Многоцелевой многоканальный контроллер ремиконт р-380
Полезная модель относится к устройствам программного управления и может быть использована в качестве программируемого локального контроллера в составе автоматизированных систем управления технологическими процессами для сбора и обработки информации, автоматического регулирования, дискретного и логического шагового управления, реализации технологических защит и блокировок оборудования на объектах тепловой и атомной энергетики, в металлургической, химической и других отраслях промышленности. Техническим результатом предлагаемой полезной модели является расширение функциональных возможностей при одновременном повышении надежности работы. Контроллер содержит блок 3 базовых модулей, проектно-компонуемые модули 4 ввода и вывода, модули блоков 2 питания, которые объединены в блочный каркас 1 с посадочными местами и пассивной коммуникационной панелью с информационной шиной, поддерживающей протокол I2C и позволяющую подключать к одному контроллеру до 16 модулей 4 ввода-вывода различного типа, при этом блок 3 базовых модулей содержит центральный процессор на базе микро-ЭВМ Vortex 86-6049LV-L2S6 с частотой системной шины 166МГц, сторож цикла, постоянную память (ПЗУ) увеличенного объема, оперативную память (ОЗУ) и энергонезависимую Flash-память, дублированный адаптер Ethernet 10BASE-T 100 МБит/сек для подключения контроллера к локальной сети, а также каналы последовательных интерфейсов RS-232/RS-485 для обмена с другими системами контроля и управления. 1 илл.
Полезная модель относится к устройствам программного управления и может быть использована в качестве программируемого локального контроллера в составе автоматизированных систем управления технологическими процессами для сбора и обработки информации, автоматического регулирования, дискретного и логического шагового управления, реализации технологических защит и блокировок оборудования на объектах тепловой и атомной энергетики, в металлургической, химической и других отраслях промышленности.
Известен программируемый логический контроллер, содержащий микропроцессор, локальную шину, двухпортовое статическое ОЗУ, интерфейс шины VМЕ, интерфейс шины ISA, ПЗУ, электрически программируемая постоянная память EEPROM, часы реального времени, контроллер клавиатуры, системный контроллер, универсальный программируемый сторожевой таймер, интерфейсы последовательных каналов RS232 RS485, периферийную шину, интерфейс шины субмодулей, буферные усилители адреса и приемники/передатчики данных шины субмодулей, буферные усилители и приемники/передатчики данных ОЗУ, приемники/передатчики адреса и приемники/передатчики данных интерфейса шины VME, буферные усилители адреса и приемники/передатчики данных интерфейса шины ISA, буферные усилители адреса и приемники/передатчики данных периферийной шины (Патент РФ 
2101757, МПКG06F 9/00, опубл. 10.01.1998). Известный контроллер используется в составе автоматизированных систем управления и контроля в реальном времени, способно осуществлять непосредственный контроль и управление в широком диапазоне температур.
Недостатком данного изобретения является недостаточная производительность и функциональность котроллера в связи с использованием микропроцессора серии 386ЕХ Embedded Microprocessor фирмы Intel, а также небольшое число обрабатываемых сигналов в связи с ограниченным количеством и типом подключаемых субмодулей ввода/вывода (АЦП, ЦАП).
Наиболее близким прототипом к предлагаемой полезной модели является программируемый логический контроллер SIMATIC 7-400F фирмы Siemens AG (http://ru.wikipedia.org). Назначением устройства является построение систем управления средней и высокой степени сложности, обеспечивая высокую функциональность. Контроллер имеет модульную конструкцию, может комплектоваться широким спектром модулей расширения, и включает в свой состав: модули блоков питания, модули центральных процессоров различной производительности, сигнальные модули для ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов, коммуникационные модули для организации последовательной передачи данных, обмена данными через промышленные сети PROFIBUS/PROFINET и Industrial Ethernet, функциональные модули для решения типовых задач управления и регулирования.
Недостатками данного устройства являются: большое время цикла контроллера, наличие групповой гальванической развязки аналоговых входов, ограничивающее помехоустойчивость, отсутствие схем кластерного подключения контроллеров, что не обеспечивает максимальную надежность при реализации функций технологических защит.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является расширение функциональных возможностей при одновременном повышении производительности и надежности работы.
