ПРОГРАММИРУЕМЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЛЕР

Полезная модель относится к области вычислительной техники, а именно к программируемым логическим контроллерам (ПЛК), и может быть использована в составе распределительных систем управления (РСУ) на объектах нефтяной, газовой, угольной, горнорудной и нерудной, энергетической, химической и нефтехимической промышленности, черной и цветной металлургии, машиностроении и металлообработке и других отраслях.
Как правило, ПЛК состоят из двух основных блоков: процессорного модуля и системы ввода/вывода внешних сигналов. Процессорный модуль управляет всей логикой работы ПЛК и включает процессор и память. Система ввода/вывода подключается к полевому оборудованию (датчикам и исполнительным механизмам) и обеспечивает интерфейс между процессорным модулем и информационными (входами) и управляющими (выходами) каналами.
Из уровня техники известен контроллер с системой удаленного ввода/вывода LB производства Pepperl+Fuchs, включающей корпус с объединительной платой, оснащенной слотами расширения для установки модулей разных типов, модули ввода/вывода, интерфейсный модуль и модуль питания, обеспечивающий питание модулей ввода/вывода и интерфейсного модуля (см. сведения в сети Интернет: https://www.pepperl-fuchs.com/russia/ru/classid_1722.htm).
Также известен контроллер с системой удаленного ввода/вывода MTL8000 производства Eaton, включающей корпус с объединительной платой со встроенными разъемами, источники питания, интерфейсные модули и модули ввода/вывода (см. сведения в сети Интернет http://emi-rus.com/images/emi/rita/80001.pdf).
Известные системы содержат большое количество компонентов и внутришкафных линий коммутации, а также значительно удаленные друг от друга элементы системы. Кроме того, в данных системах для организации электропитания полевых устройств используют промежуточные клеммники. Все это усложняет монтаж, эксплуатацию и обслуживание системы, в также негативно сказывается на ее надежности и отказоустойчивости, времени реакции на событие. Также недостатками известных контроллеров является недостаточная гибкость системы и канальная емкость.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является разработка усовершенствованного программируемого логического контроллера, лишенного недостатков вышеуказанных аналогов, а также расширение арсенала технических средств указанного назначения.
Технический результат полезной модели заключается в повышении удобства монтажа, эксплуатации и обслуживания программируемого логического контроллера.
Технический результат достигается тем, что программируемый логический контроллер содержит модули для установки субмодулей, субмодуль центрального процессора, интерфейсный субмодуль и субмодули ввода/вывода, разъемы для подключения внешнего питания и разъемы для коммутации с другими контроллерами, при этом оснащен независимыми шинами питания для организации распределения электропитания.
Целесообразно, чтобы программируемый логический контроллер содержал основной модуль, представляющий собой корпус с разъемами коммутации, разъемами подключения внешнего питания и шасси субмодулей; модуль управления, содержащий слоты расширения для установки по меньшей мере одного субмодуля центрального процессора или по меньшей мере одного интерфейсного субмодуля; по меньшей мере один модуль расширения, содержащий слоты расширения для установки субмодулей ввода/вывода.
Целесообразно, чтобы модули были оснащены разъемами межмодульного соединения.
Целесообразно, чтобы модули были оснащены тремя независимыми шинами питания для организации распределения электропитания, одна из которых рассчитана на напряжение до 220 В, а именно внутренней шиной питания субмодулей и встроенных в субмодули ввода/вывода источников питания с гальванической развязкой с напряжением 24 В, внешней шиной питания каналов с напряжением 24 В и внешней шиной питания дискретных каналов с напряжением 220 В.
Целесообразно, чтобы субмодули ввода/вывода были оснащены встроенными источниками питания для независимого питания полевого оборудования (датчиков и исполнительных устройств).
Целесообразно, чтобы субмодули ввода/вывода были оснащены разъемами для электрических перемычек, обеспечивающих выбор режима питания (запитываемого канала) и/или функцию предохранителя.
