vk_logo twitter_logo facebook_logo googleplus_logo youtube_logo telegram_logo telegram_logo

SNR-ERD-4: Автоматизация для искушенных 80

Дата публикации: 05.09.2016
Количество просмотров: 8411

1.Предыстория

Десять лет назад рынка автоматизации, как такового, в России не было. Средства автоматизации были никому не нужны. Специалистам, реализующим технические решения, приходилось либо разрабатывать их самостоятельно, либо использовать наследство, оставшееся со времен Союза.

В то же время началось массовое внедрение ШПД и провайдеры всех уровней сталкивались с проблемой "зависания" оборудования. Для поддержания сети в рабочем состоянии, операторам приходилось отправлять персонал на узлы связи для ручной перезагрузки оборудования.

Первые попытки решить сложившуюся проблему выглядели устрашающе, были подвержены собственным сбоям и нетехнологичны. Пример устройства под названием "Pinger" представлен на рисунке 1.

Pinger
Рисунок 1 – Внешний вид устройства "Pinger"

На выручку отрасли пришли специалисты НАГа с первыми устройством серии SNR-ERD. Эти устройства отправляли ICMP-запросы к сетевому оборудованию и, в случае обнаружения сбоя, осуществляли его перезагрузку.

Время не стояло на месте - вместе с развитием ШПД развивался и рынок автоматизации. Провайдерам требовалось больше гибкости, больше функционала. В частности, клиенты просили добавить возможность измерения температуры окружающей среды и напряжения на аккумуляторных батареях.

Ответом на эти требования стало появление устройств второй серии ERD-2, в арсенал которых входит:

  • управление по WEB и SNMP;
  • четыре дискретных входа для подключения датчиков с релейным выходом;
  • датчик фазы (смачиваемый дискретный вход);
  • два дискретных выхода управления нагрузками (розетками типа SNR-SMART);
  • встроенный цифровой датчик температуры;
  • один вход АЦП с диапазоном измерения напряжения от 0 до 72В;
  • напряжение питания 5В.

 

Внешний вид ERD-2 представлен на рисунке 2.


Рисунок 2 – Внешний вид ERD-2

ERD-2 нашло широкое применение у операторов связи для мониторинга температуры в дата-центрах (ЦОДах). Так, например, компания Mail.Ru Group установила более 800 штук ERD-2. Приведем отзыв заместителя технического директора Mail.Ru Group, Кубасова Сергея:

 

Используем ERD-2 для мониторинга температуры в  дата-центрах "М100" (Mail.Ru Group) и "ИЦВА" (Вконтакте). При выборе решения для нас было важно: 

  1. Цена - в случае с ERD стоимость одного термодатчика (в совокупности с контроллером) одна из самых низких;
  2. Периферия - для ERD достаточно иметь любой L2-коммутатор, нет необходимости покупать какие-то дополнительные контроллеры для агрегаций;
  3. Скорость внедрения - API продукта описано настолько подробно, насколько это вообще возможно;
  4. Срок поставки - вне зависимости от запрашиваемых нами объемов, отгрузка осуществлялась "на следующий день" или в приемлемые для нас сроки;
  5. Гибкость производства - небольшая кастомизация в виде увеличения длины кабеля термодатчика, была выполнена оперативно и без дополнительных вопросов;
  6. Высокая надежность - за весь период эксплуатации хочу отметить очень низкий процент брака и практически полное отсутствие выхода из строя;
  7. Поддержка - ответы по проблемам получаем очень оперативно.
     

Чего не хватает:

  1. PoE - приходится тянуть питание, что очень неудобно;
  2. Датчиков влажности - тогда бы мы смогли на ERD выполнить полный контроль климата.