Технический результат достигается тем, что в многоцелевом многоканальном контроллере, содержащем блок базовых модулей с цифровой индикацией и кнопками настройки на лицевой панели, проектно-компонуемые модули ввода-вывода для связи с датчиками и исполнительными устройствами, модули блоков питания, коммуникационную панель с информационной шиной, согласно полезной модели, блок базовых модулей содержит центральный процессор на базе микро-ЭВМ Vortex 86-6049LV-L2S6 с частотой системной шины 166МГц, сторож цикла, постоянную память (ПЗУ) увеличенного объема, оперативную память (ОЗУ) и энергонезависимую Flash-память, при этом блок базовых модулей, проектно-компонуемые модули ввода и вывода, модули блоков питания объединены в блочный каркас с посадочными местами и пассивной коммуникационной панелью с информационной шиной, поддерживающей протокол I2C и позволяющую подключать к одному контроллеру до 16 модулей ввода-вывода различного типа - с 8 или 16 каналами для аналоговых токовых датчиков, термопар, термометров сопротивления или аналоговых нагрузок, с 16/32/48/64 каналами для дискретных датчиков или дискретных нагрузок напряжением 24 В/220 В, с 3 каналами для импульсных датчиков, имеющих возможность дублирования или троирования каналов аналогового и дискретного ввода, индивидуальную гальваническую развязку аналоговых каналов и дискретных каналов напряжением 220 В, фильтры низких частот на аналоговых и дискретных входах, при этом контроллер содержит дублированный адаптер Ethernet 10BASE-T 100 МБит/сек для подключения контроллера к локальной сети, а также каналы последовательных интерфейсов RS-232/RS-485 для обмена с другими системами контроля и управления.
Сущность полезной модели иллюстрируется чертежом, на котором представлен общий вид контроллера.
Контроллер содержит блочный каркас (БК) 1, модули блоков 2 питания, блок 3 базовых модулей (ББМ), модули 4 ввода-вывода (УСО) для связи с датчиками и исполнительными устройствами. Блочный каркас 1 конструктивно и информационно объединяет блок 3 базовых модулей, модули 4 УСО и модули блоков 2 питания. Блочный каркас 1 имеет посадочные места для блока 3 и модулей 4 и заднюю панель с информационной последовательной шиной, обеспечивающей связь между блоком 3 и модулями 4 по протоколу I2C. Место размещения блоков 2 питания и блока 3 базовых модулей в каркасе - постоянное, модули 4 УСО могут размещаться на любых посадочных местах. Независимо от количества устанавливаемых блоков 3 базовых модулей и количества посадочных мест для модулей 4 УСО все типы блочных каркасов имеют единые габаритные размеры (ширина х высота х глубина, мм.) -480×265×272.
Подача электропитания блокам и модулям контроллера, а также электропитание кросс-средств, датчиков входных каналов и нагрузок, обеспечивается внешними автономными блоками питания. Первичное питание - однофазная сеть переменного тока частотой 50 Гц с напряжением 85-264 В или сеть постоянного тока с напряжением 120-370 В. Выходное напряжение внешних блоков питания должно обеспечивать номинал выходного напряжения постоянного тока 24 В (±2,4 В), а также защиту от перенапряжения и короткого замыкания. Блоки 2 питания могут дублироваться и при необходимости подключаться от разных сетевых фидеров. Блоки 2 питания обеспечивают вторичное питание блока 3 базовых модулей и модулей 4 УСО.
Блок 3 базовых модулей, являющийся ядром контроллера, состоит из центрального процессора (ЦП) и связанным с ним модуля управления и сигнализации (МУС). Процессор представляет собой готовую одноплатную микро-ЭВМ, выполненную на базе микропроцессора класса 586. Процессор содержит сторож цикла, два порта сети Ethernet (10BASE-T, скорость 10/100 мБит/с, витая пара длиной до 100 м), оперативную, энергонезависимую и Flash-память. Габаритные размеры блока 3 базовых модулей (ширина лицевой панели х высота лицевой панели х глубина, мм.) - 61×262×230.
Модули 4 УСО контроллера обеспечивают ввод сигналов от датчиков объекта управления по каналам ввода и вывод управляющих сигналов на его исполнительные устройства по каналам вывода. Входные и выходные каналы модулей имеют гальваническую развязку. Большинство модулей 4 содержат микроконтроллер, что позволяет программно настраивать модули на вид и диапазон сигналов, а также выполнять предварительную и заключительную обработку информации. В состав модулей 4 УСО входит модуль информационной связи (МИС), обеспечивающий информационный обмен с другими системами контроля и управления согласно стандарту ГОСТ Р МЭК 870-5-101 на основе физического интерфейса RS-232/RS-485. Для организации турбинного контроллера в состав модулей 4 УСО входит модуль индикации частоты турбины (МИН). Все модули 4 УСО контроллера выполнены в одном конструктивном формате, имеют габариты 235×233 мм и ширину 20 мм, за исключением модуля МИН шириной 60 мм. Номенклатура модулей 4 УСО в составе контроллера представлена в таблице.
