Универсальный микропроцессорный контроллер

Полезная модель относится к системам программного управления, а именно к программируемым микропроцессорным логическим контроллерам (ПМЛК), в частности к многофункциональным программно-аппаратным комплексам модульной конструкции и предназначена для мониторинга и управления параметрами работы погружных насосных установок и других промышленных объектов.
На данный момент автоматизация производственных процессов является неотъемлемой частью повышение эффективности работы промышленного оборудования. Одним из способов автоматизации технологических процессов в нефтедобыче является использование программируемых логических контроллеров в составе станций управления погружными насосными установками. Основными направлениями в развитии данных устройств является повышение функциональности, уменьшение габаритов, обеспечение возможности эксплуатации в сложных климатических условиях.
Из уровня техники известно множество ПМЛК, для управления всевозможными технологическими процессами, так из патента на полезную модель РФ №32301 от 10.09.2003 известен микропроцессорный контроллер технологических установок, содержащий блок контроллера, включающий модуль процессора, оперативное запоминающее устройство, энергонезависимую память, модули ввода и вывода аналоговых и дискретных сигналов, модули интерфейсной связи и блоки питания. Также содержит, взаимодействующую с блоком контроллера панель оператора, снабженную буквенно-цифровым экраном и клавиатурой управления. С целью повышения надежности и эксплуатационных характеристик при использовании в передвижных технологических установках, в схему электропитания контроллера включен блок защиты сети от импульсных перенапряжений.
К недостаткам описанного технического решения можно отнести сниженную функциональность и как следствие несоответствие современным требованиям, предъявляемым к данному типу устройств.
Также из патента на полезную модель РФ №178497 известен котроллер для управления системой мониторинга промышленных объектов, содержащий расположенные в корпусе процессорный модуль для исполнения управляющих программ, со встроенными часами реального времени, ОЗУ и картами памяти, блок интерфейса Ethernet для соединения с управляющим компьютером, блок интерфейсов CAN и RS-485, предназначенные для обработки сигналов от внешних датчиков и формирования сигналов управления исполнительными механизмами, светодиодные индикаторы, расположенные на передней панели корпуса, клеммы для подсоединения интерфейсов. В схему контроллера введены блок интерфейса 1-wire, предназначенный для обработки сигналов от внешних датчиков, блок интерфейса RS-232, предназначенный для формирования сигналов управления исполнительными механизмами, блок интерфейса SPI для управления аналого-цифровым преобразователем, реле для управления цепями питания внешних устройств, GSM-модем для обеспечения беспроводной связи, ПЗУ для хранения управляющей программы. Также в схему контроллера введен блок интерфейса LVDS для подключения внешних дисплеев. Восемь аналоговых входов подключены через датчики тока к аналого-цифровому преобразователю. В схему контроллера введен блок преобразователя сигналов интерфейса USB для подключения периферийных вычислительных устройств.
К недостаткам описанного технического решения можно отнести отсутствие возможности удаленного управления контроллером посредством беспроводных каналов связи WiFi, что усложняет эксплуатацию устройства в экстремальных коиматических условиях, также отсутствие измерительных устройств параметров сети и оборудования снижает функциональность контроллера.
Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение является, создание устройства помещенного в компактный защищенный корпус, совмещающего функции панели оператора, программируемого микропроцессорного логического контроллера (ПМЛК) и GPRS/Wifi коммуникатора, выполненного с возможность эксплуатации в сложных климатических условиях в широком диапазоне температур.
Технический результат, получаемый от реализации заявляемой полезной модели заключается в повышении функциональности ПМЛК. Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что универсальный микропроцессорный контроллер (УМК) сконфигурирован с возможностью выполнения функций панели оператора, измерительного устройства, программируемого микропроцессорного логического контроллера и WiFi/GPRS коммуникатора. 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 указанный контроллер содержит устройства измерения параметров сети и управляемого оборудования и оснащен системой подогрева и вентиляции.
