 220 В;
постоянного тока - от 175 В до 320 В.
Потребляемая мощность при номинальном напряжении питания не более 25 Вт
Освещенность, создаваемая на расстоянии 1 м от светильника в пятне на
площади 800х600 мм не менее 200 Лк
Масса 2.1 кг
Степень защиты IP55
Количество светодиодных ламп 16 шт
Срок службы 25 лет
Рассеиватель света прозрачный, бесцветный.
Таким образом, замена люминесцентных светильников обычного исполнения
потребует простой замены ламп с доработкой, система управления освещением
потребует применения контроллера освещения, сигналы управления транслируются по
силовым сетям с применением специальных протоколов. Светильники машинного
отделения могут быть заменены специальными светильниками типа «Солза».
.4 ВЫВОДЫ
Применение светодиодных источников света позволит при освещении
надстройки судна расходовать на эти цели около 14 кВт мощности, машинного
отделения - 8 кВт, навигационное освещение потребует всего около 400 Вт,
экономия составит порядка 40 кВт мощности.
Применение специализированных устройств управления освещением -
драйверов, позволяет реализовать интеллектуальную систему управления с
функциями оптимизации освещения. В качестве устройства обратной связи применим
фоторезистор, который регистрируя мощность светового потока обеспечит
пропорциональное управление освещением, с учётом солнечного и дневного.
ГЛАВА 3 СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ СУДОВЫМ ОСВЕЩЕНИЕМ
.1 ФУНКЦИИ УПРАВЛЕНИЯ КОНТРОЛЛЕРА СИСТЕМЫ СУДОВОГО ОСВЕЩЕНИЯ
Модуль управления освещением предназначен для контроля параметров
освещения (выходной ток драйвера светодиодов; ток нагрузки драйвера; состояние
положения выключателей).
Модуль управления освещением предназначен для выполнения следующими
функциями:
включение линий освещения;
контроль работоспособности светодиодов;
обеспечение экономичного режима освещения;
автоматическое управление яркостью свечения светодиодов.
. Включение линий освещения включает функции максимального
светового потока (включение всех светодиодов на полную нагрузку). При
выполнении этой команды по силовым кабелям освещения передаются адрес драйвера
и команды на включение линий управляемых с адресуемого драйвера.
2. Контроль работоспособности светодиодов в цепи коммутируемых
адресуемым драйверам.
. Снижение тока светодиодов в режиме «экономичное» освещение,
коммутация выделенных линий при обеспечении экономичного освещения.
. Автоматическое снижение яркости светодиодов в зависимости от
степени освещенности помещений, реализация нормативных эргономических
требований к освещению помещений.
3.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОТОКОЛА ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ
СУДОВЫМ ОСВЕЩЕНИЕМ
Структура протокола обмена данных должна обеспечивать надёжную передачу
данных в условиях зашумленного сигнала, в большинстве случаев телеметрические
системы съёма и передачи данных используют принципы:
пакетной передачи сигналов с фиксированной длиной;
обнаружение пакетов и синхронизация на основе кодированной преамбулы;
точно известная скорость передачи данных;
включение дополнительных (контрольных) выборок.
Наиболее совершенным, получившее наибольшее распространение является
протокол MODBUS фирмы MODICON GOULD. Его структура определённая как Master (MS)
и Slave (SL) устанавливает и прерывает контакт, обеспечивает идентификацию
отправителя и получателя данных, устанавливает каким образом, происходит обмен
сообщениями, обнаруживает ошибки. Протокол управляет циклом запроса и ответа,
который происходит между устройствами MS и SL, как показано на рисунке 3.1.
Только MS может инициировать транзакцию. Транзакции бывают либо типа
запрос/ответ (адресуется только один SL), либо широковещательные/без ответа
(адресуются все SL). Транзакция содержит один кадр запроса и один кадр ответа,
либо один кадр широковещательного запроса.
Рисунок 3.1 - Структура протокола Modbus. Протокол подразумевает на общей
шине один MS и до 247 SL. Протокол поддерживает до 247 драйверов системы
освещения (SL), каждому SL присвоен уникальный адрес устройства в диапазоне от
1 до 247
Характеристики протокола Modbus фиксированы, к ним относятся:
формат кадра;
последовательность кадров;
обработка ошибок коммуникации и исключительных ситуаций;
выполнение функций.
К характеристикам выбираемых пользователем относятся тип средства связи,
скорость обмена, проверка на четность, число стоповых бит, и режим передачи
(ASCII или RTU). Параметры, выбираемые пользователем, устанавливаются
(аппаратно или программно) на каждой станции. Эти параметры не могут быть
изменены во время работы системы.
При передаче по линиям данных, сообщения помещаются в «конверт». «Конверт»
покидает устройство через «порт» и «пересылается» по линиям адресуемому
устройству. Протокол Modbus описывает «конверт» в форме кадров сообщений.
Информация, представляемая в адрес требуемого получателя, содержит инструкции:
что получатель должен сделать; данные, необходимые для выполнения инструкций; и
механизм контроля достоверности.
Сообщение, полученное SL, попадает в адресуемое устройство, которое
вскрывает конверт, читает сообщение, и, если не возникло ошибок, выполняет
требуемую задачу. Затем оно помещает в конверт ответное сообщение и посылает
его «отправителю». Информация в ответном сообщении представляет собой адрес
адресуемого устройства, выполненную задачу, данные, полученные в результате
выполнения задачи, и механизм контроля достоверности. Если сообщение было
широковещательным (сообщение для всех SL), на что указывает адрес 0, то
ответное сообщение не передается.
Инициацию MS на посыл следующих сообщений другому SL в системах
телеметрии магистральных нефтепроводов необходимо осуществлять по таймеру после
прохождения определенного пользователем интервала времени, это вызвано
соображениями энергосбережения. Все сообщения могут рассматриваться как
запросы, генерирующие ответные сообщения от SL. Широковещательные сообщения
могут рассматриваться как запросы, не требующие ответных сообщений от SL.
В системе Modbus существуют два режима передачи. Оба режима обеспечивают
одинаковую совместимость при связи с SL. Режим выбирается в зависимости от
оборудования, используемого как Master Modbus. Для каждой системы Modbus должен
использоваться только один режим. Смешивание режимов не дозволительно. Режимы
делятся на ASCII и RTU (Remote Terminal Unit).
Символы ASCII удобнее использовать при отладке, поэтому этот режим удобен
для компьютеров, программируемых на языке высокого уровня, если система
телеметрии использует стандартную платформу Windows. Режим RTU подходит для
компьютеров, программируемых на машинных языках.
В режиме RTU данные передаются в виде 8-ми разрядных двоичных символов. В
режиме ASCII каждый RTU символ сначала делится на две 4-х разрядных части
(старший и младший), переводится в свой шестнадцатеричный эквивалент и затем
используется в создании сообщения.
Таблица 3.1 - Характеристики режимов ASCII и RTU
|
Характеристика
|
ASCII (7-бит)
|
RTU (8-бит)
|
|
Система кодирования
|
Используются ASCII символы
0-9,A-F
|
8-битовая двоичная система
|
|
Число бит на символ
|
|
|
|
Стартовые биты
|
1
|
1
|
|
Биты данных (LSB вперед)
|
7
|
8
|
|
Четность
|
Вкл./Выкл.
|
Вкл./Выкл.
|
|
Стоповые биты
|
1 или 2
|
1 или 2
|
|
Контрольная сумма
|
LRC
(Longitudinal Redundancy Check). LRC
|
CRC (Cyclical
Redundancy Check). CRC_16
|
ASCII режим использует в два раза больше символов, чем RTU режим, но
декодирование и управление данными - легче. К тому же, в режиме RTU символы
сообщения должны передаваться непрерывным потоком. В режиме ASCII допустима
задержка до 1 секунды между двумя соседними символами.
Существует два типа ошибок, которые могут возникать в системах судовой
связи: ошибки передачи и программные или оперативные ошибки. Система Modbus
имеет способы определения каждого типа ошибок.
Ошибки связи обычно заключаются в изменении бита или бит сообщения.
Обнаруженные ошибки кадрирования, четности и контрольной суммы, прекращают
дальнейшую обработку сообщения. Генерация ответного сообщения не инициируется,
тот же результат достигается, использованием адреса несуществующего SL.
