Ненавязчивая автоматизация ректификационной установки

1. Итак, мы имеем устройство "двойного назначения". Первое назначение - это автономная работа с ручным управление, второе - работа в рамках автоматики под управлением контроллера.OldBean, 02 Сент. 21, 06:23

Мне кажется, что в той самой теме все это уже было сделано...
[Перистальтический насос на шаговом двигателе и ардуино в качестве мозгов]

upd
Выложил тестовый скетч с вариантом реализации переключения на внешнее управление обычной кнопкой
для этого нужно изменить параметр
#define KEY_C_MODE 1
upd
Выложил скетч с внешним ШИМ управлением, период 1 сек, IDE 1.8.3
Начало измерения - переход на низкий уровень, окончание - на высокий
Изменена распиновка, схема выше

Мне кажется, что в той самой теме все это уже было сделано...ruslan_ka, 02 Сент. 21, 14:47

Ну не совсем "все". Просто мы еще не дошли до протоколов обмена устройства с контроллером. Дело в том, и у мака и у Phisikа для внешнего управления используется ШИМ. Это канал связи только в одну сторону. От контролеера к устройству. Нам же нужен двунаправленный протокол. Т.е. с возможностью читать данные с устройства. Это нужно по крайней мере по трем причинам:

1. Нужно считать код семейства, чтобы автоматически определить какое устройство подключено к данному каналу связи, создать и поименовать объект соответствующего класса-обертки.
2. Нужно считать калибровочные данные, которые находятся в EEPROM устройства. Это необходимо, чтобы оперировать не параметрами ШИМ, а мл/час. Это (считывание калибровок именно с устройства) особенно важно если устройств несколько и они взаимозаменяемы.
3. Ну и очень полезно иметь возможность считать состояние устройства.

Кроме того, здесь речь идет не только о перистальтическом насосе. В рамках такой парадигмы можно выполнить и другие устройства, список которого приведен в п.2 этого же топика.

Мне кажется, что в той самой теме все это уже было сделано...
[Перистальтический насос на шаговом двигателе и ардуино в качестве мозгов]ruslan_ka, 02 Сент. 21, 14:47

Руслан, я внимательно отслеживал ветку Максима (mak).
Тут, тут и тут Максим упоминал управление по 1-Wire, но... увы. Из под Ардуино не хватило ресурсов, и Максим собирался перейти на stm32.
На сколько я знаю, проект заброшен по причине занятости Максима, и, мы не увидели версию под stm32.

2. Нужно считать калибровочные данные, которые находятся в EEPROM устройства. Это необходимо, чтобы оперировать не параметрами ШИМ, а мл/час. Это (считывание калибровок именно с устройства) особенно важно если устройств несколько и они взаимозаменяемы.OldBean, 02 Сент. 21, 15:45

Сергей, думаю не нужно считывать EEPROM устройства (насоса). Пускай для МК насоса по каналу приходит требуемые мл/час (думаю лучше мл/мин), а уже МК, согласно калибровочных данных из EEPROM, высчитывает с какой скоростью крутить шаговый двигатель. По остальным обобщениям и пунктам согласен!

думаю не нужно считывать EEPROM устройства (насоса). Пускай для МК насоса по каналу приходит требуемые мл/час (думаю лучше мл/мин), а уже МК, согласно калибровочных данных из EEPROM, высчитывает с какой скоростью крутить шаговый двигатель.BogAD, 02 Сент. 21, 20:08

Так не получится. Да и не нужно. Водораздел между кодом и физической величиной находится в малинке. Малинка и все устройства при обмене оперируют безразмерными величинами - процентами от некоторого максимального значения. Контроллер (малинка) говорит, например, контроллеру ТЭНа: "Дружище, установи-ка сейчас 38% своей номинальной мощности" и контроллер ТЭНа тупо, не думая, устанавливает уровень модуляции (PDM) - 38%. Контроллеру ТЭНа много думать вредно. Тем более о числах с дробями. Ему нужно четко, в RealTime управлять своим подопечным железом. То же самое и с клапаном отбора - используются проценты от максимальной скорости отбора (клапан полность открыт). То же самое должно быть и с насосом - его контроллеру от малинки будет передаваться процент от максимальной скорости прокачки (со знаком, если нужно). Такой подход очень удобен и не отвлекает МК от его основной работы.

