Блок контроля и управления для работы в условиях опасного производства
Полезная модель относится к устройствам автоматизированного контроля и управления технологическими объектами в условиях опасного производства, в том числе размещаемым в подземных выработках, опасных по газу и угольной пыли, и предназначена для сбора, анализа и обработки информации, выработки управляющих сигналов, формирования автоматического сигнала об аварии при появлении экстренных ситуаций, обмена информацией с другими устройствами по интерфейсам CAN и MicroLAN. При осуществлении полезной модели может быть получен следующий технический результат: расширение функциональных возможностей, а именно, обеспечение не только измерения параметров технологического оборудования и управления им, но и диагностики состояния оборудования, обеспечения адаптивного управления на основе динамических моделей объектов управления с оценкой состояния оборудования в реальном масштабе времени. Указанный технический результат достигается за счет применения архитектуры контроллера, базируемой на управляющем блоке, выполненном в виде микро-ЭВМ, в состав которой входят высокопроизводительный процессор с операционной системой и клавиатура, а также дополнительно введенные в состав контроллера интерфейсы CAN и MicroLAN.
Предлагаемая полезная модель относится к устройствам, предназначенным для непрерывного автономного и дистанционного контроля и управления оборудованием, работающим в условиях опасного производства, в том числе в подземных выработках, включая угольные шахты опасные по газу и угольной пыли.
Одним из устройств, известных в данной области, является Цифровой автономный универсальный контроллер (далее ЦАУК) для работы в условиях подземной выработки угля (патент РФ на полезную модель 
88843), который содержит блок процессора, устройство согласования с объектом, мини-пульт, блок светодиодной индикации, цифровой индикатор, интерфейс RS-485. Недостатком ЦАУК является то, что он не полон функционально, так как обеспечивает визуализацию на цифровом индикаторе лишь алфавитно-цифровой информации, не имея возможности вывода на нем графиков, мнемосхем и другой полезной информации о параметрах шахтного оборудования. Кроме того, ЦАУК не имеет возможности принимать данные от датчиков измерения температуры, что ограничивает область его применения.
Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемой полезной модели является Пульт группового управления (ПТУ) для работы в условиях подземной выработки угля, известный из патента РФ на полезную модель 100669. ПТУ выполнен в виде пыле-влагозащищенного корпуса, в котором размещены управляющий блок (блок процессора), интерфейс RS-485 и устройство согласования с объектом (УСО), узлы дискретных вводов и дискретных выводов, графический дисплей и блок светодиодной индикации, мини-пульт. Первый и второй выходы управляющего блока подключены соответственно к графическому дисплею и блоку светодиодной индикации, первый вход-выход управляющего блока через устройство согласования с объектом и первый кабельный ввод подключен к технологическому объекту, второй вход-выход управляющего блока через интерфейс RS-485 и второй кабельный ввод подключен к удаленным устройствам с интерфейсом RS-485. Недостатком этого устройства является то, что оно имеет жестко ограниченный набор функциональных параметров, что ограничивает область его применения.
Задачей, решаемой полезной моделью, является улучшение функциональности устройства и повышение качества управления технологическим оборудованием.
Поставленная задача решается достижением следующих технических результатов: обеспечение диагностики состояния оборудования, обеспечение адаптивного управления на основе динамических моделей объектов управления - технологического оборудования - с оценкой состояния оборудования в реальном масштабе времени.
Указанные технические результаты достигаются за счет того, что управляющий блок выполняют в виде микро-ЭВМ, в состав которой входят высокопроизводительный процессор с операционной системой и клавиатура. Кроме того, в заявляемое устройство дополнительно вводят интерфейсы CAN (Control Area Network) и MicroLAN.
Общие признаки ближайшего аналога и заявляемого устройства включают: пыле-влагозащищенный корпус, два узла дискретных вводов, два узла дискретных выводов, мини-пульт, управляющий блок, первый и второй выходы которого подключены соответственно к графическому дисплею и блоку светодиодной индикации, первый вход-выход управляющего блока через устройство согласования с объектом и первый кабельный ввод подключен к технологическому объекту, второй вход-выход управляющего блока через интерфейс RS-485 и второй кабельный ввод, подключен к удаленным устройствам с интерфейсом RS-485.
Отличительными от ближайшего аналога признаками являются: наличие интерфейса CAN, интерфейса MicroLAN, а управляющий блок выполнен в виде микро-ЭВМ, в состав которой входят высокопроизводительный процессор с операционной системой и клавиатура. Третий вход-выход управляющего блока через интерфейс CAN и узлы дискретного ввода и дискретного вывода подключен к удаленным устройствам с интерфейсом CAN через третий кабельный ввод. Четвертый вход-выход управляющего блока через интерфейс MicroLAN и четвертый кабельный ввод соединен с удаленными устройствами, объединенными сетью MicroLAN. Кроме того, интерфейс CAN через узлы дискретного ввода и дискретного вывода подключен к мини-пульту.