Устройство MS должно программироваться так, чтобы в случае не получения
ответного сообщения в течение определенного времени, MS не фиксировал ошибку
связи. Продолжительность этого времени зависит от скорости обмена, типа
сообщения, и времени опроса SL. По истечению этого периода, MS должен быть
запрограммирован на ретрансляцию сообщения.
Оба режима передачи, RTU и ASCII, включают в формат символа
дополнительный бит четности. В режиме RTU это девятый бит в поле данных (8 бит
данных и бит четности). В режиме ASCII это восьмой бит данных (7 бит данных и
бит четности). Если контроль четности не используется, бит четности не
передается. Все устройства в системе должны быть сконфигурированы одинаково.
Для обеспечения качества передачи данных система Modbus обеспечивает
несколько уровней обнаружения ошибок. Для обнаружения множественного изменения
битов сообщения система использует избыточный контроль: CRC и LRC. Какой
контроль использовать зависит от режима передачи. RTU использует CRC, а ASCII
использует LRC.
Сообщение
(только биты данных, без учета старт/стоповых бит и бит четности)
рассматриваются как одно последовательное двоичное число, у которого старший
значащий бит (MSB) передается первым. Сообщение умножается на 
(сдвигается влево на 16 бит), а затем делится на 
, выражаемое как двоичное число (11000000000000101).
Целая часть результата игнорируется, а 16-ти битный остаток (предварительно
инициализированный единицами для предотвращения случая, когда все сообщение
состоит из нулей) добавляется к сообщению (старшим битом вперед) как два байта
контрольной суммы. Полученное сообщение, в приемнике делится на тот же полином,
если ошибок не было, остаток от деления получается нулевым. Приемное устройство
может рассчитать CRC и сравнить ее с переданной. Вся арифметика выполняется по
модулю 2 (без переноса).
Устройство,
используемое для подготовки данных для передачи, посылает условно самый правый
(LSB) бит каждого символа первым. При расчете CRC, первый передаваемый бит,
определен как MSB делимого. Так как арифметика не использует перенос, для
удобства расчета CRC можно предположить, что MSB расположен справа. Поэтому
порядок бит при расчете полинома должен быть реверсивным.
Пошаговая
процедура расчета CRC-16 (таблица 1 приложение №3) представлена ниже:
1. Загрузить 16-ти разрядный регистр
числом FFFFH.
2. Выполнить операцию XOR над первым
байтом данных и старшим байтом регистра. Поместить результат в регистр.
3. Сдвинуть регистр на один разряд
вправо.
5. Если выдвинутый бит ноль, вернуться в
шагу 3.
6. Повторять шаги 3 и 4 до тех пор, пока
не будут выполнены 8 сдвигов регистра.
7. Выполнить операцию XOR над следующим
байтом данных и регистром.
8. Повторять шаги 3-7 до тех пор, пока
не будут выполнена операция XOR над всеми байтами данных и регистром.
9. Содержимое регистра представляет
собой два байта CRC и добавляется к исходному сообщению старшим битом вперед.
Контрольная сумма в режиме ASCII это LRC представляющая собой - 8-ми
разрядное число, передаваемое как два ASCII символа (hex). Контрольная сумма
образуется путем конвертирования всех hex символов в двоичные числа, сложением
этих чисел без учета переноса, и вычислением дополнительного кода полученного
числа. В приемнике LRC заново рассчитывается и сравнивается с полученным LRC.
При вычислении LRC двоеточие, CR, LF и любой другой не -ASCII символ
отбрасывается.
В общем, интерпретация полей протокола Modbus в сообщении идентична для
режимов передачи ASCII и RTU. Главное отличие заключается в типе проверки
контрольной суммы, выполняемой над сообщением, и которое в два раза больше в
режиме ASCII. Вместо передачи 80-ми разрядного двоичного символа, посылается
эквивалент в виде пары 7-ми разрядных ASCII (0-9, A-F) символов.
3.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ КАДРОВОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ И ФОРМАТИРОВАНИЯ КОМАНД
В ASCII
В режиме ASCII начало кадра достигается использованием символа двоеточия
‘:’, и символов возврата каретки (CR) и перевода строки (LF), указывающих на
конец кадра. Символ перевода строки также служит как синхронизирующий символ,
который указывает на то, что передающая станция готова для приема ответного
сообщения.
Таблица 3.2 - Формат кадра сообщения в режиме ASCII
|
Начало кадра
|
Адрес
|
Функция
|
Данные
|
Контрольная сумма
|
EOF
|
Готовность приема ответного
сообщения
|
|
:
|
2 символа 16-бит
|
2 символа 16 бит
|
N * 4 символа N * 16 бит
|
2 символа 16 бит
|
CR
|
LF
|
Поле адреса следует сразу за началом кадра и состоит из 2-х символов в
режиме ASCII. Эти биты указывают пользователю адрес SL устройства, которое
должно принять сообщение, посланное MS.
Каждый SL имеет уникальный адрес, и только адресуемое устройство может
ответить на запрос, который содержит его адрес. Когда SL посылает ответ, адрес
SL информирует MS, с какой SL на связи. В широковещательном режиме используется
адрес 0. Все SL интерпретируют такое сообщение как выполнение определенного
действия, но без посылки подтверждения.
Поле кода функции указывает, адресуемому SL, какое действие выполнить.
Старший бит этого поля устанавливается в единицу SL в случае, если ответное
сообщение содержит информацию об ошибке. В предлагаемой системе этот бит
остается в нуле, если ответное сообщение повторяет запрос или в случае
нормального сообщения.
Таблица 3.3 - Структура запроса и ответа режима ASCII.
|
MODBUS MS Þ Ü
|
ERROR CHECK
|
DATA
|
FUNCTION CODE (03)
|
ADDRESS (01)
|
MODBUS SL Þ Ü
|
|
Информация используется
приемным устройством для проверки сообщения
|
Относительный адрес
регистра
|
Чтение регистра хранения
|
Запрос для SL с номером 1
|
|
|
ADDRESS (01)
|
FUNCTION CODE (03)
|
DATA
|
ERROR CHECK
|
|
|
Ответ от SL с номером 1
|
Чтение регистра хранения
|
Значение, содержащееся в
указанном регистре хранения
|
Информация, используемая
приемным устройством для проверки сообщения
|
|
В режиме ASCII в поле контрольной суммы используется LRC сообщения
запроса и ответа (таблица 3.3), последовательность посылки полей каждый раз
одна и та же - Адрес, Код функции, Данные и Контрольная сумма - независимо от
направления.
Коды исключительных ситуаций приведены в таблице 3.4. Обнаружение SL
одной их этих ошибок, инициирует ответное сообщение MS, содержащее адрес SL,
код функции, код ошибки и контрольную сумму.
Таблица 3.4 - Коды исключительных ситуаций протокола Modbus
|
Код
|
Название
|
Смысл
|
|
01
|
ILLEGAL FUNCTION
|
Функция в принятом
сообщении не поддерживается на данном SL. Если тип запроса - POLL PROGRAM
COMPLETE, этот код указывает, что предварительный запрос не был командой
программирования.
|
|
02
|
ILLEGAL DATA ADDRESS
|
Адрес, указанный в поле
данных, является недопустимым адресуемому SL.
|
|
03
|
ILLEGAL DATA VALUE
|
Значения в поле данных
недопустимы адресуемому SL.
|
|
04
|
FAILURE IN ASSOCIATED
DEVICE
|
SL не может ответить на
запрос или произошла авария.
|
|
05
|
ACKNOWLEDGE
|
SL принял запрос и начал
выполнять долговременную операцию программирования. Для определения момента
завершения операции используйте запрос типа POLL PROGRAM COMPLETE. Если этот
запрос был послан до завершения операции программирования, то SL ответит
сообщением REJECTED MESSAGE.
|
|
06
|
BUSY, REJECTED MESSAGE
|
Сообщение было принято без
ошибок, но SL в данный момент выполняет долговременную операцию
программирования. Запрос необходимо ретранслировать позднее.
|
|
07
|
NAK-NEGATIVE ACKNOWLEDGMENT
|
Функция программирования не
может быть выполнена. Используйте опрос для получения детальной
аппаратно-зависимой информации об ошибке.
|
Указания, что ответное сообщение это уведомление об ошибке, соответствует
установке старшего бита поля кода функции в 1.
Рассмотрим пример чтения функции содержащей ошибку таблица 3.5.