Размерные величины нужны только для UI, поэтому они и используются только на малинке. А хранятся калибровки в EEPROM самого устройства только потому, что в процессе могут использоваться несколько однотипных устройств, у которых калибровки различаются. Пришлось бы вводить уникальные ID устройств, привязывать к ним калибровочные данные, в каких-то файлах на малинке их хранить и т.д. Хранение калибровок в EEPROM устройства позволяет избавиться от этого головняка, унифицировать и полностью автоматизировать работу с калибровками.

PS
Конечно, если насос будет выполнен как устройство "двойного назначения", т.е. предназначен и для автономной работы, и в рамках автоматики, то свой локальны UI ему придется иметь и заметную часть своих ресурсов тратить тратить на UI и переводы кода в физические величины. Ресурсов у 328-й не слишком много. Придется тщательно программировать. Поэтому я и предлагал поставить два МК (я в такого рода задачах обычно так и делал). Один МК занимается UI и обменом с малинкой, а другой только своими прямыми обязанностями: управлением и защитой. Т.е. задачами RealTime.

Так не получится. Да и не нужно...
Размерные величины нужны только для UI, поэтому они и используются только на малинке...
OldBean, 03 Сент. 21, 02:16

UI это user interface?

Конечно, если насос будет выполнен как устройство "двойного назначения", т.е. предназначен и для автономной работы, и в рамках автоматики, то свой локальны UI ему придется иметь и заметную часть своих ресурсов тратить тратить на UI и переводы кода в физические величины. Ресурсов у 328-й не слишком много. Придется тщательно программировать. Поэтому я и предлагал поставить два МК (я в такого рода задачах обычно так и делал). Один МК занимается UI и обменом с малинкой, а другой только своими прямыми обязанностями: управлением и защитой. Т.е. задачами RealTime.OldBean, 03 Сент. 21, 02:16

2 МК... почему бы и нет, если ресурсов одной Atmega328p будет мало.
Еще много будет значить, какой интерфейс для связи будем использовать, соответственно, выбор сетевого протокола тоже будет важно.
На чем остановим выбор?
Я бы предложил Modbus RTU на RS485. Или написать свой протокол. С 485 удобно работать...

UI это user interface?BogAD, 03 Сент. 21, 11:53

Да.

Я бы предложил Modbus RTU на RS485. Или написать свой протокол. С 485 удобно работать...BogAD, 03 Сент. 21, 11:53

Вы предлагаете использовать эту связку (RS485+Modbus) для эпизодической пересылки пары-тройки байтов в пределах комнаты? Это немножко похоже на стрельбу "из пушки по воробьям"? Поясню, что меня здесь смущает и почему я хочу найти какое-нибудь решение попроще.

В существующей системе все исполнительные устройства и некоторые датчики располагаются на шине I2C. Если устройства не имеет интерфейса I2C, то оно подключается к шине I2C через соответствующий адаптер. 1-Wire хаб - пример такого "коллективного" адаптера. Шина I2C короткодействующая (до 1 м при скорости до 100 кбод/сек). Поэтому все контроллеры устройств и адаптеры располагаются непосредственно на сигнальной шине крейта. То же самое касается и перистальтического насоса. По уму, его контроллер должен быть вставлен в крейт, а к насосу должны провода для непосредственного управления его драйверами.

В общем-то, здесь не возникает (да и не могло возникнуть!) никаких проблем. Все штатно и единообразно. Но появилось условие чтобы насос мог работать автономно. Такой режим работы, естественно, не предусмотрен в варианте LITE. Действительно, какое отношение имеет автоматика к прибору, работающему автономно? :))) По-хорошему, надо было бы снять это требование. На установку ставить один насос, а автономно пусть работает другой (автономный) насос. Это было бы самым правильным и простым решением. Но это некрасивое решение. И мне стало интересно поискать какое-нибудь простое решение этой проблемы без дублирования целых насосов или контроллеров.

