VamsterH. Opis sterownika. wersja 1.0

Transkrypt

1 VamsterH Opis sterownika wersja 1.0 Kraków, 2012

2 1. Wstęp VamsterH jest jedną ze sprzętowych odmian Vamstera. Zaprojektowany został z myślą o zabudowie na szynie DIN. Wyposażony w dużą ilość wejść / wyjść oraz możliwość sterowania zewnętrznymi ekspanderami we/wy stanowi wygodne rozwiązanie dla bardziej zaawansowanych aplikacji. Terminologia: VamsterH - sterownik na szynę DIN, jedna z odmian Vamstera VamgrafN - aplikacja do graficznego tworzenia programów dla Vamstera VamLoaderN dodatkowa aplikacja pozwalająca ładować do wygenerowane przez Vamgraf i zapisane w wersji binarnej. Vamond - producent Vamstera, Vamgrafa i VamLoadera Vamstera programy Wszelkie nazwy i symbole procesorów, programów, systemów i firm, nie będące własnością firmy Vamond, zostały użyte wyłącznie w celach identyfikacyjnych i informacyjnych. Bez pisemnej zgody firmy Vamond żadna część tego dokumentu nie może być publikowana, cytowana i kopiowana w celach komercyjnych. Właścicielem nazw: VamgrafN, Vamster, VamLoaderN oraz poniższego znaku graficznego jest firma Vamond. Dodatkowe informacje na temat Vamgrafa, VamLoadera, Vamstera i modułów sprzętowych dostępne są na stronie firmy Vamond Tam również można pobrać dodatkową dokumentację i przykłady oraz nowe wersje Vamgrafa. Wszelkie uwagi prosimy zgłaszać za pośrednictwem e-mali na adres: biuro@vamond.pl Vamond Kraków os. Złotego Wieku 29/30 biuro@vamond.pl Strona: 2

3 2. Opis VamsteraH VamsterH jest jedną z odmian sprzętowych Vamstera. Zaprojektowano go z myślą o zabudowie na szynie DIN. Na etapie produkcji został wyposażony w bootloader i system obsługujący programy tworzone w Vamgrafie. Przeznaczeniem VamsteraH jest działanie jako samodzielny sterownik realizujący programu zaprojektowany przez użytkownika w Vamgrafie. Wyposażony w dużą ilość wejść / wyjść oraz możliwość sterowania zewnętrznymi ekspanderami we/wy stanowi wygodne rozwiązanie dla bardziej skomplikowanych aplikacji. Zasada działania VamsteraH jest identyczna jak pozostałych Vamsterów i została dokładnie opisana w dokumentacji VamgrafaN Podstawowe cechy VamsteraH alfanumeryczny wyświetlacz LCD (2x16 znaków) klawiatura 4-przyciskowa 4 diody LED na panelu frontowym do dyspozycji użytkownika wbudowany sprzętowy zegara RTC z buforowanym zasilaniem obsługa buzzera (generowanie komunikatów dźwiękowych) 2 wejścia czujników temperatury DS18B20 4 wejścia analogowe 0-10V 8 optoizolowanych wejść cyfrowych 8 tranzystorowych wyjść cyfrowych (mogą pracować jako wyjścia cyfrowe lub PWM) 8 wyjść cyfrowych wyposażonych w przekaźnik (styk zwierny, normalnie otwarty) obsługa max 2 ekspanderów we/wy umożliwiają zwiększenie ilości wejść cyfrowych do 24, wyjść cyfrowych do 32 (w tym 24 wyjścia wyposażone w przekaźnik) obsługa RS232 (do programowania i komunikacji) przy tworzeniu programu na PC szeroki wybór gotowych elementów VamgrafaN do programowania nie wymaga osobnego programatora ładownie programów do Vamstera odbywa się za pośrednictwem łącza RS232. Można również stosować ogólnodostępne konwertery USB-RS232. Strona: 3

