ПРОМЫШЛЕННЫЙ КОНТРОЛЛЕР
INDUSTRIAL CONTROLLER

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для автоматизации работ по сбору и обработке информации, а также формированию управляющих воздействий для промышленного оборудования и может быть использовано в информационно-управляющих системах автоматизации технологических объектов промышленных предприятий.
Известны IBM PC совместимые модульные промышленные контроллеры семейства MIC-2000 [1]. Контроллер семейства MIC-2000 содержит модуль блока питания, модуль вычислительного устройства, модули ввода/вывода дискретных сигналов, модули ввода/вывода аналоговых сигналов, подсоединенные к блоку объединительному для шины ISA. Адреса модулей ввода/вывода, на которые они отзываются при программном обращении, задаются в устройстве задания адреса, которое входит в состав каждого модуля и представляет собой схему сравнения двоичных кодов. При совпадении кода, поступающего по шине ISA на определенные входы устройства задания адреса, с заданным в схеме сравнения, модуль становится активным. Задание кода в модуле осуществляется путем коммутации определенных входов (контактов) схемы сравнения на общий провод источника питания с помощью перемычек-джамперов [2]. При отсутствии джамперов входы схемы сравнения находятся под напряжением (питание поступает через резистор). Недостатком контроллеров семейства MIC-2000 является сложность эксплуатации, связанная с необходимостью установки адреса модуля при помощи джамперов при установке его в контроллер.
Наиболее близким к заявляемому устройству является промышленный контроллер КПН [3]. Контроллер КПН содержит модуль питания, модуль вычислительный, блок объединительный для шины ISA, модули ввода/вывода дискретных и аналоговых сигналов. Адреса, на которые отзываются модули ввода/вывода при программном обращении, устанавливаются перемычками-джамперами на каждом модуле. Сравнение адресов, выставленных на адресной шине с адресом модуля, выполняется при помощи цепочки логических блоков, выполняющих булевы функции «исключающее или» и «или». У логических блоков «исключающее или» вторые входы соединены с соответствующими линиями шины адреса через соединитель, а первые входы через резисторы соединены с шиной питания и с помощью перемычек-джамперов определенным (для данного адреса) образом коммутируются на земляную шину источника питания. Логические блоки «или» образуют последующие звенья цепочки - к их входам подведены выходы с блоков «исключающее или», и на выходе этой цепочки при совпадении заданного и выставленного на шине адреса формируется сигнал разрешения обращения к модулю. Используемое техническое решение позволяет сохранить адрес модуля в случае его перестановки в контроллере. Независимо от позиционного положения в контроллере обращение к модулю осуществляется по одному и тому же адресу, который без физического вмешательства не изменится. Для удобства работы адреса задают двоичными кодами, соответствующими позиционному положению модуля в каркасе контроллера
Недостатком [3] является сложность и трудоемкость проверки работоспособности модуля во всем диапазоне возможных адресов, сложность эксплуатации, связанная с необходимостью установки адреса при помощи джамперов, снижение надежности из-за наличия в подключаемом модуле контактов под джамперы.
Технический результат предлагаемого изобретения - упрощение эксплуатации, повышение надежности контроллера.
Технический результат достигается тем, что в контроллере, содержащем модуль питания, модуль вычислительный, модули ввода/вывода дискретных сигналов и/или модули ввода/вывода аналоговых сигналов, подсоединенные к блоку объединительному для шины ISA, в блоке объединительном земляная шина соединена со вторым, третьим, четвертым, пятым контактами первого соединителя, с первым, третьим, четвертым, пятым контактами второго соединителя, с третьим, четвертым, пятым контактами третьего соединителя, с первым, вторым, четвертым, пятым контактами четвертого соединителя, со вторым, четвертым, пятым контактами пятого соединителя, с первым, четвертым, пятым контактами шестого соединителя, с четвертым, пятым контактами седьмого соединителя, с первым, вторым, третьим, пятым контактами восьмого соединителя, со вторым, третьим, пятым контактами девятого соединителя, с первым, третьим, пятым контактами десятого соединителя, с третьим, пятым контактами одиннадцатого соединителя, с первым, вторым, пятым контактами двенадцатого соединителя, в модулях ввода/вывода первый вход схемы сравнения адреса подключен к первому контакту соединителя, второй вход схемы сравнения адреса подключен к второму контакту соединителя, третий вход схемы сравнения адреса подключен к третьему контакту соединителя, четвертый вход схемы сравнения адреса подключен к четвертому контакту соединителя, пятый вход схемы сравнения адреса подключен к пятому контакту соединителя, причем каждый соединитель блока объединительного обеспечивает любому подключенному модулю ввода/вывода уникальный адрес.
На фиг.1 представлена структурная схема контроллера КПН.
На фиг.2 представлена схема сравнения адреса и формирования сигнала разрешения обращения к модулю ввода/вывода, используемая в прототипе, с установкой адреса модуля при помощи «джамперов».
На фиг.3 представлена предлагаемая схема сравнения адреса и формирования сигнала разрешения обращения к модулю ввода/вывода, без необходимости установки адреса модуля.
Фигура 1 содержит модуль питания 1, модуль вычислительный 2, модули ввода/вывода дискретных сигналов 3 и аналоговых сигналов 4 (наличие и количество которых зависит от комплектации контроллера). Все модули соединяются с блоком объединительным 5 для шины ISA. Обмен сигналами, обеспечение модулей питанием осуществляется через блок объединительный. Для всех модулей ввода/вывода (и аналоговых, и цифровых) схема сравнения адреса, отвечающая за сравнение поступающего адреса с заданным адресом модуля, одинакова.