Итак, формулируем задачу. Поскольку насос должен работать в автономе, то контроллер нужно переносить на сторону прибора. Если бы I2C не был бы таким "короткодействующим", то вопроса бы не возникало. В этом случае было бы все равно находится ли контроллер в крейте, или в приборе. Но он (I2C) короткодействующий. 1 метр это слишком мало для наших установок! Ни сдвинуть, ни подвинуть насос. Т.е. вся проблема в максимальной длине шины I2C. Поэтому нам нужен, по сути, просто удлинитель ("переноска") шины I2C. Хотя бы на пару-тройку метров. :))) Именно поэтому, мне кажется, что "заводить тяжелую артиллерию" в виде связки RS485+Modbus (т.е. делать из этой связки удлинитель) не очень хорошее решение. RS485 слишком избыточен по длине ("переноска" нужна лишь на пару-тройку метров), а Modbus сильно увеличит накладные расходы. В частности, ну зачем нам адресация устройств в протоколе, если она итак уже сделана на шине I2C и у нас уже соединение "точка-точка"?

Таким образом, задача сводится к разработке "удлинителя" шины I2C. Так, чтобы малинка и контроллер думали, что никакого провода (2-3 м) между ними нет, а контроллер просто как бы воткнут в крейт. :))) Вот на эту тему я сейчас и думаю в свободное время.

PS
Кстати, эта задача станет особо актуальной, если вдруг когда-нибудь руки дойдут до создания автоматики целиком из приборов "двойного назначения". Тогда в существующей автоматике вообще ничего менять не придется.

PS2
Может просто тупо поставить мощную и быструю логику на рассыпухе? В оба конца.

PS3
Смешно, но как только осознал эту задачу именно как "удлинитель I2C", сразу нашел кучу вариантов в сети. Значит правильно искал "велосипед" ;)))))))))))))))

PS4
Копеечная микросхема P82B715 (есть на Али) позволяет увеличить длину шины I2C до 30 метров! Задача решена быстро.

Вот как-то так мне представляется блок-схема устройства (в данном случае перистальтического насоса)и его согласование с шиной I2C крейта.

Кажется ничего не забыл. Устройство может работать как автономно, так и легко подключаться к шине I2C крейта для работы в составе автоматики.

OldBean, на самом деле I2C уверенно работает на двухметровых кабелях из трех витых пар, без всяких усилителей. Если с полтыка не взлетает -- номинал резисторов подтяжки уменьшить.

PS3
Смешно, но как только осознал эту задачу именно как "удлинитель I2C", сразу нашел кучу вариантов в сети. Значит правильно искал "велосипед" ))))))))))))))
Копеечная микросхема P82B715 (есть на Али) позволяет увеличить длину шины I2C до 30 метров! Задача решена быстро.OldBean, 03 Сент. 21, 18:07

Чёрт побери!!! Супер!!! Как мне сразу в голову не пришло...
Быстро пробежался по датащиту, емкость не менее 3000пф, а это около 60 метров витой пары 5кат., если брать 50пф за п.м.
Отлично!
Единственно, я бы всё же развязал при помощи двойного изолятора I2C между малинкой и шиной i2C крейта.
К примеру ADUM1250ARZ. Тут и уровни 3.3/5 согласуем, и изоляцию обеспечим. Малинка будет в полной безопасности. Мало ли какая бяка прилетит по буфферированной шине I2C.
Как говорится, во все тяжкие...

Единственно, я бы всё же развязал при помощи двойного изолятора I2C между малинкой и шиной i2C крейта.BogAD, 04 Сент. 21, 08:03

Да. Конечно. Это правильно. А если действительно, как говорит коллега makh, I2C заработает и на бОльших расстояниях без 82B715, то вообще все будет прекрасно. Тогда можно будет и без 1-Wire хаба обойтись - использовать датчики температуры с I2С интерфейсом. Как, например, Si7051 у него на картинке. Кстати, судя по datasheet, вполне приличные датчики! :)

Сергей Владимирович, не смогли бы Вы методологически, железно и программно оценить идею контроля голов при рекфикации по нижеследующим постам?
1.

