Многофункциональный контроллер
Полезная модель относится к устройствам с программным управлением, а именно к программируемым контроллерам, и может быть использовано в устройствах сбора, обработки и передачи информации в технических системах. Многофункциональный контроллер, выполнен в виде корпуса, в котором установлена плата центрального процессора с энергонезависимой памятью, осуществляющего прием информации с цифровых входов и порта RS232 и передачу принятой информации по интерфейсу Ethernet, причем корпус снабжен гнездом сетевого кабеля для подключения к коммутатору 10/100 Base-Tx, а также разъемным блоком контактов, включающим контакты для подключения внешних устройств к четырем входам/выходам универсальных программируемых цифровых каналов, контакты для подключения проводов питания и управляющей цепи исполнительного устройства, контакты подключения последовательного порта подключаемого устройства к контроллеру, а также контакты для подключения к оптически развязанным релейным выходам с величиной тока до 2,5 А, снабженный разъемом для подключения внешнего питания 12-36 V постоянного напряжения, разъемом для подключения внешних датчиков, имеющих интерфейс 1 Wire, радиомодемом GSM/GPRS с антенной и интерфейсом для SIM CARD, гальванически изолированными интерфейсами RS485 и CAN-bus, разъемным блоком контактов для подключения внешних устройств к четырем дополнительным входам/выходам универсальных программируемых цифровых каналов, астрономическим таймером-календарем с резервированным питанием от батареи, схемой защиты от перемены полярности напряжения питания, аппаратным сторожевым таймером "Watchdog" и индикатором режима работы, дополнительно снабжен встроенным блоком питания, от одной до трех плат сопроцессоров, имеющих возможность обмена информацией по каналам последовательного интерфейса, каждая плата сопроцессора содержит до четырех мезонинных модулей (плат), причем плата центрального процессора и платы сопроцессоров размещены на материнской плате, установленной в корпусе, выполненном герметичным по стандарту IP54, при этом в качестве блока программирования используется персональный компьютер. Технический результат: снижение издержек при создании устройств сбора, обработки и передачи информации, повышение быстродействия и расширении функциональных возможностей.
Полезная модель относится к устройствам с программным управлением, а именно к программируемым контроллерам, и может быть использована в устройствах сбора, обработки и передачи информации в технических системах.
Известен контроллер (Патент РФ 
2348966, G06F 9/00, 2008 г.), выполненный в виде корпуса с клеммной панелью, в котором установлена печатная плата с размещенным на ней микроконтроллером, осуществляющим прием информации с цифровых входов и порта RS-232, и передачу принятой информации по интерфейсу Ethernet, а также энергонезависимая память, причем корпус снабжен средствами крепления к горизонтальной или вертикальной опорной поверхности и снабжен гнездом сетевого кабеля для подключения к коммутатору 10/1000 Base-Tx с поддержкой РоЕ (передача питания через сеть Ethernet), а также разъемным клеммным блоком контактов, включающим контакты для подключения внешних устройств к четырем входам/выходам универсальных программируемых цифровых каналов, контакты для подключения проводов питания и управляющей цепи исполнительного устройства, контакты для подключения последовательного порта подключаемого устройства к контроллеру, а также контакты для подключения к оптически развязанным релейным выходам с величиной тока до 2,5 А и напряжения до 60 В. Контроллер снабжен кнопками управления и разъемом для подключения внешнего питания 12-36 В постоянного напряжения, предназначенного для использования, если подключаемый коммутатор не поддерживает технологию РоЕ, гнездо сетевого кабеля для подключения к коммутатору 10/100 Base-Tx с поддержкой РоЕ.
Недостатком известного контроллера является отсутствие, в его составе интерфейсов I2С и 1 Wire для подключения внешних датчиков температуры, влажности и задымления, что сужает область применения контроллера, отсутствие интерфейсов RS-485, CAN и радиомодема GSM/GPRS, что ограничивает его применение в распределенных системах сбора информации.