Таблица 3.5 - Запрос, содержащий ошибку несуществующего адреса SL
|
Адрес SL
|
Функция
|
Старший байт адреса
|
Младший байт адреса
|
Старший байт числа ячеек
|
Младший байт числа ячеек
|
Контрол. сумма
|
|
0A
|
01
|
04
|
A1
|
00
|
01
|
4F
|
Этот запрос требует состояние ячейки с номером 1245 в SL с номером 10, и,
если этот контроллер имеет 1К ячеек, то этот адрес является ошибочным.
Соответственно, будет сгенерировано следующее ответное сообщение.
Таблица 3.6 - Ответ MS на ошибочный запрос SL
|
Адрес SL
|
Функция
|
Код исключительной ситуации
|
Контрольная сумма
|
|
0A
|
81
|
02
|
73
|
Значение в поле функции равно оригинальному значению с установленным в
единицу старшим битом. Код исключительной ситуации 02 указывает на ошибочный
адрес данных.
В таблицах 3.7 и 3.8, указаны типовые блоки отладки протокола Modbus,
числа имеют шестнадцатеричный формат.
Таблица 3.7 - Чтение регистров SL.
|
Адрес
|
Функция
|
Старший байт адреса первого
регистра
|
Младший байт адреса первого
регистра
|
Старший байт числа
требуемых регистров
|
Младший байт числа
требуемых регистра
|
Поле контр. суммы
|
|
|
06
|
03
|
00
|
6B
|
00
|
03
|
89
|
LRC
|
Данный блок описывает чтение регистров 4108-4110 из SL с адресом 06. Это
сообщение при форматировании в RTU и ASCII выглядит следующим образом:
Таблица 3.8 - Форматирование команд в код инструкций
|
ЗАПРОС
|
RTU
|
ASCII
|
|
Заголовок
|
|
|
|
:
|
|
Адрес
|
0000
|
0110
|
0
|
6
|
|
Функция
|
0000
|
0011
|
0
|
3
|
|
Начальный адрес
|
H.O.
|
0000
|
0000
|
0
|
0
|
|
L.O.
|
0110
|
1011
|
6
|
В
|
|
Количество требуемых
регистров
|
H.O.
|
0000
|
0000
|
0
|
0
|
|
L.O.
|
0000
|
0011
|
0
|
3
|
|
Поле контрольной суммы
|
|
0111
|
0101
|
8
|
9
|
|
|
Трейлер
|
|
|
CR
|
LF
|
|
|
ОТВЕТ
|
RTU
|
ASCII
|
|
Заголовок
|
|
|
|
:
|
|
Адрес
|
0000
|
0110
|
0
|
6
|
|
Функция
|
0000
|
0011
|
0
|
3
|
|
Количество байт данных
|
0000
|
0110
|
0
|
6
|
|
Данные
|
H.O
|
0000
|
0010
|
0
|
2
|
|
L.O.
|
0010
|
1011
|
2
|
B
|
|
H.O.
|
0000
|
0000
|
0
|
0
|
|
L.O.
|
0000
|
0000
|
0
|
0
|
|
H.O.
|
0000
|
0000
|
0
|
0
|
|
L.O.
|
0110
|
0011
|
6
|
3
|
|
Контрольная сумма
|
CRC
|
6
|
1
|
|
Трейлер
|
|
CR
|
LF
|
|
Длина пакета
|
11 байт
|
23 байта
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сообщения с номерами функций 1 - 6, 15 и 16 ссылаются на конкретные
доступные переменные программируемого контроллера. Функция 1, 5 и 15 ссылаются
на логические ячейки (0ХХХ(Х)), функция 2 на дискретные входы (1ХХХ(Х)),
функция 4 на входные регистры (3ХХХ(Х)), функции 3,6 и 16 на внутренние
регистры (4ХХХ(Х)). Все адреса ссылок в сообщениях MODBUS индексируются с нуля.
Например, первый внутренний регистр в контроллере 584, будучи 40001-ым, имеет
адрес ссылки 0. Точно также, ячейка 00127 будет иметь адрес 0126.сообщение
всегда почти в два раза длиннее RTU сообщения.
.4 ФУНКЦИИ ПРОГРАММ КОНТРОЛЛЕРА УПРАВЛЕНИЯ СУДОВЫМ ОСВЕЩЕНИЕМ
Функция «запрос» позволяет пользователю получить статус (1/0) логических
ячеек. Широковещательный режим не поддерживается. Помимо полей адреса SL и
функции, сообщение требует, чтобы информационное поле содержало логический
адрес первой ячейки и число ячеек, статус которых необходимо получить.
Таблица 3.9 - Функция запроса логических ячеек контроллера RTU- сообщения
|
Адрес
|
Функция
|
Старший байт адреса первой
ячейки
|
Младший байт адреса первой
ячейки
|
Старший байт число ячеек
|
Младший байт числа ячеек
|
Контрольная сумма
|
|
|
06
|
01
|
00
|
13
|
00
|
25
|
B6
|
LRC
|
Адресация позволяет получить за один запрос до 2000 логических ячеек.
Однако, некоторые приборы имеют ограничение на максимальное число ячеек, статус
которых можно получить за один запрос. Ячейки нумеруются с нуля ( ячейка 1 = 0,
ячейка 2 = 1 и т.д.).
Таблица 3.10. Пример ответного сообщения на предыдущий запрос
|
Адрес
|
Функция
|
Количество байт в поле
данных
|
Статус ячеек 20-27
|
Статус ячеек 28-35
|
Статус ячеек 36-43
|
Статус ячеек 44-51
|
Статус ячеек 52-56
|
Контр. сумма
|
|
06
|
01
|
05
|
CD
|
6B
|
B2
|
0E
|
1B
|
D6
|
Данные в поле данных упакованы один бит на каждую ячейку. Ответное
сообщение включает адрес SL, код функции, число байт в поле данных, данные и
контрольную сумму. Младший значащий бит первого байта поля данных содержит
первую адресуемую ячейку, за которой следуют остальные. Если число ячеек не
кратно 8-ми, то остальные биты заполняются нулями в порядке от старших битов к
младшим.
Статус ячеек 20-27 равен CDH = 1100 1101. Читая слева направо, видим, что
ячейки 27, 26, 23, 22 и 20 установлены. Остальные данные разбираются так же.
Так как было запрошено число ячеек не кратное 8-ми, старшие три бита в
последнем байте данных (1BH) заполнены нулями.
Так как запрос обслуживается в конце рабочего цикла прибора, то данные в
ответном сообщении отражают состояние ячеек на тот момент.
«Функция 2» - чтение дискретных входов позволяет пользователю получить
состояние (ВКЛ/ВЫКЛ) входных дискретных линий адресуемого SL. Широковещательный
запрос не поддерживается. В дополнение к адресу SL и номеру функции, запрос
требует, чтобы информационное поле содержало начальный адрес и количество
требуемых линий.
Адресация позволяет получить за один запрос до 2000 линий. Входные линии
нумеруются с нуля (10001 = 0, 10002 = 1 и т.д.).
Таблица 3.11 - Запрос на чтение дискретных входов 10197-10218 из SL №6
|
Адрес
|
Функция
|
Старший байт Номера первой
требуемой ячейки
|
Младший байт Номера первой
требуемой ячейки
|
Старший байт количество
требуемых ячеек
|
Младший байт количество
требуемых ячеек
|
Контр. сумма
|
|
|
06
|
02
|
00
|
С4
|
16
|
00
|
13
|
LRC
|
Ответное сообщение включает адрес SL, код функции, количество байт
данных, данные и поле контрольной суммы. Данные упакованы по биту на каждый
вход (1 = ON, 0 = OFF). Младший бит первого байта содержит значение первого
адресуемого входа, за которым следуют остальные. Если количество запрошенных
входов не кратно 8, то остальные биты заполняются нулями. Количество байт
данных всегда определяется как количество RTU данных. Так как SL обслуживает
запрос в конце рабочего цикла, данные в ответе отражают состояние входов на
данный момент.
Статус входов 10197-10204 = ACh = 1010 1100. Читая слева направо, видим,
что входы 10204, 10202, 10200 и 10199 в состоянии ON. Все остальные байты
данных распаковываются аналогично.
