МОДУЛЬНЫЙ ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЛЕР
MODULAR DIAGNOSTIC CONTROLLER

Изобретение относится к области средств диагностики технического состояния оборудования, а именно к диагностическим контроллерам, которые преимущественно используются в составе систем АСУ ТП и компьютерного мониторинга технического состояния оборудования и монтируются в 19” шкафы или стойки.
Известна близкая по конструкции система питания электронной аппаратуры (RCP-3K1U - RCP-series-SPEC 2008-01-22 Case No.59A, Mean Well Enterprises Co., Ltd, cм. приложение 1) размером по высоте 19”-1U (44 мм), с тремя сменными модулями и разъемами внешних цепей на задней панели каркаса, с независимыми входами и возможностью горячей замены.
Недостатками данной системы являются узкая функциональность системы, отсутствие встроенных батарей, слабая защита от воздействия пыли вследствие наличия перфорации в задней части каркаса и применение подверженных загрязнению, требующих регулярного обслуживания вентиляторов охлаждения.
Известен диагностический контроллер, близкий по технической сущности к предложенному (RU 2172940, МПК G01M 15/00 от 15.07.1999) размерами 19”-5U, использующийся в системах компьютерного мониторинга, с расположенным внутри процессором, тепло от которого посредством гибкого медного теплоотвода выводится на наружную ребристую поверхность.
Недостатком данного контроллера является большой размер по высоте, высокая трудоемкость обслуживания и ремонта при замене отказавших узлов, а также значительные тепловые потери, обусловленные большой протяженностью теплоотвода, что ограничивает максимальную температуру окружающей среды при эксплуатации.
Известен диагностический контроллер, близкий по технической сущности к предложенному (RU 2165604, МПК G01M 15/00 от 15.07.1999) размерами 19”-5U, применяемый преимущественно в системах компьютерного мониторинга технического состояния оборудования, с отверстиями по краям передней панели для монтажа в промышленную стойку или шкаф, без вентиляторов и отверстий в корпусе для охлаждающего потока воздуха, с теплоотводами в виде ребристых наружных поверхностей, с закрываемым дверцей на замке отсеком на передней панели, с разъемами для подключения внешней клавиатуры, устройств интерфейса USB и кнопками управления, с разъемами на боковой стенке для подключения внешних устройств.
Недостатком данного контроллера является большой размер по высоте, низкая технологичность сборки контроллера, необходимость применения дополнительного источника бесперебойного питания для обеспечения безопасного выключения, затрудненный доступ к разъемам внешних устройств при монтаже в шкафу.
Наиболее близким аналогом для предлагаемого диагностического контроллера является компьютерная платформа, предназначенная для создания контроллеров современных систем (PxV103 - 1U Platform User Manual Version 2.03 Kontron Elektronik GmbH 0-0096-2592, см., приложение 2) промышленного применения с размерами 19”-1U, моноблочного исполнения с возможностью установки дополнительных плат обработки данных, с системой принудительного охлаждения при помощи четырех вентиляторов, с встроенным блоком питания, имеющим собственный вентилятор, со встроенным одноплатным компьютером на процессоре, охлаждаемом дополнительным вентилятором, с решетчатыми отверстиями и сменными фильтрами на передней и задней панели для очистки всасываемого охлаждающего потока воздуха, с открытыми разъемами внешних подключений на передней и задней панели.
Недостатком данного контроллера является пониженная надежность вследствие наличия движущихся частей в виде нескольких вентиляторов, а также отсутствие возможности оперативной замены отказавших узлов, так как для этого требуется отключение всех внешних соединений и разборка контроллера.
Целью изобретения является разработка контроллера повышенной надежности, удобства и оперативности работы и обслуживания на объекте эксплуатации.
Поставленная цель в предлагаемом модульном диагностическом контроллере для систем АСУТП и компьютерного мониторинга технического состояния оборудования, включающем в себя блок питания, процессор, накопитель данных, измерительные каналы с АЦП, монтируемом в промышленные шкафы и стойки 19”, имеющем высоту 1U, достигается тем, что он выполнен в виде модульной конструкции и состоит из каркаса с системой управления питанием и трех съемных функционально-законченных модулей с кондуктивным охлаждением нагревающихся элементов посредством ребристой поверхности корпуса модуля, площадь которой выполнена пропорционально рассеиваемой модулем мощности, при этом один модуль выполняет функции источника бесперебойного питания и его передняя панель выполнена ребристой, второй модуль служит для сопряжения с диагностическим оборудованием, а третий модуль выполняет функции компьютерного мониторинга состояния оборудования и управляет всем контроллером и за запираемой на ключ дверцей на его передней панели расположены разъемы для клавиатуры и обмена данными и органы управления модулем, причем каждый из модулей может быть использован самостоятельно и оснащен разъемом для соединения с каркасом, снабжен направляющими полозьями и специальным рычагом для облегчения сочленения, расчленения разъема и для фиксации модуля в каркасе, при этом разъем каждого функционального модуля в рабочем положении закрыт кромкой его кожуха, входящей в паз стенки каркаса, а разъемы задней панели контроллера для внешних соединений закрыты специальной крышкой и уплотняющими элементами кабельного ввода, что позволяет защитить соединения от воздействия пыли и воды
Поставленная цель достигается также тем, что предлагаемый диагностический контроллер содержит два модуля бесперебойного питания со встроенными батареями аккумуляторов, с независимым входом и возможностью горячей замены, а также компьютерный модуль мониторинга технического состояния оборудования.
