УНИВЕРСАЛЬНЫЙ МИКРОПРОЦЕССОРНЫЙ КОНТРОЛЛЕР

Полезная модель относится к системам программного управления, а именно к программируемым логическим микропроцессорным контроллерам, в частности к многофункциональным программно-аппаратным комплексам модульной конструкции, и предназначена для местного и удаленного управления, контроля и мониторинга состояния оборудования комплектной трансформаторной подстанции и может быть применена для управления и контроля параметров работы других промышленных объектов в составе технологических линий или процессов, а также может быть применена для оборудования или объектов бытового назначения.
Известен универсальный микропроцессорный контроллер (УМК), содержащий герметичный корпус, микропроцессор с оперативным запоминающим устройством (ОЗУ), энергонезависимое постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), встроенный таймер реального времени, дискретные и аналоговые входы и выходы, интерфейсы RS-485, RS-232, Ethernet для соединения с устройствами автоматической системы управления, разъем для SD карт, а также интерфейс USB для подключения периферийных устройств, сконфигурированный с возможностью выполнения функций панели оператора, измерительного устройства, программируемого микропроцессорного логического контроллера и WiFi/GPRS коммуникатора, при этом УМК содержит элементы непосредственного управления, представленные в виде дисплея с герметичным уплотнением, оснащенного сенсорным экраном, который продублирован механическими кнопками, указанные элементы управления совмещены со средствами удаленного управления и мониторинга, содержащими высокоскоростные интерфейсы беспроводного соединения WiFi и GPRS, также интерфейсы связи контроллера с устройствами измерения параметров сети и управляемого оборудования (патент на полезную модель RU 192189 U1, G05B 19/042).
2
2
Недостатком данного универсального микропроцессорного контроллера является отсутствие в нем интерфейсов (другое название ПС) и IS, например, для применения в устройствах бытовых системах управления, или для случая использования датчиков, оснащенных последовательным интерфейсом IC.
2
2
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является использование в УМК широко распространенных сетевых интерфейсов IC (IIC) и IS.
2
2
2
Технический результат достигается за счет того, что универсальный микропроцессорный контроллер, содержащий герметичный корпус, микропроцессор с оперативным запоминающим устройством (ОЗУ), энергонезависимое постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), встроенный таймер реального времени, дискретные и аналоговые входы и выходы, интерфейсы RS-485, RS-232, Ethernet для соединения с устройствами автоматической системы управления, разъем для SD карт, а также интерфейс USB для подключения периферийных устройств, сконфигурированный с возможностью выполнения функций панели оператора, измерительного устройства, программируемого микропроцессорного логического контроллера и WiFi/GPRS коммуникатора, при этом УМК содержит элементы непосредственного управления, представленные в виде дисплея с герметичным уплотнением, оснащенного сенсорным экраном, который продублирован механическими кнопками, указанные элементы управления, совмещены со средствами удаленного управления и мониторинга, содержащими высокоскоростные интерфейсы беспроводного соединения WiFi и GPRS, также интерфейсы связи контроллера с устройствами измерения параметров сети и управляемого оборудования, дополнительно содержит интерфейсы IC (IIC) и IS, позволяющие применить УМК в устройствах бытовых систем управления и подключить датчики, оснащенные последовательным интерфейсом IC.
Полезная модель поясняется следующими графическими материалами:
фиг. 1 - структурная схема контроля состояния и управления комплектной трансформаторной подстанцией с использованием универсального микропроцессорного контроллера;
фиг. 2 - функциональная блок-схема универсального микропроцессорного контроллера.
Одним из примеров применения заявляемого технического решения является использование УМК для местного и удаленного контроля состояния и управления комплектной понижающей однотрансформаторной подстанцией 1 (фиг. 1). УМК в герметичном корпусе 8 состоит из микропроцессорного блока 10 с функцией программируемого логического контроллера, блока интерфейсов связи с объектом контроля и управления 9 и блока интерфейсов местного и удаленного контроля, управления и мониторинга 11. УМК контролирует положение и управляет включением выключателя 2 со стороны высокого напряжения, контролирует состояние защит трансформатора 3, контролирует состояние и управляет включением выключателя 4 со стороны низкого напряжения, измеряет и контролирует напряжения и токи, контролирует состояние изоляции низкой стороны 5, контролирует положение разъединителя 6, контролирует состояние и управляет выключателями распределительного устройства на стороне низкого напряжения 7 (количество выключателей распределительного устройства зависит от количества потребителей по стороне низкого напряжения), контролирует токи со стороны потребителей. УМК рассчитывает мощность со стороны подвода и со стороны потребителей, используя значения токов и напряжений, измеряет значение частоты напряжения. Для местного контроля и управления с панели оператора, и для удаленного управления и мониторинга по сети Ethernet используется блок интерфейсов 11.