На прошлой неделе сделал две ректификации (зернового и сахарного сс) с использованием датчиков проводимости. Их у меня в колонне теперь три :
1. В 20 см от куба ( управляет старт стопом)
2. В 160 см от куба ( в узле отбора спирта), под
царгой пастеризации.
3. В 180см от куба (в узле отбора голов) в царге пастеризации под дефлегматороми (медный димрот).
Во время ректификаций снимал показания проводимости во всех трех точках. К сожалению во время первой ректификации села "крона",питающая амметр,поэтому измерения проведены не до конца.
В следующей ректификации крона заменена на адаптор 9v и измерениясостоялись полностью. Позже выложу график. А сейчас изложу мой анализ результатов:
1. Нижний датчик реагирует на подход хвостов и воды .
2. Средний датчик практически не менял своего значения (уменьшился на 25%)
3. В начале ректификации был в 5-6 раз выше среднего датчика , затем по мере отбора голов приблизился по значению к среднему. Причем ,чем выше скорость отбора голов, тем быстрее это приближение.
Вывод: сравнение (компаратором) сигналов двух верхних датчиков- сигнал к началу отбора товарного спирта. Нижний датчик управляет старт стопом.
В СС 40* в обоих случаях добавлял соды 0,5 чайной ложки на 10 л.
Колонна 2" с СПН 4 0.2. Конструкция датчиков одинакова:
.Serven, 09 Янв. 21, 21:10

_______________________________________________________________________

2.

Миша, смотри что получается?

https://ru.wikipedia.org/...й_радиоприёмник

Если в приёмном контуре (входном генераторе) и в гетеродине использовать одинаковые физические датчики (конденсаторы) но в приёмном будет ССЖ, а в гетеродинном чистый спирт, то на выходе мы получим нужный нам сигнал разности, или количественно измеряемого наличия примесей. К тому же с возможностью их дифференциации по присущим им "музыкальным" частотам.
И полной тишине при равенстве ССЖ и эталонного СР.
Что скажешь на это, по внимательному рассмотрению идеи на досуге?Asus, 02 Сент. 21, 10:30

методологически, железно и программно оценить идею контроля голов при рекфикацииAsus, 04 Сент. 21, 11:16

Я в свое время собирался сделать датчик проводимости и контроллер к нему для контроля отбора голов, но мне "повезло" с дефлегматором. После разгона и во время отбора голов температура ТСА у меня доходит до 60-70°C и оттуда немножко капает конденсат. Температура держится примерно на одном уровне, а скорость капанья конденсата постепенно снижается. К концу отбора голов конденсат из ТСА перестает капать а температура ТСА резко падает до рабочего уровня 25-30°C и дальше остается на этом уровне. Я даже провел небольшое исследование на эту тему, которое описал здесь. Часть картинок в этом топике пропала, поэтому приведу здесь обобщенную картинку результатов:

Из картинки видно, что падение температуры ТСА (голубенькая кривая) к окончанию отбора голов происходит гораздо резче, чем падение проводимости (красные звездочки). Здесь, конечно, есть некий эффект усреднения при отборе проб для кондуктометрии. Для датчика проводимости, встроенного в колонну, падение проводимости будет, конечно, гораздо резче. Но мне стало ясно, что эти показатели (температура ТСА и проводимость жидкости в отборе) хорошо скоррелированы. Поскольку почти любой дефлегматор можно загнать в режим, когда самые низкокипящие фракции будут не до конца конеденсироваться в нем, то датчик проводимости стал (по крайней мере, для меня) лишним дублирующим датчиком. Поэтому я и забросил эту затею (т.е. - делать датчик проводимости и контроллер для интегрирования его в ненавязчивую автоматику). А датчик температуры ТСА так и так нужен для защиты (контроль воды охлаждения дефлегматора). Пусть именно он и выполняет вторую функцию - контроль отбора голов. Бритва Оккама, однако... :)))

Теперь конкретно по Вашему вопросу. Чувствительность кондуктометра к головным примесям доказана многочисленными экспериментами. Поэтому использование его в качестве индикаторного прибора для контроля голов вполне оправдано. Использование кондуктометра для количественных измерений примесей в спирте (не важно, прямые измерения, или с "эталонным" образцом) ИМХО маловероятно. Слишком сложные зависимости импеданса от состава спирта, материала и состояния электродов и т.п.

