Коммутатор многопортовый универсальный для работы в условиях пожаро- и взрывоопасных производств и на объектах с особо тяжелыми условиями эксплуатации

Полезная модель относится к области автоматизированных систем контроля и управления, применяемых в условиях опасных производств, в частности, к устройствам, предназначенным для непрерывного обмена информацией между автоматизированным горно-шахтным оборудованием, установленным в угольной шахте, опасной по газу (метану) и угольной пыли, и оборудованием автоматизированной системы оперативно-диспетчерского управления на поверхности. Технический результат, который может быть получен при осуществлении заявляемой полезной модели, заключается в обеспечении искробезопасности заявляемого устройства, что позволяет значительно расширить область применения, используя его в системах, работающих в условиях особо опасных производств. Указанный технический результат достигается за счет введения гальваноразвязанного блока искрозащиты Ethernet, работающего на витую пару типа «медь» без использования дополнительных средств защиты линии.

Данная полезная модель относится к области автоматизированных систем контроля и управления, применяемых в условиях опасных производств, в частности, к устройствам, предназначенным для непрерывного обмена информацией между автоматизированным горно-шахтным оборудованием, установленным в угольной шахте, опасной по газу (метану) и угольной пыли, и оборудованием автоматизированной системы оперативно-диспетчерского управления на поверхности.

Известен класс преобразователей последовательных интерфейсов с расширенным набором функций NPort - коммутаторы семейства RS2-4R фирмы Hirshmann (К. Кругляк. Локальные сети в АСУ ТП: быстрее, дальше, надежнее. // СТА. Современные технологии автоматизации, 1, 2003 г, стр. 6-13; Каталог продукции фирмы Прософт 2005/2006 г.г., стр. 11/11-11/14). Недостаток коммутаторов RS2-4R - они обеспечивают связь между оборудованием АСУ только через порт Ethernet, не являющийся искробезопасным, что недостаточно для реализации единой сети предприятия, т.к. в составе АСУ часто имеется значительное количество устройств, объединяемых через интерфейс RS-485.

Известен также преобразователь NPort 6250-M-SC (http://www.moxa.ru/shop/com_v_ethernet/servers/6000/nport_6250-m-sc). Преобразователь имеет два порта для последовательных интерфейсов RS-232/422/485 с соединительными разъемами DB 9 для кабелей «медь» с витой парой и один порт Ethernet с разъемом SC для многомодового оптоволоконного кабеля. Недостатком указанного аналога является несоответствие требованиям, предъявляемым к оборудованию, работающему в условиях опасных производств, в частности, к горно-шахтному оборудованию по взрыво- и искробезопасности. Корпус преобразователя NPort 6250-M-SC не защищает от угольной пыли и агрессивной среды и, кроме того, имеет только один порт Ethernet, что ограничивает надежность системы передачи данных, лишая ее возможности резервирования.

В качестве ближайшего аналога заявляемой полезной модели выбран коммутатор многопортовый сетевой для работы в условиях подземной выработки угля (патент РФ на полезную модель 94097). Указанное устройство содержит взрывозащищенный корпус со степенью защиты IP 54, блок процессора, контроллер последовательных интерфейсов RS-485, подключенный к первому входу-выходу блока процессора, барьер искробезопасности интерфейса RS-485, соединенный с входом-выходом контролера последовательных интерфейсов, и коммутатор Ethernet. Данное известное устройство для передачи данных с преобразованием из RS-485 в Ethernet и обратно имеет достаточно высокие технические характеристики, однако выходы Ethernet для кабеля «медь» с витой парой не удовлетворяют требованиям, предъявляемым к оборудованию, работающему в условиях опасных производств, в частности, к горно-шахтному оборудованию по искробезопасности в соответствии с ГОСТ МЭК 60079-11-2010 «Искробезопасная электрическая цепь "I"», что существенно ограничивает область применения ближайшего аналога.

