Устройство ввода/вывода сигналов RCS IO

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Полезная модель относится к области вычислительной техники, в частности к устройствам ввода и вывода сигналов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Наиболее близким аналогом является источник информации RU 158214 U1, опубликованный 27.12.2015. В данном источнике раскрыт релейный блок защиты, управления и удаленного сбора данных содержит логическую схему, выполненную с помощью блока реле. Блок реле выполнен с возможностью управления сигналами от и для внешнего устройства релейной защиты и автоматики, и внешнего устройства измерения для выполнения функций защиты и управления нагрузкой в соответствии с алгоритмом работы, размещен на печатной плате и соединен с расположенным на ней блоком подключений внешних устройств. Блок подключения внешних устройств содержит группу вводов-выводов для подключения питания компонентов релейного блока релейного блока защиты, управления и удаленного сбора данных, группу вводов-выводов для подключения внешнего устройства релейной защиты и автоматики, группу вводов-выводов для подключения внешнего устройства измерения, группу вводов-выводов для подключения нагрузки. Соединения между компонентами релейного блока защиты, управления и удаленного сбора данных выполнены с помощью печатных проводников.
Недостатками вышеуказанного технического решения является невозможность обработки нескольких сигналов с модулей расширения посредством одного блока интерфейса Ethernet.
Предлагаемое техническое решение направлено на устранение существующих в уровне техники недостатков.
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Задачей заявленной полезной модели является разработка устройства для ввода и вывода нескольких сигналов с модулей расширения посредством одного блока интерфейса Ethernet.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в обработке нескольких сигналов с модулей расширения при использовании одного блока интерфейса Ethernet. Дополнительный технический результат заключается в расширении арсенала технических средств устройства.
Заявленный технический результат достигается посредством устройства для ввода и вывода сигналов, выполненного в металлическом корпусе, в котором закреплена печатная плата, на которой расположены следующие элементы:
микроконтроллер, связанный с:
блоком интерфейса Ethernet,
блоком дискретного ввода сигналов на 24 В,
блоком дискретного вывода сигналов на 24 В,
блоком дискретных сигналов выборочного назначения на 24 В,
разъемом подключения модулей расширения,
блоком энергонезависимой памяти,
и выполненный с возможностью, через блок интерфейса Ethernet, изменять настройки устройства и управлять состоянием сигналов;
блок интерфейса Ethernet, выполненный с возможностью поддержки работы в режиме неуправляемого коммутатора;
блок дискретного ввода сигналов на 24 В, причем блок дискретного ввода сигналов включает индикаторы статуса каждого входного сигнала;
блок дискретного вывода сигналов на 24 В, причем блок дискретного вывода сигналов включает индикаторы статуса каждого выходного сигнала;
блок дискретных сигналов выборочного назначения на 24 В, выполненный с возможностью использования как входного сигнала, так и выходного сигнала;
разъем подключения модулей расширения;
блок энергонезависимой памяти, выполненный с возможностью хранения настроек устройства;
индикаторы состояния устройства.
В частном варианте реализации предлагаемого устройства на задней стенке металлического корпуса установлена защёлка для крепления устройства на din-рейку.
В другом частном варианте реализации предлагаемого устройства устройство дополнительно содержит клеммную колодку для подключения питания устройства и преобразователь напряжения DC-DC для питания устройства.
В другом частном варианте реализации предлагаемого устройства блок дискретного ввода на 24 В сигналов состоит из гальванических развязок на базе оптрона, клеммной колодки для подключения дискретных входных сигналов.
В другом частном варианте реализации предлагаемого устройства блок дискретных сигналов выборочного назначения на 24 В состоит из DIP переключателя режима работы сигналов выборочного назначения, гальванической развязки на базе оптрона, выходных транзисторных ключей, клеммной колодки для подключения сигналов выборочного назначения.
В другом частном варианте реализации предлагаемого устройства к разъему подключения модулей расширения подключены следующие модули: модуль расширения дискретных входов, модуль расширения дискретных выходов, модуль расширения аналоговых входов, модуль расширения аналоговых выходов.