Целесообразно, чтобы субмодули ввода/вывода были оснащены электронными средствами защиты самих субмодулей ввода/вывода и/или подключенного к ним полевого оборудования, в частности барьерами гальванической развязки и/или барьерами искрозащиты и/или устройствами защиты от импульсных перенапряжений и/или выходными силовыми реле.
Целесообразно, чтобы каждый слот расширения субмодуля ввода/вывода был оснащен входным клеммником для непосредственного подключения полевых кабельных линий.
Целесообразно, чтобы программируемый логический контроллер был оснащен резервным интерфейсным субмодулем с возможностью обеспечения независимого обмена данными с центральным процессором.
Целесообразно, чтобы программируемый логический контроллер был оснащен резервным субмодулем центрального процессора.
Целесообразно, чтобы субмодули ввода/вывода были оснащены средствами коммутации сигнальных цепей и цепей питания, а именно винтовыми разъединителями.
Целесообразно, чтобы субмодули ввода/вывода были оснащены средствами измерения электрической величины на любой цепи, подключенной к субмодулю, а именно тестовыми гнездами.
Целесообразно, чтобы субмодули ввода/вывода были выполнены в малоканальном исполнении, в частности в одноканальном и/или двухканальном исполнении и/или трехканальном исполнении и/или четырехканальном исполнении.
Целесообразно, чтобы субмодули ввода/вывода были выполнены с возможностью обработки данных, в частности оснащены аналого-цифровым или цифроаналоговым преобразователем, микропроцессором.
Целесообразно, чтобы субмодули ввода/вывода были оснащены световой индикацией.
Целесообразно, чтобы субмодули ввода/вывода были выполнены с возможностью установки в слот субмодуля ввода/вывода в рабочее положение и положение для хранения.
Наличие в составе модуля ПЛК трех независимых шин питания, одна из которых рассчитана на напряжение до 220 В, позволяет полностью отказаться от применения промежуточных клеммников для организации распределения электропитания, что обеспечивает упрощение монтажа, эксплуатации и обслуживания ПЛК, а также влияет на повышение надежности и отказоустойчивости распределенной системы управления.
Полезная модель поясняется чертежами.
На Фиг. 1 показан основной модуль программируемого логического контроллера.
На Фиг. 2 показан модуль управления и три модуля программируемого логического контроллера.
На Фиг. 3 представлена схема объединения шин питания модулей.
В предпочтительном варианте исполнения ПЛК содержит основной модуль 1, модуль управления 2 и модули расширения 3, субмодуль центрального процессора 4, два интерфейсных субмодуля 5 и субмодули ввода/вывода 6.
Основной модуль 1 представляет собой корпус, устанавливаемый на DIN-рейку, с размещенными на нем разъемами коммутации, разъемами подключения внешнего питания и шасси субмодулей. Модуль 1 осуществляет механические и электрические связи между субмодулями, а также обеспечивает крепление контроллера в рабочем состоянии. Для удобства проектирования электромонтажных шкафов предусмотрена возможность установки модулей в горизонтальном или в вертикальном положении.
Модуль управления 2 содержит слоты расширения для установки субмодулей, в которые может быть установлено один/два центральных процессора 4 или один/два интерфейсных субмодуля 5. Модули контроллера могут поддерживать работу в составе резервированного контроллера, что достигается за счет возможности установки двух интерфейсных субмодулей 5, которые независимо друг от друга осуществляют обмен с центральным процессором 4, каждый по своей внутренней шине данных, и могут быть заменены во время работы независимо друг от друга без потери связи и управления технологическим процессом. Кроме того, в слот для установки субмодуля центрального процессора 4 или интерфейсного субмодуля 5 может не устанавливаться субмодуль (не резервируемый контроллер).