И вновь, ориентируясь на запросы клиентов, через некоторое время на свет появились устройства третьей серии. Помимо уже зарекомендовавшего в ERD-2 функций и оснащения, в ERD-3 были добавлены:

  • последовательные интерфейсы передачи данных RS-232 и RS-485;
  • дополнительный датчик фазы;
  • внешний порт для подключения до пяти датчиков 1-Wire (SNR-DTS-2);
  • возможность установки GSM/GPRS модуля для реализации беспроводного канала передачи данных, а так же отправки SMS-уведомлений;
  • Passive PoE с напряжением питания 5В.


Также, устройство получило удобный металлический корпус и крепление на DIN-рейку. Внешний вид ERD-3 представлен на рисунке 3.

ERD-3 представляют собой устройства 3 в 1: конвертор интерфейсов Ethernet/RS232 или Ethernet/RS485, контроллер UPS (Uninterruptible power supply) c поддержкой протокола MegaTec, а также устройство мониторинга состояния датчиков, температуры среды и напряжения.

ERD-3
Рисунок 3 – Внешний вид ERD-3

Помимо провайдеров, устройство ERD-3 широко применяется различными интеграторами для малой автоматики и построения систем АСКУЭ в качестве конвертора интерфейсов Ethernet/RS-485 и Ethernet/RS-232 для опроса различных счетчиков ресурсов.    

Модификация ERD-3 с дополнительным модулем GSM/GPRS, получившая название ERD-GSM, широко применяется в решениях, где в качестве основного канала передачи данных используется GSM/GPRS или требуется резервный канал.

Надежность устройств ERD, открытость команды разработчиков к пожеланиям клиентов и привлекательная цена расширили перечень решений, в которых применялись устройства серии ERD-2 и ERD-3. Клиенты с регулярным постоянством просили реализовать дополнительные функции и алгоритмы. Со временем, стало очевидно, что для дальнейшего развития устройств семейства ERD требуются новые вычислительные и аппаратные ресурсы. Остро встал вопрос выбора новой аппаратной платформы.

В качестве основы для нового аппаратно-программного комплекса был выбран 32-битный микроконтроллер STM32F407 фирмы ST и современный PHY-контроллер KSZ8031RNL для работы с сетью Ethernet. В связи со сменой платформы потребовалось полностью переписать программное обеспечение. Одновременно было решено перевести функциональный софт под управление операционной системы реального времени RTOS. Операционная системы позволила развязать управляющий цикл и построить вызов функций на основе гибких приоритетов. Также, устройство получило возможность электропитания, как через внешние выделенные контакты, так и по стандартам PoE IEEE 802.3af-2003 и IEEE 802.3at-2009, а так же Passive PoE от 36 до 48 В.

Перевод линейки устройств ERD на новую платформу решено было осуществлять в несколько этапов. Сперва было разработано устройство только с базовым оснащением, в которое вошли:

  • один датчик фазы;
  • два дискретных входа;
  • два дискретных выхода;
  • один вход АЦП до 72В;
  • ethernet порт 100 Мбит/с;
  • внешний порт для подключения до десяти датчиков 1-Wire (SNR-DTS-2);
  • поддержка PoE 802.3af/at и выделенный разъем питания от 8 до 18 В.


 Устройство получило название ERD-Pro-mini. Внешний вид ERD-Pro-mini представлен на рисунке 4.


Рисунок 4 – Внешний вид ERD-PRO-mini

ERD-Pro-mini нашло применение в решениях, где требовалась высокая пропускная способность порта Ethernet и электропитание по стандарту PoE 802.3af/аt.

 

2. Постановка задачи

При всех достоинствах ERD-Pro-mini, были и некоторые недостатки. В частности, в процессе эксплуатации ERD-Pro-mini выяснилось, что из-за специфики корпуса возникали случаи ошибочной подачи напряжения питания на контакты, не предназначенные для этого, что, в свою очередь, приводило к необратимым повреждениям устройства и последующему обращению в сервисный центр компании НАГ.