Поставленная цель достигается также тем, что предлагаемый диагностический контроллер содержит модуль бесперебойного питания со встроенной батареей аккумуляторов и два компьютерных модуля мониторинга технического состояния оборудования.
Анализ отличительных признаков предлагаемого диагностического контроллера и обеспечиваемых ими технических результатов показал, что:
- выполнение контроллера в виде модульной конструкции, состоящей из каркаса с системой управления питанием и трех самостоятельных функционально законченных модулей, позволяет быстро и легко произвести замену неисправного модуля без отключения внешних кабельных соединений;
- выполнение разъемов для внешних соединений на задней панели закрытыми специальной крышкой и эластичными элементами кабельного ввода, а конструкции сочленения задней панели модуля с разъемом и стенки на посадочном месте каркаса с ответным разъемом таким, что при сочленении разъемы закрыты со всех сторон, позволяет защитить все соединения от воздействия пыли и воды;
- наличие двух модулей бесперебойного питания со встроенными батареями аккумуляторов и независимыми входами для каждого из них, а также компьютерного модуля мониторинга технического состояния оборудования, в том числе и состояния модулей питания, позволяет осуществлять замену одного из модулей питания без прерывания выполняемого мониторинга состояния оборудования и работу в течение некоторого определенного времени при внезапном отключении напряжения питающих сетей;
- наличие модуля бесперебойного питания со встроенной батареей аккумуляторов, компьютерного модуля мониторинга технического состояния оборудования и модуля сопряжения с диагностическим оборудованием позволяет в одном конструктивном блоке 19” высотой 1U разместить функционально законченный диагностический контроллер мониторинга состояния объектов, к которому могут быть подключены выносная клавиатура и дисплей, а также периферийные модули и датчики на оборудовании, при этом контроллер может работать определенное время после внезапного отключения напряжения питающей сети;
- наличие модуля бесперебойного питания со встроенной батареей аккумуляторов и двух компьютерных модулей мониторинга технического состояния оборудования позволяет построить диагностический контроллер с расширенными возможностями, к которому могут быть подключены выносная клавиатура и дисплей, а также внешние устройства сопряжения с диагностическим оборудованием, при этом контроллер может работать определенное время после внезапного отключения напряжения питающей сети.
Сущность изобретения поясняется чертежами фиг.1-5, на которых изображен контроллер высотой 1U, выполненный в виде модульной конструкции, включающей в себя каркас 1, снабженный кронштейнами 2 с отверстиями для крепления в шкафу 19”, задней панелью 3 с разъемами питающей сети двух видов 4, 5 и другими разъемами 6 для подключения внешних устройств, встроенной системой управления питанием 7, направляющими пазами 8, разъемами 9 на стенке 10 каркаса для подключения сменных модулей. Три сменных функционально законченных модуля 11, 12, 13, например (Фиг.4) модуль питания 11, модуль сопряжения с объектом 12 и модуль компьютерный 13, или (Фиг.3) - два модуля питания 11, 12 и модуль компьютерный 13, или (Фиг.5) - модуль питания 1 и два модуля компьютерных 12, 13. Модули 11-13 оснащены ребристой верхней стенкой 14, индикаторами состояния 15, лицевой панелью, ребристой 16 или с дверцей 17, за которой расположена интерфейсная панель 18 с направляющими полозьями 19 на боковых стенках и специальным рычагом 20 для облегчения установки и снятия модуля. Снизу содержимое функционального модуля закрыто кожухом 21 из листового материала, например стали. Разъемные соединения со стороны задней панели 3 расположены в отсеке, снабженном элементом крепления кабелей 22, и защищены эластичным пластинчатым кабельным вводом 23, например, из резины и металлической крышкой 24 с двумя невыпадающими винтами.
Кронштейны 2 выполнены в виде угольников с отверстиями и предназначены для крепления контроллера на полке шкафа 19” (DIN 41494). При использовании в настольном варианте кронштейны могут быть демонтированы, а отверстия под них на боковых стенках каркаса и аналогичные заглушенные винтами в задней части боковых стенок, могут быть использованы для объединения аналогичных контроллеров в вертикальные функциональные блоки.
Модульная конструкция контроллера обеспечивает возможность оперативной замены и обслуживания функциональных модулей. Направляющие полозья 19 и специальный рычаг с замковым устройством 20 на функциональных модулях упрощает установку и снятие модуля с каркаса 1, облегчает преодоление усилия сочленения и расчленения разъема, защищает разъем от повреждения вследствие перекосов, фиксирует модуль в рабочем положении и предусматривает возможность пломбирования для ограничения несанкционированного доступа.