Модули расширения 3 содержат слоты расширения для установки субмодулей ввода/вывода 6. Для повышения канальной емкости модули расширения 3 могут быть объединены в крейты посредством разъемов межмодульного соединения, расположенных на левом и правом торцах модулей. В предпочтительном варианте исполнения в составе одного крейта может быть до пяти модулей расширения. Модули расширения 3 могут быть выполнены с различным количеством слотов для установки субмодулей ввода/вывода 6 - от 8 до 32 слотов.
Модули контроллера обеспечивают пользователю большую гибкость в подходе к построению схем питания каналов измерения и управления. Для этого модули (основной модуль 1, модуль управления 2 и модули расширения 3) снабжены тремя независимыми шинами питания.
В предпочтительном варианте исполнения внутренняя шина питания 7 предназначена для питания электроники субмодулей 4, 5 и 6, а также встроенных в субмодули ввода/вывода 6 источников питания каналов с гальванической развязкой 5кВ. Напряжение шины составляет 24 В, максимальный ток - 10 А.
В предпочтительном варианте исполнения внешняя шина питания 8 предназначена для запитывания каналов как непосредственно, так и через встроенные в субмодули ввода/вывода 6 источники питания с гальванической развязкой 1,5 кВ. Напряжение шины составляет 24 В, максимальный ток - 24 А.
Внешняя шина 9 предназначена для запитывания входных и выходных дискретных каналов. В предпочтительном варианте исполнения напряжение шины - до 220 В, максимальный ток - 24 А.
Наличие трех независимых шин питания в составе модулей 1, 2 и 3, одна из которых рассчитана на напряжение до 220 В позволяет полностью отказаться от применения промежуточных клеммников для организации распределения электропитания. Для запитывания измерительных каналов или каналов управления необходимо выбрать соответствующий режим с помощью перемычки, устанавливаемой в разъемы на субмодуле ввода/ вывода 6.
В предпочтительном варианте исполнения для обеспечения независимого питания полевого оборудования (датчиков и исполнительных механизмов) в составе субмодуля ввода/вывода 6 предусмотрен источник питания мощностью 2 Вт. Источник питания может быть выполнен с гальваноизоляцией 5 кВ, подключенный к внутренней шине 7, или с гальваноизоляцией 1,5 кВ, подключенный к внешней шине 8. Применение встроенных источников питания позволяет проектировать системы с поканальной гальваноизоляцией без использования дополнительных внешних источников питания в составе шкафа управления, что влияет на сокращение сроков и стоимости проектирования за счет кратного уменьшения компонентов шкафов управления, облегчение процесса сборки за счет уменьшения внутришкафных линий коммутации и упрощение эксплуатации системы.
В рамках одного крейта пользователь имеет возможность объединить шины питания всех модулей. Также предусмотрена возможность индивидуального запитывания внешних шин питания каждого модуля от независимых источников питания путем подключения к специальным клеммам.
Субмодули ввода/вывода 6 представляют собой компактное и многофункциональное изделие, что обеспечивает компактность и многофункциональность ПЛК в целом.
С целью проведения измерений работающего оборудования в каждом субмодуле ввода/вывода 6 предусмотрены два винтовых разъединителя, позволяющих коммутировать сигнальные цепи и цепи питания. Также данные разъединители могут быть использованы для долговременного размыкания цепей в случаях, когда требуется не допустить проникновения сигнала в субмодуль 6 с полевых устройств или избежать ошибочной выдачи управляющего воздействия на исполнительный механизм.
Под крышкой субмодуля 6 расположены тестовые гнезда, позволяющие проводить измерения электрической величины на любой цепи, подключенной к субмодулю. Там же расположены два разъема для перемычек, с помощью которых осуществляется выбор того или иного функционала. Данные перемычки в некоторых типах субмодулей играют роль плавких легкозаменяемых предохранителей.
С целью предотвращения ошибочной установки субмодуля в слот, непредназначенный для данного типа, в нижней части корпуса расположены ключи, с помощью которых происходит кодирование слотов под соответствующий тип субмодуля при первой его установке.
