Ненавязчивая автоматизация ректификационной установки

OldBean, этого недостаточно , нужен ещё датчик атмосферного давления для коррекции давления и температуры в кубе. например  ВМР180

m16, этот датчик уже есть в этой системе.

А что лучше MPX5010DP или MPX5100DP? Они же практически одинаковые.
Пардон 10 и 100 кПа - разница существенная

Но не смог подключить одновременно два датчика по i2cdth, 23 Авг. 17, 14:02

Я сам не пробовал, но в природе есть I2C мультиплексоры. Для подключения нескольких устройств с одинаковым фиксированным адресом на шину I2C.

У нас ведь давление в кубе 20-30 мм рт. ст, поэтому вполне сгодится MPX5010DP. Не так ли? Да и чувствительность выше будет при таких давлениях.

gol_avto, именно так. 5100 уместен для вакуума.

Есть еще и на 4кПа - MPXV5004DP. Еще почувствительней.
Неплохой "кирпич" по этим датчикам.

4 кПа - это уже 30 мм рт. ст. А нам запас ещё нужен. Поэтому думаю MPX5010DP всё-таки.

Архитектура варианта LITE

Под впечатлением разговоров двух прошедших дней, наконец-то, в голове более-менее сформировалась полная архитектура варианта LITE :) Она изображена на рисунке ниже.

Логически, на верхнем (пока на верхнем) уровне "железной" иерархии находится управляющий компьютер, который в России ласково называют "Малинка". На нижнем - совокупность модулей, которые непосредственно занимаются отдельными узлами ректификационной установки и связаны с малинкой по шине I2C. Физически все устройства "нанизаны" на четыре "сквозные" шины: питающая сеть 220В, шина Zero, по которой идут короткие импульсы нуля сетевого напряжения, шина Int для аварийного отключения и шина I2C (SCL и SDA) с землей и питанием логики (+5В).

Модули нижнего уровня представлены следующими устройствами.

1. Универсальный силовой модуль. Его эскизная схема представлена на рисунке ниже.

По сути, это симисторный регулятор мощности, с интерфейсом I2C. Регулятор может работать в двух режимах: PDM (ака Брезенхем) и PWM (ШИМ). И обеспечивает регулировку мощности в пределах: 0...100% от максимальной мощности, потребляемой нагрузкой (при данном напряжении сети). Шаг регулировки мощности - 1%. Режим работы устанавливается перемычкой на плате модуля.

В модуле предусмотрен непрерывный контроль состояния симистора (идея реализации такого контроля предложена BogAD). При выходе из строя ключа любого силового модуля, на шине Int формируется нулевой уровень (0). Один из силовых модулей, который управляет контактером (на блок схеме - силовой модуль1), обработает этот сигнал и выключит питающую сеть.

2. Датчик RMS с детектором нуля. Это специализированный модуль, для измерения среднеквадратичного напряжения в питающей сети и формирования на шине "Zero" импульсов нуля сетевого напряжения для синхронизации силовых модулей с сетью.

3. Модуль GPIO. Это специализированный модуль для ввода и вывода логической информации (0/1) управляющим компьютером. Такая информация может поступать от концевиков, термокантактов и т.п.

4. Температурный сервер. По сути этот модуль представляет собой интерфейс между шиной I2C и набором датчиков температуры (цифровых или аналоговых).

5. Сервер датчиков давления. То же самое, что и температурный сервер, только применительно к датчикам давления.

В новой концепции явно преобразователя уровней IIC 3,3-5,0 не хватает. Хотя бы на транзисторах.

од впечатлением разговоров двух прошедших дней, наконец-то, в голове более-менее сформировалась полная архитектура варианта LITE OldBean, 24 Авг. 17, 09:27

Ух... плодотворно...

Надо обдумать. 

