Универсальный программируемый логический контроллер "БАГЕТ-ПЛК3"

Полезная модель относится к вычислительной технике, а именно к программируемым логическим контроллерам (ПЛК), и может применяться для построения АСУ критической инфраструктуры малых систем в сферах ТЭК, нефтегазовой промышленности и других отраслях.
ПЛК, как правило, являются модульными системами и состоят из блока центрального процессора и блоков ввода/вывода внешних сигналов и интерфейсов. Блок центрального процессора осуществляет управление всей логикой работы ПЛК и имеет в своем составе процессор и память. Блоки ввода/вывода подключаются к полевому оборудованию (датчикам и исполнительным устройствам) и обеспечивают интерфейс между блоком центрального процессора и внешними входами/выходами.
Наиболее близкими аналогами являются Контроллеры ПЛК1хх (ПЛК100/ПЛК150/ПЛК154) - линейка компактных моноблочных контроллеров с входами/выходами на борту для автоматизации малых систем производства ООО Производственное Объединение Овен (https://owen.ru/catalog/programmimemie_logicheskie_kontrolleri/info/general_information_63_73). Эти ПЛК имеют блочную архитектуру и состоят из блока центрального процессора и типовых наборов расширения: блоков ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов, которые подключаются к блоку центрального процессора при помощи промышленной сети на основе интерфейса RS-485 и протокола Modbus.
Недостатками этих устройств является недостаточная для применения в критической инфраструктуре функциональная безопасность из-за отсутствия эффективной защиты ПЛК от зависания и от возможных сбоев, а также недостаточный уровень доверенности из-за использования в устройствах преимущественно зарубежных электронных компонентов и операционных систем (Windows или Linux, EmbOS Segger), в которых могут быть непредвиденные закладки.
Технический результат от использования патентуемой полезной модели заключается в повышении функциональной безопасности за счет обеспечения эффективной защиты программируемого логического контроллера от зависания и от возможных сбоев, и в повышении уровня доверенности ПЛК за счет использования отечественного программного обеспечения.
Указанный технический результат достигается универсальным программируемым логическим контроллером, содержащим блок центрального процессора, включающий микропроцессор, связанный с оперативным запоминающим устройством (ОЗУ), с пользовательским постоянным запоминающим устройством (ПЗУ), с встроенными часами реального времени, с программируемым постоянным запоминающим устройством (ППЗУ) типа NAND, с микроконтроллером для управления внешними коммутационными интерфейсами для полевых устройств, с встроенным блоком питания, с внешними коммуникационными интерфейсами, и содержит блоки удаленного устройства сопряжения с объектом и системную шину информационного интерфейса RS-485 и питания, который в отличие от прототипа, в качестве микропроцессора блока центрального процессора содержит микропроцессор 1890 ВМ108, в качестве микроконтроллера для управления внешними коммутационными интерфейсами для полевых устройств блока центрального процессора он содержит микроконтроллер К5500ВК018, а в качестве блоков удаленного устройства сопряжения с объектом он включает блок ввода цифровых сигналов, включающий микроконтроллер К5500ВК018 и имеющий интерфейс ввода цифровых сигналов и интерфейс RS-485 для межблочного взаимодействия;
блок вывода цифровых сигналов, включающий микроконтроллер К5500ВК018 и имеющий интерфейс вывода цифровых сигналов и интерфейс RS-485 для межблочного взаимодействия;
блок измерения аналоговых сигналов силы постоянного тока, включающий микроконтроллер К5500ВК018 и имеющий интерфейс ввода аналоговых сигналов тока и интерфейс RS-485 для межблочного взаимодействия.
Повышение функциональной безопасности, и повышение уровня доверенности ПЛК достигаются за счет специализированной архитектуры высоконадежных отечественных микросхем разработки ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН: микропроцессора с пониженным энергопотреблением 1890ВМ108 (свидетельство №2018630007 от 11.01.2018), использующегося в составе блока центрального процессора, и специализированного микроконтроллера К5500ВК018 (свидетельство №2021630048 от 27.04.2021) с архитектурой КОМДИВ64, использующегося в составе блока центрального процессора и модулей расширения.
ПЛК «БАГЕТ-ПЛКЗ» предназначен для сбора, преобразования, обработки, хранения информации и выработки команд управления в режимах реального времени и может применяться в качестве расширяемого контроллера в составе АСУ малого масштаба или для локального управления технологическим объектом.
