Устройство управления питанием встраиваемого компьютера

Предлагаемая полезная модель относится к устройствам управления питанием промышленных и бытовых установок и приборов, использующих в своем составе компьютер, и может быть применена в машиностроении, приборостроении, робототехнике.
В настоящее время для управления промышленными установками широко используются компьютеры с операционными системами Linux, Windows, QNX и другими. Эти операционные системы требуют, чтобы перед выключением питания компьютера была подана команда завершения работы операционной системы, и пользователь дождался завершения работы. При нарушении этого порядка в результате ошибок пользователя содержимое файлов на диске компьютера может быть повреждено, и для продолжения работы установки необходимо проводить сервисное обслуживание компьютера, что ведет к простоям установки, которой он управляет.
Также возможны ошибки и при включении установки, управляемой компьютером. Если компьютер и установка включаются раздельно, разными выключателями, пользователь может включить компьютер и забыть включить отдельным выключателем установку, в результате установка не будет работать, что опять-таки ведет к простоям установки.
Современный компьютер, выполненный по стандарту АТХ фирмы IBM (США), имеет в составе своего блока питания блок дежурного режима, который постоянно работает и выдает дежурное напряжение питания не только во время работы компьютера, но и тогда, когда компьютер не работает, но остается подключенным к питающей сети. Данное обстоятельство снижает пожаробезопасность, увеличивает нагрев оборудования, потребление электроэнергии, хотя потребление блока дежурного режима и невелико, потребление одновременно работающих установок всего цеха составляет значительную величину.
Требуется решение, позволяющее включать установку вместе с компьютером и выключать установку после завершения работы операционной системы компьютера, полностью отключая установку и компьютер от сети питания. Предлагаемое устройство реализует принцип самообслуживания, заставляя компьютер включать и выключать самого себя вместе с установкой.
Известен контроллер автоматического выключения питания для компьютера, выполненный по патенту CN 104635896 A от 20.05.2015 (МПК G06F 1/26). Контроллер содержит четыре электромагнитных реле K1, K2, K3, K4 с контактами K1-1, K2-1, K3-1, K4-1, кнопку S, трансформатор T, диодный мост BR, диод D, конденсатор C, резистор R. Контроллер автоматически отключает компьютер при завершении работы, последовательно выключая все четыре реле. Недостатками контроллера являются: излишняя сложность; разрыв только одного провода сети, что не соответствует нормам электробезопасности и повышает пожароопасность; не предусмотрено управление периферийными устройствами.
Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели является устройство отключения компьютера и периферийных устройств, выполненное по патенту на изобретение CN 104460915 A от 25.03.2015 (МПК G06F 1/26). Устройство содержит разъем для подключения периферийных устройств 1, кнопку 3 с двумя нормально разомкнутыми контактами, компьютер 4, реле 5 с нормально разомкнутыми контактами 2. Задачей, решаемой устройством, является снижение трудоемкости при работе с компьютером и периферийными устройствами, предотвращение потерь данных при использовании периферийных устройств несколькими пользователями, экономия электроэнергии. Контакты 2 реле 5 подключены параллельно одному из контактов кнопки 3 для подачи напряжения питания на включаемый компьютер и периферийные устройства. Одновременно вторые контакты кнопки 3 подают на компьютер команду включения.
Недостатками предлагаемого устройства являются: разрыв только одного провода сети, что не соответствует нормам электробезопасности и повышает пожароопасность.
Задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является повышение надежности работы с установкой, содержащей встраиваемый компьютер, за счет исключения ошибок оператора при включении и выключении установки, повышения электробезопасности и пожарной безопасности.
Указанный технический результат достигается за счет применения принципа самообслуживания для включения и отключения питания компьютера, что приводит к надежности работы с установкой, за счет исключения ошибок оператора при включении и выключении установки, повышения электробезопасности и пожарной безопасности.
Устройство управления питанием содержит кнопку включения, электромагнитное или иное реле, отличающееся тем, что реле подключено к цепи компьютера, в которой присутствует напряжение во время работы операционной системы компьютера и пропадает при завершении его работы.
В частном случае выполнения присутствует дополнительное реле, включающее основное реле.
В другом частном случае выполнения используется контактор и дополнительное реле, включающее контактор.
В частном случае выполнения основное реле включается по схеме с самоблокировкой, и присутствует дополнительное реле, отключающее самоблокировку при появлении сигнала от компьютера.