Одно сразу попрошу, не отходи от своей концепции!
Дисплеи 7-ми разрядные и местные кнопки управления оставь, где они нужны.
На сколько я понял детектор нуля выполнен по мотивам статьи Рудакова Г.В. будет перенесен на модуль RMS?
В этом что-то есть рациональное.
Не могу представить, кому ШИМ  тут не нужен. Что ему регулировать? По факту вся нагрузка, кроме ТЭНа, дискретное регулирование, т.е. вкл/выкл. А ТЭН будет регулируется по методу Брезенхем.
Давай лучше размножать модули GPIO, модули (серверы) давления, и, если кому требуется, драйвер шагового двигателя.
По шине "Int"... 
На первый взгляд, сигнал Int должен формировать микроконтроллер модуля, на котором детектировано напряжение на нагрузке при закрытом, согласно сформированного сигнала управления, симистора. Т.е. симистор должен быть закрыт, а напряжение на нагрузки есть. Выдали "1" на шину INT.
Модуль, который управляет контактором, видя "1" по шине INT, рубит общий контактор... Т.е. без участия малинки. Сигнал Int может сформировать любой модуль по потребности. Для малинки int как сигнал ERROR чтоб оповестить хозяина. Вот только источник как она определит для диагностики? По шине I2C?
А так в принципе нормально и резонно.

Вот только необходимость в отдельном блоке управления для контактора. Обмозговать надо.. 

OldBean, а как тебе такой вот концепт силового модуля?

Каждая ризетка управляется мощным триаком, и имеет два параметра -- период и скважность, устанавливаемые в 10 мс интервалах (полупериод от 50-ти герц). Если период установлен в ноль -- ризетка работает как PDM регулятор мощности (ака Брезенхэм, алгоритм c коррекцией постоянной составляющей спионерил у коллеги OldBean из ненавязчивой автоматизации), если период равен единице -- ризетка в режиме вкл/выкл, если период больше единицы (max 65535) -- тривиальный PWM. Т.е. любой ризеткой можно греть кубы, включать/выключать какие-то девайсы, по-разному дергать разного назначения клапанами, и т.д. -- не модифицируя фирмварь железки.makh, 08 Апр. 17, 04:51

Т.е. универсальность модуля более серьезная, и пораскинув немного мозгами можно с ним разное вытворять, от периодического отбора голов до васче любых хотелок с нагрузками на 220 вольт. Я делал несколько модулей триак-ризетка, цепляющихся к одному микропроцику, но можно иметь и несколько модулей типа микропроцик-триак-ризетка, не суть важно.

В новой концепции явно преобразователя уровней IIC 3,3-5,0 не хватает. Хотя бы на транзисторах.U-M, 24 Авг. 17, 13:49

Да. Конечно. BMP180 вряд ли понравится 5-вольтовое питание, которое я "по запарке" на него подал :( Спасибо, что заметили! OK. Нужно скорректировать блок-схем - пустить еще одну сквозную шину (3.3V) для питания устройств, рассчитанных на 3.3V. В принципе, эти вольты можно взять с малинки. Там достаточно мощный источник 3.3V.

По факту вся нагрузка, кроме ТЭНа, дискретное регулирование, т.е. вкл/выкл.BogAD, 24 Авг. 17, 14:16

Не, не вся. Например, электромагнитные клапаны отбора работают с ШИМ. Причем, иногда клапанов нужно несколько. Например, для параллельного отбора голов и тела. Есть такие схемы ректификации. Или просто несколько клапанов отбора из одной точки можно включать последовательно во времени для "рассовывания" разных фракций по разным емкостям. Да и мало ли что еще придет в голову. СтОит ли себя ограничивать, если мечтаешь? :)

На первый взгляд, сигнал Int должен формировать микроконтроллер модуля, на котором детектировано напряжение на нагрузке при закрытом, согласно сформированного сигнала управления, симистора. Т.е. симистор должен быть закрыт, а напряжение на нагрузки есть. Выдали "1" на шину INT.
Модуль, который управляет контактором, видя "1" по шине INT, рубит общий контактор... Т.е. без участия малинки. Сигнал Int может сформировать любой модуль по потребности.BogAD, 24 Авг. 17, 14:16