4 2.2. Bootloader i ładowanie programu Vamster na etapie produkcji wyposażany został w bootloader, czyli specjalny program umożliwiający przesłanie plików (programów) do Vamstera bez korzystania z zewnętrznych programatorów. W trakcie ładowania programów (plików) do Vamstera zapewniona jest kontrola ewentualnych błędów transmisji (sumy CRC etc.). Narzędziem do tworzenia programów dla VamsteraH jest VamgrafN (również produkcji Vamond). Programy stworzone w Vamgrafie mają swój własny format i zawartość. Tworzą plik z rozszerzeniem ".vgr" Dodatkowo pliki programu mogą zostać zapisywane do plików o rozszerzeniu ".vmb" a takie pliki (programy) można transmitować do Vamstera przy pomocy VamLoaderaN. VamLoaderN jest niezależnym, dodatkowym narzędziem umożliwiającym wygodne przesłanie programów zapisanych w plikach ".vmb" bez konieczności instalacji środowiska Vamgraf. Uwaga! Ponieważ istnieje kilka typów Vamstera, plik programu tworzonego w Vamgrafie jest przeznaczony tylko dla jednego z nich. W przypadku jeżeli program ładowany do Vamstera nie jest przeznaczony dla podłączonego typu Vamstera, aplikacje Vamgraf lub VamLoader zgłoszą komunikat: Program nie jest przeznaczony dla podłączonego Vamstera. Program nie może być załadowany. Ładowanie programu jest przerywane. Strona: 4

5 3. Zagadnienia programowe Działanie VamsteraH VamsterH nie odbiega w swoim działaniu od innych Vamsterów. Dokładnie zostało to opisane w dokumentacji VamgrafaN Start VamsteraH Po włączeniu zasilania (lub resecie) wszystkie piny wejść Vamstera znajdują się w stanie wysokiej impedancji, wyjścia ustawiane są w stan nieaktywny. VamsterH uruchamia bootloadera, który próbuje porozumieć się z programem ładującym. Jeżeli program ładujący nie jest aktywny VamsterH uruchomia program użytkownika (jeżeli nie załadowano takiego programu lub program nie został załadowany poprawnie, wykonywany jest reset i cały cykl rozpoczyna się od nowa) Następnie Vamster wykonuje kolejno (po zakończeniu działania bootloadera): odczytuje konfigurację programu (używane wejścia, wyjścia itp.) wyjścia ustawiane są w stan nieaktywny (dla wyjść cyfrowych niski (L) stan logiczny, dla PWM wypełnienie = 0). zeruje swoje wewnętrzne zmienne w tym datę i czas systemową odczytuje wyliczone wcześniej w Vamgrafie początkowe wartości wszystkich zmiennych programu generuje zdarzenie "Start systemu" o wysokiej (H) wartości logicznej (o ile jest używane w programie) a następnie je przetwarza uruchamia timery, zegary, generatory oraz wyświetlacz jeżeli używany jest moduł sprzętowego zegara RTC generuje zdarzenia (o ile są używane w programie) dla daty i czasu systemowego o wartościach odczytanych z modułu RTC a następnie przetwarza te zdarzenia. ustawiane są napięcia na wyjściach w stan wynikający z działania programu. przechodzi do normalnego trybu pracy 3.2. Normalny tryb pracy systemu VamsteraH W trakcie normalnej pracy VamsterH wykonuje cyklicznie: 1. odczyt stanu wejść sprzętowych i sprawdzenie ich wartości z buforami wejść. Jeżeli wartości te są różne to system wprowadza nowe wartości do kolejki zdarzeń i uaktualnia bufory wejściowe. 2. odczyt jednego zdarzenia z kolejki i wykonanie przypisanych do niego akcji programu. Wynik tych działań wpisywany jest do buforów wyjściowych tzn. nie od razu są ustawiane wyjścia sprzętowe. W trakcie obsługi jednego zdarzenia do kolejki zdarzeń mogą zostać wprowadzone nowe zdarzenia (np. pochodzące z zegara RTC). 3. po zakończeniu obsługi zdarzenia wartości buforów są przepisywane do wyjść sprzętowych i są one ustawiane są w stan wynikający z działania programu. 4. powrót do kroku 1 Uwaga! Przy pewnych elementach programu (np. wyświetlaczach) dane wyjściowe nie są buforowane, ale ustawiają wyjścia sprzętowe natychmiast, w trakcie obsługi zdarzenia. Strona: 5