Таблица 3.12 - Ответ на запрос чтение дискретных входов SL №6
|
Адрес
|
Функция
|
Количество Байт данных
|
Дискретные входы
10197-10204
|
Дискретные Входы 10205-10212
|
Дискретные входы
10213-10218
|
Конт. сумма
|
|
|
06
|
02
|
03
|
AC
|
DB
|
35
|
2E
|
LRC
|
Так как было запрошено 22 линии, последний байт данных (35h = 0011 0101)
содержит только 6 входов (10213-10218) вместо 8-ми. Два последних бита
заполняются нулями.
«Функция 3» - чтение регистров позволяет получить двоичное содержимое
16-ти разрядных регистров адресуемого SL. Адресация позволяет получить за
каждый запрос до 125 регистров. Однако, некоторые устройства имеют ограничение
на максимальное количество регистров, получаемых за один запрос. Регистры
нумеруются с нуля (40001 = 0, 40002 = 1 и т.д.). Широковещательный режим не
допускается.
Таблица 3.13 - Запрос на чтение регистра SL №6
|
Адрес
|
Функция
|
Номер первого регистра
|
Число регистров для чтения
(N)
|
Контр сумма
|
|
|
|
Старший байт
|
Младший байт
|
Старший байт
|
Младший байт
|
|
|
|
06
|
03
|
00
|
6B
|
00
|
03
|
7E
|
LRC
|
Адресуемый SL посылает в ответе свой адрес, код выполненной функции и
информационное поле. Информационное поле содержит 2 байта, описывающих
количество возвращаемых байт данных. Длина каждого регистра данных - 2 байта.
Первый байт данных в посылке является старшим байтом регистра, второй -
младшим.
Так как SL обычно обслуживает запрос в конце своего рабочего цикла,
данные в ответе отражают содержимое регистров в данный момент. Некоторые SL ограничивают
количество регистров, передаваемых за один запрос. В этом случае для получения,
большего числа регистров, необходимо выполнить несколько последовательных
запросов.
«Функция 5» - запись одной ячейки, модифицирует одну логическую ячейку.
Ячейки нумеруются с нуля (ячейка 1 = 0, ячейка 2 = 1 и т.д.).
Число 65280 (FF00H) устанавливает ячейку в 1, а число 0 - в 0. Другие
числа не влияют на содержимое ячейки.
Таблица 3.14 - Ответ на запрос чтение регистра SL №6
|
Адрес
|
Функция
|
Количество байт данных
|
Старший байт регистра 40108
|
Младший байт регистра 40108
|
Старший байт регистра 40109
|
Младший байт регистра 40109
|
Старший байт регистра 40110
|
Младший байт регистра 40110
|
Контрольная сумма
|
|
|
06
|
03
|
06
|
02
|
2B
|
00
|
00
|
00
|
64
|
55
|
LRC
Таблица 3.15 - Пример установки в 1 ячейки 0173 в SL №6
|
Адрес
|
Функция
|
Старший байт адреса ячейки
|
Младший байт адреса ячейки
|
Индикатор установки или
сброс ячейки
|
Всегда 0
|
Контрольная сумма
|
|
|
06
|
05
|
00
|
AC
|
FF
|
00
|
3F
|
LRC
|
«Функция 6» - запись одного регистра, позволяет модифицировать содержимое
одного регистра. Хотя запрос и является асинхронным, SL изменяет содержимое
регистра только в конце рабочего цикла.
Когда в запросе указан адрес равный 0 (широковещательный запрос), все SL,
подключенные к шине, загрузят соответствующий регистр указанным значением. В
широковещательном режиме используются только функции 5, 6, 15 и 16.
Таблица 3.16 - Пример записи регистра 40136 значением 926 в SL с номером
6
|
Адрес
|
Функция
|
Старший байт адреса регистра
40136
|
Младший байт адреса
регистра 40136
|
Старший байт значения 926
|
Младший байт значения 926
|
Контрольная сумма
|
|
|
06
|
06
|
00
|
87
|
03
|
9E
|
C1
|
LRC
|
«Функция 8» - тестовая функция, предназначена для проверки
коммуникационной системы и не влияет на данные датчика.
Таблица 3.17 - Тестовые функции коммуникационной системы
|
Код
|
Действие
|
|
00
|
Вернуть запрос
|
|
01
|
Сбросить установки связи
(без ответа)
|
|
02
|
Вернуть регистр диагностики
|
|
03
|
Изменить символ начала
пакета
|
|
04
|
Перевести SL в режим
прослушивания линии без посылки ответных сообщений (Listen Only Mode)
|
|
05
|
Сбросить счетчики и регистр
диагностики
|
|
06
|
Вернуть счетчик сообщений,
полученных с шины MODBUS.
|
|
07
|
Вернуть счетчик сообщений с
неправильными контрольными суммами.
|
|
08
|
Вернуть счетчик сообщений,
вызвавших исключительную ситуацию.
|
|
09
|
Вернуть счетчик сообщений,
адресованных только данному SL.
|
|
10
|
Вернуть счетчик сообщений,
адресованных данному SL и оставленных без ответа.
|
|
11
|
Вернуть счетчик сообщений,
адресованному SL и вызвавшим исключительную ситуацию NACK.
|
|
12
|
Вернуть счетчик сообщений,
адресованному SL и вызвавшим исключительную ситуацию BUSY.
|
Поле информации содержит 2 байта диагностического кода, указывающего SL
выполнить определенное действие, и 2 байта необходимой, для данной диагностики,
информации.
Таблица 3.18 - Пример запроса вернуть эхо (диагностический код 0) SL №6
|
Адрес
|
Функция
|
Старший байт
диагностического кода
|
Младший байт
диагностического кода
|
Старший байт данных
|
Младший байт данных
|
Контрольная сумма
|
|
|
06
|
08
|
00
|
00
|
00
|
00
|
0B
|
LRC
|
Таблица 3.19 - Пример ответа на запрос вернуть эхо (диагностический код
0) SL №6
|
Адрес
|
Функция
|
Старший байт
диагностического кода
|
Младший байт
диагностического кода
|
Старший байт данных
|
Младший байт данных
|
Контрольная сумма
|
|
|
06
|
08
|
00
|
00
|
00
|
00
|
0B
|
LRC
|
«Функция 7» - чтение статуса предназначена для быстрого получения статуса
некоторых событий контроллера, позволяет получать данные о статусе путём вызова
функции имеющей небольшой размер.
Функция с номером 7 позволяет пользователю опрашивать состояние восьми
ячеек контроллера. Эти ячейки могут программироваться для хранения информации
состояния контроллера. Широковещательный режим не поддерживается. Назначение
этих ячеек зависит от типа контроллера. В этой функции не требуется поле
данных.
Таблица 3.20 - Пример запроса статуса SL с номером 6
|
Адрес
|
Функция
|
Контрольная сумма
|
|
|
06
|
07
|
E8
|
LRC
|
Таблица 3.21 - Ответ содержит статус восьми ячеек, упакованных в один
байт данных
|
Адрес
|
Функция
|
Данные ячеек
|
Контрольная сумма
|
|
|
06
|
07
|
6D
|
7B
|
LRC
|
«Функция 16» - запись нескольких регистров, меняет содержимое любого
регистра опрашиваемого контроллера. Сообщение позволяет записывать регистры с
максимальным логическим адресом до FFFFH. Неиспользуемые старшие биты адреса
регистра должны заполняться нулями. Если используется адрес SL равный 0, то содержимое
поля данных записывается во все устройства, подключенные к шине
(широковещательный режим).
Таблица 3.22 - Пример записи в SL с номером 6 двух регистров 40136, 40137
значениями 0х00а0, 0х0102
|
Адрес
|
Функция
|
Старший байт адреса первого
регистра
|
Младший байт адреса первого
регистра
|
Количество регистров
|
Количество байт в поле
данных
|
Старший байт регистра 40136
|
Младший байт регистра 40136
|
Старший байт регистра 40137
|
Младший байт регистра 40137
|
Контрольная сумма
|
|
|
10
|
00
|
87
|
00
|
02
|
04
|
00
|
060A
|
01
|
02
|
45
|
LRC
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3.23 - Ответное сообщение возвращает адрес SL, функцию, адрес
первого регистра и количество записанных регистров
|
Адрес
|
Функция
|
Старший байт адрес первого
регистра
|
Младший байт адреса первого
регистра
|
Количество регистров
|
Контрольная сумма
|
|
|
06
|
10
|
00
|
87
|
00
|
02
|
56
|
LRC
|
|
|
|
|
|
|
|
|
«Функция 17» - чтение информации об адресуемом устройстве
Таблица 3.24 - Пример запроса драйвера с адресом 6
|
Адрес
|
Функция
|
Контрольная сумма
|
|
|
06
|
11
|
DE
|
LRC
|
Таблица 3.25 - Пример ответа на запрос драйвера с адресом 6
|
Адрес
|
Функция
|
Число байт в поле данных
|
Поле данных
|
Контрольная сумма
|
Информация в поле данных различна для каждого конкретного датчика,
заносится из паспорта на датчик.
