МОДУЛЬНЫЙ КОНТРОЛЛЕР СБОРА ИНФОРМАЦИИ

Полезная модель относится к групповым измерительным преобразователям аналоговых сигналов постоянного тока, термометров сопротивления, термопар, пневматических сигналов и предназначена для удаленного получения информации о состоянии сложных технических объектов.
Наиболее близким к предлагаемому модульному контроллеру сбора информации (МКСИ) является устройство программного управления TREI-5В - многофункциональное устройство блочного типа, являющееся средством измерения и предназначенное для автоматического контроля и управления технологическими процессами на предприятиях с нормальными и пожаровзрывоопасными условиями, имеющее источник питания, блок центрального процессора, и микропроцессорные модули ввода. (Устройство программного управления TREI-5B-01, Руководство по эксплуатации TREI GMBH, 1996 г., стр.10, рис.2.4, б)
Устройство осуществляет прием, измерение и нормирование аналоговых, дискретных и импульсных электрических сигналов с выходов первичных преобразователей (датчиков, термопар, термометров сопротивления и т.п.). В единый каркас можно устанавливать до 3 модулей ввода типа I0Р, общее количество каналов ввода до 24. Конфигурация входа (ток, сигнал с термопары или с термометра сопротивления) устанавливается пользователем. При конфигурации входа для измерения сигналов термопары осуществляется компенсация температуры холодного спая. Существенным недостатком устройства является то, что при заказе взрывозащитного исполнения поставка устройства выполняется в двухблочном исполнении - необходим дополнительный искробезопасный блок питания модели PU. Блок питания формирует питающее напряжение для базового блока управления и обеспечивает гальваническую изоляцию блока управления от сети 220 В. Другим существенным недостатком устройства является необходимость жесткой привязки аналогового входа к конкретному типу токового сигнала, сигнала напряжения, термопары или термометра сопротивления и диапазону измерения при заказе модуля ввода. Кроме того, измерение сигналов термопар ведется по четырехпроводной схеме и к одному модулю ввода возможно подключение только четырех термометров. Устройство программного управления TREI-5B не имеет модулей ввода пневматических сигналов.
Технической задачей предполагаемой полезной модели является создание модульного контроллера сбора информации, обеспечивающего его эксплуатацию во взрывоопасных условиях без применения дополнительных устройств за счет выполнения входных цепей модулей ввода аналоговых сигналов во взрывозащищенном исполнении с видом взрывозащиты «искро-безопасная
электрическая цепь i», обеспечивающим ограничение напряжения и тока до искробезопасных значений.
Эта задача выполняется с помощью модульного контроллера сбора информации, представляющим собой единый каркас с установленным в него источником питания, блоком центрального процессора и микропроцессорными модулями ввода, установленными в произвольном порядке в разъемы, закрепленные на кросс-плате. Модульный контроллер сбора информации имеет модуль ввода пневматических сигналов. На общей печатной плате каждого модуля ввода электрических сигналов выполнен барьер искробезопасности, осуществляющий ограничение тока и напряжения в цепи питания и передачи информации от датчика до искробезопасных значений, и представляющий собой дублированный транзисторный стабилизированный ограничитель тока, а ограничитель напряжения - виде двух параллельно включенных стабилитронов на входе и выходе.
