КОНТРОЛЛЕР

Полезная модель относится к электронной технике и может быть использована в системах автоматического управления широкого спектра машин, в том числе, компрессоров, паровых и газовых турбин, энергоустановок, генераторов, приводов, двигателей внутреннего сгорания.
Известен программируемый контроллер, содержащий, по крайней мере, два разъема, один из которых соединен с портом ПЭВМ, а другой с внешними устройствами, причем контроллер выполнен на одном или более соединенных между собой перепрограммируемых микроконтроллерах для согласования различных интерфейсов и автоматической настройки ПЭВМ к внешним устройствам, подсоединенным через программируемый контроллер.
(см. патент РФ на полезную модель 310896, кл. G01F 13/00, 1999 г.)
В результате анализа известного контроллера необходимо отметить, что он обладает ограниченными функциональными возможностями, весьма сложен конструктивно.
Известен контроллер, содержащий последовательно соединенные фильтрующий, суммирующий блоки и блок нелинейного преобразования сигнала, а также блок обратной связи и логический блок, вход которого соединен с выходом фильтрующего блока, а выход - с входом блока обратной связи.
(см. патент РФ на полезную модель №69656, кл. G05F 1/00, 2007 г.)
В результате анализа выполнения известного контроллера необходимо отметить, что его использование обеспечивает высокое качество регулирования при низкой частоте включений (выключений) исполнительного механизма и при постоянной скорости его перемещения, то есть данный контроллер может быть использован только для управления низкоскоростными механизмами, с большим запаздыванием по выдаче управляющих сигналов (команд).
Известен контроллер для управления исполнительными механизмами, содержащий связанный с электрическим исполнительным механизмом датчик положения выходного вала механизма, блок бесконтактной силовой коммутации, соединенный с блоком управления, блок коммуникации, связанный с системным контроллером по полевой магистрали, и блок питания, причем в цепь между блоком бесконтактной силовой коммутации и электрическим исполнительным механизмом введен блок нормирования, осуществляющий съем с помощью зондов сигналов напряжения, пропорциональных токам нагрузки по трем фазам и преобразование их в однополярные сигналы напряжения. В цепь электрического исполнительного механизма введен блок диагностики электрического двигателя в состоянии покоя, и силовой сети, отслеживающий изменения сопротивления обмоток статора электродвигателя электрического исполнительного механизма, целостность цепей силовой сети на входе и выходе электрического исполнительного механизма, контроль напряжения в сети, а также индикацию этих параметров при выходе их за допустимые пределы, при этом блок коммуникации выполнен в виде микропроцессорного контроллера, осуществляющего дешифрацию сообщений и команд, преобразование аналоговых сигналов с датчика положения выходного вала механизма в цифровую форму, а датчик положения выходного вала механизма выполнен в виде магниточувствительного бесконтактного преобразователя угла поворота выходного вала механизма в электрический сигнал
(см. патент РФ на полезную модель №19936, кл. G05B 13/00, 2001 г.) - наиболее близкий аналог.
В результате анализа известного контроллера необходимо отметить, что он обеспечивает регулирование параметра объекта, его диагностику в процессе работы, обеспечивает контроль скорости вращения выходного вала объекта, целостность цепей силовой сети. Однако использование для этих целей дополнительного микропроцессорного контроллера, который предназначен для обработки поступающих от датчиков сигналов, а также блоков нормирования и диагностики усложняет конструкцию контроллера, а также снижает эффективность его работы, так как чем большее количество параметров объекта необходимо контролировать, тем ниже скорость быстродействия контроллера. Комплектация контроллера обуславливает значительные его габариты и массу, что затрудняет его использование на таких объектах как летательные аппараты (самолеты, вертолеты и пр.).
Задачей настоящей полезной модели является разработка контроллера, характеризующегося высоким быстродействием, широкими функциональными возможностями, небольшими массой и габаритами.
Поставленная задача обеспечивается тем, что в контроллере, содержащем модуль управления, имеющий возможность связи с датчиком контролируемого параметра объекта и с исполнительным механизмом объекта, а также с системой управления объектом. новым является то, контроллер снабжен дополнительными модулями управления и шиной, все модули установлены параллельно, имеют блок ввода-вывода, цифровой программный блок и блок сопряжения, блок ввода-вывода каждого модуля связан с шиной и с цифровым программным блоком, который предназначен для приема и обработки входных сигналов, выдачи выходных сигналов для управления исполнительными механизмами и вызова функционального программного обеспечения и через блок сопряжения имеет возможность соединения с системой управления и с технологическим компьютером, а шина имеет возможность соединения с датчиками объекта, отслеживающими режимы его работы и с исполнительными механизмами объекта.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлена схема контроллера.