Известен также контроллер (Патент РФ 102402, G06F 9/00, 2010 г.), выполненный в виде корпуса, в котором установлена плата центрального процессора с энергонезависимой памятью, осуществляющего прием информации с цифровых входов и порта RS232 и передачу принятой информации по интерфейсу Ethernet, причем корпус снабжен гнездом сетевого кабеля для подключения к коммутатору 10/100 Base-Tx, а также разъемным блоком контактов, включающим контакты для подключения внешних устройств к четырем входам/выходам универсальных программируемых цифровых каналов, контакты для подключения проводов питания и управляющей цепи исполнительного устройства, контакты подключения последовательного порта подключаемого устройства к контроллеру, а также контакты для подключения к оптически развязанным релейным выходам с величиной тока до 2,5 А, снабженный кнопками управления и разъемом для подключения внешнего питания 12-36 V постоянного напряжения, преобразователем сигналов интерфейса I2С в сигналы интерфейса 1 Wire, разъемом для подключения внешних датчиков, имеющих интерфейс 1 Wire, радиомодемом GSM/GPRS с антенной и интерфейсом для SIM CARD, инфракрасным портом, гальванически изолированными интерфейсами RS485 и CAN-bus, разъемным блоком контактов для подключения внешних устройств к четырем дополнительным входам/выходам универсальных программируемых цифровых каналов, астрономическим таймером-календарем с резервированным питанием от батареи, схемой защиты от перемены полярности напряжения питания, аппаратным сторожевым таймером "Watchdog" и индикатором режима работы.
Недостатком известного контроллера является отсутствие в его составе блока питания, что ведет к удорожанию устройств сбора, обработки и передачи информации, недостаточное быстродействие и невозможность распараллеливания процессов вследствие жесткой фиксированное качественного состава и структуры его технических средств.
Технический результат заявляемой полезной модели заключается в повышении быстродействия и расширении функциональных возможностей.
Указанный результат достигается тем, что многофункциональный контроллер, выполненный в виде корпуса, в котором установлена плата центрального процессора с энергонезависимой памятью, осуществляющего прием информации с цифровых входов и порта RS232 и передачу принятой информации по интерфейсу Ethernet, причем корпус снабжен гнездом сетевого кабеля для подключения к коммутатору 10/100 Base-Tx, а также разъемным блоком контактов, включающим контакты для подключения внешних устройств к четырем входам/выходам универсальных программируемых цифровых каналов, контакты для подключения проводов питания и управляющей цепи исполнительного устройства, контакты подключения последовательного порта подключаемого устройства к контроллеру, а также контакты для подключения к оптически развязанным релейным выходам с величиной тока до 2,5 А, снабженный разъемом для подключения внешнего питания 12-36 V постоянного напряжения, разъемом для подключения внешних датчиков, имеющих интерфейс 1 Wire, радиомодемом GSM/GPRS с антенной и интерфейсом для SIM CARD, гальванически изолированными интерфейсами RS485 и CAN-bus, разъемным блоком контактов для подключения внешних устройств к четырем дополнительным входам/выходам универсальных программируемых цифровых каналов, астрономическим таймером-календарем с резервированным питанием от батареи, схемой защиты от перемены полярности напряжения питания, аппаратным сторожевым таймером "Watchdog" и индикатором режима работы, дополнительно снабжен встроенным блоком питания, от одной до трех плат сопроцессоров, имеющих возможность обмена информацией по каналам последовательного интерфейса, каждая плата сопроцессора содержит до четырех мезонинных модулей (плат), причем плата центрального процессора и платы сопроцессоров размещены на материнской плате, установленной в корпусе, выполненном герметичным по стандарту IP54, при этом в качестве блока программирования используется персональный компьютер. Мезонинные модули могут быть выполнены в модификациях гальванической развязки на вход, гальванической развязки с ключами на вывод, АЦП, контроллера 1 Ware. Интерфейсные блоки могут быть выполнены в модификациях PLC модема, радиомодема RMA или RMA MP, Bluetooth, USB для связи с КПК или ноутбуком. Преобразователь сигналов интерфейса I2C в сигналы интерфейса 1 Wire может быть размещен на плате одного или каждого сопроцессора.
На фиг.1 приведен вид сверху блок-схемы материнской платы многофункционального контроллера.
На фиг.2 приведен вид снизу блок-схемы материнской платы многофункционального контроллера.
Материнская плата устанавливается в стандартном герметичном по стандарту IP54 металлическом корпусе с крышкой в форме параллелепипеда, габаритные размеры которого (мм) следующие: 240×160×90.