6 4. Zagadnienia sprzętowe VamsterH wyposażony został w wyświetlacz alfanumeryczny LCD 2x16 znaków oraz klawiaturę 4-przyciskową. Na panelu przednim posiada 4 zielone diody LED do wykorzystania przez użytkownika. Sygnały oraz zasilanie sterownika wyprowadzono na rozłączne gniazda stykowe które podzielono funkcjonalnie na kilka grup. Rozkład i przeznaczenie sygnałów omówiono dokładnie w dalszej części dokumentu. Uwaga! Wyjścia które nie są używane w programie stworzonym w Vamgrafie po starcie systemu ustawiane są w stan nieaktywny i pozostają w takim stanie przez cały czas działania programu. UWAGA! Wszelkie manipulacje przy wejściach i wyjściach (podłączanie, rozłączanie) powinno się odbywać przy wyłączonym zasilaniu Vamstera gdyż grozi to nieodwracalnym uszkodzeniem sprzętu. Strona: 6

7 Wyprowadzenia sterownika Opis sygnałów 5V 12V GND WEA1 - WEA4 DS1, DS2 WEC1 - WEC8 napięcie do wykorzystania przez użytkownika (max 0,2A) z wewnętrznego stabilizatora. Można wykorzystać np. do zasilania zewnętrznych czujników. napięcie zasilania masa zasilania wejścia analogowe 0-10V wejścia czujników temperatury DS18B20 optoizolowane wejścia cyfrowe WYC1 -WYC8 wyjścia tranzystorowe wyjście może pracować alternatywnie jako wyjście (PWMP1-PWMP8) cyfrowe WYC lub jako wyjście programowego PWM. WYC9 - WYC16 wyjścia cyfrowe - zwierne styki przekaźnika RxD TxD Expander out Strona: 7 złącze transmisji szeregowej RS232 RxD dane do sterownika, TxD dane transmitowane z sterownika gniazdo do sterowania zewnętrznymi ekspanderami wejść / wyjść

8 Profil boczny sterownika Opis sygnałów 5V 12V GND WEA1 - WEA4 DS1, DS2 WEC1 - WEC8 napięcie do wykorzystania przez użytkownika (max 0,2A) z wewnętrznego stabilizatora. Można wykorzystać np. do zasilania zewnętrznych czujników. napięcie zasilania masa zasilania wejścia analogowe 0-10V wejścia czujników temperatury DS18B20 optoizolowane wejścia cyfrowe WYC1 -WYC8 wyjścia tranzystorowe wyjście może pracować alternatywnie jako wyjście (PWMP1-PWMP8) cyfrowe WYC lub jako wyjście programowego PWM. WYC9 - WYC16 wyjścia cyfrowe - zwierne styki przekaźnika RxD TxD Expander out Strona: 8 złącze transmisji szeregowej RS232 RxD dane do sterownika, TxD dane transmitowane z sterownika gniazdo do sterowania zewnętrznymi ekspanderami wejść / wyjść

9 4.1. Zasilanie VamsterH musi być zasilany stabilizowanym napięciem 12V. Pobór prądu jest zależny od rodzaju i ilości urządzeń jakie są podłączone do wejść i wyjść. Maksymalny prąd jakiego może potrzebować samodzielnie VamsterH nie przekracza 300mA. Dodatkowo, należy zapewnić wystarczającą wydajność zasilania dla peryferii (np. zewnętrznych przekaźników, ekspanderów we/wy). Zwykle wystarczający jest zasilacz o wydajności 1 A. parametr wartość Stałe napięcie stabilizowane 12V Maksymalny pobór prądu 0,3A (włączone podświetlenie LCD, aktywne 8 przekaźników, aktywne 4 diody LED na panelu przednim) 0,1A (wyłączone podświetlenie LCD, wyłączone przekaźniki, wyłączone diody LED na panelu przednim) W przypadku stosowania ekspanderów we/wy należy przewidzieć 200mA rezerwy prądowej dla zastosowanego zasilacza na każdy ekspander (jest to wartość maksymalna w przypadku gdy aktywnych jest jednocześnie 8 przekaźników w ekspanderze). Zaleca się stosowanie zewnętrznego bezpiecznika pomiędzy zasilaczem a sterownikiem. Dobór bezpiecznika należy przeprowadzić z uwzględnieniem spodziewanego poboru prądu przez sterownik oraz urządzenia podłączone do jego zacisków. Strona: 9