Я не довел до конца эту методику в ненавязчивой автоматике (вариант LITE). Поэтому предсказать все (возможные) "грабли" при ее реализации не берусь (свои измерения я выполнял на самодельном кондуктометре, сделанном много-много лет назад). Но с первого взгляда реализация этой методики не выглядит сложной. Я бы сделал так. Задающий генератор - на МК контроллера, выполняющего функцию связи с малинкой по I2C. Дальше: мостовая схема измерений (датчик - в плече моста), потом усиление, выпрямление, фильтрация и - на АЦП того же МК контроллера. Ну и усреднение, если шумы окажутся существенными. Для индикаторного прибора какие-то тяжелые грабли пока не просматриваются. Кстати, использование МК в качестве задающего генератора очень удобно. Во-первых, это позволяет определить и выбрать оптимальную частоту. Во-вторых, своппируя частоту в процессе каждого измерения позволит снимать не просто одно значение, а целые спектры. Кто знает, может в этом случае датчик станет интересен не только по отношению к головам... "Двумерный" показатель, такие, поинформативней будет. :)))

Сергей Владимирович, спасибо, как всегда предметно, доходчиво и интересно. За графики из дефлегматора отдельное спасибо, это и метод, и решение, и есть над чем подумать.
Хочу подчеркнуть один, плохо выраженный в моём вопросе нюанс - я хотел измерять д.э.проводимость ССЖ с помощью трансформаторного измерительного LC-контура и судить о ней по изменению частоты колебаний в нём, контролируя так же изменение его добротности, или проводимости ССЖ.
Ваше конкретное блок-решение с благодарностью рассматриваю.

Вот как-то так мне представляется блок-схема устройства (в данном случае перистальтического насоса)и его согласование с шиной I2C крейта.OldBean, 04 Сент. 21, 03:19

Вполне! Единственно, датчик №2 будет "красная кнопка"? Попробую набросать схему...

Да. Конечно. Это правильно. А если действительно, как говорит коллега makh, I2C заработает и на бОльших расстояниях без 82B715, то вообще все будет прекрасно. Тогда можно будет и без 1-Wire хаба обойтись - использовать датчики температуры с I2С интерфейсом. Как, например, Si7051 у него на картинке. Кстати, судя по datasheet, вполне приличные датчики! OldBean, 04 Сент. 21, 09:47

Предложения по использованию P82B715 отличны. А использовать их, или нет, выбор каждого по ситуации и возможности. В прошивках и ПО это ни как не отразится. Тут чисто "улучшайзенг", и есть куда двигаться.

PS
Кстати, эта задача станет особо актуальной, если вдруг когда-нибудь руки дойдут до создания автоматики целиком из приборов "двойного назначения". Тогда в существующей автоматике вообще ничего менять не придется.OldBean, 03 Сент. 21, 18:07

В плане конструкции или софта?
Я вот задумался, вполне можно шину крейта запихать в стандартный патч-корд!
1 пара на I2C; 2 пара - Int, Reset; 3 - +24v и GND; 4 - +24v и GND.

Можно рассмотреть вариант обобщенных конструктивных узлов.

1. Малинка. Питаем малинку из патч-корда, используя dc/dc на 24/5В с функцией бесперебойного питания от аккумулятора.

2. Силовой модуль, по желанию, делаем или под 1-фазку, или 3-фазную сеть. Защита дифавтоматом.
- Тиристорный регулятор мощности
- 2 мощных канала управляемых контакторами, или делаем 2 тиристорных.
- Маломощный канал управление клапаном отбора
- Маломощные каналы (два) управления клапанами подачи воды
- RMS
- Модуль аварийного отключения и контроля дифавтомата
Соответственно, ставим мощный AC/DC БП на 24В для работы автоматики и подачи питания по патч-корду. Для питания модуля стабилизируем dc/dc 24В до 5В

3. Модуль контроля и измерений
- HUB 1-Wire, на который сводим все датчики температуры ds18b20 + датчик кубового давления + прочие датчики с сухим контактом.
- "концентратор" I2C с питанием 3.3в под датчики Si7051 (спасибо makh за идею).
Питание от dc/dc 24/5 с патч-корда.

4. Модуль фракционного отбора
- управление сервомашинкой
- опционально кондуктометр.
Отдельный AC/DC БП для питания сервомашинки. Сами контроллеры питаем сабилизируемым 5В от катч-корда. Можно попробовать запитать севомашинку от патч-корда отдельным стабилизатором dc/dc с хорошей емкостью на выходе.

5. Перистальтические насосы.
Свой блок питания для драйвера шагового двигателя и контроллера управления.