Фигура 2 содержит соединитель 6 (на фигуре изображены не все контакты соединителя, а только рассматриваемые), соединяющий блок объединительный и плату модуля ввода-вывода; логические блоки, выполняющие булевы функции «исключающее или» 7, вторыми входами соединенные с линиями адресной шины ADR0…ADR4 через соединитель 6, а первыми входами соединенные с шиной питания VCC через резисторы R1…R5 и через джамперы J1…J5 с земляной шиной источника питания GND; логические блоки, выполняющие булеву функцию «или» 8, входы которых соединены с выходами блоков 7, либо предыдущих блоков 8, а выход присоединен к функциональной части модуля 9.
Фигура 3 содержит идентичные первый, второй (и так далее до двенадцатого включительно) соединители 6 (на фигуре изображены не все контакты соединителей, а только рассматриваемые), соединяющие блок объединительный и модули ввода-вывода; логические блоки, выполняющие булевы функции «исключающее или» 7, вторыми входами соединенные с линиями адресной шины ADR0…ADR4 через соединитель 6, первыми входами соединенные с шиной питания VCC через резисторы R1…R5 и (в зависимости от задаваемого соединителем адреса) соединенные через контакты соединителя МА0…МА4 с земляной шиной источника питания GND; логические блоки, выполняющие булеву функцию «или» 8, входы которых соединены с выходами блоков 7, либо предыдущих блоков 8, а выход присоединен к функциональной части модуля 9.
Предлагаемое изобретение работает следующим образом. В момент обращения вычислительного модуля к модулям ввода/вывода на адресную шину модулем вычислительным выдается адрес вызываемого модуля. Адресные сигналы через соединитель поступают в каждом подключенном модуле на входы логических блоков схемы сравнения адреса. Происходит фактическое сравнение поступившего адреса с адресом, заданным соединениями в соединителе на блоке объединительном. В соединителе блока объединительного адрес модуля, подключенного к нему, задается наличием или отсутствием соединения между контактами соединителя МА0…МА4 и земляной шиной, причем «единица» для каждого разряда адреса задается отсутствием такого соединения для данного контакта, а «ноль» - наличием такого соединения. При поступлении по адресной шине в модуль, подключенный к данному соединителю блока объединительного, адреса, соответствующего заданному в соединителе, логические блоки данного модуля формируют на выходе цепочки логических блоков (из блоков, пронумерованных на фигурах 2 и 3) сигнал обращения, который подается в функциональную часть модуля и разрешает информационный обмен с модулем ввода/вывода.
Так как адреса модулей соответствуют их позиционному положению в блоке объединительном и задаются двоичными кодами, то уже на этапе разработки и изготовления многослойной печатной платы блока объединительного для шины ISA известен порядок требуемых соединений между земляной шиной источника питания (GND) и определенными контактами соединителей, устанавливаемых на него, и выполняются соединения.
Таким образом, при установке модуля в контроллер его адрес примет значение, соответствующее номеру соединителя, в который он будет установлен. В результате использования предложенных связей в блоке объединительном при установке модуля в каркас (при подсоединении модулей к блоку объединительному) исключается необходимость в перемычках-джамперах и контактах для них и не требуется проведения каких-либо операций для задания адреса. Подсоединение контактов соединителей блока объединительного к земляной шине источника питания GND (при изготовлении блока объединительного) определяется порядковым номером соединителя, представленным в виде двоичного кода. Для примера, в таблице указан порядок соединения контактов для соединителей с позиционными адресами от 1 до 12. Следует отметить, что указанный порядок соединения справедлив для контроллера на 32 посадочных места. В общем случае число контактов под адрес определяется максимальным числом посадочных мест в контроллере.
Порядок соединения контактов
Порядковый (двоичный) номер посадочного места в каркасе контроллера
Наличие связи между контактами МА0-МА4 соединителя блока объединительного и земляной шиной источника питания (GND) / (номер входа схемы сравнения адреса)
МА4 (5)
МА3 (4)
МА2 (3)
МА1 (2)
МА0 (1)
1 (00001)
GND
GND
GND
GND
Х
2 (00010)
GND
GND
GND
Х
GND
3 (00011)
GND
GND
GND
Х
Х
4 (00100)
GND
GND
Х
GND
GND
5 (00101)
GND
GND
Х
GND
Х
6 (00110)
GND
GND
Х
Х
GND
7 (00111)
GND
GND
Х
Х
Х
8 (01000)
GND
Х
GND
GND
GND
9 (01001)
GND
Х
GND
GND
Х
10 (01010)
GND
Х
GND
Х
GND
11 (01011)
GND
Х
GND
Х
Х
12 (01100)
GND
Х
Х
GND
GND
Примечание: X - отсутствие соединения, GND - наличие соединения
Источники информации
1. IBM PC совместимые модульные промышленные контроллеры MIC-2000, стр.14-2, 14-3, 14-4. Каталог изделий для промышленной автоматизации на базе промышленных компьютеров. ProSoft, том 91, 2001 г.
2. Руководство пользователя модуля «MIC-2718 High-Perfomance DAS Module», артикул 2003271810, 2-ое издание, 1998 год (доступно на сайте www.advantech.com).
3. Контроллер КПН, Руководство по эксплуатации. Часть 1, ИГНД.468157.005 РЭ (прототип).