Таблица 3.26 - Обязательная информация о датчике в поле данных
|
Название параметра
|
Формат
|
|
Версия прибора
|
ASCII строка, завершающаяся
нулем в формате: “DRIVER BT
AA.BB.CC.DD”
|
|
Название прибора
|
ASCII строка, завершающаяся
нулем.
|
|
Максимальное число
регистров в таблице регистров прибора.
|
Unsigned (2 байта).
|
В случае если какая-либо из строк в приборе не существует, на ее месте в
ответном сообщении должен передаваться нуль. Остальная информация зависит от
типа прибора, и указывается в описании протокола прибора.
В запросе «функции 65» (чтение массивов записей) указывается адрес SL,
номер функции, номер массива (индексация с нуля), количество запрашиваемых
записей, тип запроса (0 - по индексу, 1 - по времени архивации) и данные
запроса.
Для запроса по индексу в поле данных указывается номер первой
запрашиваемой записи. Для запроса по времени архивации в поле данных
указывается время архивации первой запрашиваемой записи (сс, мм, чч, дд, мм,
гг).
Таблица 3.27 - Пример запроса по времени архивации 6-ти записей массива 1
с 10-12-2007 13:12:00 из устройства с номером 6
|
Адрес устройства
|
Функция
|
Старший байт номер массива
|
Младший байт номера массива
|
Старший байт количество
запрашиваемых записей
|
Младший байт количество
запрашиваемых записей
|
Тип запроса
|
Секунды
|
Минуты
|
Часы
|
День
|
Месяц
|
Год
|
Контрольная сумма
|
|
06
|
29
|
00
|
01
|
00
|
06
|
01
|
00
|
0С
|
0D
|
0A
|
0C
|
012
|
|
Таблица 3.28 - Пример запроса по индексу 6-ти записей массива 1, начиная
с 100-ой из устройства с номером 6
|
Адрес устройства
|
Функция
|
Старший байт номер массива
|
Младший байт номера массива
|
Старший байт количество
запрашиваемых записей
|
Младший байт количество
запрашиваемых записей
|
Тип запроса
|
Старший байт индекса первой
записи
|
Младший байт индекса первой
записи
|
Контрольная сумма
|
|
06
|
41
|
00
|
01
|
00
|
06
|
00
|
00
|
64
|
|
Таблица 3.29 - Ответ содержит адрес устройства, номер функции, количество
байт в поле данных, данные записей и контрольная сумма
|
Адрес
|
Функция
|
Число байт в поле данных (1
байт)
|
Данные
|
Контрольная сумма
|
Рассмотренный протокол позволяет применять его практически для любых
типов контроллеров, его структура применима как для программного решения задачи
телеметрии МН, так и для аппаратной реализации.
В случае поступления пакетов с информацией о состоянии цифровых входов
сенсоров ЦМ немедленно переключает состояние своих соответствующих цифровых
выходов.
ЦМ
взаимодействует с внешними устройствами по сокращённой версии протокола MODBUS
в качестве подчинённого устройства в режиме ASCII. При нормальной работе ЦМ
обрабатывает пакеты MODBUS поступающие по последовательному интерфейсу, и в
случае приёма символа ESC (шестнадцатеричное  В),
например, из программы Hyper- Terminal, ЦМ переходит в режим редактирования
параметров. Выход из режима осуществляется также по приходу символа ESC.
ЦМ
- обрабатывает только одну функцию - 03 (чтение 2-х байтных регистров). С
помощью этой функции устройство может прочитать содержимое трёх массивов:
идентификаторов датчиков, значений с них и массива состояния аналоговых входов
с сенсоров. Интерпретация полей блока данных при запросе выполнения функции 03
внешним устройством, рисунок 3.30, позволяет первыми двумя символами кодировать
тип данных, указывая элемент какого массива, требуется прочитать. Третий и
четвёртый символы задают 1-й и 2-й индексы двумерного массива с данными. Первый
индекс задаёт номер сенсора, а второй - номер датчика или аналогового входа.
Индексация начинается с нуля.
Принята
следующая кодировка поля типа данных:
-
идентификаторы драйверов;
-
код команды;
-
код текущего состояния нагрузки.
Поле
«количество читаемых регистров» должно содержать 1 при чтении кода команды управления
и значений тока в нагрузке (значения с АЦП), поскольку они выражаются 2-х
байтными величинами, и 3- при чтении идентификаторов, поскольку они состоят из
6 байт.
Рисунок 3.30 - Структура интерфейса обмена драйверов и контроллера
судового освещения
Значения АЦП представляются также в формате с младшим байтом впереди.
Идентификаторы представлены шестью байтами вместо восьми, которые обычно
выдаются 1-Wire устройствами (отбрасываются коды семейства устройств и
контрольная сумма).
Работа на частоте сигнала и широкая полоса захвата приводит к тому, что
на входе постоянно присутствует постоянно изменяющийся цифровой сигнал.
Моделирование произведём в пакете Matlab. Используя блоки приложения
Library Browser, построим модель системы Master/Slave.
Передатчик представляет собой устройство, генерирующее импульсы с
различными параметрами цифровой модуляции.
1. Амплитудная
модуляция функция вызова  . Где  - число
уровней используемых при манипуляции,  - входной
сигнал,  - частота дискретизации,  - несущая частота,  - частота
следования символов,  - алгоритм (метод) отражающий число позиций.
. Квадратурная
манипуляция функция вызова  .
Значения символов аналогичны вышеуказанным,  и  векторы задающие синфазные и квадратурные амплитуды
(вещественные и мнимые части) сигнальных посылок.
. Частотная
манипуляция вызов функции аналогично амплитудной за исключением параметра  - обозначающий метод обработки сигнала корреляционный
(когерентный), некогерентный, квадратурный и т.д.
При моделировании реального устройства предпочтение отдадим частотному
методу. В нашей системе примем метод манчестерского кодирования.
Входы передатчика предусматривают ввод данных от периферийных устройств -
драйверов системы судового освещения. Выход передатчика коммутируется в модели
на блок канала передачи данных - устройства (рекурсивный фильтр)
обеспечивающего свёртку полезного сигнала от передатчика и шума (в нашей модели
Гауссовского).
С выхода канала передачи данных сигнал поступает на аттенюатор изменяющий
мощность сигнала в пределах задаваемых на вкладке блока. С выхода сумматора
сигнал поступает на Приёмник Slave - устройство. Далее аналогично функциям
задания параметров модуляции получаем детектированный сигнал, дополнительные
устройства модели позволяют получать спектрограмму сигнала, а также наблюдать
динамику процесса в реальном времени.
Структура протокола базируется на следующих принципах:
– пакетная передача данных с фиксированной длиной;
– обнаружение пакетов и синхронизация на основе кодированной
преамбулы;
– манчестерское кодирование информационных битов;
– дополнительная выборка;
– точно известная скорость передачи данных.
Манчестерское кодирование позволяет удалить из сигнала постоянную
составляющую, что улучшает работу компаратора приёмного модуля. При таком
кодировании «1» представляется спадом сигнала, а «0» - подъёмом. Спад или
подъём располагаются посередине интервала передачи бита, а вначале производится
переключения уровня так, чтобы через полбита можно было выполнить спад или
подъём.
Кодированная преамбула позволяет синхронизировать приём и повышает
вероятность обнаружения пакетов данных, искажённых помехами, одновременно
снижая вероятность ложного обнаружения пакетов при их отсутствии в условиях
непрерывного шумового потока.
В преамбуле используется NRZ - кодировка; передаётся она со скоростью
вдвое большей, чем информационные биты.
Преамбула вычисляется на основе ряда критериев, один из которых -
минимальная кроскорреляция на всём множестве возможных двоичных кодов с
манчестерским кодированием, второй - минимальные побочные максимумы
автокорреляционной функции.
Вычисление для 16 - битной преамбулы выполняется прямым перебором.
