УСТРОЙСТВО СБОРА И ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

Полезная модель относится к объектам электроэнергетики и может быть использована на промышленных предприятиях в системах сбора информации со счетчиков электроэнергии.
Известно устройство сбора и передачи данных серии RTU 300 (www.izmerenie.ru), которое содержит блок питания, микроконтроллер, модуль телеуправления, модуль ввода дискретных сигналов, индикатор жидкокристаллический, клавиатуру, интерфейсы Ethernet и Profibus, энергонезависимую память большой емкости.
Признаки аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемой полезной модели, следующие.
Устройство содержит микроконтроллер, модуль ввода дискретных сигналов, энергонезависимую память большой емкости, модуль интерфейсов.
Причины, препятствующие получению технического результата, который обеспечивается полезной моделью, по аналогу следующие. Элементы устройства расположены не на одной печатной плате, это уменьшает надежность устройства и увеличивает себестоимость его. В этом устройстве отсутствует модуль индикации входных дискретных сигналов. Это не позволяет контролировать наличие входных сигналов и правильность подсоединения входных проводников, что приводит к невозможности оперативного контроля системы сбора данных и усложняет монтаж устройства.
За прототип принято устройство сбора и передачи данных, которое содержит микроконтроллер, осуществляющий сбор, обработку и передачу измерительной информации при помощи модуля ввода дискретных сигналов, преобразователь сигналов интерфейса RS-485, преобразователь сигналов интерфейса RS-232, модуль телеуправления, передающий команды телеуправления от микроконтроллера во внешние устройства. Устройство выполнено в виде разъемной конструкции, состоящей из электронного блока
и кроссового блока для присоединения внешних устройств и питания. Все элементы устройства расположены на одной печатной плате. Устройство снабжено преобразователем сигналов интерфейса CAN, модулем часов реального времени, сообщающим микроконтроллеру точное астрономическое время. Устройство имеет также энергонезависимую память большой емкости для хранения конфигурации устройства и собранной микроконтроллером информации, модуль индикации входных дискретных сигналов, индицирующий наличие входных дискретных сигналов. Цепи интерфейсов и внутренние электрические цепи устройства гальванически развязаны между собой. (Патент US №59861, опубл. 27.12.2006)
Причины, препятствующие получению технического результата, который обеспечивается полезной моделью, по прототипу, следующие. Отсутствие в прототипе модуля четырехканального аналого-цифрового преобразователя не позволяет производить измерение аналоговых сигналов, сужая функциональные возможности устройства. Один преобразователь сигналов интерфейса RS-485 в прототипе не позволяет собирать информацию одновременно с большого количества внешних устройств. В прототипе нет модуля, позволяющего управлять непосредственно внешними исполнительными устройствами, что снижает функциональность и повышает стоимость систем, в которых используется устройство по прототипу.
Технический результат, проявляющийся при изготовлении, либо при использовании предлагаемой полезной модели, - расширение функциональных возможностей заявляемого устройства, возможность измерения аналоговых сигналов, возможность одновременного сбора информации с большого количества внешних устройств, возможность непосредственно управлять внешними устройствами по заданному алгоритму, что повышает функциональность и снижает стоимость систем, в которых используется предлагаемое устройство.
Существенные признаки заявляемой полезной модели следующие. Устройство сбора и передачи данных содержит микроконтроллер,
осуществляющий сбор, обработку и передачу измерительной информации при помощи модуля ввода дискретных сигналов, преобразователя сигналов интерфейса RS-485, преобразователя сигналов интерфейса RS-232. Устройство выполнено в виде разъемной конструкции, состоящей из электронного блока и кроссового блока для присоединения внешних устройств и питания. Все элементы устройства расположены на одной печатной плате. Устройство снабжено преобразователем сигналов интерфейса CAN, модулем часов реального времени, сообщающим микроконтроллеру точное астрономическое время, энергонезависимой памятью большой емкости для хранения конфигурации устройства и собранной микроконтроллером информации, модулем индикации входных дискретных сигналов, индицирующим наличие входных дискретных сигналов. Цепи интерфейсов и внутренние электрические цепи устройства гальванически развязаны между собой.
В отличие от прототипа устройство сбора и передачи данных содержит модуль четырехканального аналого-цифрового преобразователя, позволяющий производить измерения аналоговых входных сигналов, дополнительный преобразователь сигналов интерфейса RS-485, двухканальный модуль управления внешними исполнительными устройствами с гальванической изоляцией.
Снабжение заявляемого устройства модулем четырехканального аналого-цифрового преобразователя расширяет функциональные возможности устройства, позволяет производить одновременно измерение четырех каналов аналоговых сигналов. Снабжение заявляемого устройства дополнительным преобразователем сигналов интерфейса RS-485 также расширяет функциональные возможности устройства и позволяет собирать информацию одновременно с большего количества внешних устройств. Снабжение заявляемого устройства двухканальным модулем управления внешними исполнительными устройствами с гальванической изоляцией позволяет непосредственно управлять внешними исполнительными
устройствами по заданному алгоритму, что повышает функциональность и снижает стоимость систем, в которых используется заявляемое устройство.
Сущность полезной модели поясняется чертежом.