В другом частном варианте реализации предлагаемого устройства модули расширения подключаются последовательно.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Полезная модель будет более понятной из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
Фиг. 1 иллюстрирует функциональную схему устройства.
Фиг. 2 иллюстрирует схему подключения устройства к управляющему микроконтроллеру и схему подключения модулей расширения.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
В приведенном ниже подробном описании реализации полезной модели приведены многочисленные детали реализации, призванные обеспечить отчетливое понимание настоящей полезной модели. Однако квалифицированному в предметной области специалисту будет очевидно, каким образом можно использовать настоящую полезную модель, как с данными деталями реализации, так и без них. В других случаях хорошо известные методы, процедуры и компоненты не были описаны подробно, чтобы не затруднять излишне понимание особенностей настоящей полезной модели.
Кроме того, из приведенного изложения будет ясно, что полезная модель не ограничивается приведенной реализацией. Многочисленные возможные модификации, изменения, вариации и замены, сохраняющие суть и форму настоящей полезной модели, будут очевидными для квалифицированных в предметной области специалистов.
Настоящее техническое решение может быть использовано для широкого спектра задач промышленной автоматизации, робототехники, автоматизации зданий, управляемое компьютером или промышленным контроллером с интерфейсом Ethernet и позволяет варьировать количество и состав сигналов, полученных с модулей расширения, при использовании только одного блока интерфейса Ethernet на все сигналы.
Устройство для ввода и вывода сигналов имеет металлический корпус, на задней стенке которого установлена защелка для крепления устройства на din-рейку. Внутри корпуса закреплена печатная плата, на которой расположены микроконтроллер, блок интерфейса Ethernet, блок дискретного ввода сигналов, блок дискретного вывода сигналов, блок дискретных сигналов выборочного назначения, разъем для подключения модулей расширения, блок энергонезависимой памяти, индикаторы состояния устройства, преобразователь напряжения DC-DC для питания устройства, клеммная колодка для подключения питания устройства, клеммная колодки для подключения внешнего управляющего напряжения для цепей сигналов.
На печатной плате к микроконтроллеру, подключены блок интерфейса Ethernet, блок дискретного ввода сигналов, блок дискретного вывода сигналов, блок дискретных сигналов выборочного назначения, разъем подключения модулей расширения, блок энергонезависимой памяти. Программное обеспечение микроконтроллера обеспечивает возможность удаленного управления устройством через блок интерфейса Ethernet, в том числе, изменение настроек устройства, управление выходными сигналами, считывание состояния входных и выходных сигналов, получение момента времени изменения состояния определенного дискретного входа, запросы на изменение состояния дискретного выходного сигнала в заданный момент времени.
Блок интерфейса Ethernet состоит из микросхемы физического уровня Ethernet с поддержкой работы в режиме неуправляемого коммутатора, а также двух разъемов 8P8C(RJ-45).
Блок дискретного ввода сигналов на 24 В состоит из гальванических развязок на базе оптрона, клеммной колодки для подключения дискретных входных сигналов и индикаторов отображения статуса каждого входного сигнала.
Блок дискретного вывода сигналов 24 В состоит из гальванических развязок на базе оптрона, выходных транзисторных ключей и клеммной колодки, причем блок дискретного вывода сигналов включает индикаторы статуса каждого выходного сигнала.
Блок дискретных сигналов выборочного назначения на 24 В, выполненный с возможностью использования как входного сигнала, так и выходного сигнала, состоит из DIP переключателя режима работы сигналов выборочного назначения, гальванической развязки на базе оптрона, выходных транзисторных ключей, клеммной колодки для подключения сигналов выборочного назначения и также включает в себя индикаторы статуса каждого из сигналов выборочного назначения.
Разъем подключения модулей расширения, позволяет подключать к устройству модули расширения дискретных входов, модули расширения дискретных выходов, модули расширения аналоговых входов, модули расширения аналоговых выходов. К устройству ввода и вывода сигналов подключают модули расширения последовательно, однако порядок подключения модулей расширения произвольный.
Модуль расширения дискретных входов состоит из блока дискретного ввода,
разъема подключения к устройству, разъема подключения последующих модулей расширения и микроконтроллера.