Контроллер 1 содержит параллельно установленные модули управления 2. предназначенные для ввода, цифровой обработки и вывода сигналов. Выходы модулей связаны с интерфейсной шиной 3. Количество модулей 2 может быть различным и может меняться в зависимости от сложности системы управления объектом, количества контролируемых параметров и пр. Интерфейсная шина 3 связана линией связи (например. шиной) 4 с датчиками, контролирующими работу объекта (например, датчиками частоты вращения роторов, термопар, термосопротивлений, обмоток линейных. дифференциальных и синусно-косинусных трансформаторов, датчиков виброскорости и виброускорения). Интерфейсная шина 3 связана линией связи 5 с исполнительными механизмами объекта (приводами, регуляторами и пр.).
Цифровыми каналами связи модули 2 связаны с системой 6 управления объектом и технологическим компьютером 7.
Технологический компьютер 7 (выполнен на базе серийного персонального компьютера) предназначен для регулирования и контроля контроллера в процессе эксплуатации, проведения приемо-сдаточных испытаний объекта и пуско-наладочных работ. Связь технологического компьютера с контроллером осуществляется по последовательному каналу типа RS.
Каждый модуль 2 содержит блок 8 ввода-вывода, связанный с интерфейсной шиной 3, цифровой программный блок 9, связанный с блоком 8 и с блоком сопряжения 10. связанным с системой 6 и технологическим компьютером 7.
Программный блок 9 каждого модуля 2 содержит резидентное (незагружаемое) системное программное обеспечение и функциональное (загружаемое) программное обеспечение.
Системное программное обеспечение обеспечивает прием и обработку входных сигналов. выдачу выходных сигналов для управления исполнительными механизмами и вызов функционального программного обеспечения. Функциональное программное обеспечение выполняет задачу по управлению машинами в соответствии с заданными режимами ее работы.
Все узлы и блоки контроллера являются известными, выполняют присущие им задачи. их соединения реализованы известным образом. В качестве цифрового программного бока может быть использован серийно выпускаемый блок КРД-99Ц. Контроллер работает следующим образом.
В зависимости от вида управляемого объекта и количества управляемых параметров его работы в контроллере монтируется необходимое количество модулей 2. Наиболее целесообразно, чтобы каждый модуль отслеживал и управлял каким - либо одним параметром объекта. Это значительно упрощает процесс управления и увеличивает быстродействие системы управления.
Собранный контроллер встраивают в систему управления объектом. Интерфейсную шину 3 соединяют линиями связи с датчиками объекта и его исполнительными механизмами. Посредством блоков сопряжения 10 модули 2 соединяют с системой управления 6 и технологическим контроллером 7.
С помощью технологического контроллера 7 тестируют систему.
Запускают объект и систему его управления в работу.
В процессе функционирования объекта сигналы, характеризующие значения контролируемых параметров объекта с датчиков по линии 4 поступают на шину 3, с которой через блок 8, который настроен на прием конкретного сигнала с конкретного датчика, поступают в программный блок 9 данного модуля 2. где переводится на логику управляющей программы и передается через блок 10 в систему 6. Аналогичным образом принимаются, обрабатываются и передаются сигналы со всех датчиков объекта. В системе 6 сигналы обрабатываются и в зависимости от их значений система вырабатывает управляющие сигналы на исполнительные механизмы объекта, которые через блоки 10, 9, 8, шину 3 и линию 5 передаются на исполнительные механизмы объекта для их регулирования. Возможна работа контроллера, при которой управляющие сигналы вырабатываются в блоках 9 модулей 2 контроллера и передаются через линию 5 на исполнительные механизмы объекта.
Использование данного контроллера позволяет осуществлять: автоматический запуск объекта и его остановку (в случае аварийной ситуации); автоматическое регулирование параметров для обеспечения заданных режимов работы объекта; параметрический контроль и диагностику объекта; защиту машин при отказах и аварийных ситуациях; управление объектом совместно с САУ верхнего уровня; передачу информации о параметрах машин и их систем в систему верхнего уровня; прием информации от системы верхнего уровня.
Использование в контроллере параллельно установленных модулей 2 позволяет обеспечить для каждого объекта, независимо от его сложности и назначения оптимальную архитектуру контроллера, что повышает его быстродействие и функциональные возможности.