Если ставить по P82B715 на каждый блок + 1 на малинку, не так уж и много удлинителей i2C получается.
А двойной изолятор I2C ADUM1250ARZ ставим к малинке и на "концентратор" I2C под датчики Si7051. Этим согласуем 5 и 3,3В и сделаем гальваническую развязку. Уж очень они пока дорогие чтоб из случайно палить...

Конструктивно все модули можно красиво оформить в корпуса...

с помощью трансформаторного измерительного LC-контура и судить о ней по изменению частоты колебаний в нёмAsus, 05 Сент. 21, 09:40

Проводимости чистого спирта и чистой воды очень малы. Поэтому основной вклад в проводимость дают диссоциирующиеся примеси и кондуктометрический метод очень чувствителен именно к другим примесям, кроме воды. С диэлектрической проницаемостью будет похуже. У воды высокая проницаемость. И у спирта тоже. Но заметно меньше чем у воды. Поэтому оценивать спиртуозность (т.е. содержание воды) жидкости вполне можно и по ее диэлектрической проницаемости. Однако, по отношению к остальным примесям - дело сомнительное. Диэл.проницаемость - аддитивная величина. Т.е. вклад каждой примеси в диэл. проницаемость пропорционален содержанию этой примеси в жидкости. Поскольку вода в спирте есть всегда и ее диэл. проницаемость очень высокая, боюсь что даже в азеотропе, всего с несколькими процентами воды, определить вклад других малых примесей будет сложновато.

Единственно, датчик №2 будет "красная кнопка"?BogAD, 05 Сент. 21, 11:53

Александр, мне кажется, что идеологически правильнее будет повесить красную кнопку на аппаратное прерывание левого МК (который отвечает за UI). Красная кнопка это все-таки UI, а не датчик.

Остальное все - красиво и удобно. Надеюсь, доживем и для этих решений. С патч-кордом - идея интересная. В духе PoE. Главное - шланик в Ethernet не воткнуть! :)))

"концентратор" I2C с питанием 3.3вBogAD, 05 Сент. 21, 11:53

Мультиплексор TCA9548A имеет одно замечательное свойство -- любой из восьми каналов можно подтянуть к любому напряжению питания.

Мультиплексор TCA9548A имеет одно замечательное свойство -- любой из восьми каналов можно подтянуть к любому напряжению питания.makh, 05 Сент. 21, 21:50

Премного благодарен!
Я и не обратил внимание в даташите, что у датчиков Si705х один адрес - 0х40. Без мультиплексора TCA9548A не обойтись...

Без мультиплексора TCA9548A не обойтись...BogAD, 05 Сент. 21, 22:34

Можно и попроще датчики поставить. Например, LM75A. У них 3-битный модификатор адреса. Так что до 8 датчиков спокойно уживаются.

У нас не так уж много процессов где нужны точные датчики в количестве аж до 8 шт ;))) Например, для классической кубовой ректификации с релейным регулятором отбора (ака старт-стоп) разве что один датчик желательно поставить поприличнее (который в нижней части колонны). А в остальных местах (контроль воды охлаждения, в дефлегматоре, в кубе и т.п.) и LM-ки спокойно потянут. Хотя, решение с мультиплексорами, несомненно, красивое. :)

Но одно другому не противоречит. Никто не мешает посадить LM-ки на один адрес и поставить I2C мультиплексор. Ну это, если, все-таки, длинные I2C шины не удастся обуздать без P82B715...

Можно и попроще датчики поставить. Например, LM75A...OldBean, 06 Сент. 21, 07:38

Да, но, точность у них ±2°С! И корпус не мелкий, в гильзу от DS18B20 не влезут.

У нас не так уж много процессов где нужны точные датчики в количестве аж до 8 шт ))OldBean, 06 Сент. 21, 07:38

Так и не нужно все 8 использовать. Сколько потребуется, столько и использовать. На другие порты можно другие датчики подоткнуть, к примеру давления...

в гильзу от DS18B20 не влезутBogAD, 06 Сент. 21, 09:16

Ну если в гильзу, то SOIC-то уж точно не влезет ;))) Но можно и непосредственно на железо лепить. Если хорошая теплоизоляция.
А вот интересно где замечательные Si7051 берут? И есть ли "народный" (китайский) аналог?