АДАПТЕР ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИЙ

Полезная модель относится к области автоматизации управления и контроля рабочими процессами удаленных объектов, может быть использована для сопряжения вычислительных систем с исполнительными устройствами и датчиками, использующими как аналоговые, так и цифровые сигналы, в частности со станциями катодной защиты трубопроводов от коррозии.
Известен многоканальный аналого-цифровой преобразователь с интерфейсом RS232C, в состав которого входит устройство выбора и хранения аналогового сигнала с коммутатором аналоговых сигналов, патент РФ на полезную №15035, G06F 5/00, 2000. Данный преобразователь невозможно использовать для линий связи длиной более 15-25 метров, кроме того, невозможно подключение к линии связи более одного устройства.
Система оперативного контроля и управления состоянием удаленного объекта по патенту РФ на полезную модель №62722, G07C 11/00, 2007, содержит блок контроля и управления состоянием объекта, связанный по каналу связи с блоком сопряжения с объектом. Блок сопряжения с объектом содержит микропроцессорное устройство, датчик контролируемого параметра объекта, подключенный одним выводом к мсполнительному устройству, а информационным выходом к входу микропроцессорного устройства. Недостатком данной системы является то, что связь между блоком контроля и управления осуществлена только по каналу сотовой связи.
В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбран адаптер по патенту РФ на полезную модель №35903, G05D 19/02, 2004. Адаптер содержит процессор, состоящий из собственно процессора, модуля питания, запоминающего устройства и элемента связи, соединенного через шину, по крайней мере, с одним периферийным модулем. Модуль адаптера соединен с шиной адаптера. Данный адаптер имеет шинную структуру и обеспечивает обмен информацией с управляющими компьютерами только по цифровым каналам.
Технической задачей заявляемой полезной модели является расширение функциональных возможностей устройства.
Технический результат заключается в обеспечении возможности осуществлять обмен информацией с центром управления по различным аналоговым и цифровым каналам связи, в том числе по радиоканалам и каналам сотовой связи, в повышении быстродействия систем телемеханики.
Технический результат обеспечивается тем, что телеметрический адаптер, содержащий управляющий контроллер с АЦП и ЦАП, ОЗУ И ПЗУ, встроенный загрузчик и технологический TTL порт, модуль питания, функциональные модули, согласно полезной модели, содержит модуль дискретного ввода, модуль ввода аналоговых сигналов, модуль дискретных выходов с гальванической развязкой, модуль аналогового входа, модуль интерфейса «аналоговая токовая петля», модуль цифровых интерфейсов, модуль связи по GSM/UHF каналам, регистры перепрограммируемой внутренней карты памяти имеют по несколько адресов, имеющих разное местоположение в карте памяти, которые доступны всем функциям протокола ModBus.
Технический результат достигается за счет того, что в адаптер введены модуль дискретного ввода, модуль ввода аналоговых сигналов, модуль дискретных выходов с гальванической развязкой, модуль аналогового входа, модуль интерфейса «аналоговая токовая петля», модуль цифровых интерфейсов, модуль связи GSM/UHF, которые обеспечивают сопряжение устройства с различными системами телемеханики. Регистры перепрограммируемой внутренней караты памяти ПЗУ имеют по несколько адресов, имеющих разное местоположение в карте памяти, которые доступны всем функциям протокола ModBus. Это обеспечивает возможность чтения или записи всего набора входов/выходов и регистров ModBus в одном запросе, позволяя уменьшить время реакции системы телемеханики за счет поддержки встроенным программным обеспечением «двойной» адресации регистров, доступной функциям протокола ModBus.
На фигуре представлена блок-схема телеметрического адаптера.
Телеметрический адаптер состоит из управляющего контроллера 1 с встроенными АЦП 2 и ЦАП 3, процессором 4 с ОЗУ 5 и ПЗУ 6, модуля питания 7, модуля дискретного ввода 8, модуля ввода аналоговых сигналов 9, модуля дискретных выходов с гальванической развязкой 10, модуля аналогового выхода 11, модуля интерфейса «токовая петля» 12, модуля цифровых интерфейсов 13, модуля связи 14.
