УСТРОЙСТВО ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ ДЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ

Полезная модель относится к средствам управления технологическими установками, выполненным на базе микропроцессорного контроллера и предназначенным для измерения и контроля различных сигналов, а также их обработки в процессе формирования сигналов управления и регулирования.
Известно устройство обработки сигналов для технологической установки (см. патент Российской Федерации на полезную модель №19183, М. кл. 7 G05В 15/00, Н02В 15/00, опубл. 10.08.2001. Бюл. №22), предназначенное для управления системой поддержания теплового режима, преимущественно здания. В его состав входит модуль процессора, который содержит соединенные соответственно микроконтроллер, интерфейс для ввода и вывода цифровых сигналов, блоки питания, алфавитно-цифровой индикатор и клавиатуру управления. Устройство также включает модули ввода и/или вывода аналоговых или цифровых сигналов. При этом модули содержат первую часть, например, контроллер, который соединен со второй частью, например, согласующими элементами датчика, с возможностью передачи информации. Модули ввода и/или вывода аналоговых или цифровых сигналов соединены с модулем процессора системной шиной для передачи информации по единому сетевому протоколу.
Одним из недостатков данного устройства можно считать пониженную надежность, которая обусловлена отсутствием электрической развязки узлов приемо-передачи информации, например, от датчиков или к исполнительным устройствам. Кроме того, известное устройство имеет ограниченную область применения, т.к. предназначено для управления системой поддержания теплового режима небольшого по площади помещения или здания с привязкой к контроллерам-индикаторам температуры и электрическим нагревателям. Следовательно, в данном устройстве может быть использована лишь ограниченная номенклатура оборудования и датчиков.
Наиболее близким к заявляемому устройству можно считать выбранное в качестве прототипа устройство управления технологической установкой (см. патент Украины на полезную модель №25926, М. кл. 7 G05В 15/00, опубл. 27.08.2007. Бюл. №13), предназначенное для сбора данных, их контроля и формирования сигналов управления.
Известное устройство содержит такие общие с заявляемым устройством существенные признаки, как модуль процессора, и, как минимум, один модуль ввода и/или вывода цифровых сигналов, а также модули ввода аналоговых сигналов. Каждый из указанных выше модулей ввода и/или вывода цифровых сигналов и модулей ввода аналоговых сигналов включает первую и вторую части, которые соединены с возможностью передачи информации и электрически разобщены, например, с помощью устройства развязки, установленного между ними. При этом первые части модулей ввода и/или вывода цифровых сигналов и модулей ввода аналоговых сигналов связаны с интерфейсом модуля процессора системной шиной. Модуль процессора включает соединенные соответственно микроконтроллер, интерфейс для ввода и вывода цифровых сигналов, блоки питания, алфавитно-цифровой индикатор и клавиатуру управления.
Например, в случае организации управления подогревателем газа с жидким теплоносителем, используемым против гидратообразования в системах регулирования газораспределительных пунктов и станций, в известном устройстве первая часть модулей ввода и/или вывода цифровых сигналов, а также модулей ввода аналоговых сигналов, выполнена в виде контроллера, а вторая часть - в виде согласующих элементов датчика.
Недостатками данного устройства можно считать невозможность одновременного ввода нескольких аналоговых сигналов для последующей обработки, что сужает его область применения, а также сложность в синхронизации начала ввода таких сигналов, что снижает точность их обработки. Это особенно важно, например, в процессе контроля параметров электрической сети и т.п.
Задачей, на решение которой направлено создание настоящей полезной модели, является разработка такого устройства, в котором новые блоки, место их установки, а также новые связи между новыми и известными блоками, позволяют ввести все обрабатываемые аналоговые сигналы одновременно и, при этом, синхронизировать их ввод, чем обеспечивается точная фиксация соотношения всех аналоговых сигналов. Это улучшает технологические возможности предлагаемого устройства, при этом повышается его точность, а также расширяется область применения.
Поставленная задача решается за счет того, что усовершенствуется устройство обработки сигналов для технологической установки, содержащее, как и наиболее близкое к заявляемому, модуль процессора, который включает соединенные соответственно микроконтроллер, интерфейс для ввода и вывода цифровых сигналов, блоки питания, алфавитно-цифровой индикатор и клавиатуру управления. Устройство содержит также, как минимум, один модуль ввода и/или вывода цифровых сигналов и модули ввода аналоговых сигналов, включающие первую и вторую части, которые соединены с возможностью передачи информации и электрически разобщены, например, с помощью устройства развязки. Устройства развязки установлены между частями модулей, при этом их первые части связаны с интерфейсом модуля процессора системной шиной.
В отличие от известного, в предлагаемом устройстве, первые части модулей ввода аналоговых сигналов связаны с системной шиной через размещенный в модуле процессора адаптер. При этом каждый из входов адаптера подключен с помощью отдельной последовательной шины к выходу первой части соответствующего модуля ввода аналоговых сигналов.
Предлагаемое устройство иллюстрируется рисунком, где изображена его блок-схема.
