КОНТРОЛЛЕР

Полезная модель относится к вычислительной технике, в частности к многофункциональным программно-аппаратным комплексам модульной конструкции, и предназначена для контроля и управления технологическим оборудованием, сбора, измерения и обработки аналоговых и дискретных электрических сигналов, а также выдачи сигналов управления в автоматизированной системе управления технологическим процессом (АСУТП) газодобывающей, газоперерабатывающей, энергетической и других отраслях промышленности.
Из уровня техники известен многопроцессорный контроллер для управления сложным технологическим объектом, содержащий блок формирования географического адреса, интерфейсы последовательной системной шины, процессорные модули, состоящие из соединенных внутренней шиной процессора, блока памяти, блока логического управления, субмодулей ввода-вывода, интерфейсов измерения и управления объектом, при этом процессорные модули объединены дублированной детерминированной локальной сетью нижнего уровня в кластеры (RU 2263952, 10.11.2005).
Известен микропроцессорный контроллер технологических установок, Содержит блок контроллера, включающий модуль процессора, оперативное запоминающее устройство, энергонезависимую память, модули ввода и вывода аналоговых и дискретных сигналов, модули интерфейсной связи и блоки питания, и взаимодействующую с блоком контроллера панель оператора, снабженную буквенно-цифровым экраном и клавиатурой управления. В схему его электропитания включен блок защиты сети от импульсных перенапряжений (RU 32301, 10.09.2003).
Наиболее близкой к предложенной полезной модели является контроллер, представляющий собой многоцелевой проектно-компануемый комплекс и содержащий модуль базовой платы; модуль центрального процессора; модули устройств связи с объектом (ввода-вывода); модуль питания (Зимин В.А., Гриценко О.Ф., Фокин О.Ф., Контроллер ЭЛПК-03 фирмы Элна, Журнал «Промышленные АСУ и контроллеры», 2003, №6, с.7, 8).
Недостатками данных конструкций является грамоздкость конструкции и сложность в обслуживании.
Задача, на решение которой направлена предложенная полезная модель, заключается в создании такой конструкции контроллера, которая позволяет потребителю решать различные задачи контроля и управления технологическим оборудованием и быстро перестраивать или наращивать контроллер в случае изменения параметров объекта управления, а также которая исключала бы указанные выше недостатки.
Технический результат, достигаемый при реализации данной полезной модели, заключается в уменьшении габаритных размеров контроллера и облегчения доступа для обслуживания и ремонта за счет оптимизации компоновки контроллера в целом.
Указанный технический результат в контроллере, содержащем модуль базовой платы, модуль центрального процессора, модули устройств связи с объектом и модуль вторичного питания, достигается тем, что содержит несущую рамку, на которой закреплен модуль базовой платы, с установленными на ней модулями центрального процессора, устройств связи с объектом и вторичного питания и блоки сопряжения с объектом управления.
Модули центрального процессора и/или устройств связи с объектом, или вторичного питания или блоки сопряжения с объектом управления установлены с двух сторон несущей рамки.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена несущая рамка с модуль базовой платы, на которой с установлены модуль процессора и устройств связи с объектом; на фиг.2 - несущая рамка с модуль базовой платы, на которой с установлены модуль вторичного питания и базовый узел модуля.
Контроллер (ЭЛПК-03) содержит несущую рамку 1, на которой закреплен модуль базовой платы 2, с размещенными/установленными на ней модулем центрального процессора 3, модулями 4 устройств связи с объектом, модулем вторичного питания 5 и блоками сопряжения с объектом управления (не показаны).
Состав программно-технических средств контроллера позволяет создавать как простые (одноуровневые), так и сложные (многоуровневые) системы автоматизированного управления.
Все составные части контроллера являются функционально и конструктивно законченными изделиями. Конструкция контроллера позволяет встраивать его в монтажные шкафы любой конфигурации.
По условиям эксплуатации, хранения и транспортировки контроллер соответствует
требованиям ГОСТ Р 51841-2001, ГОСТ 12997-84 и ТУ 4252-001-17478251-03.
Функции, выполняемые контроллером:
- запись в контроллер прикладных программ пользователя, выполненных на языках высокого уровня;
- сбор, регистрация, измерение, хранение, обработка аналоговых, дискретных сигналов от датчиков управления и сигналов от терморезисторных датчиков (RTD) и термопар - опционально;
- формирование и выдача на объект управления аналоговых и дискретных сигналов постоянного и переменного тока;
- контроль, управление и автоматическое регулирование технологических процессов и объектов управления в составе автоматизированных систем управления по заданной прикладной технологической программе;
- оперативный ввод и изменение уставок, коэффициентов и параметров управления;
- обмен информацией с другими контроллерами или с системами высокого уровня по стандартным интерфейсам (RS-232, ETHERNET);
- ввод данных с клавиатуры и их отображение на дисплее;
- контроль и самодиагностику работы контроллера и составляющих модулей.
