Промышленный контроллер
Техническое решение относится к электронике к программируемым логическим контроллерам, и может быть использовано для мониторинга и управления технологическими процессами в различных областях промышленности. Сущность заявляемого решения состоит в то, что широко известный промышленный контроллер, содержащий печатную плату со встроенным накопителем информации и с размещенным на ней микропроцессором, осуществляющим сбор информации с входов и портов RS-232 и RS-485 и передачу по интерфейсу Ethernet, контроллер последовательных портов и контроллер сетевых интерфейсов, связанные с микропроцессором и с блоком колодок и разъемов, предназначенных для подключения сторонних устройств и коммутаторов, энергонезависимую память, часы реального времени с автономным источником питания, снабжен программным обеспечением для преобразования данных цифрового информационного протокола нижнего уровня (например устройства связи с объектом, расходомеры, счетчики) в данные информационного протокола верхнего уровня (например система управления), размещенным на встроенном накопителе информации, содержащем операционную и исполнительную системы, разъемом для подключения съемных накопителей информации, связанным с микропроцессором, а также содержит дополнительно, по меньшей мере, по одному контроллеру последовательных портов и контроллеру сетевых интерфейсов, связанных с микропроцессором и с блоком колодок и разъемов. Заявляемый контроллер обладает широкими возможностями по интеграции в системы мониторинга и управления в качестве коммуникационного устройства. На прилагаемом чертеже представлена блок-схема заявляемого промышленного контроллера.
Заявляемое техническое решение относится к электронике, в частности, к системам программного управления, а именно к программируемым логическим контроллерам, и может быть использовано для мониторинга и управления технологическими процессами в различных областях промышленности.
Известен промышленный контроллер, содержащий расположенные в корпусе блоки питания, микроконтроллер, устройства ввода-вывода дискретных сигналов, часы реального времени с энергонезависимым питанием, энергонезависимое ОЗУ, интерфейс RS-485, обеспечивающий удаленное подключение устройств связи с объектом, интерфейс RS-232 для соединения с компьютером, клеммы для подсоединения управляемых объектов, жестко установленные на корпусе контроллера, и ответные съемные клеммы, светодиодные индикаторы. Контроллер содержит алфавитно-цифровой жидкокристаллический дисплей, расположенный на передней панели корпуса, а также клавиатуру (патент РФ на полезную модель 
52643, кл. G06F 9/00).
Наличие жидкокристаллического дисплея и клавиатуры усложняют и удорожают конструкцию контроллера, поэтому он не находит широкого использования.
Известен промышленный контроллер, содержащий печатную плату, на которой расположены микропроцессор, осуществляющий сбор информации с каналов и передачу по интерфейсам RS-232, RS-485 и CAN, обеспечивающим удаленное подключение с объектом, литиевый элемент, энергонезависимую память, канал телеуправления, часы реального времени. Контроллер снабжен блоком питания, дополнительной печатной платой с зажимами для подключения импульсных каналов, часы реального времени выполнены со встроенной энергонезависимой памятью, a CAN контроллер выполнен отдельной микросхемой (патент РФ 61900, Кл. МПК G06F 9/00).
Однако это контроллер имеет сложную систему сбора информации и ограниченные функциональные возможности устройства, поскольку он может работать лишь с ограниченным перечнем протоколов. Поэтому он не может найти широкого применения в системах управления с большим разнообразием оборудования, технологий и функций, выполняемых при сборе, переработке и последующей передаче информации по цифровым каналам связи, где имеет место использование большого числа как стандартных, так и специализированных информационных протоколов взаимодействия, в том числе протоколов Modbus, МЭК 60870-5-101/103/104, OPC DA с последующим решением задач управления и конфигурирования оборудования вплоть до обновления программного обеспечения. Для обеспечения возможности выполнения указанных функций пользователь должен подбирать соответствующие контроллеры с установленным в нем конкретным программным обеспечением.
Техническим результатом заявляемого решения является расширение области использования контроллера путем обеспечения возможности его функционирования с различными протоколами.
Технический результат достигнут за счет того, что промышленный контроллер, содержащий печатную плату со встроенным накопителем информации и с размещенным на ней микропроцессором, осуществляющим сбор информации с входов и портов RS-232 и RS-485 и передачу по интерфейсу Ethernet, контроллер последовательных портов и контроллер сетевых интерфейсов, связанные с микропроцессором и с блоком колодок и разъемов, предназначенных для подключения сторонних устройств и коммутаторов, энергонезависимую память, часы реального времени с автономным источником питания, снабжен программным обеспечением для преобразования данных цифрового информационного протокола нижнего уровня (например устройства связи с объектом, расходомеры, счетчики) в данные информационного протокола верхнего уровня (например система управления), размещенным на встроенном накопителе информации, содержащем операционную и исполнительную системы, разъемом для подключения съемных накопителей информации, связанным с микропроцессором, а также содержит дополнительно, по меньшей мере, по одному контроллеру последовательных портов и контроллеру сетевых интерфейсов, связанных с микропроцессором и с блоком колодок и разъемов.