10 4.2. Wejścia Wejścia cyfrowe Sterownik posiada 8 wejść cyfrowych izolowanych galwanicznie. Każde wejście posiada niezależne sygnały wejściowe (rozdzielone masy i sygnały wejściowe). Wejścia pracują zgodnie z logiką dodatnią pojawienie się na stykach wejścia napięcia powyżej 2V interpretowane jest jako wysoki (H) stan logiczny. Wejścia cyfrowe przystosowano do pracy w zakresie 0-12V. parametr Liczba wejść Nominalne napięcie pracy Separacja galwaniczna Logika Minimalne napięcie interpretowane jako stan wysoki Maksymalny prąd wejściowy wartość V Tak dodatnia >2V 0,4 ma (2V) 1,4 ma (5V) 3,7 ma (10V) 4,8 ma (12V) VamsterH umożliwia dołączenie dwóch zewnętrznych ekspanderów we/wy możliwa jest więc obsługa dodatkowych 8 (dla jednego ekspandera) lub 16 (dla dwóch ekspanderów) wejść cyfrowych z optoizolacją. Szczegóły w sekcji Ekspander wejść / wyjść. Strona: 10

11 Wejścia analogowe (napięciowe) VamsterH wyposażony został w cztery wejścia analogowe do pomiaru napięcia w zakresie 0-10V. Masa wejść analogowych jest połączona galwanicznie z masą sterownika. parametr Liczba wejść Zakres napięcia pracy wartość V Maksymalne napięcie na wejściu 12V Separacja galwaniczna Nie Rozdzielczość Dokładność Rezystancja wejściowa 10-bitowa >5% > 60 kω VamgrafN udostępnia wygodne elementy do konwersji wartości wejścia analogowego bezpośrednio na napięcie, bez konieczności wykonywania dodatkowych obliczeń. Na zaciskach gniazd wejść analogowych wyprowadzono napięcia 12V i 5V(max 0,2A) które można wykorzystać do zasilenia zewnętrznych czujników. Strona: 11

12 Wejścia czujnika temperatury DS18B20 Czujniki podłącza się bezpośrednio do sterownika zgodnie z rysunkiem poniżej. VamsterH obsługuje maks. dwa czujniki DS18B20. Maksymalna długość przewodów przy pomocy których można podłączyć czujnik DS18B20 jest zgodna ze specyfikacją 1Wire i może wynosić nawet kilkaset metrów. W przypadku dużych odległości połączenia należy wykonać skrętkę. Więcej informacji zawartych jest w specyfikacji 1Wire. Uwaga! W przypadku długich przewodów połączeniowych zaleca się zastosować zabezpieczenie wejścia czujnika temperatury przed przepięciami. parametr wartość Liczba wejść 2 Zakres pracy oC (zgodny z dokumentacją DS18B20) Separacja galwaniczna Dokładność Strona: 12 Nie ok 2%

13 4.3. Wyjścia Bezpośrednio po starcie systemu wyjścia VamsteraH ustawiane są w stan nieaktywny. Następnie odczytywana jest konfiguracja i Vamster ustawia wyjścia w stan wynikający z logiki programu. Takie działanie ma przeciwdziałać pojawieniu się przypadkowych stanów wyjść przy starcie programu. Stan nieaktywny wyjść cyfrowych WYC z przekaźnikiem odpowiada otwartym stykom przekaźnika. Stan nieaktywny wyjść tranzystorowych WYC1-WYC to otwarty tranzystor czyli stan wysokiej impedancji pomiędzy WYC a masą GND Wyjścia PWM generują na pinie wyjściowym ciąg impulsów o zmiennej wartości wypełnienia. Wartość 0 podana na element PWM w programie Vamgrafa przekładana jest na zerowe (0) wypełnienie impulsu co oznacza brak impulsów na wyjściu, a wartość 127 przekładana jest na 100% wypełnienie impulsu (wszystkie impulsy są wypełnione w 100%). Z kolei podanie wartości np. 1 oznacza generowanie na wyjściu impulsów o czasie 1/127 pełnego okresu. Uwaga! Wyjścia które nie są używane w programie stworzonym w Vamgrafie po starcie systemu ustawiane są w stan nieaktywny i pozostają w takim stanie przez cały czas działania programu. Strona: 13