Напротив, признанным достоинством ERD-3 был удобный корпус, возможность модульного расширения и наличие интерфейсов RS-232 и RS-485, а "узким" местом был 8-битный контроллер ATmega328 с его 32 Кбайтами флэш-памяти против 1024 Кбайт у STM32F407. Если клиент просил реализовать какую-нибудь новую функцию, то для этого приходилось вырезать какую-нибудь другую. Так и появилась задача объединения всего лучшее от ERD-3 и ERD-Pro-mini.

 

3. Аппетит приходит во время еды

С самого начала разработки было очевидно, что площадь печатной платы ERD-3 примерно в 1,5 раза меньше чем у ERD-PRO-mini. Это требовало некоторого повышения плотности расположения электронных компонентов, что в свою очередь, предъявляло более высокие требования к точности изготовления печатной платы. Тем не менее, эта задача сама по себе не представляла трудностей. Но как только команда разработчиков приступила к выработке технического задания и определению характеристик нового устройства, выяснилось, что помимо стандартной оснастки ERD-3 и ERD-PRO-mini, разрабатываемое устройство должно обладать совершенно новыми свойствами и характеристиками. В частности, на борту устройства дополнительно требовалось разместить:

  • защиту от смены полярности напряжения питания;
  • повышающий DC/DC-преобразователь 12В, для питания внешних датчиков;
  • понижающий DC/DC-преобразователь 5В, совместимый со стандартами PoE;
  • цепи резервирования при питании от PoE и через выделенный разъем питания;
  • прецизионный DAC (ЦАП), для осуществления функции PID-регулирования;
  • мощное силовое реле, для коммутации нагрузок с напряжением до 250 В и током до 10 А;
  • пять комбинированных портов входов и выходов, так называемые порты DIO (digital input/output);
  • самовосстанавливающиеся предохранители, для защиты портов DIO и порта DAC,
  • дополнительную внешнюю энергонезависимую память для хранения настроек и результатов измерения.


В дополнение к вышеперечисленному списку,  новое устройство должно было обеспечивать среднее время наработки на отказ 75000 часов, а также удовлетворять требованиям по устойчивости к электромагнитным воздействиям для оборудования информационных технологий, согласно ГОСТ CISPR 24-2013.

Разрабатываемое устройство решено было назвать "Многофункциональный контроллер SNR-ERD-4" или сокращенно просто ERD-4.

Далее, началось проектирование принципиальной схемы, подбор компонентов и изготовление первых опытных образцов. Этот процесс лучше всего характеризуется цитатой основателя Tesla Motors и SpaceX Илона Маска:

"Если что-то не развалилось, значит, вы недостаточно хорошо изобретаете".

Для того, чтобы обеспечить требуемые характеристики надежности и устойчивости к электромагнитным воздействиям, инженерами компании НАГ выполнено тщательное моделирование процесса работы устройства. Для подтверждения результатов моделирования опытные образцы подвергались различным экспериментам. На рисунке 5 представлен опытный образец ERD-4 во время испытания на устойчивость к воздушным электростатическим разрядам напряжением 8 кВ.

Испытание ERD-4 на устойчивость к электростатическим разрядам
Рисунок 5 – Испытание ERD-4 на устойчивость к электростатическим разрядам

Помимо электростатики, ГОСТ CISPR 24-2013 требует, чтобы устройство было устойчиво к следующим видам помех:

  • электромагнитное поле с частотами от 80 МГц до 1 ГГц с напряженностью 3 В/м;
  • электромагнитное поле промышленной частоты с напряженностью 1 A/м;
  • кондуктивные помехи, наведенные полями с частотой от 150 кГц до 80 МГц с амплитудой 3В;
  • наносекундные импульсные помехи с амплитудой 2 кВ;
  • микросекундные импульсы большой энергии с амплитудой 1 кВ.


На рисунке 6 представлен ERD-4 во время испытания на устойчивость к наносекундным импульсным помехам.