Устройство сбора и передачи данных содержит кроссовый блок 1 и электронный блок 3. Кроссовый блок 1 предназначен для коммутации цепей питания, цифровых интерфейсов и измерительных цепей входных каналов. Кроссовый блок 1 также содержит конструктивные элементы, обеспечивающие пломбирование устройства и ограничение доступа к нему при эксплуатации. Электронный блок 3 содержит единую печатную плату с микроконтроллером 14, часами реального времени 15, супервизором 16, литиевой батареей 17, модулем четырехканального аналого-цифрового преобразователя 18, двухканальным модулем управления внешними исполнительными устройствами с гальванической изоляцией 4, модулем ввода дискретных сигналов 2, модулем индикации входных дискретных сигналов 5, преобразователем 24В→12В 7, двумя преобразователями 24В→5В 8 и 9, преобразователем сигналов интерфейса RS-485 6, дополнительным преобразователем сигналов интерфейса RS-485 19, преобразователем сигналов интерфейса CAN 10, преобразователем сигналов интерфейса RS-232 12, энергонезависимой памятью большой емкости 13 и DIP переключателем 11.
Устройство работает следующим образом.
Входное напряжение 24В подается с кроссового блока 1 на преобразователь 24В→12В 7 и на два преобразователя 24В→5В 8 и 9. Преобразователь 24В→12 В 7 осуществляет питание напряжением 12 В гальванически изолированным от входного напряжения модуля ввода дискретных сигналов 2 и модуля индикации входных дискретных сигналов 5. Преобразователь 24В→5В 8 осуществляет питание напряжением 5В гальванически изолированным от входного напряжения выходных цепей преобразователя сигналов интерфейса RS-485 6, дополнительного преобразователя сигналов интерфейса RS-485 19 и преобразователя сигналов интерфейса CAN 10.
Преобразователь 24В→5В 9 осуществляет питание напряжением 5В гальванически изолированным от входного напряжения супервизора 16, интерфейса RS-232 12, энергонезависимой памяти большой емкости 13 и модуля четырехканального аналого-цифрового преобразователя 18. Супервизор 16 подает напряжение питания 5В от преобразователя 24В→5В 9 на микроконтроллер 14 и часы реального времени 15. При изменении напряжения 5В ниже допустимого, супервизор 16 выдает сигнал предупреждения на микроконтроллер 14, после чего отключает его от напряжения 5В, а на часы реального времени 15 подает напряжение от литиевой батареи 17. Для увеличения срока службы при длительном хранении литиевая батарея 17 может быть отключена от супервизора 16 при помощи DIP переключателя 11. Также DIP переключатель 11 используется для сброса настроек цифровых интерфейсов устройства в исходное состояние и для перевода устройства в специальный режим при его ремонте и обслуживании. Входные дискретные сигналы поступают с кроссового блока 1 на модуль ввода дискретных сигналов 2 и модуль индикации входных дискретных сигналов 5. Модуль индикации входных дискретных сигналов 5 индицирует наличие входных дискретных сигналов. Модуль ввода дискретных сигналов 2 осуществляет фильтрацию входных дискретных сигналов от помех, гальваническую развязку и транслирует обработанные сигналы на микроконтроллер 14. Входные аналоговые сигналы поступают с кроссового блока 1 на модуль четырехканального аналого-цифрового преобразователя 18, который преобразует аналоговые сигналы в цифровые. Микроконтроллер 14 осуществляет сбор информации с модуля ввода дискретных сигналов 2, модуля четырехканального аналого-цифрового преобразователя 18, а также с внешних датчиков информации с цифровым интерфейсом через преобразователь сигналов интерфейса RS-485 6, дополнительный преобразователь сигналов интерфейса RS-485 19, преобразователь сигналов интерфейса CAN 10 и преобразователь сигналов интерфейса RS-232 12. Собранную информацию микроконтроллер 14
обрабатывает, выполняет привязку к астрономическому времени, считанному с часов реального времени 15, и сохраняет ее в энергонезависимой памяти большой емкости 13. Одновременно с этим микроконтроллер 14 через преобразователь сигналов интерфейса RS-485 6, дополнительный преобразователь сигналов интерфейса RS-485 19, преобразователь сигналов интерфейса CAN 10 и преобразователь сигналов интерфейса RS-232 12 осуществляет прием команд и запросов на выдачу информации и изменение конфигурации. Микроконтроллер 14 обрабатывает принятые запросы и, в зависимости от запроса, производит изменение конфигурации устройства, выдачу запрошенной информации и/или выполняет команду. Через двухканальный модуль управления внешними исполнительными устройствами с гальванической изоляцией 4 микроконтроллер 14 управляет внешними исполнительными устройствами в соответствии с алгоритмом, заданным конфигурацией устройства. Микроконтроллер 14 сохраняет конфигурацию устройства в энергонезависимой памяти большой емкости 13. Изменение конфигурации допускается только при подключении к разъему преобразователя интерфейса RS232 12 внешнего ключа блокировки доступа. Конфигурация устройства хранится в энергонезависимой памяти большой емкости 13. Преобразователь сигналов интерфейса RS-485 6, дополнительный преобразователь сигналов интерфейса RS-485 19 и преобразователь сигналов интерфейса CAN 10 выполняют гальваническую развязку и преобразование сигналов от микроконтроллера 14. Выходные сигналы преобразователя сигналов интерфейса RS-485 6, дополнительного преобразователя сигналов интерфейса RS-485 19 и преобразователя сигналов интерфейса CAN 10 передаются на кроссовый блок. Разъем преобразователя сигналов интерфейса RS-232 расположен на печатной плате электронного блока 3.