Устройство обработки сигналов для технологической установки содержит модуль процессора 1, который обеспечивает высокоуровневую обработку информации с внешних устройств и управление данным устройством. При этом производится, например, выполнение логических
функций, связь модулей и внешних устройств, управление, контроль, сигнализация, настройка и индикация. Модуль процессора 1 включает соединенные соответственно микроконтроллер 2, интерфейс 3 для ввода и вывода цифровых сигналов, блоки питания (БП) 4, алфавитно-цифровой индикатор 5 и клавиатуру управления 6. Известное устройство содержит также, как минимум, один модуль 7 ввода и/или вывода цифровых сигналов (МВВЦ). Модуль 7 ввода и/или вывода цифровых сигналов включает первую часть 8, например, регистр, который соединен со второй частью 9, например, согласующими элементами датчика, с возможностью передачи информации. Указанная первая часть 8 модуля 7 ввода и/или вывода цифровых сигналов соединена с интерфейсом 3 модуля процессора 1 системной шиной 10. Первая 8 и вторая 9 части модуля 7 ввода и/или вывода цифровых сигналов электрически разобщены, например, с помощью устройства развязки 11, установленного между ними.
Состав и количество имеющихся в устройстве модулей 7 ввода и/или вывода цифровых сигналов (МВВЦ) определяется его назначением и алгоритмом функционирования.
Первая часть 8, например, регистр, каждого из модулей 7 ввода и/или вывода цифровых сигналов связана входом (выходом) с системной шиной 10, а выходом (входом) соединена с устройством развязки 11. Вторая часть 9 каждого модуля 7 выходом (входом) подключена к устройству развязки 11, а входом (выходом), например, к внешним элементам датчиков (исполнительных устройств) соответственно.
В зависимости от выполняемых задач устройство укомплектовано необходимым количеством ММВЦ 7, а именно: х модулей ввода и/или вывода цифровых сигналов, где х≥1.
Устройство включает также модули 12 ввода аналоговых сигналов (МВА), каждый из которых содержит первую часть 13, вторую часть 14, а также устройство развязки 15. Первая 13 и вторая 14 части электрически разобщены, но, при этом, обеспечивается передача информации. Системная
шина 10 связана с указанными модулями 12, например, через адаптер 16 при помощи последовательных шин 17. При этом каждый из входов адаптера 16 подключен с помощью отдельной последовательной шины 17 к выходу первой части 13 соответствующего модуля 12 ввода аналоговых сигналов (МВА).
В зависимости от выполняемых задач устройство укомплектовано необходимым количеством МВА 12: например, n модулей ввода аналоговых сигналов, где n≥2 для контроля параметров электрических сетей.
х
n
х
n
В устройстве, работа которого описывается, в качестве первых частей 8 модулей 7...7 ввода и/или вывода цифровых сигналов используются регистры, а в качестве первых частей 13 модулей 12...12 ввода аналоговых сигналов используются аналого-цифровые преобразователи с последовательным выходом (АЦП). В качестве вторых частей 9 модулей 7 ввода и/или вывода цифровых сигналов 7...7 используются, например, исполнительные устройства, а в качестве вторых частей 13 модулей 12...12 ввода аналоговых сигналов используются, например, внешние элементы датчиков.
x
n
х
При подключении блоков питания 4 происходит первичная инициализация микроконтроллера 2 в модуле процессора 1, а также АЦП и регистров в первых частях 8 и 13 узлов 7...7 и 12...12 соответственно. Питание на модули 7 и 12 поступает, например, через интерфейс 3, системную шину 10 и последовательные шины 17. В модулях 7...7 запускается их самодиагностика и устанавливается информационная связь по системной шине 10 со всеми узлами устройства.
n
Далее аналоговые сигналы с датчиков, подсоединенных ко вторым частям 14 модулей 12...12, поступают на размещенные в этих частях аналого-цифровые преобразователи с последовательным выходом (АЦП), каждый из которых работает независимо, где преобразуются в цифровой последовательный код. Цифровые коды с выходов всех узлов 14 модулей 12 одновременно через устройства развязки 15, первую часть 13 по последовательным шинам 17 и адаптер 16, системную шину 10 подаются через интерфейс 3 в микроконтроллер 2 модуля процессора 1. При этом адаптер 16
обеспечивает согласование системной шины 10 с набором последовательных шин 17.
х
х
Через адаптер 16 по шинам 17 под управлением микроконтроллера 2 АЦП каждого модуля 12 задаются момент начала обработки аналогового сигнала, а также тактовая последовательность считывания информации, в соответствии с которой на выходе АЦП получаем информацию для последующей обработки именно в виде цифрового последовательного кода. Таким образом, все аналоговые сигналы преобразуются АЦП всех модулей 12 одновременно и поступают на адаптер 16. Далее адаптер 16 преобразует набор последовательных сигналов в параллельную информацию для передачи ее в системную шину 10. При этом возможна настройка посредством клавиатуры 6 и алфавитно-цифрового индикатора 5 критериев обработки информации, поступающей из модулей 7 и 12, и, при необходимости, ее индикация индикатором 5. В процессе дальнейшей обработки информации модулем процессора 1 осуществляется выдача информации, а также управляющих воздействий через интерфейс 3 на системную шину 10. При этом управляющие воздействия в виде цифровых сигналов через первые части 8 модулей вывода 7...7 цифровых сигналов, и устройства развязки 11 поступают на вторые части 9 модулей 7...7, связанные с исполнительными устройствами.
х
n
х
n
В случае воздействия на входы данного устройства обработки сигналов для технологической установки электромагнитного поля возникающие помехи не проникают в первые части 8 модулей 7...7 и первые части 13 модулей 12...12, а также системную шину 10, последовательные шины 17 и модуль процессора 1, благодаря наличию в каждом из модулей 7...7 и 12...12 устройств развязки 11 или 15, обеспечивающих электрическое разобщение. Это повышает надежность функционирования устройства в неблагоприятных условиях.