Да. По сути так и задумано. Только вместо 1 удобнее использовать 0. За счет подтяжки на шине Int всегда висит 1. Микроконтроллеры к ней подключены напрямую, реализуя "схемное И". Поэтому любой силовой модуль может уронить шину Int в 0, если сдохнет его симистор и он выставит на шине низкий уровень. Эта шина подключена к пину аппаратного прерывания (INT0) микроконтроллера силового модуля, отвечающего за контактор (на блок схеме это силовой модуль 1). "Словив" аппаратное прерывание, этот модуль сразу же отрубит сеть.

Для малинки int как сигнал ERROR чтоб оповестить хозяина. Вот только источник как она определит для диагностики? По шине I2C?BogAD, 24 Авг. 17, 14:16

Да. В принципе может определить. По адресу I2C. Схема позволяет реализовать такой сервис чисто программно. Но малинке, в общем-то, сильно и не нужно знать в каком именно модуле произошло что-то плохое. Достаточно узнать, что возникла авария, выдать сообщение и корректно завершить все остальные процессы. А это (сам факт аварии) она легко сможет узнать, прочитав состояние той же шины Int. Оператор же легко локализует модуль по светодиодику "авария".

а как тебе такой вот концепт силового модуля?
...
Т.е. универсальность модуля более серьезная, и пораскинув немного мозгами можно с ним разное вытворять, от периодического отбора голов до васче любых хотелок с нагрузками на 220 вольт. Я делал несколько модулей триак-ризетка, цепляющихся к одному микропроцику, но можно иметь и несколько модулей типа микропроцик-триак-ризетка, не суть важно.makh, 24 Авг. 17, 14:47

Да. Я читал этот топик в свое время на Вашей ветке. Мне вообще нравится такой подход. Модульность и возможность легкого наращивания количества модулей делает систему очень гибкой. А унификация основных (силовых) модулей, к тому же, существенно удешевляет процесс наращивания функционала установки. Кстати, если убрать детали конкретных реализаций и привести к какому-нибудь "общему знаменателю" количество микроконтроллеров :), то наши подходы будут схожи. Этот факт обнадеживает и намекает на то, что мы - на правильном пути :)

шедших дней, наконец-то, в голове более-менее сформировалась полная архитектура варианта LITE ОнаOldBean, 24 Авг. 17, 09:27

Начнем формировать схемы модулей.
Начну с Детектора RMS и нуля.
Набросал схему. С нетерпением жду замечаний.

Если замечаний нет, берем за основу для печатки.

С нетерпением жду замечаний.BogAD, 24 Авг. 17, 21:19

Мммм... OldBean задумывал версию в формате Lite - типа без кнопок и дисплеев ?

Кстати, насчет конструктива - самоделка выглядит эффектно, когда оформлена достойно. Как вариант - использование готового корпуса (ну к примеру пришло на ум - корпуса Ganita из двух половинок с передней и задней панелью). Там варианты закрепления плат или горизонтально в размер корпуса или вертикально 3-5 штук. Отдельно надо вместить радиатор для силового тиристора, контактор (узо), розетку для нагрузки. Тут же из готового надо поместить малинку и блок питания 220>5. И не забыть про вентилирование в корпусе. Какое-то место займут модули.
И тут вопрос - все собирать на одной плате или использовать модули...
Если на одной плате, то логично в нее втыкнуть малину, развести низковольтную логику, а силовые цепи вынести в отдельную область.
Если использовать отдельные модули, то надо исходить из типоразмера корпуса, может даже применить кросс-плату.

OldBean задумывал версию в формате Lite - типа без кнопок и дисплеев ?U-M, 24 Авг. 17, 21:29

Хотелось бы оставить. Уж очень удачно задумано. OldBean, может оставим дисплеи и кнопки?