| Таблица | |||
| Шифр | Наименование | Число каналов | Назначение и основные свойства |
| АЦП-80 | Аналого-цифровой преобразователь | 16; 8 | Ввод сигналов от унифицированных датчиков 0-5, 0-20, 4-20 мА, от термопар ТХА, ТХК и датчиков напряжения низкого уровня. Индивидуальная программная настройка каждого канала на вид датчика и диапазон сигналов (температур). Линеаризация характеристик датчиков в каждом канале. Индивидуальная гальваническая развязка каждого канала друг от друга и от цифровых элементов |
| АЦП-83 | Аналого-цифровой преобразователь | 16;8 | Ввод сигналов от термосопротивлений ТСМ-50, ТСМ-100, ТСП-50 и ТСП-100 с трехпроводной схемой подключения. Индивидуальная программная настройка каждого канала на вид датчика и диапазон температур. Линеаризация характеристик датчиков в каждом канале. Индивидуальная гальваническая развязка каждого канала друг от друга и от цифровых элементов |
| АЦП-84 | Аналого-цифровой преобразователь | 16;8 | Ввод сигналов от термосопротивлений ТСМ-50, ТСМ-100, ТСП-50 и ТСП-100 с четырехпроводной схемой подключения. Индивидуальная программная настройка каждого канала на вид датчика и диапазон температур. Линеаризация характеристик датчиков в каждом канале. Индивидуальная гальваническая развязка каждого канала друг от друга и от цифровых элементов |
| Шифр | Наименование | Число каналов | Назначение и основные свойства |
| ABB-81 | Аналоговый ввод-вывод | 4+4;2+2 | Ввод и вывод унифицированных сигналов 0-5, 0-20, 4-20 мА. Индивидуальная программная настройка каждого канала на диапазон сигналов. Индивидуальная гальваническая развязка каждого канала друг от друга и от цифровых элементов |
| ДЦП-80 | Дискретно-цифровой преобразователь | 64;48; 32; 16 | Ввод сигналов от дискретных датчиков 24 В. Высокая помехозащищенность при работе на длинные линии. Групповая (по 16 каналов) гальваническая развязка между группами и каждой группы от цифровых элементов |
| ДЦП-81 | Дискретно-цифровой преобразователь | 64;48; 32:16 | Ввод сигналов от дискретных датчиков без гальванической развязки. Основное применение - совместно с имеющими гальваническую развязку силовыми преобразователями для приема дискретных сигналов 220 В |
| ЦЦП-80 | Цифро-дискретный преобразователь | 64;48; 32;16 | Формирование дискретных команд 10-60 В. Высокая помехозащищенность при работе на длинные линии. Защита выходных ключей от перегрузки по напряжению и току. Групповая (по 16 каналов) гальваническая развязка между группами (500 В) и каждой группы от цифровых элементов (1500 В) |
| ЦЦП-81 | Цифро-дискретный преобразователь | 64;48; 32;16 | Формирование дискретных команд без гальванической развязки. Основное применение - совместно с имеющими гальваническую развязку силовыми преобразователями для формирования дискретных сигналов 220 В |
| Шифр | Наименование | Число каналов | Назначение и основные свойства |
| ДВВ-80 | Дискретный ввод-вывод | 32+32; 16+16 | Ввод сигналов от дискретных датчиков 24 В и формирование дискретных команд 10-60 В. Высокая помехозащищенность при работе на длинные линии. Защита выходных ключей от перегрузки по напряжению и току. Групповая (по 16 каналов) гальваническая развязка между группами и каждой группы от цифровых элементов |
| ДВВ-81 | Дискретный ввод-вывод | 32+32; 16+16 | Ввод и вывод дискретных сигналов без гальванической развязки. Основное применение - совместно с имеющими гальваническую развязку силовыми преобразователями для приема и формирования дискретных сигналов 220 В |
| ЦАП-80 | Цифро-аналоговый преобразователь | 16; 8 | Формирование унифицированных сигналов 0-5, 0-20, 4-20 мА. Индивидуальная программная настройка каждого канала на диапазон сигналов. Индивидуальная гальваническая развязка каждого канала друг от друга и от цифровых элементов |
| ЦИП-80 | Цифро-импульсный преобразователь | 20×2;10×2 | Формирование команд 10-60 В типа больше-меньше для управления регулирующими клапанами с электрическим двигателем постоянной скорости. Защита выходных ключей от перегрузки по напряжению и току. Высокая помехозащищенность при работе на длинные линии. Индивидуальная гальваническая развязка между каналами и каждого канала от цифровых элементов |
| Шифр | Наименование | Число каналов | Назначение и основные свойства |
| МЧТ-81 | Модуль приема сигналов частоты вращения турбины | 3 | Преобразование сигналов от трех датчиков частоты вращения турбины в результирующий цифровой сигнал. Индивидуальная гальваническая развязка каждого канала друг от друга и от цифровых элементов |
| МЗТ-81 | Модуль защиты турбины | 3 | Электронная защита турбины от превышения числа оборотов. Индивидуальная гальваническая развязка каждого канала друг от друга и от цифровых элементов |