В другом частном случае выполнения основное реле включается по схеме с самоблокировкой, и присутствует дополнительное реле, отключающее самоблокировку по сигналу от компьютера с задержкой времени.
В частном случае выполнения основное реле включается по схеме с самоблокировкой, и присутствует дополнительное реле, отключающее самоблокировку при пропадании сигнала от компьютера.
Кнопка включения служит для подачи напряжения сети на основное реле.
Основное реле служит для подачи напряжения сети на компьютер и установку, в составе которой компьютер работает.
Вспомогательное реле малой мощности служит для включения либо отключения самоблокировки основного реле.
Благодаря тому, что в исходном состоянии на компьютер и установку, в составе которой компьютер работает, не подается напряжение питания, отсутствует потребление тока блоком дежурного режима компьютера, повышается пожаробезопасность компьютера и установки. Питание начинает подаваться только после нажатия на кнопку включения.
Сущность полезной модели поясняется чертежами фиг. 1 - фиг. 6, на которых изображены схемы устройства.
Согласно фиг. 1, устройство подачи питания встраиваемого компьютера, содержащее кнопку 9 с двумя нормально разомкнутыми контактами, электромагнитное или иное реле 5 с двумя нормально разомкнутыми контактами 6 и 7, отличающееся тем, что контакты 6 и 7 включены параллельно контактам кнопки 9, а обмотка реле 5 подключена к цепи, в которой присутствует напряжение во время работы операционной системы компьютера и пропадает при завершении его работы. Выводы 1, 2 образуют вход для напряжения сети питания. Выводы 10, 11 образуют вход для напряжения управления. Выводы 12, 13 образуют выход питания.
В качестве цепи, в которой присутствует напряжение во время работы операционной системы и пропадает при завершении ее работы, может служить один из выходов блока питания компьютера или цепь управления блоком питания с материнской платы.
Устройство работает следующим образом
Выводы 1, 2 подключены к питающей сети. К выводам 12, 13 подключены входы питания встраиваемого компьютера и установки, которой встраиваемый компьютер управляет. Компьютер, соответствующий стандарту АТХ, настроен на автоматическое включение после подачи напряжения питания. Выводы 10, 11 подключены к выходу сигнала включения блока питания материнской платы компьютера либо к одному из выходов вторичного напряжения питания блока питания компьютера.
В исходном состоянии кнопка 9 не нажата, контакты кнопки не замкнуты, на реле 5 напряжение не подается, контакты реле 6 и 7 не замкнуты. Для включения установки и компьютера нажимают кнопку 9. Через замкнутые контакты кнопки 9 напряжение сети питания поступает на установку, в составе которой компьютер работает, и на блок питания и блок дежурного режима самого компьютера. На выходе блока дежурного режима появляется напряжение питания, материнская плата компьютера в соответствии с заданными настройками формирует сигнал включения блока питания, блок питания начинает работать и на его выходах появляются напряжения питания. Напряжение с выхода сигнала включения блока питания материнской платы компьютера либо с одного из выходов вторичного напряжения питания блока питания компьютера включает реле 5 через выводы 10, 11. Реле срабатывает и замыкает свои контакты 6 и 7, подключенные параллельно контактам кнопки 9. Питание на установку и компьютер подается через замкнутые контакты реле 6, 7.
Для выключения компьютера требуется подать стандартную команду завершения работы операционной системы. Операционная система после завершения своей работы выключает сигнал включения блока питания, блок питания отключается и напряжения питания на его выходе пропадают. Реле 5 отключается, его контакты 6 и 7 размыкаются и отключают напряжение сети питания на установку, в составе которой компьютер работает, и на блок питания и блок дежурного режима самого компьютера. Устройство переходит в исходное состояние и готово к следующему включению.