14 Wyjścia tranzystorowe wyjścia cyfrowe lub PWM Sterownik posiada 8 wyjść WYC1-WYC8 (PWMP1-PWMP8) wyposażonych w bufor ULN2003. Wyjścia mogą pełnić alternatywną funkcje jako wyjścia cyfrowe lub wyjścia programowych PWM, w zależności od tego które z elementów wyjściowych zostały wybrane w programie tworzonym w Vamgrafie. Np. użycie w programie wyjścia cyfrowego 1 (WYC1) automatycznie blokuje używanie wyjścia PWM 1 (PWMP1) ponieważ występują one alternatywnie na tym samym pinie VamsteraC. Na wyjściach PWMP1..PWMP8 programowo generowany jest przebieg prostokątny o zmiennym wypełnieniu (sterowany w zakresie od 0 do 127). Częstotliwość sygnału wynosi ok. 100 Hz. W większości przypadków (np. diod LED) filtrowanie sygnału wyjściowego jest zbędne. Aby uzyskać napięcie stałe, wygładzone, o wartości zależnej od wypełnienia należy zastosować filtr RC lub inny filtr aktywny. Przykład wykorzystania wyjść z ULN2003. parametr Liczba wyjść 8 Polaryzacja NPN Separacja galwaniczna Nie Prąd wyjściowy Strona: 14 wartość max 0,5A

15 Przekaźnikowe wyjścia cyfrowe Sterownik posiada 8 wyjść cyfrowych WYC9-WYC16 wyposażonych w przekaźniki ze stykiem zwiernym (normalnie otwartym). Umożliwiają bezpośrednie sterowanie obwodami prądu stałego lub zmiennego. Każde wyjście / para styków posiada osobne zaciski połączeniowe. parametr Liczba wyjść wartość 8 styki zwierne (normalnie otwarte) Styki przekaźnika 8A, 250VAC Separacja galwaniczna Tak Zabezpieczenie styków brak Przykład wykorzystania wyjścia cyfrowego z przekaźnikiem Uwaga! Wyjścia które nie są używane w programie stworzonym w Vamgrafie po starcie systemu ustawiane są w stan nieaktywny i pozostają w takim stanie przez cały czas działania programu. Stan nieaktywny wyjść cyfrowych WYC z przekaźnikiem odpowiada otwartym stykom przekaźnika. VamsterH umożliwia dołączenie dwóch zewnętrznych ekspanderów we/wy możliwa jest więc obsługa dodatkowych 8 (dla jednego ekspandera) lub 16 (dla dwóch ekspanderów) wyjść cyfrowych z przekaźnikiem. Szczegóły w sekcji Ekspander wejść / wyjść. Strona: 15

16 4.4. Łącze RS-232 Do programowania i komunikacji VamsterH wykorzystywane jest łącze w standardzie RS-232. W przypadku braku złącza RS232 w komputerze można używać popularnych konwerterów USB/RS232. złącze transmisji szeregowej RS232 12V - zasilanie TxD - dane transmitowane z sterownika RxD - dane do sterownika GND - masa Wymiana danych z drugim Vamsterem wymaga skrzyżowania lini TXD i RXD sterowników. Zasilanie autonomiczne sterowników Strona: 16 Zasilanie sterownika 2 za pośrednictwem sterownika 1

17 4.5. Ekspander wejść / wyjść Ekspander posiada 8 optoizolowanych wejść cyfrowych oraz 8 wyjść cyfrowych z przekaźnikiem. VamsterH umożliwia dołączenie maksymalnie dwóch ekspanderów we/wy. Możliwa jest więc obsługa dodatkowych 8 (dla jednego ekspandera) lub 16 (dla dwóch ekspanderów) optoizolowanych wejść cyfrowych oraz wyjść cyfrowych z przekaźnikiem. Ekspandery łączy się szeregowo z VamsteremH za pomocą taśmy IDC. Ekspander I - sygnały Strona: 17 Ekspander II - sygnały