Для удобства эксплуатации контроллера предусмотрено два положения субмодуля в слоте: рабочее положение, в котором субмодуль установлен в слот и полностью выполняет свои функции; положение для хранения, в котором субмодуль входит в пазы слота и зафиксирован в нем защелками (при таком положении отсутствует возможность самопроизвольного выпадения его из шасси и перехода в рабочее положение). В положении для хранения контакты субмодуля не заходят в разъемы шасси, между ними остается расстояние не менее 5 мм (для обеспечения гальваноизоляции). В этом положении субмодуль надежно закреплен в контроллере, но в то же время он не запитан и не функционирует. Он хорошо различим в ряду субмодулей, находящихся в рабочем положении (выступает из общего ряда), что позволяет пользователю отчетливо идентифицировать его положение. Данное положение субмодуля может использоваться для временного выведения его из управления технологическим процессом при сохранении самого субмодуля в конструктиве контроллера.
В каждом слоте субмодуля выполнен предпочтительно шестиконтактный клеммник с пружинными зажимами, что позволяет отказаться от использования промежуточных клеммных полей и подключать кабели управления и сигнализации непосредственно к ПЛК. Кроме того, данный клеммник дает возможность собирать схемы двух- и четырехпроводного подключения на одних и тех же типах субмодулей без дополнительной коммутации.
Клеммник каждого слота имеет заводскую маркировку (в виде латинских букв от А до F), а также место для пользовательской маркировки, выполняемой серийно выпускаемыми маркировочными полосками как с уже нанесенным числовым кодом, так и с чистым полем для последующего нанесения индивидуальной пользовательской маркировки с помощью принтера, что также способствует повышению удобства монтажа, эксплуатации и обслуживания.
В предпочтительном варианте исполнения субмодули ввода/вывода 6 выполнены одноканальными или двухканальными, но также возможно трехканальное и четырехканальное исполнение субмодулей ввода/вывода 6.
Субмодули ввода/вывода 6 оснащены встроенными электронными средствами защиты как самих субмодулей ввода/вывода, так и подключенного к ним полевого оборудования. Субмодули 6 могут быть оснащены барьерами гальванической развязки, барьерами искрозащиты, устройствами защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП), выходными силовыми реле.
В предпочтительном варианте исполнения встроенными барьерами искрозащиты и УЗИП укомплектованы одноканальные субмодули ввода/вывода 6. Срабатывание барьеров контролируется, и информация предоставляется пользователю в виде световой индикации непосредственно на субмодуле и в виде цифровых данных.
Субмодули ввода/вывода 6 оснащены элементами аналого-цифрового преобразования, микропроцессором.
ПЛК функционирует следующим образом. К входам и выходам субмодулей ввода/вывода 6 контроллера подключены датчики и исполнительные механизмы объекта управления. Пользователю предоставляется возможность построения гибкой аппаратной конфигурации контроллера с необходимым числом модулей в соответствии с проектом. С помощью специализированного прикладного программного обеспечения осуществляется конфигурирование и программирование контроллера, установка значений различных параметров.
Входные сигналы от датчиков поступают на субмодули ввода 6, где происходит преобразование и обработка сигнала. Далее данные передаются в интерфейсный субмодуль 5, где может быть реализована часть прикладного программного обеспечения, отвечающего за локальное управление технологическим процессом и/или нуждающегося в быстрой реакции на событие. После этого информация передается в центральный процессор 4, где в соответствии с основным алгоритмом пользовательской программы осуществляется выработка команд управления, которые передаются на субмодули вывода 6, которые, в свою очередь, формируют физические сигналы, поступающие на исполнительные механизмы объекта управления.
Программируемый логический контроллер обеспечивает высокую надежность и отказоустойчивость распределенной системы управления, в состав которой он входит, и увеличение быстродействия работы такой системы.