Рисунок 6 – Испытание ERD-4 на устойчивость к наносекундным импульсным помехам

На рисунке 7 представлен ERD-4 во время испытания на устойчивость к микросекундным импульсам большой энергии.


Рисунок 7 – Испытание ERD-4 на устойчивость к микросекундным импульсам большой энергии

Также были проведены испытания в климатических камерах, замеры предельных напряжений и токов. Все выявленные несоответствия устранялись, изготавливались новые образцы и снова подвергались испытаниям. Внешний вид итоговой печатной платы представлен на рисунке 8.

Внешний вид печатной платы ERD-4
Рисунок 8 – Внешний вид печатной платы ERD-4

Из всех новинок ERD-4, отдельно стоит остановиться на описании работы портов DIO и выхода DAC.

Фрагмент принципиальной схемы одного из портов DIO приведен на рисунке 9. Особенность их реализации заключается в том, что каждый порт может работать как на вход (режим DI), так и на выход (режим DO). Достигается это тем, что микроконтроллер подключен к каждому порту двумя выводами GPIO через специальные развязывающие цепи D11 и Q17. Данное решение позволило увеличить гибкость ERD-4. Пользователь теперь может сам определить необходимую конфигурацию портов. Например, конфигурация "5 входов + реле" будет полезна в тех приложениях, где необходимо подключить большое кол-во датчиков с релейным выходом (охрана периметра,  контроль протечек воды). Реле в данной конфигурации может включать сирену или насос откачки грунтовых вод. Если пользователю необходимо управлять большим количеством реле, контакторов или пускателей, то он может использовать конфигурацию "5 выходов + реле". Между этими двумя крайностями возможны любые промежуточные конфигурации: "2 входа + 3 выхода", "4 входа и 1 выход" и т.д.

Также, впервые в серии ERD, выходы ERD-4 могут коммутировать нагрузки с напряжением питания до 48В и с номинальным/импульсным током до 0.5/1А. Это позволяет значительно расширить возможности сопряжения ERD-4 с внешними коммутационными приборами и нагрузками. В частности,  могут быть использованы широко распространенные реле на 12 В и на 24 В. Если же предполагается использовать пятивольтовые коммутационные приборы, такие как розетки SNR-SMART, то встроенный источник напряжения позволяет питать нагрузки суммарным током до 2 А.


Рисунок 9 – Фрагмент принципиальной схемы порта DIO

Функция DAC была добавлена в устройство для того, чтобы осуществлять управление различными вентиляционными заслонками, водопроводными вентилями и прочими приборами, входом которых является унифицированный сигнал 0-10 В. Порт DAC может управляться алгоритмом PID-регулирования, который позволяет поддерживать заданную величину температуры, напряжения или тока с очень высокой точностью, несмотря на изменение внешних условий объекта управления. Помимо базовой функции, порт DAC имеет альтернативный режим работы. В этом режиме порт может служить в качестве источника питания напряжением 12 В для подключения внешних активных датчиков или реле. Максимальный выходной ток порта DAC в режиме источника питания - 100 мА. Режим работы порта определяется настройками.

Устройство ERD-4 доступно в четырех исполнениях.  Варианты исполнения перечислены в таблице 1.

Таблица 1 – Варианты исполнения ERD-4 и их обозначения

Специально для ERD-4 были разработаны два мезонинных радиомодуля. Один для работы с GSM/GPRS, а другой - для сетей ISM диапазона 868 МГц.

Модуль GSM/GPRS позволяет осуществить резервное подключение по GSM/GPRS и управление через SMS. Модуль для сетей ISM 868 позволяет подключать различные беспроводные датчики, такие как счетчики импульсов, тепловычислители, датчики фазы и пр. Внешний вид печатной платы ERD-4 c мезонинным модулем ISM 868 представлен на рисунке 10, с модулем GSM/GPRS на рисунке 11. Общий внешний вид SNR-ERD-4S представлен на рисунке 12.

