МОДУЛЬ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО УДАЛЕННОГО ВВОДА-ВЫВОДА (МИУВВ)

Полезная модель (ПМ) относится к области вычислительной техники, в частности к модулям сбора данных в системах автоматизации управления технологическими процессами. ПМ разработана для распределенных систем управления, предназначена для работы под управлением контроллера или ЭВМ оператора.
Из известных устройств наиболее близким к заявляемой ПМ является программируемый логический контроллер (ПЛК патент RU 83146 20.05.2009) содержит в своем составе микроконтроллер и ОЗУ, позволяющие выполнять программу управления, энергонезависимую карту памяти Compact Flash для изменения алгоритма управления и ведения протоколов работы, гальванически развязанные от внутренних цепей питания интерфейсы Ethernet (2 канала), CAN (2 канала), RS-485 (2 канала), 1-wire (2 канала) для подключения датчиков, ЭВМ и других ПЛК, с организацией дублированных каналов связи и обеспечением «горячего» резервирования, встроенные часы реального времени для определения времени наступления события, датчик температуры, а так же аналоговые линии ввода/вывода, дискретные линии ввода/вывода с функциями диагностики обрыва нагрузки, замыкания на +U, -U, короткого замыкания, перегрева, защит от превышения напряжения, а так же блок индикации для отображения состояния механизмов, датчиков и самого ПЛК.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками
ПМ, являются блоки: энергонезависимой памяти, каналов CAN 1 и 2, дискретных входов, дискретных выходов, аналоговых входов.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются:
- наличие интерфейсов с низкой устойчивостью к электромагнитным излучениями;
- отсутствие возможности замены блока питания для работы от различных питающих напряжений;
- невозможность замены микроконтроллера на модуль с высокой вычислительной мощностью;
- отсутствие блока настроек протокола CANOpen;
- отсутствие энергонезависимой памяти EEPROM;
Задача, на решение которой направлено изобретение, состояла в создании модуля ввода-вывода устойчивого к электромагнитным излучениям, с возможностью изменения вычислительной мощности микроконтроллера, поддерживающего протокол высокого уровня CANOpen с возможностью аппаратной настройки, содержащего в своем составе дискретные входы, или дискретные выходы, или аналоговые входы. Модуль выполнен в корпусе с защитным ЭМС покрытием с креплением на DIN-рейку.
Технический результат достигается тем, что МИУВВ содержит два интерфейса CAN для передачи и получения данных от других CAN устройств сети, заменяемый модуль микроконтроллера, заменяемый модуль питания, энергонезависимую паять EEPROM и блок настроек протокола CANOpen. Так же в состав МИУВВ в зависимости от исполнения входят 48 дискретных входа, или 42 дискретных выхода (6 выходов с нагрузкой до 1.2 А и 36 выходов с нагрузкой до 0,5 А), или 8 аналоговых входа с уровнем входного сигнала в пределах от 0 до 24 мА (4аналоговых входа полностью гальванически развязаны, 4 аналоговых входа псевдодифференциальные).
Предлагаемая полезная модель содержит следующие блоки (фиг.):
1) изменяемый блок микроконтроллера;
2) блоки интерфейсов CAN с гальванической развязкой;
3) блок энергонезависимой памяти;
4) блок настроек параметров узла CANOpen;
5) блок интерфейса RS-232 с гальванической развязкой;
6) блоки дискретных входов с опторазвязкой, с отдельным питанием;
7) блоки дискретных выходов с трансформаторной развязкой с отдельным внешним питанием;
8) блоки аналоговых входов с трансформаторной развязкой;
9) изменяемый блок питания модуля.
Микроконтроллер выполнен в отдельном модуле, что позволяет устанавливать другие микроконтроллеры с различной вычислительной мощностью. Микроконтроллер осуществляет управление всеми функциональными узлами МИУВВ, отвечает за анализ принятой и формирование передаваемой информации, а так же за обмен информацией с ведущим устройством.
Блоки интерфейса CAN обеспечивают физический уровень сопряжения МИУВВ с двумя каналами CAN. Так же модули CAN обеспечивают гальваническую развязку линий CAN от внутренних цепей устройства. Формирование протокола верхнего уровня CANOpen обеспечивается микроконтроллером.
Блок энергонезависимой памяти и блок настроек параметров узла CANOpen осуществляет сохранение адреса узла, скорости передачи, номер исполнения модуля.
Блок интерфейса RS-232 обеспечивает подключение устройства к ПК для программирования и отладки. Так же блок интерфейса RS-232 включает в себя гальваническую развязку сигналов RS-232 от внутренних цепей устройства.
Блок дискретных входов обеспечивает заданную чувствительность входных линий и гальваническую развязку этих входов от внутренних цепей устройства.
Блок дискретных выходов обеспечивает коммутацию нагрузки на «+U» или «-U» питания в зависимости от задаваемой микроконтроллером команды. Также блок выходных ключей осуществляет диагностику и защиту выходных линий от перенапряжения, короткого замыкания, обрыва нагрузки. Блоки выходных ключей гальванически развязаны от внутренних цепей схемы.
Блоки аналоговых входов предназначены для аналого-цифрового преобразования токового сигнала 0-24 мА в цифровой от 0 до 65535. Дальнейшая обработка сигнала осуществляется микроконтроллером.
Блоки питания выполнен отдельным модулем, что позволяет заменять его, таким образом обеспечивая различный диапазон питающих напряжений.
После подачи питающего напряжения, блок микроконтроллера диагностирует блоки входов/выходов, интерфейсные блоки, опрашивает блок настроек параметров узлов CANOpen и блок энергонезависимой памяти и в зависимости от прочитанных данных настраивает все блоки МИУВВ на необходимый режим работы. Затем, если устройство находится в режиме отладки, то данные передаются и принимаются через блок интерфейса RS-232. Если же устройство находится в режиме работы, то МИУВВ ожидает данные от ведущего устройство, принимаемые через блоки интерфейсов CAN. Через эти интерфейсы блок микроконтроллера может принимать конфигурационные данные, которые по команде ведущего устройства сохраняются в блок энергонезависимой памяти. В зависимости от того, как ведущее устройство настроит МИУВВ, данные о дискретных выходах могут приниматься только по одному из каналов CAN, или по любому из двух каналов, или по обоим каналам одновременно со сравнением принимаемых данных. Данные входных линий так же могут передаваться или в один из интерфейсов CAN, или в оба одновременно. Блок микроконтроллера, принимая данные от ведущего устройства, через блоки CAN анализирует их и записывает в блок дискретных выходов. Так же блок микроконтроллера читает данный с блока дискретных/аналоговых входов и через блоки CAN передает ведущему устройству.