Принцип действия декодера состоит в следующем. Цифровой поток с выхода
приёмника поступает на микроконтроллер ЦП. ЦП выполняет выборку двоичного
сигнала из этого потока со скоростью в восемь раз превышающую скорость передачи
битов. Таким образом, за время передачи одного бита МК принимает 8 отсчётов
сигнала, а за время передачи преамбулы 64 отсчёта.
На начальном этапе в МК ЦП непрерывно выполняется процедура корреляции
входного потока отсчётов с 64- битным шаблоном преамбулы. Для двоичного сигнала
это сумма значений битов, получившихся после побитной операции сложения по
модулю два текущего буфера входных отсчётов и битов шаблона, рисунок 3.31.
Рисунок 3.31 - Структура декодирования протокола
Если значение корреляции достигает некоторой контрольной границы, МК
принимает решение о начале приёма битов данных и запускает процедуру корреляции
с шаблоном бита, равного 1. В качестве точки привязки для отсчётов битовых
интервалов берётся точка максимума на корреляционной функции преамбулы, после
того как она превысила контрольную границу. В конце каждого битового интервала,
через каждые 8 отсчётов, МК принимает решение о значении принятого бита.
Корреляция больше 3 означает приём «1» в противном случае - «0».
Как видно при приёме бита, возможно, искажение трёх из восьми отсчётов
без возникновения ошибки. Относительная доля искажённых значений отсчётов при
приеме преамбулы должна быть меньше, поскольку она служит источником
синхронизации.
В связи с этими соображениями оправдано выбирать граничное значение
детектирования преамбулы на 5-6 единиц меньше значения её пика.
Диммер LD2-D400R / DIN
Диммер, светорегулятор LD2-400R предназначен для автоматизации жилых,
офисных и промышленных помещений. Предназначен для работы в сети RS-485 с
использованием протокола Modbus/RTU. Является элементом распределенной шинной
системы LanDrive2. Возможно отдельное использование в других системах,
использующих протокол Modbus. Поддерживает работу со сторонними
Modbus-контроллерами, OPC-серверами, SCADA-оболочками.
Особенностью диммера является разрывный способ подключения. Используется
только фазный провод. Актуально для выключателей, в которых не подведен нулевой
провод. Присутствует 2 цифровых входа с автономными сценариями, позволяющими
управлять освещением без центрального контроллера. Наличие данной функции
позволяет ускорить работу системы в несколько раз, а также повысить
отказоустойчивость каждого модуля в сети LanDrive. В данной модели диммера,
обработка включения освещения ведется автономно, что позволяет избежать
задержек при управлении освещением.
На основании исследования возможных реализаций управления системой
освещения применим дриммер LD2-400R. Управление системой освещением с ЦПУ
необходимо модифицировать, это вызвано с прокладкой двухжильной линии (в
обычном исполнении используется один провод - фазный).
Протокол обмена рисунок 3.32, является модифицированной версией протокола
Modbus, адаптированной под
микропроцессорный диммер LD2-400R.
Управляющим устройством является пульт освещения в ЦПУ, или компьютер с
устройством связи через COM-порт,
с использованием интерфейса RS-485.
Структурная схема соединения рисунок 3.33, включает в себя контроллер
сопряжения с ЭВМС и кнопочным пультом управления освещением, дриммер LD2-400R
подключённый к линиям освещения.
Рисунок 3.32 - протокол обмена, модифицированный в протокол Modbus
Структурная схема система освещения включает щит освещения, контроллер
управления освещением, диммеры LD2-D400R.
Рисунок 3.33 - Структурная схема системы судового освещения
ЭВМ PC имеет интерфейс управления судовым
освещением, через контроллер освещения команды управления и/или тестирования
светодиодов. Диммер LD2-D400R посредством реализации функций протокола Modbus, осуществляет связь с другими
подчинёнными диммерами. Подключение дриммеров осуществляется через силовые
линии судового освещения.
.5 КОНТРОЛЛЕР УПРАВЛЕНИЯ СУДОВЫМ ОСВЕЩЕНИЕМ
Контроллером освещения выбираем микроконтроллер фирмы Atmel ATmegs8535. Микроконтроллер имеет четыре восьмиразрядных
портов ввода - вывода, 10 битные АЦП с восьмью входами, коммутируемыми
программно, интерфейс UART,
встроенные компараторы, ШИМ- контроллеры и др.
Для управления судовым освещением имеется кнопочный пост на панели
управления освещением в ЦПУ. Отображение текущего значения включённых линий
осуществляется на семисегментных индикаторах собранных на единой панели.
Управление освещением осуществляется через порты С и D микроконтроллера. Линии порта В
подключены к кнопочной клавиатуре, порт А работает в режиме АЦП.
Резисторы, подключённые к выводам семисегментных индикаторов,
ограничивают ток через сегменты (светодиоды) индикаторной линейки.
Клавиатура может содержать до восьми кнопок управления, вторые контакты
кнопок управления соединяются между собой и подключаются к контакту 33 платы
контроллера.
Микросхема DD2- КТ5514КТ1
включает в себя девять элементов с открытыми коллекторами. Функционально каждая
ячейка представляет собой ключ, через который удобно коммутировать мощную
нагрузку на общий провод схемы.
Листинг программы управления и индикации состояния линий
; 1101 1001 старший Fuse-байт
; 1110 1111 младший Fuse-байт
;Светодиодная матрица 7 сегментов, динамическая индикация
;справа налево по кольцу движутся символы: 7 6 5 4 3 2 1
.include "c:\Program Files\Atmel\AVR
Tools\AvrAssembler2\Appnotes\m8535def.inc"
.deft1=r16
.deft2=r17
.defcatod=r18
.defcod=r19
.defdy1=r20
.defdy2=r21
.defdy3=r22
.defcnt=r23
.deftmp=r24
.equRAM=$060
.equcycles=100
.equInterval=256-77
.CSEG
.org 0RESET ; Reset Handler;rjmp EXT_INT0 ; IRQ0 Handler;rjmp
EXT_INT1 ; IRQ1 Handler;rjmp TIM2_COMP ; Timer2 Compare Handler;rjmp TIM2_OVF ;
Timer2 Overflow Handler; rjmp TIM1_CAPT ; Timer1 Capture Handler; rjmp TIM1_COMPA
; Timer1 CompareA Handler; rjmp TIM1_COMPB ; Timer1 CompareB Handler;rjmp
TIM1_OVF ; Timer1 Overflow HandlerTIM0_OVF ; Timer0 Overflow Handler; rjmp
SPI_STC; ; SPI Transfer Complete Handler; rjmp UART_RXC ; UART RX Complete
Handler; rjmp UART_DRE ; UDR Empty Handler; rjmp UART_TXC ; UART TX Complete
Handler; ADC Conversion Complete Interrupt Handler; rjmp EE_RDY ; EEPROM Ready
Handler; rjmp ANA_COMP ; Analog Comparator Handler
RESET:,15;Сторожевой таймер: без wdr сброс
outWDTCR,t1;через 2с
wdr,HIGH(RAMEND);инициализация
стека
outSPH,t1,LOW(RAMEND),t1,1<<TOV0,t1,t1,1<<TOIE0,t1,1<<TOV0,t1,Interval;Таймер0 отсчитывает 77 циклов
outTCNT0,t1;с предварительным делением,3;тактовой частоты
микроконтроллера
outTCCR0,t1;на 64
(Ck/64 prescaling),$ff,t1,t1,t1;порты C и D -
выходы,t1; линии порта С сбрасываются,t1;чтобы не вспыхивали индикаторы
;при программном переходе на RESET,1;catod хранит номер СВЕТЯЩЕГОСЯ
разряда
;индикатора
;Блок загрузки символов строки
ldiYL,low(RAM),high(RAM)+,cod+,cod+,cod+,cod+,cod+,cod+,cod+,cod,$a2;
7+,cod,$bd; 6+,cod,$ad; 5+,cod,$87; 4+,cod,$ae; 3+,cod,$3e; 2+,cod,$82; 1
stY+,cod,$00; стирание разряда за последним символом+,cod
;конец блока загрузки символов строки,15;число сдвигов символов после
; которого информация в строке обновляется.
ldidy1,cycles:,(1<<SE)+(0<<SM1)+(0<<SM1) ;микроконтроллер,t1;в Idle mode при переходе
sleep;
в режим sleepdy1;индикация строки без смещения
символов;в течение cycle переходов в режим sleep,cycles
;Блок смещения строки на одну цифру влево:
ldiYL,low(RAM),high(RAM),low(RAM+1),high(RAM+1),15:,Z++,cod
brnemore
;Конец блока смещения строки на одну цифру влево;если вся строка прошла
индикатор,;новая загрузка символов в память:rjmpstart
;обработка прерывания Таймера0_OVF:,catod;индицировать разряд №
(catod-1),cod;через порт С подать на аноды
;напряжения для индикации разряда (catod-1);следующий разряд;если его
номер =0,,1;установить его равным 1
;блок выбора кода в зависимости от номера разряда
m1:ldiYL,low(RAM),high(RAM),1,1,2;определение адреса (Y) кода,,2;для разряда
№ (catod-1),3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,Y
;конец блока выбора кода в зависимости от номера разряда
ldit1,Interval;перезапуск таймера,t1
reti
Сигнал управления дриммером представляет собой ШИМ - сигнал в зависимости
от кода, вводимого с клавиатуры, или поступающего с управляющего компьютера по
каналу RS-232. Управление с ЭВМ осуществляется
с использованием встроенных функций UART микроконтроллера.