Детальное описание режимов работы, поддерживаемых функций и характеристик ERD-4 представлено в Руководстве по эксплуатации.


Рисунок 10 – Внешний вид печатной платы ERD-4


Рисунок 11 – Внешний вид печатной платы ERD-4


Рисунок 12 – Внешний вид многофункционального контроллера SNR-ERD-4

 

Заключение

Многофункциональный контроллер ERD-4 – это переход на новый уровень. Устройство стало надежней в работе, устойчивей к ошибкам пользователя и внешним электромагнитным возмущениям. ERD-4 обладает широким функционалом и отличной гибкостью конфигурации. Отдельно стоит отметить готовность команды разработчиков  реализовать любую идею заказчика. ERD-4 востребован на узлах связи, в ЦОДах, в различных шкафах с оборудованием для автоматизации контроля среды, контроля периметра, а так же при решении задач телеуправления различными нагрузками.

Подробней с характеристиками устройств семейства ERD можно ознакомиться на сайте компании ООО "НАГ".

От редакции: если у вас есть чем поделиться с коллегами по отрасли, приглашаем к сотрудничеству
Ссылка на материал, для размещения на сторонних ресурсах
/articles/article/29994/snr-erd-4-avtomatizatsiya-dlya-iskushennyih.html

Комментарии:(80) комментировать

6 сентября 2016 - 1:20
Robot_NagNews:
#1

Материал:
В этой статье мы рассмотрим эволюцию контроллеров семейства ERD, как оперативный ответ на развитие отрасли и возникающие задачи, а также опишем возможности современного флагмана семейства – ERD-4.

Полный текст


6 сентября 2016 - 1:20
AlexPan:
#2

Круть неимоверная... Только вот смотришь количество на складе и понимаешь, что это все не для проектов. Пока кому предложишь, договор подпишешь, а нет ничего! Так что в розницу кому может и пригодится!


6 сентября 2016 - 9:53
Dmitry Polyakov:
#3

Просмотр сообщенияAlexPan (06 сентября 2016 - 00:20) писал:

Круть неимоверная... Только вот смотришь количество на складе и понимаешь, что это все не для проектов. Пока кому предложишь, договор подпишешь, а нет ничего! Так что в розницу кому может и пригодится!


в течении недели вам подготовят 100 штук, а в течении месяца 500шт. делайте заказ.


6 сентября 2016 - 10:06
a.kazancev:
#4

Просмотр сообщенияAlexPan (06 сентября 2016 - 00:20) писал:

Круть неимоверная... Только вот смотришь количество на складе и понимаешь, что это все не для проектов. Пока кому предложишь, договор подпишешь, а нет ничего! Так что в розницу кому может и пригодится!



Спасибо за Ваш комментарий. Мы постараемся учесть Ваше пожелание.

Каким, по Вашему мнению, должен быть неснижаемый остаток ERD на складе для того, чтобы можно было рассматривать данные устройства для проектов?
Наши производственные мощности позволяют в течении 6-7 недель изготавливать до 1000 шт. ERD-4. Отгрузка возможна частями.


6 сентября 2016 - 14:47
AlexPan:
#5

6-7 недель - это либо очень крупный проект, либо очень терпеливый заказчик... И того, и другого - очень мало!
По этому лучше взять что то публичное, которое на каждом шагу есть, например Raspberry Pi 3. Стоит 3 250,61руб, порты туда можно навесить, дополнительного оборудования море.
http://www.electrons...model-b-2092497
А у вас только прожекты. Вот на КРОСС показывали систему съема показаний счетчиков. Контроллеров на складе 2 шт, 5 шт... Это для кого, это для чего?
Получилась у вас централизованная система хорошая, которой не у кого нет, так и продавайте её. Вот хорошая идея была с облачным сервисом снятия показаний.
А с контроллерами у вас всегда швах был! Так может уже не свое разрабатывать, а готовое взять?