Кстати, насчет конструктива - самоделка выглядит эффектно, когда оформлена достойно.U-M, 24 Авг. 17, 21:29

Я конечно предоставлю свой вариант оформления, но не думаю что кто-то будет повторять за мной. Уж очень вольготно мне при доступе к утилизированным блокам в шикарных алюминиевых корпусах от автоматизации ж.д. транспорта производства Siemens. Не думаю что этим нужно хвастаться...

Добавлено через 16мин.:

И тут вопрос - все собирать на одной плате или использовать модули...BogAD, 24 Авг. 17, 21:51

Блочная (модульная) конструкция предпочтительней. Кросс-плата совершенно не нужна. Главное унифицировать шлейф принятого интерфейса.
Тогда в любой корпус можно впиндюриться... 

С учетом замечаний коллеги U-M насчет 3.3V, скорректировал блок-схему. Изменения помечены зелененьким:

1. Добавлена сквозная шина питания 3.3V. Питание пока возьмем от малинки. Там посмотрим...
2. Подтягивающий резистор R1 шины Int подключен к шине 3.3V. Чтобы малинкины порты не убивать.

Помимо 3.3V, внес еще дополнения:

3. Добавлена шина тактовых импульсов Clock для тактирования всех микроконтроллеров всех модулей от единого генератора тактовых импульсов.
4. И собственно добавлен сам генератор тактовых импульсов на 16МГц.

Обновленная блок-схема - в приложении к данному топику. Похоже, на этом можно и остановиться.

---

Теперь осталось самое сложное - определиться с конструктивом. Сложно - это для меня. Все свои разработки, как-то связанные с электроникой, я обычно выполняю в виде открытых стендов. Это очень удобно для лабораторных приложений, где часто приходится что-то менять, адаптировать под изменяющиеся задачи. У меня даже мои рабочие станции с кучей GPU, на которых я считаю, выполнены в виде открытых стендов :).

Поэтому для компоновки "в коробочках" с меня толку будет немного. ИМХО, самое правильное решение в этом вопросе такое: каждый делает конструктив как ему больше нравится. Единственное с чем хорошо бы было определиться, это - с конструктивом и геометрией шин, размерами плат модулей, расположением разъемов, положением симисторов в силовых модулях (для привинчивания к общему радиатору) и т.п. Ну чтобы можно было разработать единые печатные платы всех типов модулей, которые всем подойдут (для любых вариантов компоновки).

А вариантов компоновки много. От замечательных "ризеток" коллеги makh :) до кросс-плат (по типу старого-доброго КАМАК) со сквозными параллельными шинами (как 220В, так и логических). Я, естественно, больше склоняюсь к варианту открытой кросс-платы. Для работы ее можно и на столе оставить валяться, и в коробочку засунуть (если хочется другой этетики :). Но если у кого-то есть опыт и хорошии идеи по другим вариантам реализации конструктива - давайте обсудим. Вдруг найдется то, что всем понравится.

---

может оставим дисплеи и кнопки?BogAD, 24 Авг. 17, 21:51

Первоначально система разрабатывалась последовательно. По отдельным модулям. Начиная с регулятора мощности (контроллер ТЭНа). Модули использовались в автономном варианте работы. Т.е. без малинки. Вначале было неясно насколько насколько надежно малинка будет справляться со своей ролью, будет ли удобно работать с установкой по сети и т.п. Поэтому кнопки и дисплечики были необходимы и, действительно, оказались довольно удобным подспорьем. Но после сборки всей системы и почти годовой ее эксплуатации (осенью будет), стало ясно:
1. Малинка работает надежно.
2. Контролировать и управлять установкой по сети (не отрывая задницы от кресла и почти не отвлекаясь от текущих компьютерных дел :) оказалось очень удобно! Последние ректификации я вообще редко подходил к установке. Только - для первоначальных действий (залить сырец, включить воду и высокое), сменить приемные емкости и потом все выключить. Я уже и забыл когда в последний раз тыкал непосредственно в кнопки модулей и с интересом вглядивался в их индикаторы :)