Фиг. 2 показывает, что применяется дополнительное реле 14 с нормально разомкнутыми контактами 15 для включения основного реле 5. Это применяется в тех случаях, когда установка, в составе которой работает компьютер, потребляет большую мощность от сети и ее требуется включать мощным реле. Выводы 10, 11 подключены так же, как и в предыдущем случае. В исходном состоянии кнопка 9 не нажата, ее контакты не замкнуты, питание на реле 14 и 5 не подается, контакты 15, 6, 7 разомкнуты. При нажатии кнопки 9 обмотка реле 5 подключается к напряжению сети питания, контакты 6, 7 замыкаются. Замкнутые контакты 6, 7 подают сетевое напряжение на установку, в составе которой компьютер работает, и на блок питания и блок дежурного режима самого компьютера. На выходе блока дежурного режима появляется напряжение питания, материнская плата компьютера в соответствии с заданными настройками формирует сигнал включения блока питания, блок питания включается, и на его выходе появляются напряжения питания. На выводах 10, 11 появляется напряжение, реле 14 срабатывает и своими контактами 15, подключенными параллельно контактам кнопки 9, подает напряжение сети на реле 5. Реле 14, а вслед за ним и основное реле 5, остаются включенными. После завершения работы операционной системы пропадает сигнал включения блока питания компьютера, реле 14 обесточивается, его контакты 15 размыкаются и перестают подавать напряжение на реле 5, контакты 6, 7 размыкаются и отключают установку и компьютер от сети питания.
На фиг. 3 показано, что используется трехфазное питание установки, и однофазное питание встраиваемого компьютера. Выводы 1, 2, 3 организуют вход трехфазного напряжения сети, вывод 4 организует вход нейтрали сети, выводы 16, 17, 18 и 19 организуют выход трехфазного напряжения и нейтрали на установку, выводы 12, 13 организуют выход однофазного напряжения на компьютер. Работа устройства аналогична варианту по фиг. 2, с тем отличием, что в качестве реле 5 применено реле (пускатель, контактор), специально рассчитанное на коммутацию трехфазной сети, и оно имеет три контакта 6, 7, 8.
На фиг. 4 изображено использование дополнительного реле 14 с нормально замкнутым контактом 15 для встраиваемых компьютеров, не совместимых со стандартом АТХ и не имеющих сигнала включения блока питания. В этом случае для отключения питания используется команда, вызываемая в процессе или после завершения работы операционной системы, подающая напряжение на реле 14 через выводы 10, 11 с помощью одного из стандартных или добавленных интерфейсов управляющего компьютера (последовательный порт, параллельный порт, цифровые выходы). В исходном состоянии кнопка 9 не нажата, напряжение на реле 14 и 5 не подается. Для включения питания нажимают кнопку 9. Своими контактами она включает реле 5, реле замыкает контакты 6, 7 и 8 и подает напряжение сети на установку, в составе которой компьютер работает, и на блок питания компьютера. Контакты 8 подключены параллельно контактам кнопки 9, и они продолжают подавать напряжение на реле 5 после отпускания кнопки 9.
Для выключения питания запускают процедуру завершения работы операционной системы. После завершения работы или в процессе завершения работы операционная система подает команду отключения питания, и на выводах 10, 11 появляется напряжение. Реле 14 размыкает свои нормально замкнутые контакты 15, прерывая путь тока к обмотке реле 5. Тем самым реле 5 обесточивается, его контакты 6, 7, 8 размыкаются, питание на установку и компьютер отключается.
На фиг. 5 показано, что к предыдущей схеме по фиг. 4 добавлено реле задержки 20. Реле задержки нужно для того, чтобы отключать питание не сразу после подачи команды на отключение, а с некоторой задержкой. Это необходимо для компьютеров, у которых от запуска на выполнение команды подачи напряжения отключения до фактического завершения работы операционной системы проходит некоторое время.
В другом частном случае (см. фиг. 6) вместо реле задержки 20 используется устройство выделения спада импульса (отрицательного фронта) 21. Это необходимо для компьютеров, у которых команда подачи сигнала отключения операционной системы подает напряжение на выводы 10, 11 в момент подачи команды и снимает напряжение в момент окончания работы операционной системы. В этом случае спад (пропадание) сигнала на выводах 10, 11 в момент окончания работы запускает устройство выделения спада 21, она подает напряжение на реле 14, далее работа происходит аналогично предыдущему случаю, изображенному на фиг. 5.
Благодаря тому, что в выключенном состоянии блоки питания компьютера и установки, в состав которой входит компьютер, полностью обесточены, обеспечивается повышение электробезопасности и пожарной безопасности. Уменьшается вероятность ошибок оператора установки при включении питания и завершении работы, так как больше не требуется раздельно включать и выключать управляющий компьютер и силовые цепи установки, и соблюдать определенный порядок включения и выключения работы операционной системы.
Таким образом, применение в указанном устройстве управления питанием встраиваемого компьютера принципа самообслуживания обеспечивает повышение удобства работы с установкой, содержащей встраиваемый компьютер, исключение ошибок оператора при включении и выключении установки, повышение электробезопасности и пожарной безопасности.