На материнской плате размещены крейт 2 для платы центрального процессора с энергонезависимой памятью, осуществляющего прием информации с цифровых входов и порта RS232 и передачу принятой информации по интерфейсу Ethernet, гнездо сетевого кабеля 3 для подключения к коммутатору 10/100 Base-Tx 3, разъемный блок контактов 5, включающий контакты для подключения внешних устройств к четырем входам/выходам универсальных программируемых цифровых каналов, контакты для подключения проводов питания и управляющей цепи исполнительного устройства 6, контакты подключения последовательного порта подключаемого устройства к контроллеру 71-74, контакты для подключения к оптически развязанным релейным выходам с величиной тока до 2,5 А 81-82, разъем для подключения внешнего питания 12-36 V постоянного напряжения 9, разъем для подключения внешних датчиков, имеющих интерфейс 1 Wire, 10, радиомодем GSM/GPRS с антенной и интерфейсом для SIM CARD 11, гальванически изолированные интерфейсы RS485 и CAN-bus 12, разъемный блок контактов для подключения внешних устройств к четырем дополнительным входам/выходам универсальных программируемых цифровых каналов 13, схема защиты от перемены полярности напряжения питания 14, индикатор режима работы 15, встроенный блок питания 16, три крейта 171 -173 для подключения плат сопроцессоров, содержащих до четырех мезонинных модулей (плат) на каждой плате. На плате центрального процессора с энергонезависимой памятью имеется также астрономический таймер-календарь с резервированным питанием от батареи и аппаратный сторожевой таймер "Watchdog".
Установленные на материнской плате разъемные блоки контактов 181-184 обеспечивают возможность непосредственного подключения модулей (плат) к разъему для подключения внешних датчиков, имеющих интерфейс 1 Wire, 10, через шлейфы, причем разъемный блок контактов 184 имеет два возможных варианта установки.
Встроенный блок питания 16 имеет несколько модификаций на различные токи, напряжения и количества гальванически развязанных каналов.
Платы сопроцессоров обеспечивают распараллеливание процессов контроля и управления и обмениваются информацией по каналам последовательного интерфейса (UART, I2C, SPI, RS485).
Устанавливаемые на платах сопроцессоров мезонинные модули могут выполняться в модификациях гальванической развязки на вход, гальванической развязки с ключами на вывод, АЦП, контроллера 1 Ware.
На плате сопроцессора может размещаться также преобразователь сигналов интерфейса I2С в сигналы интерфейса 1 Wire.
Интерфейсные блоки 19 и 20 могут выполняться в модификациях PLC модема, радиомодема RMA или RMA MP, Bluetooth, USB для связи с КПК или ноутбуком.
Программирование многофункционального контроллера осуществляется с помощью персонального компьютера.
Многофункциональный контроллер работает следующим образом.
Каждый модуль, каждая плата и многофункциональный контроллер в сборе предварительно тестируется производителем. Затем к разъемному блоку контактов 5 подключается персональный компьютер, и выполняется конфигурирование центрального процессора и сопроцессоров для выполнения конкретной технологической задачи.
К контактам для подключения проводов питания и управляющей цепи исполнительного устройства 6 подсоединяются исполнительные устройства. На разъем для подключения внешнего питания 12-36 V постоянного напряжения 9 подается внешнее питание. К разъему для подключения внешних датчиков, имеющих интерфейс 1 Wire, 10, подсоединяются технологические датчики.
После подачи сетевого напряжения питания на гнездо сетевого кабеля 3 многофункциональный контроллер переходит в рабочий режим и начинает автоматическое выполнение алгоритмов технологической программы.
Технические данные многофункционального контроллера приведены в таблице 1.
Таким образом, многофункциональный контроллер обеспечивает заявленный технический результат - снижение издержек, повышение быстродействия и расширение функциональных возможностей за счет предложенной конфигурации.