Они выполнили свою миссию. Спасибо им за это огромное! Но в новой версии (которая LITE и полностью сконцентрирована вокруг малинки) я планирую использовать модули уже без них. А если требуется автономная работа (без сети), то легко подключить к малинке любой HDMI-дисплей, клавиатуру, мышку и получать всю эту информацию на экрене монитора (я их даже изобразил на последнем варианте блок-схемы :)

То же самое касается и плат ардуинок (которые Mini Pro). Для монтажа индикатора, плата ардунки действительно оказалась очень удобной. Но если не использовать индикаторы, то проще поставить на платы модулей просто голые микроконтроллеры с минимальной обвязкой (пару конденсаторов на питание, резистор на подтяжку RESET, пару конденсаторов и кварц для тактирования). Кроме того, если использовать единый внешний генератор тактовых импульсов для всех МК на всех модулях системы, то "обвязка" упрощается вообще до предела. Этот вариант предусмотрен в LITE.

Но это ничто ничему не противоречит. В принципе никто нам не запрещает параллельно развивать несколько версий системы. Ну, по мере сил и времени, конечно.

---

Начну с Детектора RMS и нуля.
Набросал схему. С нетерпением жду замечаний.BogAD, 24 Авг. 17, 21:19

Если датчик RMS объединять с детектором нуля, то схема существенно упрощается, т.к. можно взять сетевое напряжение уже после RMS-ного трансформатора. Нагрузка этого транса чисто активная. Поэтому фазу двигать вроде бы не должен (но нужно еще немного подумать на всякий случай). Поэтому, часть схемы (которая Рудакова), скорее всего можно будет вообще выкинуть. А ограничиться просто компаратором (какой-нибудь rail-to-rail на 5V) с соответствующей обвязкой. Я для этого, по сути, и собирался объединить RMS с детектором нуля. Но, правда, еще не думал о конкретной реализации. Поэтому, ИМХО, разводить еще рано - много лишних деталей можно будет из схемы выкинуть :)

Кстати, нужно еще посмотреть datasheet на предмет использования компараторов микроконтроллера. У меня просто еще руки не дошли. Может у Вас дойдут раньше? :)

проще поставить на платы модулей просто голые микроконтроллерыOldBean, 25 Авг. 17, 06:08

Рискну предположить, что в некоторые модули ATTiny45/85 попросятся. В отличие от 328-й атмеги имеют на борту калибруемые часики на 16МГц. Компактнее, да и васче хорошие штуки .)

Для ректификации в одну трубу пофик, но если начать играться в многотрубные системы, то в бытовых условиях с высокой вероятностью захочется распределить нагрузку по разным фазам или ризеткам. Детектор нуля в таком случае надо бы иметь там же, где и триак. Atmel предлагает ну совсем простой вариант, давно хочу сделать, да очкую -- http://www.atmel.com/...Note_AVR182.pdf. Если не очковать, то очень даже лихой силовой модулек-ризетку из тиньки вылепить можно.

можно взять сетевое напряжение уже после RMS-ного трансформатораOldBean, 25 Авг. 17, 06:08

На мой взгляд не надо-намучаемся потом с этим делом...Народ не зря детекторы нуля делает гальванически связанные и потом развязку от сети городят.

По компоновке-не попадем в ситуацию сильных помех и наводок, от того-же контактора? А то потом будем бороться с глюками и пропаданием датчиков.

Вот нашел пример как в корпус навтыкать:

И еще мысли:
А не спроектировать вс. логику вообще на питании 3.3 ? - быстродействия модулей нам за глаза хватает, датчики на 3.3 многие работают. Зато голову не ломать где пыхнет от 5.0 В.

По тактированию 16 МГц - в природе есть интегральые кврцевые генераторы - им надо питание, землю, а с выходда уже есть нужная частота. Плюсом точность частоты и стабильность, простота монтажа. Минусом - надо смотреть сколько микроконтроллеров сможет потянуть - там имеет место быть нагрузочная способность в пару-тройку десятков мА у генератора.

Я однозначно буду делать с монитором, уже 10" прикупил.