Снабжение контроллера размещенным на встроенном накопителе информации программным обеспечением для преобразования данных цифрового информационного протокола нижнего уровня в данные информационного протокола верхнего уровня, содержащем операционную и исполнительную системы, обеспечивает возможность интеграции контроллера в системы мониторинга и управления в качестве коммуникационного устройства, связывающего данные нижнего и верхнего уровней с использованием расширенного перечня протоколов опроса устройств, а также нестандартных информационных протоколов.
Снабжение контроллера разъемом для подключения съемных накопителей информации обеспечивает возможность упрощения и повышения удобств установки в контроллер исполнительной системы, а также возможность использования накопителя для хранения различной информации, появляющейся в процессе работы контроллера.
Наличие нескольких сетевых интерфейсов Ethernet позволяет повысить безопасность и надежность работы всей системы мониторинга и управления за счет сегментирования сетей устройств полевого и верхнего уровней.
На прилагаемом чертеже представлена блок-схема заявляемого промышленного контроллера.
Промышленный контроллер содержит печатную плату с размещенным на ней микропроцессором 1 (см. чертеж), встроенным накопителем информации 2, оперативным запоминающим устройством (ОЗУ) 3, часами реального времени 4, связанными с микропроцессором 1 и автономным источником питания 5.
Микропроцессор 1 через блок питания 6 связан с клеммной колодкой 7. Непосредственно к микропроцессору 1 подключены контроллеры 8, 8', 8" последовательных портов и контроллеры 9, 9', 9" сетевых интерфейсов, имеющие на выходе клеммные колодки 10 и разъемы 11, предназначенные для физического подключения к микропроцессору 1 сторонних устройств и коммутаторов (на чертеже не показаны).
Встроенный накопитель информации 2 снабжен программным обеспечением для преобразования данных цифрового информационного протокола нижнего уровня в данные информационного протокола верхнего уровня и содержит операционную и исполнительную системы.
Для обеспечения возможности переноса программного обеспечения и ее сохранения микропроцессор 1 снабжен разъемом 12 для подключения съемных накопителей информации.
Промышленный контроллер работает следующим образом.
Через блок питания 6 и клеммную колодку 7 контроллер подключают к источнику питания, посредством сетевого кабеля Ethernet организуют физическую связь контроллера с ПК. Посредством сетевых и коммуникационных кабелей подключают разъемы и клеммные колодки 10 и 11 к интерфейсам устройств и сетям нижнего уровня. Наличие нескольких контроллеров 10 и 11 обеспечивает возможность подключения большего числа устройств нижнего уровня.
Подготавливают необходимые файлы и переносят их на съемный накопитель информации, который затем устанавливают в разъем 12 контроллера. Включают питание контроллера, при помощи специализированного программного обеспечения устанавливают связь с контроллером и, используя команды операционной системы контроллера, переносят на встроенный накопитель информации 2 исполнительную систему со съемного накопителя и запускают ее.
На ПК запускают инструментальную среду программирования контроллеров и, в соответствии с документацией на нее, создают конфигурацию контроллера, включающую в себя описание всех устройств нижнего уровня, математическую обработку данных, карту адресов контроллера, настройку связи с верхним уровнем и другие необходимые операции системы.
Посредством инструментальной среды программирования контроллеров производят загрузку конфигурации в контроллер. В режиме отладки наблюдают состояния и значения интересующих параметров, и по возможности сверяют их с реальными данными.
Исполнительная система контроллера, в соответствии с загруженной в него конфигурацией, производит опрос устройств нижнего уровня, в соответствии с заданной математической обработкой и алгоритмами управления осуществляет преобразование полученных данных, используя при этом ОЗУ 3. Исполнительная система отслеживает запросы, поступившие от системы верхнего уровня и в соответствии с ними, формирует и передает необходимые оперативные или архивные данные, сопровождая их, по необходимости, временной меткой, получаемой от часов реального времени 4.
В систему верхнего уровня импортируют карту адресов контроллера, производят настройку канала связи с ним и получают необходимые состояния и значения параметров.
Промышленный контроллер, содержащий печатную плату со встроенным накопителем информации и с размещенным на ней микропроцессором, осуществляющим сбор информации с входов и портов RS-232 и RS-485 и передачу по интерфейсу Ethernet, контроллер последовательных портов и контроллер сетевых интерфейсов, связанные с микропроцессором и с блоком колодок и разъемов, предназначенных для подключения сторонних устройств и коммутаторов, энергонезависимую память, часы реального времени с автономным источником питания, отличающийся тем, что он снабжен программным обеспечением для преобразования данных цифрового информационного протокола нижнего уровня в данные информационного протокола верхнего уровня, размещенным на встроенном накопителе информации, содержащем операционную и исполнительную системы, имеет разъем для подключения съемных накопителей информации, связанным с микропроцессором, а также содержит дополнительно, по меньшей мере, по одному контроллеру последовательных портов и контроллеру сетевых интерфейсов, связанных с микропроцессором и с блоком колодок и разъемов.