Листинг программы ШИМ-контроллера
; 1101 1001 старший Fuse-байт
; 1110 1111 младший
Fuse-байт
.include"c:\Program Files\Atmel\AVR
Tools\AvrAssembler2\Appnotes\m8535def.inc"
.CSEG
.org 0RESET ; Reset Handler;rjmp EXT_INT0 ; IRQ0 Handler;rjmp
EXT_INT1 ; IRQ1 Handler;rjmp TIM2_COMP ; Timer2 Compare Handler;rjmp TIM2_OVF ;
Timer2 Overflow Handler;rjmp TIM1_CAPT ; Timer1 Capture Handler;rjmp TIM1_COMPA
; Timer1 CompareA Handler;rjmp TIM1_COMPB ; Timer1 CompareB HandlerTIM1_OVF ;
Timer1 Overflow Handler;rjmp TIM0_OVF ; Timer0 Overflow Handler;rjmp SPI_STC; ;
SPI Transfer Complete Handler;rjmp USART_RXC ; USART RX Complete Handler;rjmp
USART_DRE ; UDR Empty Handler;rjmp USART_TXC ; USART TX Complete Handler;ADC
Conversion Complete Interrupt Handler;rjmp EE_RDY ; EEPROM Ready Handler;rjmp
ANA_COMP ; Analog Comparator Handler
.defcnt= r18:lditemp,high(RAMEND),temp,low(RAMEND),temp,15,temp,1<<PD5,temp,temp,1<<TOIE1,temp,(1<<PWM11)
+ (1<<PWM10) + (1<<COM1A1) +
(1<<COM1A0)A,temp,1B,temp,1<<SE,temp:ldiXL,low(1023),high(1023):sleep,1_OVF:AH,XH1AL,XL
Приведённые листинги программ полностью решают задачи управления линиями
освещения с ЦПУ, местные выключатели освещения непосредственно подключаются к
диммерам, управляющими освещением.
.6 ВЫВОДЫ
В результате анализа функций управления освещением принята схема
централизованного контроля и управления, с возможностью коммутации с местных
выключателей. Контроль исправного состояния светодиодов осуществляется с
драйвера освещения вмонтированного в светильники.
При этом формируется определённая команда «Неисправно в линии №ХХХ ХХ
светодиодов».
Связь драйверов освещения осуществляется через диммеры (микроконтроллеры
регуляторы освещения). Подключение диммеров осуществляется через линии
освещения.
Контроллер освещения спроектирован на базе микроконтроллера ATmega 8535. Связь с ЭВМ PC осуществляется через встроенный
интерфейс UART. Управление диммером через ШИМ -
контроллер.
4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ
При
выполнении технико-экономического обоснования необходимо произвести расчёт
экономического эффекта от разработки и установки новых систем судового освещения
и источников света.
Модернизация системы путём добавления блоков:
контроллера освещения на базе микроконтроллера ATmega 8535;
кнопочная клавиатура управления освещением;
блок семисегментных индикаторов;
диммеры освещения LD2-D400R - 33 штуки;
драйверы светодиодных систем источников света (встроены в LCD лампы).
Стоимость оборудования устанавливаемого в рамках модернизации системы
судового освещения взята на сайтах фирм изготовителей [], при этом учтены
оптовые скидки при приобретении малых партий на оборудование, таблица 4.1.
Производители микропроцессоров предлагают микропроцессорные комплекты
включающие плату с выполненным монтажом микроконтроллера, элементов питания,
буферных устройств, кнопочной клавиатуры, линейки LCD семисегментных индикаторов, разъёмом
программирования, с возможностью выполнения программирования микроконтроллера с
использованием последовательного программатора.
Переоборудование системы судового освещения производится экипажем,
электромеханик и дополнительно вспомогательный персонал - 2 человека допущенных
к монтажу электротехнических устройств (электрики, матросы имеющие
свидетельство эксплуатации электроустановок с напряжением питания до 1000В).
Стоимость замены люминесцентных и ламп накаливания входит в стоимость
работ по монтажу системы освещения. Установки нестандартной светотехнической
арматуры не требуется, светодиодные лампы, полностью соответствуют установочным
стандартам обычных ламп накаливания и люминесцентных ламп.
Производство работ сопряжено с трудностями доступа, монтажа и неудобством
производства работ, которые учитываются коэффициентами на производство работ,
приведенными в таблице 4.2.
Таблица 4.1 - Себестоимость блока охлаждения на основе усилителей и
сравнивающего устройства
|
№
|
Наименование компонента
|
Кол.
|
Цена за 1 шт., USD
|
Сумма, USD
|
|
1
|
Микропроцессорный комплект ATmega
8535 (плата, линейка семисегментных индикаторов, кнопочная клавиатура и т.д.)
|
20
|
120
|
2400
|
|
2
|
Диммер LD2-D400R
|
33
|
130
|
4290
|
|
3
|
Драйвер системы освещения
MBI5028 (Macroblok)
|
64
|
5
|
320
|
|
Итого
|
7010
|
Себестоимость работ по монтажу и программированию системы судового
освещения, приведены в таблице 4.2, расценки взяты по общестроительным нормам в
промышленности и судостроении [].
Учитывая соотношение числа помещений в надстройке, машинном отделении, и
неудобных помещений можно определить трудозатраты на модернизацию системы
судового освещения.
Таблица 4.2 - Нормы трудозатрат и коэффициенты по сложности производства
работ
|
№
|
Наименование Работ
|
Цена за ед.,USD
|
Всего единиц шт.
|
Общая цена, USD
|
|
1
|
Монтаж промышленного
комплекта системы управления освещением (диммера)
|
8,5
|
32
|
272
|
|
2
|
Монтаж комплекта драйвера
освещения
|
5
|
64
|
320
|
|
3
|
Монтаж шины судового
освещения
|
3
|
96
|
160
|
|
4
|
Программирование системы
управления и шины
|
5
|
96
|
480
|
|
Итого
|
|
|
1232
|
|
4
|
Коэффициенты на работы: на
палубе в машинном отделении: необорудованных судовых помещениях
|
1,4
|
|
|
1,65
|
|
|
1,4
|
Заработная плата и присоединённая стоимость отчислений на налоги не
учитывается, калькуляция выполнена только по затратной части на оборудование и
работы.
Стоимость работ составит:
 долларов,
где
СИ - себестоимость изделия, доллары США;
ЗП
- заработная плата на монтаж, доллары США;
ПЭР
- прочие эксплуатационные расходы, доллары США.
Стоимость
ламп аналогов люминесцентных ламп ЛБ-40 и ЛБ 20 - светодиодных ламп LM-T8001,
длиной 1200 мм, со стандартным цоколем G13 составляет
57 долларов США, LM-T8001, длиной 600 мм с цоколем G13составляет 37
долларов США. Аналогом ламп накаливания с цоколем Е27, мощностью 40 Вт является
светодиодная лампа мощностью 8 Вт - 20 долларов США, аналогом 60 Вт,
светодиодная лампа мощностью 12 Вт - 27 долларов США.
