Контроллер АСУНО с ВЕБ интерфейсом настроек

Вступление

Это моя первая статья на Хабр. Статья посвящена разработке и некоторым особенностям контроллера, поэтому вопросы, относящиеся к организации работы сервера не рассматриваются в данной статье. Но для того, чтобы лучше понять работу контроллера АСУНО некоторые моменты все же будут даны. В статье будет рассмотрено назначение контроллера, дана функциональная схема, фото самого контроллера и подключение внешнего оборудования. В статье приводятся принтскрины веб интерфейса. ВЕБ интерфейсом легко пользоваться, он интуитивно понятен для обслуживающего персонала. Хотя им пользуются только при настройке контроллера во время пусконаладочных работ это сильно экономит время настройки и подготовки контроллера к работе. Наличие в контроллере ТСР клиента и ТСР сервера расширяет возможности диагностики оборудования. Контроллер выполнен на процессоре PIC32MX795F512L фирмы Micrpchip. ПО разработано без использования ОС, написано на С. Возможно данная статья будет иметь продолжение, если заинтересует читателей. Приятного чтения.

Область применения

Аппаратно-программный комплекс автоматизированной системы управления наружным освещением предназначен для оперативного автоматизированного централизованного управления и контроля наружным освещением населенных пунктов, промышленных объектов и автомагистралей. Он реализует следующие основные функциональные возможности:

  • возможность включать — отключать освещение улиц, в автоматическом, дистанционном и ручном режимах;
  • контролировать основные параметры электрической сети;
  • регулировать энергопотребление системы;
  • контролировать целостность оборудования;
  • своевременно сигнализировать оперативному персоналу об аварийных ситуациях в сети;
  • проводить учет потребленной электроэнергии.

Термины и определения Комплекс – совокупность всех элементов, необходимых для реализации функциональных возможностей. ПО – программное обеспечение АСУНО – автоматизированная система управления наружным освещением ШУНО – шкаф управления наружным освещением АРМ – автоматизированное рабочее место; подразумевает разрабатываемое ПО для реализации человеко-машинного интерфейса управления и настройки Комплекса. Контроллер – аналого-цифровое устройство, установленное в ШУНО и реализующее функции: управления элементами ШУНО, контроль состояния элементов ШУНО, связи с сервером АСУНО СУБД – система управления базами данных

Структурная схема

Назначение контроллера АСУНО

Контроллер АСУНО самостоятельный автономный модуль с функциями слежения и управления:

  1. следит за состоянием ШУНО и энергопотреблением, подключенных к нему потребителей,
  2. управляет включением/выключением потребителей на основании расписания или по датчику освещенности,
  3. ведет, с определенной периодичностью (по умолчанию 15 мин) подробный журнал слежения, содержащий полую информацию о состоянии ШУНО на определенный момент времени (а именно, состояние входов/выходов, напряжения, токи, мощности по трем фазам)
  4. имеет собственную систему АТ-команд для конфигурирования, дистанционного управления и запроса данных.

Ниже приведена структурная схема аппаратной части. Она объединяет два модуля: Модуль связи и Плату управления. Нуждается в источнике бесперебойного питания 12V с аккумуляторной батареей не менее 7А/ч (из расчета 3 часа бесперебойной работы при отсутствии напряжения)

Модуль связи

Модуль связи предназначается для формирования канала передачи данных, поступивших через порт RS232, на сервер (настроенный адрес и порт). Этот модуль удовлетворяет следующим требованиям:

  1. Поддерживает операторов GSM-связи: МТС, Билаин, Мегафон
  2. Имеет возможность смены SIM-карты
  3. Имеет дискретный выход «Готов», сигнализирующий о готовности модема к передаче данных
  4. Активироваться при включении питания (самостоятельный модуль)
  5. Поддерживает систему АТ-команд, позволяющих сделать выбор SIM-карты, получить значение уровня сигнала GSM-канала, передать данные на удаленный компьютер, отправить SMS

Плата управления

Плата управления реализует основной функционал контроллера АСУНО. Он является самостоятельным и законченным модулем, что позволяет модифицировать его, не изменяя комплекс в целом. Плата управления реализует следующие функции:

  1. Управление пускателями
  2. Контроль состояния ШУНО
  3. Ведение журнала событий
  4. Организацию канала связи со счетчиками СЕ102М, СЕ303, Меркурий204, Меркурий206, Меркурий236, Миртек-12-РУ-W3, Миртек-32-РУ-W3
  5. Формирование АТ-команд управления модулем связи

Плата управления построена на базе микроконтроллера PIC32MX795F512L, программное обеспечение которого реализует все основные функции контроля и управления:

Структурная схема

Плата управления состоит из печатной платы, на которой установлены: процессор PIC32MX795F512L, модуль модема SIM900, в более поздних версиях заменен на SIM800C, формирователи уровней сигналов для RS485, RS232, часы реального времени, SPI FLASH память, датчик температуры, реле, оптроны гальванической развязки входов, элементы индикации.