Модуль расширения дискретных выходов состоит из блока дискретного вывода, разъема подключения к устройству, разъема подключения последующих модулей расширения и микроконтроллера.
Модуль расширения аналоговых входов состоит из блока аналогового ввода, разъема подключения к устройству, разъема подключения последующих модулей расширения и микроконтроллера.
Модуль расширения аналоговых выходов состоит из блока аналогового вывода, разъема подключения к устройству, разъема подключения последующих модулей расширения и микроконтроллера.
При подключении модуля расширения к устройству ввода и вывода сигналов, микроконтроллер модуля расширения является ведомым, а микроконтроллер устройства ввода и вывода сигналов - ведущим.
Блок энергонезависимой памяти выполнен с возможностью хранения настроек устройства и инструкций, исполняемых микроконтроллером.
Индикаторы состояния работы устройства выведены на корпус. Состояния, которые отражаются индикацией: нормальная работа, сервисный режим, ошибка.
Пример работы устройства проиллюстрирован на Фиг. 1.
Работа по вводу и выводу сигналов осуществляется аналогичным образом. Для включения устройства необходимо подать постоянное напряжение на контакты клеммной колодки для подключения питания устройства. После подачи напряжения устройство ввода и вывода сигналов проходит инициализацию и ожидает команд от управляющего устройства (компьютер или контроллер - ПК). Управляющее устройство отправляет необходимый пакет данных по сети Ethernet, в блок интерфейса Ethernet, с информацией о включении/выключении необходимых сигналов вывода блока дискретного вывода сигналов на 24 В или запрос о состоянии входов блока дискретного ввода сигналов на 24 В, также в данном пакете данных присутствует информация об адресуемом устройстве, это либо основное устройство ввода и вывода сигналов, либо модуль расширения. Когда пакет данных принимается устройством ввода и вывода сигналов, происходит его обработка микроконтроллером, определяется, кому из устройств этот пакет данных предназначается, и в соответствии с этим пакет либо остается в основном устройстве ввода и вывода сигналов, либо транслируется в модули расширения через UART. Затем происходит включение/выключение необходимых сигналов вывода блока дискретного вывода сигналов на 24 В или опрос сигналов ввода блока дискретного ввода сигналов на 24 В. Управляющее устройство через UART запрашивает с модулей расширения результат обработки пакета команд. После чего формируется ответный Ethernet пакет на управляющее устройство, который содержит информацию об успешности выполнения, обработанных данных пришедшего пакета и данные об опрошенных сигналах ввода.
При работе с сигналами выборочного назначения пользователь физически переключает ключи DIP-переключателя на блоке дискретных сигналов выборочного назначения на 24 В, для соответствующих сигналов либо в положение работы на вывод, либо в положение работы на ввод. Каждому сигналу выборочного назначения соответствует отдельный ключ DIP-переключателя. При переключении ключа физически выполняется переключение между цепью с гальванической развязкой и цепью с транзисторным ключом. Логически устройство ввода вывода обрабатывает данные сигналы параллельно и как входной сигнал и как выходной сигнал. Однако если ключ DIP-переключателя установлен в положение работы в режиме вывода, то на соответствующем входном сигнале всегда будет логический 0, а транзисторный ключ выходного сигнала будет подключен к клеммам. Если же ключ DIP-переключателя для данного сигнала установлен в положение работы в режиме ввода, то к клеммам будет подключена гальваническая развязка, а транзисторный ключ будет отключен от клемм.
Для изменения настроек устройства, с управляющего устройства, выполняется отправка Ethernet пакета с соответствующей командой на блок интерфейса Ethernet. Пакет содержит код запроса и значения настроек. Устройство ввода и вывода принимает пакет и записывает изменения настроек в энергонезависимую память. В дальнейшем, при перезагрузке устройства ввода и вывода сигналов, на этапе инициализации, настройки считываются из энергонезависимой памяти и используются программным обеспечением. В качестве настроек могут, в частности, задаваться: IP адрес устройства, MAC-адрес устройства, параметры фильтрации сигналов.
В настоящих материалах было представлено предпочтительное раскрытие осуществления заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки испрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов в соответствующей области техники.