ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДАТЧИК В SCADA СИСТЕМЕ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Секция ««Молодежь, наука, творчество (направленияСПО)»

УДК 658.562:674.02

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДАТЧИК В SCADA СИСТЕМЕ

С. Д. Метелкина, М. В. Титович*, Л. А. Андреева, М. В. Таргонская, Л. В. Афанасьева

Красноярский политехнический техникум Российская Федерация, 660079, г. Красноярск, ул. А. Матросова, 20 *Е-mail: [email protected]

Описана конструкция и способ подключения ультразвукового измерителя к SCADA системе, рассмотрены варианты применения.

Ключевые слова: ультразвуковой измеритель, SCADA система, Modbus.

INTELLIGENT ULTRASONIC SENSOR IN SCADA SYSTEM S. D. Metelkina, M. V. Titovitch*, L. A. Andreeva, M. V. Targonskaya, L. V. Afanasyeva

Krasnoyarsk Polytechnic College 20, A. Matrosova Str., Krasnoyarsk, 660070, Russian Federation *Е-mail: [email protected]

This article describes the design and method of connecting an ultrasonic meter to a SCADA system, and the application options are discussed.

Keywords: ultrasonic measuring instrument, SCADA system, Modbus.

Современные системы автоматизации производственных процессов невозможны без применения интеллектуальных датчиков, у которых программируемая мощность входит в состав измерительной цепи [1]. Большинство промышленных УЗ датчиков имеют аналоговый или цифровой выходы без возможности прямого подключения к шине для связи с верхним уровнем АСУТП. Создание универсального недорогого ультразвукового измерителя, обладающего достаточной точностью, имеющего свою вычислительную мощность для предварительной обработки информации с возможностью стандартного удаленного подключения к SCADA представляется нам очень актуальной.

Целью работы было собрать и проверить на работоспособность прототип ультразвукового интеллектуального измерителя расстояний и геометрических размеров с возможностью стандартного подключения к SCADA системе через ОРС-сервер по последовательном универсальной шине. Предложить варианты применения данного измерителя в отраслях промышленности.

Первой задачей являлся запуск модуля ультразвукового измерителя HC SR04, имеющего отдельные каналы излучения и приема эхосигнала. Данный модуль работает асинхронно, рабочая частота 40 кГц, и имеет цифровой выход, длительность импульса которого определяется временем задержки эхосигнала. Для реализации предварительной обработки полученной информации было сделано подключение модуля к AVR процессору с RISC архитектурой (Arduino UNO).

Вторая задача состояла в том, чтобы доказать метрологическую достоверность применения данного способа измерения и снять точностные характеристики. Для чего была снята круговая диаграмма направленности и построен график распределения вероятности измерения расстояния. Точность составила 10 мм. Далее была подтверждена возможность измерения геометрических размеров объектов цилиндрической формы.

Следующая задача заключалась в подключении устройства через OPC сервер к SCADA системе. Это было реализовано с использованием последовательной универсальной шины USB и протокола Modbus [2].

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2018. Том 3

В ходе прототипирования были использована техника статистической обработки полученной измерительной информации для определения закона распределения, использованы технологии программирования на языке программирования С++, конфигурирования Modbus Universal MasterOPC Server - семейства программных технологий, предоставляющих единый интерфейс для управления технологическими процессами и MasterSCADA-Российской SCADA системы для АСУТП.

Схема подключения ультразвукового модуля HC RS04 к AVR контроллеру c основными временными диаграммами работы и взаимодействием с объектом измерения приведена на (рис. 1).

AVR контроллер

Объект измерения

эхо-сигнал

Рис. 1. Схема подключения УЗ модуля к контроллеру

В результате проведения работ по прототипированию и сопряжению со SCADA системой интеллектуального ультразвукового измерителя были получены следующие результаты: Получены статистические результаты, характеризующие точность измерения [3]. Получена диаграмма круговой направленности работы измерителя. Обоснованы способы коррекции изменения скорости звука в среде.

Представлена устойчиво работающая модель измерителя, подключенная в режиме slave через OPC сервер к SCADA системе по протоколу Modbus посредством USB интерфейса. Произведена визуализация получаемой информации в реальном масштабе времени.

Рис. 2. Использования ультразвукового измерителя для измерения уровня

Секция «Молодежь, наука, творчество (направленияСПО)»

Считаем целесообразным применения данного устройства как прототипа для изготовления промышленного образца для измерения уровней жидкостей и сыпучих тел как в емкостях и бункерах, так и на открытом воздухе (рис. 2), геометрических размеров объектов, в частности, таких сложных для измерения, как диаметров и длин круглого леса при поперечной подаче на транспортере на нижних и верхних складах (рис. 3). Следует отметить, что проблема измерения диаметров круглого леса по всей длине хлыста (получение образующей ствола), необходимой, например, для оптимального раскроя [4], технически не решена до сих пор. Применение предлагаемого измерителя с использованием метода «трех точек» [5], позволило бы решить данную задачу с минимальными затратами.

а а

Li+Ll-2L2-2a2 2L2-L1-L3

Рис. 3. Измерение диаметров круглого лесоматериала

Библиографические ссылки

1. Дорошенко В. А., Титович М. В., Харитонов И. В. Обоснование требование для разработки оптимального варианта измерительных устройств геометрических размеров лесоматериалов // Проблемы химико-лесного комплекса : сб. науч. тр. Всесоюзн. науч.-практ. конф. Красноярск, 1993. С. 16-20.

2. Arduino Modbus MasterScada [Электронный ресурс]. URL: https://habrahabr.ru/post/ 278269/ (дата обращения: 02.02.2017).

3. Ультразвуковой датчик расстояний HC [Электронный ресурс]. URL: www.Alexeyk.com (дата обращения: 02.02.2017).

4. Петровский B. C. Оптимальная раскряжевка лесоматериалов. М. : Лесная пром-сть, 1989. 288 с.

5. А.с. 1677518, СССР, МКИ601В 17102, ультразвуковой способ измерения диаметра круглых изделий. / А. И. Васекин, В. А. Дорошенко, М. В. Титович и др. (СССР) № 456138, заявка 1512.88, опубл. 23.08.90; в юл. 3.1.

© Метелкина С. Д., Титович М. В., Андреева Л. А., Таргонская М. В., Афанасьева Л. В., 2017