Сущность заявляемого технического решения поясняется, но не ограничивается следующими графическими материалами:
фиг.1 – схема погружной насосной установки;
фиг.2 – функциональная блок-схема универсального микропроцессорного контроллера (УМК);
фиг.3 – фронтальная панель универсального микропроцессорного контроллера (УМК);
Одним из примеров применения заявляемого технического решения является использование УМК в составе станции управления погружной насосной установки для поднятия скважинной жидкости на поверхность. Указанная насосная установка содержит наземную 1(фиг.1) и погружную 2 части. Наземная часть представлена в виде станции управления 3, с встроенным универсальным микропроцессорным контроллером 4. Станция управления выполнена виде трехфазного высокочастотного инвертора-регулятора и выходного трансформатора, связанного с линейным вентильным электродвигателем 5 кабельной линией 6. Погружная часть 2 (фиг.1) содержит линейный вентильный электродвигатель 5 с модулями телеметрии 7 и гидрокомпенсатором 8, связанный с плунжерной насосной установкой 9.
Универсальный микропроцессорный контроллер (УМК), содержит расположенные в моноблочном корпусе микропроцессор 10 с оперативным запоминающим устройством ОЗУ 11, энергонезависимое постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 12 для ведения журнала событий и хранения уставок с реализованной возможностью вывода данных и формирования таблиц и графиков с данными, также в конструкцию устройства встроен таймер реального времени 13.
Согласно приведенному варианту реализации УМК, оснащен дискретными и аналоговыми входами и выходами 14 различных типов 0…10В и 4…20mA. Также заявляемое устройство включает интерфейсы    RS-485/CAN/(Profibus DP Slave) 15 для связи с преобразователями частоты, RS485/CAN 16 для связи с модулями расширения (подключения дополнительных устройств). Связь с модулем телеметрии и автоматизированной системой управления (АСУ) реализована посредством интерфейсов RS-232/RS485 17, 18.
Также связь с преобразователями частоты станции управления может быть реализована посредством высокоскоростных оптических портов 19, 20. Для подключения периферийных устройств, например USB flash накопителя  предусмотрен интерфейс USB-2 HS HOST 21. Для соединения с устройствами  автоматизированной системы управления устройство содержит интерфейс Ethernet 22.
Согласно заявляемому техническому решению УМК содержит элементы непосредственного управления, представленные в виде дисплея 23 с герметичным уплотнением, оснащенного сенсорным экраном, который продублирован механическими кнопками 24.
Элементы непосредственного управления, совмещены со средствами удаленного управления и мониторинга содержащими высокоскоростные интерфейсы беспроводного соединения WiFi 25 и GPRS 26. Все интерфейсы устройства кроме USB 21 и SD интерфейса 27 имеют гальваническую развязку, что позволяет повысить помехоустойчивость.
Высокоскоростные интерфейсы включающие оптический порты, GPRS, Ethernet, SD интерфейсы и низкоскоростные интерфейсы к которым относятся дискретные и аналоговые входы/выходы, интерфейсы RS-232/RS485, а также порт подключения блока измерения высокого напряжения Meas_HV 28, объединены в группы и вынесены на противоположные боковые панели УМК. Также указанный контроллер содержит, интерфейсы 29, 30 связи с устройствами измерения параметров сети и управляемого оборудования, такими как устройство обработки параметров сопротивления изоляции погружного электродвигателя, устройство обработки параметров  частоты турбинного вращения двигателя.
Бесперебойное функционирование УМК в сложных климатических условиях обеспечивается посредством эффективной системы подогрева и вентиляции.
УМК сконфигурирован с возможностью выполнения функций панели оператора за счет наличия дисплея 23, оснащенного сенсорным экраном, который продублирован механическими кнопками 24 для удобства работы в области низких температур до -50°С. Также заявляемое техническое  решение позволяет реализовать функции измерительного устройства, программируемого микропроцессорного логического контроллера и WiFi/GPRS коммуникатора, что обеспечивает высокую функциональность, а также удобство доступа к устройству и собранным данным. УМК позволяет изменять основные рабочие параметры управляемого оборудования, такие как частота, напряжение, ток, коэффициенты мощности, текущие параметры, которые позволят использовать оборудование максимально эффективно.