6 сентября 2016 - 14:54
jab:
#6

Просмотр сообщенияAlexPan (06 сентября 2016 - 13:47) писал:

А с контроллерами у вас всегда швах был! Так может уже не свое разрабатывать, а готовое взять?



:-) У netping'а например. Все-таки больше 10 лет на рынке, про который в статье врут, что его не было.


6 сентября 2016 - 15:10
AlexPan:
#7

Netping такая же поделка под конкретную задачу. Имело смысл для удешевления. Сейчас проще взять универсальный контроллер с linux и что угодно на нем запустить или запрограммировать. Теперь ценность не в контроллере, а в комплексном решении задачи. Или в продукте, который можно на рынок предложить. Вот могу я предложить съем показаний всяких счетчиков своим клиентам и еще куча операторов тоже могут. Предложите готовое решение. Мы либо купим, либо как SAAS возьмем. Так нету! И контроллеров нету. Их оказывается надо как то заказывать. Так напишите в лавке - доступны для заказа. Контора вроде одна, а правила разные. А мы догадайся сам или на форуме вычитай! Сейчас вот еще обидятся, что они всей душой, а тут критиканы собрались, вместо что бы восхититься новейшей разработкой пинговалки с термометром... Мы вот несколько раз собирались внедрить их систему сбора показаний для ЖКХ. Каждый раз заходили на страничку продажи контроллеров и забивали на эту идею. А оказывается надо было заказывать. Вот ведь незадача! Я скажу честно, больше не хочу зависеть от производственных планов NAG. У меня куча проектов сорвалась в свое время, когда что то надо, а в NAG кончилось... И с языком на шее ищешь аналог на рынке!


6 сентября 2016 - 15:38
a.kazancev:
#8

Просмотр сообщенияAlexPan (06 сентября 2016 - 13:47) писал:

Вот на КРОСС показывали систему съема показаний счетчиков. Контроллеров на складе 2 шт, 5 шт... Это для кого, это для чего?


Москва не сразу строилась). Упомянутая система находится на этапе финального тестирования. Как закончим, так выложим документацию и увеличим запасы готовой продукции.

Просмотр сообщенияAlexPan (06 сентября 2016 - 13:47) писал:

А с контроллерами у вас всегда швах был! Так может уже не свое разрабатывать, а готовое взять?


Поясните в чем собственно этот швах заключается?

Просмотр сообщенияjab (06 сентября 2016 - 13:54) писал:

:-) У netping'а например. Все-таки больше 10 лет на рынке, про который в статье врут, что его не было.


Да, есть такая замечательная компания. Однако, в статье сказано, что рынка автоматизации не было, а не компании "netping". Справедливости ради стоит заметить, что и они приложили усилия в решении упомянутых проблем.


6 сентября 2016 - 15:59
jab:
#9

Просмотр сообщенияa.kazancev (06 сентября 2016 - 14:38) писал:

Да, есть такая замечательная компания. Однако, в статье сказано, что рынка автоматизации не было, а не компании "netping". Справедливости ради стоит заметить, что и они приложили усилия в решении упомянутых проблем.



:-))) Ну да, ну да. Эффект наблюдателя. Если Вас на рынке не было, то значит и рынка не было. Достаточно сравнить выставки промавтоматизации 20 лет назад, 10 лет назад и сейчас.


6 сентября 2016 - 16:38
a.kazancev:
#10

Просмотр сообщенияjab (06 сентября 2016 - 14:59) писал:

:-))) Ну да, ну да. Эффект наблюдателя. Если Вас на рынке не было, то значит и рынка не было. Достаточно сравнить выставки промавтоматизации 20 лет назад, 10 лет назад и сейчас.



Есть и иное мнение. http://www.pta-expo....iew/okladnikov/


Обсудить на форуме

Оставлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи

Зарегистрироваться