2
2
2
Универсальный микропроцессорный контроллер (фиг. 2) содержит в моноблочном корпусе микропроцессор 12 с оперативным запоминающим устройством 13, энергонезависимое постоянное запоминающее устройство 14, встроенный таймер реального времени 15, дискретные 16 и аналоговые 17 входы и выходы, интерфейсы RS-485, RS-232 18, 19, Ethernet 20 для соединения с устройствами автоматической системы управления, разъем для SD карты 21, а также интерфейс USB 22 для подключения периферийных устройств, сконфигурированный с возможностью выполнения функций панели оператора, измерительного устройства, программируемого микропроцессорного логического контроллера и WiFi/GPRS коммуникатора, при этом УМК содержит элементы непосредственного управления, представленные в виде дисплея 23 с герметичным уплотнением, оснащенного сенсорным экраном, который продублирован механическими кнопками 24, указанные элементы управления, совмещены со средствами удаленного управления и мониторинга, содержащими высокоскоростные интерфейсы беспроводного соединения WiFi 25 и GPRS 26, также интерфейсы связи контроллера с устройствами измерения параметров сети и управляемого оборудования (27-30), интерфейсы IC 31 и IS 32, позволяющие подключить датчики, оснащенные последовательным интерфейсом IC, блок питания собственных нужд 33.
2
2
2
Принцип действия универсального микропроцессорного контроллера следующий. В своем составе УМК имеет ряд унифицированных для систем автоматизации, контроля и телемеханики интерфейсов, позволяющих использовать широкую номенклатуру датчиков и устройств, выпускаемых различными производителями. К таким интерфейсам относится сеть Ethernet 20 (фиг. 2), сеть RS485 19 с протоколами Modbus (Profibus или CAN, в зависимости от применяемого типа оборудования, в котором используется УМК), сеть IC 31 и IS 32 (при наличии датчиков, оснащенных последовательным интерфейсом IC), дискретный 16 и аналоговый 17 ввод-вывод сигналов.
Сеть Ethernet позволяет получать удаленный доступ к системе с использованием механизма клиент-серверной архитектуры, данный тип сети позволяет также интегрировать данный УМК в вышестоящую систему управления уровня 2.
Протокол Modbus позволяет интегрировать в систему управления датчики и элементы телемеханики энергетических устройств. При использовании УМК для технологических промышленных объектов может использоваться протокол Pronbus или CAN, позволяющих подключить децентрализованную периферию других производителей.
Дискретный ввод-вывод сигналов позволяет подключить сигналы контроля состояния коммутационного и другого оборудования с использованием напряжения 24 В постоянного тока и/или напряжения 230 В переменного тока. Аналоговый ввод-вывод предусматривает возможность подключения сигналов напряжением до 10 В или токовых сигналов в диапазоне 4…20 мА.
2
2
В случае применения УМК для бытовых объектов и оборудования подключение датчиков возможно выполнить по сети IC (IS).
УМК дополнен интерфейсом измерения высокого напряжения 27 и силового тока 28 для интеграции в систему управления комплектных подстанций или распределительных устройств электроэнергетики.
В состав УМК входит дисплей 23 с кнопками 24 для местной диагностики и контроля. К местной диагностики относится и наличие возможности подключения по сети WiFi 25 с использованием смартфона, что повышает безопасность обслуживающего персонала. Наличие GPRS 26 позволяет осуществлять синхронизацию по времени для точного мониторинга событий в системе управления. В зависимости от условий эксплуатации, таблицы сообщений состояния оборудования могут быть переданы по сети Ethernet удаленному клиенту или при обслуживании по месту могут быть переданы на ноутбук через порт USB 22, или записаны на SD-карту памяти 21.
Выше описанные возможности интерфейсов позволяют интегрировать УМК практически в любую систему управления объектом или установкой и делают его универсальным и унифицированным как с точки зрения интеграции в систему управления и подключения сигналов от датчиков различных производителей, так и с точки зрения наличия различных сетевых технологий. В своем составе УМК имеет программируемый логический контроллер, что позволяет гибко изменять структуру управления объектом в зависимости от решаемых задач контроля, управления и мониторинга.