Существо полезной модели поясняется Фиг.1, на которой представлена структурная схема заявляемого устройства. Заявляемое устройство конструктивно размещено в корпусе 1. Основным узлом устройства является управляющий блок 2, первый и второй выходы которого подключены соответственно к графическому дисплею 3 и блоку светодиодной индикации 4. Первый вход-выход управляющего блока 2 через устройство согласования с объектом 5 и первый кабельный ввод подключен к технологическому объекту, второй вход-выход управляющего блока 2 через интерфейс RS-485 6 и второй кабельный ввод подключен к удаленным объектам управления, снабженным интерфейсом RS-485. Третий вход-выход управляющего блока 2 через интерфейс CAN 7 и узлы дискретного ввода 81 и 82 и дискретного вывода 9 1 и 92 подключен к удаленным объектам, снабженным интерфейсом CAN, через третий кабельный ввод. Четвертый вход-выход управляющего блока 2 через интерфейс MicroLAN 10 и четвертый кабельный ввод соединен с удаленными объектами, объединенными сетью MicroLAN; кроме того, интерфейс CAN 7 через узлы дискретных вводов 81 и 82 и дискретных выводов 9 1 и 92 подключен к мини-пульту 11.
Заявляемый блок контроля и управления (далее контроллер) работает следующим образом. Основным элементом в контроллере является управляющий блок 2 Работает он в соответствии с алгоритмом, записанным на энергонезависимом флэш-диске. На экран графического дисплея 3 осуществляется вывод графической и алфавитно-цифровой информации. С помощью клавиатуры, входящей в состав микро-ЭВМ, можно менять параметры и режимы работы контроллера. Программное обеспечение контроллера работает в операционной системе и позволяет осуществлять не только измерения параметров технологического оборудования и управления им, но и выполнять диагностику состояния оборудования, осуществлять адаптивное управление на основе динамических моделей объектов управления с оценкой состояния оборудования в реальном режиме времени.
При работе контроллера в системе сигналы от оборудования технологического объекта, обработанные в устройстве согласования с объектом 5, поступают в управляющий блок 2, где процессор их анализирует и принимает соответствующие решения, при этом, в случае необходимости, на технологический объект от контроллера поступают управляющие сигналы. Вся полученная информация по интерфейсу RS-485 6 через кабельный ввод KB2 передается к рабочему месту оператора автоматизированной системы, в которой применяется контроллер. Кроме того, через интерфейс RS-485 6 контроллер взаимодействует с другими удаленными объектами с таким интерфейсом, а наличие двух независимых выходов интерфейса позволяет выполнять ретрансляцию данных. Интерфейс CAN 7 используется как в самом контроллере для взаимодействия с мини-пультом 11, через два узла дискретных входов 8 (регистрируют нажатие кнопки) и два узла дискретных выходов 9 (включают подсветку нажатых кнопок), так и для обмена информацией с удаленными устройствами по интерфейсу CAN 7 через кабельный ввод КВЗ. Конструкция мини-пульта 11 выполнена как набор кнопок с подсветкой, причем имеется возможность, в зависимости от назначения контроллера, изменять количество кнопок от минимума до 16. Кроме того, в контроллере имеется блок светодиодной индикации 4, набор светодиодов которого предназначен для отображения режимов работы и аварийных ситуаций.
Пример промышленного осуществления устройства.
Управляющий блок 2, выполненный в виде микро-ЭВМ, имеет в своем составе: процессор LPC2478 (производство фирмы NXP на основе архитектуры ARM7TDMI-S), два DMA контроллера для Ethernet и USB портов, DMA контроллер общего назначения, ОЗУ SDRAM до 128 Мб, SD/MMC Card до 64 Гб, клавиатуру СК 21; интерфейсы управляющего блока 2: USB 2.0 Host - 1; USB 2.0 Dev - 1; PS2 (порт клавиатуры) - 1.
Для отображения информации в контроллере применяется графический дисплей 3 MI0700ST, диагональ 7", разрешение 800×480 точек, интерфейс RGB 24 бит на точку.
При конструировании контроллера учтены все требования к оборудованию, предназначенному для применения в условиях опасного производства, в том числе в угольных шахтах - корпус выполнен в пыле- и влагозащищенном варианте, все входы и выходы искробезопасны, кабельные вводы герметичны. Размеры контроллера (ширина × длина × высота) 380×339×145 мм, вес 14 кг.
Блок контроля и управления для работы в условиях опасного производства, содержащий пылевлагозащищенный корпус, два узла дискретных вводов, два узла дискретных выводов, мини-пульт, управляющий блок, первый и второй выходы которого подключены соответственно к графическому дисплею и блоку светодиодной индикации, первый вход-выход управляющего блока через устройство согласования с объектом и первый кабельный ввод подключен к технологическому объекту, второй вход-выход управляющего блока через интерфейс RS-485 и второй кабельный ввод подключен к удаленным устройствам с интерфейсом RS-485, отличающийся тем, что блок контроля и управления дополнительно содержит интерфейс CAN, интерфейс MicroLAN, а управляющий блок выполнен в виде микроЭВМ, в состав которой входят высокопроизводительный процессор с операционной системой и клавиатура; третий вход-выход управляющего блока через интерфейс CAN и узлы дискретного ввода и дискретного вывода подключен к удаленным устройствам с интерфейсом CAN через третий кабельный ввод; четвертый вход-выход управляющего блока через интерфейс MicroLAN и четвертый кабельный ввод соединен с удаленными технологическими объектами, объединенными сетью MicroLAN; кроме того, интерфейс CAN через узлы дискретного ввода и дискретного вывода подключен к мини-пульту.