| Таблица 1. | |
| Наименование | Значение |
| Питание, В (в зависимости от варианта исполнения) | Сеть ~220±22 В частотой 50±0,5 Гц |
| ~5±0,25 В, =12±3 В,=24±1,2 В мощностью не менее 500 мВт | |
| Максимальная потребляемая от сети мощность, Вт | 13,5 |
| Выходное напряжение питания, В | 12 (стандартная поставка ток до100 мА) |
| Типы интерфейсов для обмена данными с внешними устройствами | RS232, |
| RS232TTL - RS232 с уровнями TTL, | |
| RS485 - без гальванической развязки, | |
| RS 485G - с гальванической развязкой и питанием оптрона от внешнего источника питания, | |
| RS 485GT - с гальванической развязкой, и питанием от преобразователя DC-DC, | |
| ВТ - Bluetooth, | |
| USB, | |
| GSM - GSM/GPRS, | |
| Ethernet, | |
| CL - токовая петля, | |
| PLC - PLC-канал, | |
| RMA - радиоканал, | |
| RMA-MP - радиоканал |
| Количество каналов последовательного интерфейса (предусмотрена настройка основного/ альтернативного каналов) | При использовании платы центрального процессора - 2 канала (на верхний и/или на нижний уровень системы), при использовании 1 платы сопроцессора - дополнительно 3 канала, при использовании 2-х плат сопроцессора - дополнительно 6 каналов (только для связи с устройствами нижнего уровня) |
| Скорость обмена данными, Бод | 50, 75, 100, 110, 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 28800, 38400, 57600, 115200 |
| Работа по выделенной/коммутируемой проводной линии | Мультиплексированный защищенный RS485, Ethernet, модемное соединение. |
| Максимальное количество подключаемых устройств по RS-485, шт. | 64 (стандартная поставка) |
| Тип разъема для подключения антенны GSM и/или радиоканала | SMA (Male) |
| Габаритные размеры, мм | 240×160×90 |
| Масса (не более), г | 540 |
| Режим работы | Непрерывный (без принудительной вентиляции) |
| Рабочий диапазон температур | Исполнение TS - от -20 до +50°С Исполнение ТЕ - от -40 до +70°С |
| Относительная влажность при 25°С | до 90% |
| Исполнение по устойчивости к механическим воздействиям ГОСТ 12997 | L3 |
| Степень защиты по ГОСТ 14254 | IP 54 |
| Исполнение по устойчивости к воздействию окружающей среды ГОСТ 12997 | TS-C1, TE-C2 По давлению - P1 |
1. Многофункциональный контроллер, выполненный в виде корпуса, в котором установлена плата центрального процессора с энергонезависимой памятью, осуществляющего прием информации с цифровых входов и порта RS232 и передачу принятой информации по интерфейсу Ethernet, причем корпус снабжен гнездом сетевого кабеля для подключения к коммутатору 10/100 Base-Tx, а также разъемным блоком контактов, включающим контакты для подключения внешних устройств к четырем входам/выходам универсальных программируемых цифровых каналов, контакты для подключения проводов питания и управляющей цепи исполнительного устройства, контакты подключения последовательного порта подключаемого устройства к контроллеру, а также контакты для подключения к оптически развязанным релейным выходам с величиной тока до 2,5 A, снабженный разъемом для подключения внешнего питания 12-36 V постоянного напряжения, разъемом для подключения внешних датчиков, имеющих интерфейс 1 Wire, радиомодемом GSM/GPRS с антенной и интерфейсом для SIM CARD, гальванически изолированными интерфейсами RS485 и CAN-bus, разъемным блоком контактов для подключения внешних устройств к четырем дополнительным входам/выходам универсальных программируемых цифровых каналов, астрономическим таймером-календарем с резервированным питанием от батареи, схемой защиты от перемены полярности напряжения питания, аппаратным сторожевым таймером "Watchdog" и индикатором режима работы, отличающийся тем, что дополнительно содержит встроенный блок питания, от одной до трех плат сопроцессоров, имеющих возможность обмена информацией по каналам последовательного интерфейса, каждая плата сопроцессора содержит до четырех мезонинных модулей, причем плата центрального процессора и платы сопроцессоров размещены на материнской плате, установленной в корпусе, выполненном герметичным по стандарту IP54, при этом в качестве блока программирования используется персональный компьютер.
2. Многофункциональный контроллер по п.1, отличающийся тем, что мезонинные модули выполнены в модификациях гальванической развязки на вход, гальванической развязки с ключами на вывод, АЦП, контроллера 1 Wire.
3. Многофункциональный контроллер по п.1, отличающийся тем, что интерфейсные блоки выполнены в модификациях PLC модема, радиомодема RMA или RMA MP, Bluetooth, USB для связи с КПК или ноутбуком.
4. Многофункциональный контроллер по п.1, отличающийся тем, что преобразователь сигналов интерфейса I2C в сигналы интерфейса 1 Wire размещен на плате одного или каждого сопроцессора.