Сущность полезной модели иллюстрируется фиг. 1, на которой представлена блок-схема сборки ПЛК.
В состав ПЛК «БАГЕТ-ПЛКЗ», изображенного на фиг.1, входят блоки в следующем исполнении, обозначенные арабскими цифрами:
1) блок центрального процессора (конструкторская маркировка разработчика «Багет-ЦПУ-01»), включающий имеющие соответствующие соединения микропроцессор 1890 ВМ108, ОЗУ DDR3 объемом не менее 128 Мбайт, пользовательское ПЗУ объемом не менее 16 Мбайт, ППЗУ NAND объемом не менее 256 Мбайт, встроенные часы реального времени, встроенный блок питания, микроконтроллер К5500ВК018 для управления внешними коммутационными интерфейсами для полевых устройств, и имеющий следующие внешние коммуникационные интерфейсы: интерфейс Ethernet 10/100 Base-TX, 2 канала интерфейса RS-485 для подключения внешних абонентов, 2 канала интерфейса USB 2.0, внешние коммутационные интерфейсы для полевых устройств (16 изолированных каналов ввода цифровых сигналов, 16 изолированных каналов вывода цифровых сигналов, 8 изолированных каналов ввода аналоговых сигналов тока), 2 канала интерфейса RS-485 для подключения блока на общую внутреннюю шину, технологический интерфейс RS232, технологический интерфейс USB 2.0; блоки удаленного устройства сопряжения с объектом:
2) блок ввода цифровых сигналов (конструкторская маркировка разработчика «Багет-УСО-DI-01»), включающий микроконтроллер К5500ВК018, и имеющий 48 изолированных каналов ввода цифровых сигналов и интерфейс RS-485 для межблочного взаимодействия;
3) блок вывода цифровых сигналов (конструкторская маркировка разработчика «Багет-УСО-DO-01»), включающий микроконтроллер К5500ВК018, и имеющий 36 изолированных каналов вывода цифровых сигналов и интерфейс RS-485 для межблочного взаимодействия;
4) блок измерения аналоговых сигналов силы постоянного тока (конструкторская маркировка разработчика «Багет-УСО-AI-01»), включающий микроконтроллер К5500ВК018, и имеющий 48 изолированных каналов ввода аналоговых сигналов тока и интерфейс RS-485 для межблочного взаимодействия;
5) системная шина информационного интерфейса RS-485 и питания, состоящая из шинных соединителей, входящих в состав блоков.
На передней панели блоков ПЛК размещены электрические соединители для подключения изделия к внешним устройствам пользователя и панель индикации.
На тыльной стенке блоков ПЛК размещается соединитель, предназначенный для подключения блоков к системной шине.
Блоки ПЛК устанавливаются на DIN-рельс (несущая рейка) шириной 35 мм типа TS-35/7.5 или TS-35/15.
Блоки ПЛК на несущую рейку устанавливаются с помощью шинного соединителя, посредством которого осуществляется объединение блоков по системной шине.
На фиг.2 представлен пример монтажа блока ПЛК на DIN-рельс.
В качестве общего программного обеспечения ПЛК «БАГЕТ-ПЛКЗ» используется отечественная высокостабильная операционная система реального времени (ОС РВ) БАГЕТ.
ПЛК «БАГЕТ-ПЛК3» обеспечивает бесперебойное выполнение следующих функций:
прямые измерения входных электрических сигналов;
ввод информации от датчиков входных цифровых сигналов;
управление исполнительными механизмами, контроль их состояния;
реализация программно-логического управления.
Блок центрального процессора «Багет-ЦПУ-01» может применяться как отдельный ПЛК или может быть соединен с несколькими блоками удаленного устройства сопряжения с объектом по системной шине. При построении АСУ на базе блоков ПЛК «БАГЕТ-ПЛК3» с использованием одной системной шины допустимо применение не более 16-ти блоков. При этом набор интерфейсов ввода-вывода зависит от используемой конфигурации блоков.
ПЛК «БАГЕТ-ПЛК3» и базовое программное обеспечение для него может производиться на территории Российской Федерации в течение длительного срока: не менее 20 лет. Необходимые модернизации базового ПО и аппаратуры ПЛК могут быть выполнены силами отечественных специалистов с применением перспективных российских микропроцессоров и операционных систем реального времени.
Это позволяет осуществить программу импортозамещения в сфере построения АСУ критической инфраструктуры малых систем в сферах ТЭК, нефтегазовой промышленности и других отраслях.