В состав контроллера входят следующие модули и узлы:
- Модуль базовой платы (МБП);
- Модуль центрального процессора (МЦП);
- Модули устройств связи с объектом (ввода - вывода) (УСО);
- Модуль вторичного питания (МП).
Модуль МБП закреплен на несущей рамке контроллера и обеспечивает размещение на нем функциональных модулей контроллера: МЦП, УСО, МП и блоков сопряжения с объектом управления с двух сторон, а также вторичных преобразователей (+5В ±5%) для питания функциональных модулей.
Модуль МЦП обеспечивает прием и обработку информации, поступающей в модули УСО от объекта, управление работой модулей УСО по межмодульному интерфейсу (ММИ), запись, чтение и хранение информации, в том числе пользовательских прикладных программ работы контроллера, обмен информацией с внешними устройствами.
Модули УСО включают в себя:
- Модули ввода дискретных сигналов (МПЦ), обеспечивающие прием и регистрацию дискретных сигналов постоянного тока;
- Модули вывода дискретных сигналов (МТЦ), обеспечивающие выдачу дискретных сигналов управления постоянного тока;
- Модули ввода аналоговых сигналов (МАЦП), обеспечивающие прием и измерение (аналого-цифровое преобразование) входных аналоговых сигналов напряжения;
- Модули вывода аналоговых сигналов (МЦАП), обеспечивающие выдачу аналоговых сигналов управления постоянного напряжения.
Модуль МП используется в контроллере в качестве источника вторичного питания +5В ±5%.
Контроллер обеспечивает обмен информацией:
- по сети Ethernet (минимальная скорость 100 (10BASE-T) по стандарту IEEE 802.3);
- по последовательному асинхронному каналу связи RS-232 (через модуль МЦП) со следующими параметрами:
1) скорость передачи 19200 бит/с;
2) физическая линия - витая пара проводников длиной до 15 м.
Модуль МБП предназначен для механического крепления и электрического соединения между собой модуля процессора (МПР) и модулей УСО при помощи разъемов и винтов. Количество устанавливаемых модулей УСО может быть от 1 до 16.
Модуль МБП обеспечивает совместную работу модулей УСО по внутреннему байтовому интерфейсу ММИ и его преобразование в интерфейс ISA для модуля МЦП.
Модуль МБП обеспечивает питание модуля МЦП и модулей УСО напряжением +5 (±0.25) В по цифровой, аналоговой шинам и шине индикации.
Модуль МЦП состоит из следующих составных частей:
- модуля МПР (16-разрядный AMD ELAN520 с 32-64 Мбайт ОЗУ и тактовой частотой 133 МГц или Celeron 400 MHz, ОЗУ SDRAM 64-256 Мбайт или форм-фактор ЕТХ или форм-фактор РС/104;
- LCD/VGA видеоконтроллер 69000 с памятью объемом 2 Мбайт или AGP4x видеоконтроллер VT8606 память до 32 Мбайт или Ampro ETX700 - Low Voltage Pentium III 933 MHz, ОЗУ SDRAM 256-512 Мбайт, 4 - USB 1.1,1 - RS232 или Celeron 400 MHz, ОЗУ SDRAM 64-256 Мбайт;
- микросхема электронной памяти CompactFlesh 64 Мб - 1Гб, содержимое которой сохраняется при отключении питания, или энергонезависимая память - CompactFlesh 256 Мб - 8Гб или видеоконтроллер S3 Savege AGP4x, 32 Мб UMA Frame Buffer или энергонезависимая память - CompactFlesh 256 Мб - 8Гб;
- сторожевой таймер на основе микросхемы LTC1232 или флеш диск 4-16 Гб (33/66/100 IDE interface);
- Ethernet контроллер Intel PRO 100 (10BASE-T) или Ethernet контроллер Intel 82551 ER (10BASE-T/100BaseTX) или Ethernet контроллер Intel 82551 ER (10BASE-T/100BaseTX) или Ethernet контроллер Intel 82551 ER (10BASE-T/100BaseTX);
- шина РС/104 (ISA 16-бит), посредством которой модуль МПР связан с модулем базовой платы МБП, или шина РС/104 (ISA 16-бит), посредством которой МПР связан с модулем базовой платы МБП, или платы МЦП-02 (рис.8) обеспечивающей преобразование интерфейса ISA в ММИ, с установленными на ней стандартными разъемами Ethernet, USB, VGA, клавиатура/мышь, СОМ, или платы МЦП-03, обеспечивающей преобразование интерфейса ISA в ММИ.