Наличие на задней панели 3 контроллера независимых разъемов 4 и 5 питающей сети двух видов, системы управления питанием 7, а также наличие в модулях питания 11 и 12 встроенных аккумуляторных батарей обеспечивает бесперебойную работу контроллера при внезапном отключении напряжения в одной из сетей, обеспечивает возможность горячей замены модулей питания, а при длительном отключении питания обуславливает корректное завершение работы контроллера.
На задней панели 3 имеются разъемы 6 для внешних соединений модулей с периферийным оборудованием, средствами коммуникации и устройствами интерфейса оператора, например дисплеем и клавиатурой, а также связи между функциональными модулями. Управление питанием осуществляется по внутренней последовательной шине. Вблизи задней панели имеется планка крепления кабелей 22 с пазами под эластичные хомуты и эластичный пластинчатый кабельный ввод 23 с прорезями под кабели. В сочетании с крышкой 24 кабельный ввод защищает соединения от воздействия пыли и воды. Крышка крепится двумя невыпадающими винтами, а для снятия сдвигается назад и не требует наличия дополнительного пространства над контроллером
Модули 11, 12, 13 являются функционально законченными устройствами, способными работать самостоятельно, оснащены ребристыми верхними стенками 14, а модули питания ребристой лицевой панелью 16, выполняющими роль охлаждающих элементов, площадь которых выполнена пропорционально выделяемой модулем мощности. Лицевая панель компьютерного модуля оснащена запираемой дверцей 17, за которой размещена интерфейсная панель 18 с кнопками управления и разъемами дополнительных устройств, таких как клавиатура, устройства обмена данными и других. Каждый модуль оснащен П-образным кожухом 21 из листового материала, например стали. Кромка кожуха в рабочем положении входит в паз с эластичным уплотнителем, предусмотренный на стенке 10 с разъемами 9 каркаса, обеспечивая защиту соединения от внешних воздействий.
Модульный диагностический контроллер работает следующим образом.
Устанавливают каркас 1 на полку шкафа 19” и закрепляют четырьмя винтами через отверстия в кронштейнах 2. Откручивают два невыпадающих винта на крышке 24, сдвигают ее назад и снимают. К разъемам питания 4 и 5 подключают кабели питающих сетей, к другим разъемам 6 подключают кабели периферийных устройств, таких как клавиатура, дисплей и других, кабели компьютерных сетей, кабели выносного диагностического оборудования. Кабели закрепляют на планке 22 при помощи, например, пластмассовых хомутов-стяжек, пропуская их в пазы планки. Кабели выпускают через щелевые прорези эластичного кабельного ввода 23. Крышку 24 надвигают на каркас 1 и закрепляют двумя невыпадающими винтами. В каркас 1 по направляющим пазам 8 полозьями 19 задвигают функциональный модуль, например, 13 до легкого соприкосновения разъема модуля с разъемом 9 на стенке 10 каркаса 1. Рычаг 20 поворачивают от себя вверх и в сторону каркаса 1 до щелчка, свидетельствующего о полном сочленении разъемов. Рычаг пломбируют мастикой пломбировочной на панели модуля 13. Таким же образом устанавливают другие функциональные модули 11, 12. На компьютерном модуле открывают дверцу 17 и нажатием кнопки включения на интерфейсной панели 18 запускают работу контроллера, о чем свидетельствует свечение индикаторов 15 на панелях модулей. При необходимости к модулю 13 подключают устройства обмена информации и дополнительную клавиатуру посредством разъемов на интерфейсной панели 18 за дверцей. Для снятия модуля рычаг 20 поворачивают вниз в сторону от каркаса до упора, предварительно освободив рычаг от фиксации сжатием двумя пальцами. При этом разъемы 9 полностью расчленяются, и, легко потянув за рычаг, 20 модуль выдвигают из каркаса. При внезапном отключении напряжений всех питающих сетей система управления питанием 7 переключает контроллер на питание от встроенных аккумуляторных батарей и информирует об этом компьютерный модуль 13, а он завершает все выполняемые процессы и выключает все модули. Замену одного из модулей питания осуществляют в рабочем режиме без отключения питания. Завершение работы контроллера осуществляется с клавиатуры или посредством компьютерной сети в зависимости от настроек программного обеспечения, установленного на контроллере.
В случае с одним модулем питания 11, модулем сопряжения с оборудованием 12 и компьютерным модулем 13 (фиг.4) для смены модуля 12 нет необходимости отключать питание, а при внезапном отключении питающей сети компьютерный модуль 13 завершит все выполняемые процессы и выключит контроллер.
В случае с одним модулем питания 11 и двумя компьютерными модулями 12, 13 (фиг.5) включением и выключением управляет компьютерный модуль 13.
Таким образом, предлагаемый диагностический контроллер обеспечивает повышение надежности, удобства и оперативности работы и обслуживания контроллера на объекте эксплуатации путем создания модульной конструкции с кондуктивным охлаждением нагревающихся частей, возможностью «горячей» замены неисправных модулей, бесперебойной работы контроллера при внезапном отключении напряжения в одной из сетей, а при длительном отключении питания обуславливает корректное завершение работы контроллера.