На фиг.1 изображена функциональная схема модульного контроллера сбора информации, где
МВАИ 3 - модуль ввода аналоговых сигналов от датчиков с выходным сигналом 4-20 мА по ГОСТ 26.011, эксплуатируемых во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок;
МВСТ 3 - модуль ввода низкоуровневых сигналов от стандартных термометров сопротивления по ГОСТ 6651 или стандартных термопреобразователей по ГОСТ Р 50342, эксплуатируемых во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок;
МВПС 3 - модуль ввода пневматических сигналов 20-100 кПа по ГОСТ 26.015;
МЦП 3 - модуль центрального процессора;
МП 3 - модуль питания;
МЦИ 3 - модуль цифровой индикации;
МКП 3-10 - модуль кросс-платы;
SPI - Serial Peripheral Interface (последовательный периферийный интерфейс) - внутренний межмодульный интерфейс МКСИ-03;
БИ - барьер искробезопасности;
СИ - системный SPI интерфейс модулей ввода;
- обмен информацией между модулями и внутренней SPI шиной устройства по SPI интерфейсу;
- линии питания;
- обмен информацией с верхним уровнем (рабочей станцией, сервером, контроллером) по интерфейсу RS-485;
- ввод информации от кнопок, расположенных на лицевой панели устройства рядом с дисплеем цифровой индикации;
- линии поступления сигналов от датчиков.
1 - разъем подключения №4
2 - разъем подключения №2
3 - разъем подключения №9
4 - разъем подключения №2
5 - разъем подключения МЦИ 3
6 - разъем подключения №3
7 - разъем подключения №7
8 - датчики с выходными токовыми сигналами 4-20 мА во взрывоопасной зоне
9 - термометры сопротивления и термопреобразователи
10 - датчики с пневматическими выходными сигналами 20-100 кПа
Преобразователь измерительный МКСИ является проектно-компануемым программируемым микропроцессорным контроллером, предназначенным для удаленного получения информации о состоянии сложных технических объектов.
В базовый блок установлены модуль питания МП 3, модуль центрального процессора МЦП 3, модуль цифровой индикации МЦИ 3 и модуль кросс-платы МКПЗ-10. Перечисленные модули не являются средствами измерения и не содержат программных продуктов, обеспечивающих расчет параметров выходных величин.
Дополнительно в блок можно установить от одного до восьми модулей ввода сигналов - МВАИ 3, МВСТ 3, МВПС 3 в любом сочетании.
Модули ввода сигналов, модуль питания МП 3 и модуль центрального процессора МЦП 3 устанавливаются в любые разъемы подключения (№0-№9) модуля кросс-платы МКПЗ-10. Все разъемы подключения (№0-№9 и разъем для подключения МЦИ 3) модуля кросс-платы МКПЗ-10 соединены между собой шиной последовательного периферийного интерфейса SPI и обеспечивают питание установленных в них модулей от модуля питания МП 3.
На шестиканальные модули ввода МВАИ 3. МВСТ 3 и МВПС 3 поступают аналоговые сигналы о состоянии объекта. Каждый модуль ввода производит вычислительную обработку измерительной информации (масштабирование и линеаризацию принимаемых сигналов, расчет измеренных значений в физических величинах технологических параметров) с помощью микропроцессора, встроенного в каждый из перечисленных модулей.
Искробезопасность электрических цепей МКСИ, соединенных с линией питания датчиков, обеспечивается путем ограничения напряжения и тока в электрических цепях модуля ввода аналоговой информации МВАИ 3 и модуля ввода сигналов термопреобразователей МВСТ 3 за счет конструктивных и схемотехнических решений, условно обозначенных на схеме как барьер искробезопасности БИ.
От модулей ввода информация о состоянии объекта поступает в модуль центрального процессора МЦП 3. Здесь центральный процессор производит окончательную обработку и подготовку информации для передачи на верхний уровень в качестве ответа на соответствующий запрос. В функции центрального процессора также входит формирование ответов на запросы от верхнего уровня, контроль за состоянием всего устройства (самодиагностика),
контроль за состоянием органов управления прибором (кнопок на лицевой панели) и отображение требуемой информации на модуле цифровой индикации МЦИ 3.
Обмен информацией между модулем центрального процессора и периферийными модулями осуществляется через шину по интерфейсу SPI. Обмен информацией между модулем центрального процессора и верхним уровнем осуществляется по интерфейсу RS-485, протокол MODBUS.
Таким образом, модульный контроллер сбора информации гарантирует взрывобезопасность работы без применения дополнительных устройств.