Полезная модель функционирует следующим образом. Полезная модель выполнена как программно-аппаратное устройство. С помощью наборов физических цепей связи через клеммно-модульные соединители и силовые преобразователи к модулям 4 ввода и вывода контроллера подключаются соответственно датчики и исполнительные механизмы объекта управления. В соответствии с загруженной технологической программой и заданным временем цикла центральный процессор контроллера осуществляет опрос модулей 4 ввода входных сигналов. В модулях 4 ввода осуществляется преобразование входных сигналов из аналогового/дикретного вида в цифровой формат и их передача по внутренней коммуникационной шине в центральный процессор. В контроллере в соответствии с технологической программой выполняется обработка полученных данных. Блок 3 базовых модулей контроллера по дублированному каналу Ethernet через шлюз и сетевой коммутатор подключается к локальной сети, которая объединяет рабочие станции верхнего уровня управления программно-аппаратного комплекса, реализованные на базе персональных компьютеров в промышленном или бытовом исполнении. После обработки входных сигналов контроллер осуществляет их передачу по локальной сети рабочим станциям комплекса для отображения, архивирования, контроля и управления. При получении управляющих команд от операторских станций, или управляющих команд от алгоритмов автоматического регулирования, реализованных в технологической программе, контроллер передает их по коммуникационной шине в модули 4 вывода, где осуществляется обратное цифро-аналоговое/ цифро-дискретное преобразование выходного сигнала и его передача на исполнительные устройства. Технологические программы, реализующие получение, обработку и выдачу сигналов контроллера, разрабатываются с использованием среды технологического программирования, входящего в состав фирменного программного обеспечения средств автоматизированного проектирования и инжиниринга программно-аппаратного комплекса.
Заявленный многоцелевой многоканальный контроллер позволяет обеспечивать высокую производительность и выполнять технологические задачи с настраиваемым временем цикла от 10 мсек до 100 мсек, обеспечивать многофункциональность за счет возможности подключения к одному контроллеру до 16 модулей ввода-вывода различного типа - с 8 или 16 каналами для аналоговых токовых датчиков, термопар, термометров сопротивления или аналоговых нагрузок, с 16/32/48/64 каналами для дискретных датчиков или дискретных нагрузок напряжением 24 В/220 В, с 3 каналами для импульсных датчиков, обеспечивать многоуровневые средства внутреннего и внешнего резервирования, включая резервирования цепей питания, дублирование ОЗУ с использованием Flash-памяти процессора, троирование ячеек памяти ОЗУ процессора с результатами вычислений, дублирование или троирование каналов аналогового и дискретного ввода, обеспечивать высокую помехоустойчивость за счет использования индивидуальной гальванической развязки аналоговых каналов и дискретных каналов напряжением 220 В, использования фильтров низких частот на аналоговых и дискретных входах, обеспечивать широкие коммуникационные возможности для подключения контроллера к локальной сети Ethernet 100 МБит/сек, для обмена с другими системами контроля и управления по последовательному интерфейсу RS-232/RS-485 в стандарте ГОСТ Р МЭК 870-5-101.
Многоцелевой многоканальный контроллер, содержащий блок базовых модулей с цифровой индикацией и кнопками настройки на лицевой панели, проектно-компонуемые модули ввода-вывода для связи с датчиками и исполнительными устройствами, модули блоков питания, коммуникационную панель с информационной шиной, отличающийся тем, что блок базовых модулей содержит центральный процессор на базе микро-ЭВМ Vortex 86-6049LV-L2S6 с частотой системной шины 166 МГц, сторож цикла, постоянную память (ПЗУ) увеличенного объема, оперативную память (ОЗУ) и энергонезависимую Flash-память, при этом блок базовых модулей, проектно-компонуемые модули ввода и вывода, модули блоков питания объединены в блочный каркас с посадочными местами и пассивной коммуникационной панелью с информационной шиной, поддерживающей протокол I2C и позволяющую подключать к одному контроллеру до 16 модулей ввода-вывода различного типа - с 8 или 16 каналами для аналоговых токовых датчиков, термопар, термометров сопротивления или аналоговых нагрузок, с 16/32/48/64 каналами для дискретных датчиков или дискретных нагрузок напряжением 24 В/220 В, с 3 каналами для импульсных датчиков, имеющих возможность дублирования или троирования каналов аналогового и дискретного ввода, индивидуальную гальваническую развязку аналоговых каналов и дискретных каналов напряжением 220 В, фильтры низких частот на аналоговых и дискретных входах, при этом контроллер содержит дублированный адаптер Ethernet 10BASE-T 100 МБит/с для подключения контроллера к локальной сети, а также каналы последовательных интерфейсов RS-232/RS-485 для обмена с другими системами контроля и управления.