Поддерживаемое программное обеспечение (ПО) - ОС DOS 6.22, Win СЕ, Win 2000, Win XP.
Конструктивно все модули УСО контроллера ЭЛПК-03 состоят из базового узла модуля 6 (БУМ) и установленных на нем функциональных узлов дискретных и аналоговых модулей. Узел БУМ представляет собой плату на которой установлены разъемы ММИ, последовательного межмодульного интерфейса SPI (используется для обеспечения совместной работы модулей МТЦ и МПЦ в режиме мультиплексора и для проверки/замены программного обеспечения при наладке узла), внешнего клеммника для подключения входных/выходных сигналов и восьми слотовых разъемов для установки функциональных узлов.
Узел БУМ работает под управлением микропроцессора ф. Atmel серии AVR, имеющего быструю RISC-систему команд, что позволяет ускорить сканирование функциональных модулей, проведение расчетов при градуировке и получении результатов АЦП и обеспечить функции автоматического сканирования при работе модулей в составе мультиплексора.
Связь с модулем МПЦ контроллера осуществляется посредством материнской платы МБП по параллельному байтовому интерфейсу ММИ через регистры управления. ММИ представляет собой 8-ми битовую мультиплексированную шину данных и адресов со стробом фиксации адреса и стробами чтения-записи.
.i
.2
пит.1
пит.2
Модуль МПЦ конструктивно состоит из БУМ и устанавливаемых на него восьми 2-х канальных узлов ввода УПЦ, разбитых на две группы по 8 каналов (по 4 узла в каждой группе) Каждая из групп имеет общий вывод GND и GND соответственно или питается от своего напряжения питания U и U соответственно. Группы каналов гальванически развязаны между собой и относительно общей шины контроллера.
Индикация состояния входных каналов модуля осуществляется светодиодами, расположенными на верхней части узлов УПЦ.
Модуль МПЦ также обеспечивает автоматический контроль работоспособности узлов УПЦ. Контроль происходит после каждого цикла ввода. При обрыве (отсутствии) узла, неисправности канала узла или другой неисправности модуль выдает код ошибки.
Электрическая изоляция каналов, расположенных на узлах ввода УПЦ, относительно общей шины контроллера и других узлов модуля (гальваническое разделение) должна выдерживать напряжение не менее 500 В постоянного тока.
Модуль МАЦП предназначен для преобразования в цифровой код аналоговых сигналов напряжения. Конструктивно модуль состоит из БУМ и устанавливаемых в него узлов модуля аналого-цифрового преобразования УАЦП.
Модуль МАЦП имеет 2 модификации, отличающиеся количеством входных сигналов и быстродействием. Эффективная разрядность МАЦП модулей не менее 14 бит.
Одна из модификаций МАЦП содержит 8 независимых измерительных каналов аналогового ввода, каждый канал имеет по одному аналоговому входу. Все 8 входов являются гальванически разделенными. Время преобразования сигнала по всем 8 каналам в (время от изменения сигналов на входе до выдачи значений в канал ММИ) не более 20 мс.
В другой модификации МАЦП имеется 16 входов, что достигается использованием в каждом из 8-ми измерительных каналов по 2 аналоговых входа. Гальванически разделены 2 группы по 8 входов. Время преобразования сигнала по 16 каналам в модуле МАЦП-03-16 (время от изменения
сигналов на входе до выдачи значений в канал ММИ) составляет не более 500 мс.
При нормальных условиях эксплуатации пределы допускаемой основной приведенной погрешности каналов МАЦП не более 0,1%. Погрешность от изменения напряжения питания ±10% не превышает основной погрешности. Ослабление помехи общего вида на постоянном токе не менее 70 дБ. Ослабление помехи общего вида на частоте 50 (60) Гц не менее 80 дБ.
Модуль МАЦП также обеспечивает автоматический контроль работоспособности узлов УАЦП. При обрыве (отсутствии) узла, неисправности канала узла или другой неисправности модуль выдает код ошибки.
Электрическая изоляция измерительных входов, расположенных на узлах УАЦП, относительно общей шины контроллера и других узлов модуля (гальваническое разделение) должна выдерживать напряжение не менее 500 В постоянного тока.
Модуль МЦАП предназначен для выдачи аналоговых сигналов управления постоянного тока. Конструктивно модуль состоит из БУМ и 4 функциональных узлов цифро-аналогово преобразования УЦАП, устанавливаемых в слоты.
Эффективная разрядность МЦАП модулей составляет не менее 12 бит.
При нормальных условиях эксплуатации пределы допускаемой основной приведенной погрешности каналов МЦАП не более 0,2%. Погрешность от изменения напряжения питания на ±10% не превышает основной погрешности.