18 Wejścia cyfrowe Ekspander posiada 8 wejść cyfrowych izolowanych galwanicznie. Każde wejście posiada niezależne sygnały wejściowe (rozdzielone masy i sygnały wejściowe). Wejścia ekspandera są identyczne z wejściami sterownika VamsterH i zostały opisane w sekcji Wejścia cyfrowe parametr wartość Liczba wejść 8 Nominalne napięcie pracy 0-12V Separacja galwaniczna Tak Logika dodatnia Minimalne napięcie interpretowane jako stan wysoki Maksymalny prąd wejściowy >2V 0,4 ma (2V) 1,4 ma (5V) 3,7 ma (10V) 4,8 ma (12V) Przekaźnikowe wyjścia cyfrowe Ekspander posiada 8 wyjść cyfrowych wyposażonych w przekaźniki ze stykiem zwiernym (normalnie otwartym). Umożliwiają bezpośrednie sterowanie obwodami prądu stałego lub zmiennego. Każde wyjście / para styków posiada osobne zaciski połączeniowe. Wyjścia ekspandera są identyczne z wyjściami sterownika VamsterH i zostały opisane w sekcji Przekaźnikowe wyjścia cyfrowe parametr wartość Liczba wyjść 8 styki zwierne (normalnie otwarte) Styki przekaźnika 8A, 250VAC Separacja galwaniczna Tak Zabezpieczenie styków brak Zasilanie ekspanderów Ekspander zasilany jest napięciem 12V bezpośrednio z sterownika VamsterH. Dobierając zasilacz do Vamstera należy przewidzieć dodatkowo 200mA na każdy ekspander (jest to wartość maksymalna w przypadku gdy aktywnych jest jednocześnie 8 przekaźników w ekspanderze). parametr wartość Stałe napięcie stabilizowane 12V Maksymalny pobór prądu 200mA (aktywne 8 przekaźników) <20mA (wyłączone przekaźniki) Strona: 18

19 5. Sposób tworzenia urządzenia z wykorzystaniem VamsteraH utworzyć pogram w Vamgrafie wybierając jako typ Vamstera VamsterH przetestować program na PC przy użyciu wbudowanego symulatora sprawdzić poprawność połączeń elektrycznych (w szczególności sprawdzając napięcie zasilania 12V) oraz czy nie ma zwarć lub przerw w połączeniach przetestować program z użyciem Vamgrafa w trybie testów w Vamsterze załadować program w wersji końcowej do VamsteraH urządzenie jest gotowe do samodzielnej pracy 6. Ustawienia VamsteraH w Vamgrafie Grupa "Data i czas": Użycie czasu letniego/zimowego - zaznaczenie tej opcji powoduje automatyczną zmianę czasu z letniego na zimowy i odwrotnie. Zaznaczenie opcji Dźwięk po naciśnięciu klawisza spowoduje wygenerowanie krótkiego dźwięku po każdym naciśnięciu przycisku. Zaznaczenie opcji Sygnał dźwiękowy po resecie powoduje, że Vamster po każdym resecie zgłosi swoją gotowość do działania poprzez krótki sygnał dźwiękowy. "Ekspandery WeC/WyC" umożliwia określenie ile zewnętrznych ekspanderów wejść/wyjść będzie obsługiwanych przez Vamstera. Strona: 19

20 7. Wymiary mechaniczne 7.1. VamsterH 7.2. Ekspander wejść / wyjść Strona: 20

21 Spis treści 1. Wstęp Opis VamsteraH Podstawowe cechy VamsteraH Bootloader i ładowanie programu Zagadnienia programowe...5 Działanie VamsteraH Start VamsteraH Normalny tryb pracy systemu VamsteraH Zagadnienia sprzętowe...6 Wyprowadzenia sterownika Zasilanie Wejścia Wejścia cyfrowe Wejścia analogowe (napięciowe) Wejścia czujnika temperatury DS18B Wyjścia Wyjścia tranzystorowe wyjścia cyfrowe lub PWM Przekaźnikowe wyjścia cyfrowe Łącze RS Ekspander wejść / wyjść Wejścia cyfrowe Przekaźnikowe wyjścia cyfrowe Zasilanie ekspanderów Sposób tworzenia urządzenia z wykorzystaniem VamsteraH Ustawienia VamsteraH w Vamgrafie Wymiary mechaniczne VamsterH Ekspander wejść / wyjść...20 os. Złotego Wieku 29/ Kraków biuro@vamond.pl Strona: 21