Телеметрический адаптер осуществляет дистанционный контроль и управление удаленными катодными станциями электрохимической защиты трубопроводов от коррозии через интерфейсы «аналоговая токовая петля 0…20/4…20 мА», через цифровые интерфейсы RS-4855/RS-232 по проводным каналам связи, каналам связи GSM, каналам низовой УКВ радиосвязи, на основе протокола ModBus RTU. Управляющий контроллер 1 осуществляет контроль и управление работой адаптера, преобразует аналоговые и цифровые сигналы, организует обмен данными по цифровым и аналоговым интерфейсам. Измерение уровней контролируемых аналоговых сигналов осуществляется встроенным 10-ти разрядным АЦП 2. Для управления внешними устройствами с помощью 10-ти разрядного ЦАП 3 формируется программируемое постоянное выходное напряжение. Внутренняя карта памяти ПЗУ 6 с перепрограммируемой памятью программ (32KB Flash) с встроенным универсальным загрузчиком и технологическим TTL-последовательным портом позволяют обновлять программное обеспечение адаптера без демонтажа устройства. Встроенная энергонезависимая память данных (2KB EEPROM) служит для хранения изменяемых пользователем настроек. Оперативная рабочая информация хранится во встроенном в управляющий контроллер 1 ОЗУ 5. Модуль питания 7 обеспечивает электропитание телеметрического адаптера от сети переменного и/или постоянного тока напряжением 80…275 В, а также зарядку свинцового аккумулятора, работающего в буферном режиме и автоматическое переключение на работу от аккумулятора в случае пропадания внешнего питающего напряжения. Модуль питания 7 обеспечивает так же электропитание дополнительных внешних устройств, таких как модем, контроллер сигнализации и т.п. Модуль дискретного ввода 8 служит для опроса управляющим контроллером 1 состояния различных датчиков, формирующих информацию в виде дискретных сигналов, обеспечивает контроль наличия напряжения в питающей сети переменного тока, обеспечивает защиту управляющего контроллера 1 от внешних воздействий, таких как статическое электричество. Модуль ввода аналоговых сигналов 9 производит измерение уровня входных сигналов постоянного тока по трем каналам. Каналы позволяют без использования дополнительных элементов измерять уровень напряжения постоянного тока в диапазоне 0…5 В с разрешением 5 мВ или 0…10 В с разрешением 10 мВ. Модуль 7 обеспечивает низко и высокочастотную фильтрацию помех по входам и защиту управляющего контроллера 1 от перенапряжений и переполюсовки входных сигналов. Модуль дискретных выходов с гальванической развязкой 10 содержит в своем составе выходные транзисторные ключи, изолированные от входных цепей, цепей питания и линий связи. Гальваническая развязка обеспечивается оптронами. Модуль 10 обеспечивает передачу различных управляющих воздействий на внешнее оборудование. Модуль аналогового выхода 11 совместно со встроенным в управляющий контроллер 10-битным ЦАП 3 обеспечивает формирование программируемого выходного сигнала в диапазоне 0…5 В с дискретностью 5 мВ, служит для управления регулируемыми параметрами внешнего устройства - выходным напряжением, током и т.п. Установленное значение выходного сигнала сохраняется во встроенной энергонезависимой памяти. Модуль интерфейса «аналоговая токовая петля» 12 обеспечивает работу телеметрического адаптера в составе стандартных промышленных систем телемеханики, использующих для передачи данных токовые сигналы в диапазоне 0…20 и/или 4…20 мА. Модуль 12 обеспечивает формирование в трех выходных каналах токовых сигналов, пропорциональных напряжениям на входах модуля ввода аналоговых сигналов 9. Токовые выходы и входы адаптера гальванически развязаны от входных сигналов, цепей питания и интерфейса RS-232/485, цепей защитного заземления. Токовые выходы имеют встроенную самовосстанавливаемую защиту от короткого замыкания, перенапряжений и различных наводок. Модуль цифровых интерфейсов 13 предназначен для работы телеметрического адаптера в составе промышленных систем телемеханики, использующих для связи с объектами цифровой интерфейс RS-485, функционирующий по протоколу ModBus RTU. Интерфейс RS-485 гальванически развязан от входных и выходных сигналов адаптера, цепей питания и защитного заземления. Цифровая линия связи имеет встроенную защиту от грозовых разрядов и перенапряжений. Модуль 13 содержит гальванически развязанный от всех цепей адаптера дополнительный сервисный интерфейс RS-232 и оптронный выход управления «прием-передача», что позволяет подключать адаптер к компьютеру через «нуль-модемный» кабель для настройки и диагностики, а так же использовать для передачи данных любой стандартный проводной GSM или радиомодем. Модуль связи 14 обеспечивает взаимодействие с удаленными системам телемеханики по каналам связи GSM и каналам низовой радиосвязи УКВ. Телеметрический адаптер поддерживает стандартные функции протокола ModBus. Поддержка встроенным программным обеспечением адаптера «двойной» адресации регистров, доступной функциям протокола ModBus происходит за счет того, что регистры адаптера имеют по несколько уникальных адресов в различных областях внутренней карты памяти и доступны всем обрабатываемым адаптером функциям протокола ModBus. Это обеспечивает возможность чтения или записи всего набора входов/выходов и регистров протокола ModBus в одном запросе, что позволяет уменьшить время реакции системы телемеханики, что особенно актуально при работе на низких скоростях обмена, например, на двухпроводных линиях связи большой протяженности, на каналах ТЧ.
Таким образом, заявляемая полезная модель позволяет осуществлять обмен информацией с центром управления по различным аналоговым и цифровым каналам связи, в том числе по радиоканалам и каналам сотовой связи, а так же повысить быстродействие систем телемеханики.