Ориентировочно
требуется 200 ламп LM-T8001, длиной 1200 мм и 300 ламп LM-T8001,
длиной 600 мм. Ламп для замены ламп накаливания 40 Вт, типа Е27 требуется 100
шт., и светодиодных ламп для замены ламп накаливания 60 Вт - 50 Вт. Ресурс
светодиодных ламп составляет не менее 50000 часов, с гарантийным сроком не
менее 3-х лет.
Стоимость
ламп необходимых для замены составит:
 долларов
США.
Стоимость
обычных ламп составит 650-700 долларов США, т.е. приблизительно в 40 раз
дешевле. Однако электрическая мощность потребляемая системой освещения в пять
раз меньше - всего 8 КВт вместо 40 КВт. Режим работы системы освещения
продолжительный, с суточным потреблением - 960 КВт. Модернизация системы
освещения позволит сократить эту величину до 192 КВт.
Экономический эффект, экономия электрической мощности за время
эксплуатации судна с учётом расходов на модернизацию системы освещения, за пять
лет эксплуатации (50 000 часов) составит:
 .
При
стоимости 1 КВт/ч 10 центов США, экономия составит 140160 долларов США в год,
за пять лет 700800 долларов США. Общая стоимость модернизации составит 34708
долларов США.
Экономический
эффект составит:
 долларов
США.
5.
ЭЛЕКТРОБЕЗОПАСНОСТЬ ПРИ ПРОИЗВОДТСВЕ РАБОТ НА СУДНЕ
При проведении работ в цепях измерительных приборов, устройств защиты все
вторичные обмотки избирательных трансформаторов тока и напряжения должны быть
постоянно заземлены. В сложных схемах релейной зашиты для группы электрически
соединенных вторичных обмоток трансформаторов тока независимо от их числа
допускается осуществление заземления только в одной точке.
При производстве работ на трансформаторах тока или в их вторичных цепях
должны соблюдаться следующие меры безопасности:
. шины вторичных цепей не должны использоваться в качестве
вспомогательных токопроводов при монтаже или токоведущих цепей при работе;
. присоединение к зажимам указанных трансформаторов тока цепей измерения
и защиты должны производиться после полного окончания монтажа вторичных схем;
. при проверке полярности приборы, которыми она производится, должны быть
надежно присоединены к зажимам вторичной обмотки до подачи импульса тока в
первичную обмотку.
При работах в цепях трансформаторов напряжения с подачей питания от
постороннего источника необходимо снять предохранители со стороны высшего и
низшего напряжения и отключить автоматы от вторичных обмоток.
При производстве работ в цепях или на аппаратуре средств автоматизации
должны быть приняты меры случайного включения этих средств (заблокировать
автоматический запуск).
Запрещается:
. в цепях между трансформатором тока и зажимами, где установлена
закорачивающая перемычка, производить работы, которые могут привести к
размыканию цепи.
. на панелях или вблизи места размещения аппаратуры систем автоматизации
производить работы, вызывающие сильное сотрясение релейной аппаратуры, грозящее
ложным срабатыванием реле;
. проводить работы в системах автоматизации, находящихся под питанием
(электрическим, пневматическим и гидравлическим).
В порядке текущей эксплуатации обслуживающему персоналу разрешается
производить следующие работы:
без снятия напряжения системы - чистку и обтирку корпусов оборудования
системы;
при частичном (при невозможности полного) и полном снятии напряжения -
работы по смене ламп, перегоревших предохранителей, ремонту, замене монтажного
комплекта (кроме комплектов релейных выходных элементов по управлению объектом,
замена и ремонт которых возможны при полном снятии напряжения), замене
разъемов, соединительных проводов;
при полном снятии напряжения - измерение сопротивления изоляции
переносным мегомметром.
Перед началом работ с частичным или полным снятием напряжения системы
должны быть выполнены следующие действия:
произведены необходимые отключения;
вывешены необходимые предупредительные плакаты;
проверено отсутствие напряжения на части системы, предназначенной для
работы;
непосредственно после проверки отсутствия напряжения вывешен плакат
"работают люди".
На месте производства работ должны быть отключены;
токоведущие части; токоведущие части, доступные случайному прикосновению
работающих.
6. ЭКОЛОГИЯ
На танкере «Tavrichesky Bridge» ежегодно замене подлежат около
одной тысячи ламп типа ЛБ-40 и ЛБ-20. Как показывает опыт, достаточно часто,
разгерметизация ламп, с утечкой ртутных паров происходит при замене вышедших из
строя ламп.
Проблема утилизации люминесцентных ламп ЛБ, ЛД, ДРЛ, выработавших свой
ресурс, весьма актуальна, так как в настоящее время этот вопрос не охвачен ни
одним международным документом.
В [2] сказано, что люминофорный слой ламп содержит целый набор вредных
элементов - свинец, стронций, бериллий, а также около 120 мг металлической,
легко испаряющейся ртути. Пары ртути относятся к I классу отравляющих веществ и
характеризуются высокой токсичностью [2].
По данным [2] одна люминесцентная лампа содержит от 70 до 120 мг ртути,
поэтому общая масса ежегодно утилизируемой ртути с танкера может составлять 100
граммов. Предельно допустимая концентрация паров ртути в воздухе помещений
составляет 10-5 мг/л [2]. Испарение такого количества ртути приведёт к
загрязнению десяти миллионов кубических метров воздуха по ПДК.
При вдыхании паров ртути она концентрируется в мозге, возникают
нервно-психические нарушения, головокружение и постоянные головные боли, а
также снижается память, расстраивается речь, возникает скованность, общая
заторможенность [3].
Отказ от эксплуатации ртутных ламп вызванных модернизацией системы
освещения исключает вышеперечисленные факторы, влияющие на экипаж и окружающую
среду.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе дипломного проектирования выполнены расчёты по модернизации
системы судового освещения. Замена ламп дневного освещения типа ЛБ40 и ЛБ20, а
также ламп накаливания мощностью 40Вт и 60 Вт, светодиодными лампами позволит
сократить мощность потребляемую системой судового освещения в пять раз.
Расходы, связанные с переоборудованием будут покрыты в первый же год
эксплуатации экономией электрической мощности генерируемой на нужды системы
судового освещения.
Актуальность темы обеспечивается вопросами экологии связанной исключением
из эксплуатации ртутных ламп ЛБ40 и ЛБ20, а также с их хранением переработкой и
утилизацией.
Вопросы эргономики и трудозатрат связанные с системой судового освещения
уменьшают трудоёмкость работ, что в первую очередь диктуется большими сроками службы
светодиодных ламп, а система встроенного контроля позволяет решать задачи
непрерывного мониторинга системы судового освещения.
Рабочие функции, реализованные в драйверах освещения, позволяют
определять исправность системы освещения по типам отказов «КЗ» или «Обрыв».
Применение диммеров в системе судового освещения позволяет реализовывать
функции управления по судовым силовым сетям освещения с использованием
интерфейса RS-485, а обмен с удалёнными
контроллерами обеспечивается по стандартному протоколу Modbus.
Все элементы, применённые в разработанной системе судового освещения,
совместимы по требованиям SCSDA
систем.
ЛИТЕРАТУРА
1. Голубев Н.В. Проектирование энергетических установок
морских судов. - Л.: Судостроение, 1980. - 312 с.
2. Зубрилов С.П. Косовский В.И. Охрана окружающей среды при
эксплуатации судов. -Л.: Судостроение, 1989.
3. <http://www.phileds.com/products/lamp_emergency_lighting/>
Светодиодные лампы.
4. Назаров А.В., Козырев Г.И., Шитов И.В., Обрученков В.П.,
Древин А.В., Краскин В.Б., Кудряков С.Г., Петров А.И., Соколов С.В., Якимов
В.Л, Лоскутов А.И. Современная телеметрия в теории и на практике. Учебный курс.
- СПб.: Наука и Техника. 2007.
5. Водовозов А.М. Микроконтроллеры для систем
автоматики. - Вологда.: ВоГТУ, 2002. -128с.
. Водовозов А.М. Цифровые элементы систем автоматики.
Учебное пособие. - Вологда.: ВоГТУ, 2002.-110с.
7. Жадобин Н. Е., Крылов А. П., Малышев В. А. Элементы и
функциональные устройства судовой автоматики. - СПб.: Элмор.1998.
. Кузнецов С.В. Основы технической эксплуатации судового
электрооборудования и средств автоматизации: Учеб. для ВУЗов. - М.: Транспорт,
1991.
Похожие работы на - Модернизация системы судового освещения танкера 'Tavrichesky Bridge'
|