  1. Основу контроллера составляет микроконтроллер фирмы MICROCHIP PIC32MX795F512L
  2. Модуль Ethernet служит для организации ТСР канала управления, а также для настройки и управления контроллером АСУНО из локальной сети. Конфигурирование контроллера происходит через любой браузер интернета. Это дает определенные преимущества , так как не требуется установка специализированного ПО для настройки контроллера. Пользователь видит стандартную страницу интернета, на которой реализованы функции управления и настроек устройства. Модуль Ethernet состоит из разъема RJ45 с встроенными трансформаторами гальванической развязки. Весь алгоритм работы по ТСР реализован на процессоре PIC32MX795F512L.
  3. Модуль управления модемом представляет входы и выходы МК для управления схемой модема. Блок модема изготовлен на одной плате с процессором. Состоит из модуля модема SIM900, держателя SIM карты. Модуль связи предназначается для формирования канала передачи данных, поступивших через порт PIC32MX795F512L, на сервер (настроенный адрес и порт). Этот модуль удовлетворяет следующим требованиям: Поддерживает операторов GSM-связи: МТС, Билаин, Мегафон. Поддерживает систему АТ-команд, поддерживает ТСР соединение.
  4. Часы реального времени с календарем предназначены для формирования меток времени и предоставлении данных о времени.
  5. В памяти EEPROM хранятся все необходимые данные о работе устройства, отчеты о событиях, и т.д. Ведется циклически перезаписываемый журнал событий глубиной 1000 записей.
  6. Гальваническая развязка служит для обеспечения гальванической развязки между входами МК и датчиками установленными в шкафу, такими как датчик вскрытия двери, пожарный датчик, датчик освещенности, состояние автоматов защиты, состояние пускателей, состояние переключателя режимов работы ручной/ автоматический.
  7. Ключи управления служат для увеличения нагрузочной способности выходов МК для управления промежуточными реле. Промежуточные реле устанавливаются непосредственно на плате контроллера. К реле подключаются пускатели для управления группами освещения.
  8. Интерфейс RS 485 служит для связи с электросчетчиком. Состоит из микросхемы формирования уровней RS485.
  9. Интерфейс RS 485/RS232 служит для связи с дополнительным оборудованием. Состоит из микросхемы формирования уровней RS485 и RS232.
  10. Интерфейс 0-10В служит для управления регулируемыми диммерами.
  11. АЦП измеряет напряжения на выходе БП и АКБ. Эти данные используются для определения факта перехода на батарейное питание. Блок питания формирует необходимые напряжения для платы управления и модема, используя напряжение блока питания и АКБ 12В.

Схема подключения

ВЕБ интерфейс настроек

Из ВЕБ интерфейса специально удалены элементы, которые идентифицируют производителя контроллера. ВЕБ интерфейс контроллера базируется на технологии ТСР стека от Microchip. Значительной переработке подвергся HTTP сервер, FTP сервер, файловая система MPFS. Знакомство с ВЕБ интерфейсом контроллера можно начать с загрузочного интерфейса. Этот интерфейс находится в памяти микроконтроллера PIC32MX795F512L, загружается в МК при помощи программатора. Его невозможно удалить и изменить без перепрограммирования МК. Файлы, находящиеся во внешней SPI EEPROM памяти могут быть записаны при помощи формы UPLOUD или при помощи любого FTP загрузчика, например windows commander. Помимо файлов веб интерфейса пользователь может записать различные схемы и инструкции, что бы они всегда были доступны на объекте во время пусконаладочных работ. Это очень удобно.

Основной интерфейс контроллера имеет несколько вкладок: Счетчик, Контроль, Входы, Выходы, Настройки, Ввод данных, Расписание, Команды, RS485, Помощь.

Первая вкладка – это показание приборов учета.

Если кому интересно, то файл counter.json имеет следующий вид

{

"schtype":"0",

"Prn_U_F1":"234.7",

"Prn_U_F2":"234.18",

"Prn_U_F3":"233.44",

"Prn_I_F1":"0.0",

"Prn_I_F2":"0.0",

"Prn_I_F3":"0.0",

"Prn_P_F1":"0.0",

"Prn_P_F2":"0.0",

"Prn_P_F3":"0.0",

"Prn_Q_F1":"0.0",

"Prn_Q_F2":"0.0",

"Prn_Q_F3":"0.0",

"E_T1":"28.50",

"E_T2":"12.26",

"E_T3":"0.0",

"E_T4":"0.0",

"E_T5":"0.0",

"E_T6":"0.0",

"ET0PE":"40.76"

}

Но для микроконтроллера он имеет немного другой вид

{ "schtype":"schtype",

"Prn_U_F1":"Prn_U_F1",

"Prn_U_F2":"Prn_U_F2",

"Prn_U_F3":"Prn_U_F3",

"Prn_I_F1":"Prn_I_F1",

"Prn_I_F2":"Prn_I_F2",

"Prn_I_F3":"Prn_I_F3",

"Prn_P_F1":"Prn_P_F1",

"Prn_P_F2":"Prn_P_F2",

"Prn_P_F3":"Prn_P_F3",

"Prn_Q_F1":"Prn_Q_F1",

"Prn_Q_F2":"Prn_Q_F2",

"Prn_Q_F3":"Prn_Q_F3",

"E_T1":"E_T1",

"E_T2":"E_T2",

"E_T3":"E_T3",

"E_T4":"E_T4",

"E_T5":"E_T5",

"E_T6":"E_T6",

"ET0PE":"ET0PE"

}

На этапе вывода файла, файловая система подменяет динамические переменные заключенные между ~ ~ на реальные измеренные значения, полученные со счетчика электроэнергии.

Настройки

Ввод данных.

Особого внимания заслуживает вкладка RS485. На этой вкладке реализованы слайдеры для управления освещением, работающим по протоколу ДМХ512.

Заключение

В статье рассмотрены не все вопросы. Например, не рассмотрены вопросы схемотехники, или вопросы организации и работы HTTP сервера в микроконтроллере, Не рассмотрены вопросы написания ВЕБ интерфейса с использованием AJAX технологии. Возможно эта статья будет иметь продолжение, если поступят конкретные вопросы. К сожалению, я не смогу ответить на все вопросы, так как я занимаюсь разработкой схемотехники и ПО микроконтроллера. Разработкой ВЕБ интерфейса, а также сервера АСУНО занимаются другие.

Буду рад ответить на вопросы.