При реализации заявляемой полезной модели решается задача создания устройства, позволяющего обеспечить расширение области его применения и выполнение требований ГОСТ МЭК 60079-11-2010.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении заявляемой полезной модели, заключается в обеспечении искробезопасности заявляемого устройства, что позволяет значительно расширить область применения, используя его в системах, работающих в условиях пожаро- и взрывоопасных производств и на объектах с особо тяжелыми условиями эксплуатации, в том числе в подземных выработках, включая угольные шахты, опасные по газу и угольной пыли.

Существо заявляемой полезной модели поясняют Фиг. 1 и 2.

На Фиг. 1 приведена блок-схема заявляемого устройства, на Фиг.2 приведена блок-схема блока искрозащиты Ethernet.

Коммутатор многопортовый универсальный для работы в условиях пожаро- и взрывоопасных производств и на объектах с особо тяжелыми условиями эксплуатации (далее КМУ) содержит (Фиг. 1) взрывозащищенный корпус 1, блок процессора 2, контроллер последовательных интерфейсов RS-485 с барьерами искробезопасности 3, подключенный к первому входу-выходу блока процессора 2, многопортовый коммутатор Ethernet 4, первый вход-выход которого подключен ко второму входу-выходу блока процессора 2. Многопортовый коммутатор Ethernet 4 содержит от 1 до n портов для подключения к оптическим линиям связи Ethernet и от 1 до m портов для подключения к искробезопасным линиям связи Ethernet. К оптическим линиям связи Ethernet многопортовый коммутатор Ethernet 4 подключен посредством двунаправленных линий через n медиаконверторов оптических линий связи Ethernet 5, а к искробезопасным линиям связи Ethernet - посредством двунаправленных линий через n блоков искрозащиты Ethernet 6. Контроллер последовательных интерфейсов RS-485 с барьерами искробезопасности 3 содержит от 1 до к входов-выходов, подключенных к искробезопасным линиям связи RS-485, причем подключение выполнено посредством двунаправленных линий через к барьеров искрозащиты 7. Все входы-выходы заявляемого устройства подключены через кабельные вводы KB взрывозащищенного корпуса 1 к оборудованию, находящемуся в условиях опасного производства.

Блок искрозащиты Ethernet 6 (Фиг. 2) содержит блок проходных трансформаторов 8 и два подключенных к нему шунт-диодных барьера искробезопасности 9.

Отличием от ближайшего аналога (отличительными признаками) является то, что первый вход-выход многопортового коммутатора Ethernet 4 подключен ко второму входу-выходу блока процессора 2, от 1 до n медиаконверторов оптических линий связи Ethernet 5 соединены с соответствующими портами многопортового коммутатора Ethernet 4 посредством двунаправленных линий связи Ethernet, от 1 до m блоков искрозащиты Ethernet 6 соединены с соответствующими портами многопортового коммутатора Ethernet 4 посредством двунаправленных линий связи Ethernet, причем, все входы-выходы заявляемого устройства подключены через кабельные вводы KB взрывозащищенного корпуса 1 к оборудованию, находящемуся в условиях опасного производства.

Заявляемое устройство осуществляет все необходимые функции в соответствии с алгоритмом его работы, который записан во Flash-память блока процессора 2. Информация по оптическим линиям связи Ethernet через кабельные вводы взрывозащищенного корпуса 1 и медиаконверторы оптических линий связи Ethernet 5 поступает на многопортовый коммутатор Ethernet 4. Также информация по искробезопасным линиям связи Ethernet через кабельные вводы взрывозащищенного корпуса 1 и блоки искрозащиты Ethernet 6 поступает на многопортовый коммутатор Ethernet 4. Третьим путем передачи информации являются искробезопасные линии связи RS-485. Информация по линиям связи RS-485 через кабельные вводы взрывозащищенного корпуса 1 и барьеры искрозащиты 7 поступает на контроллер последовательных интерфейсов RS-485 с барьерами искробезопасности 3. И многопортовый коммутатор Ethernet 4, и контроллер последовательных интерфейсов RS-485 с барьерами искробезопасности 3 через шины обмена управляются блоком процессора 2 в соответствии с алгоритмом его работы.

Искробезопасность в КМУ обеспечивается гальванической развязкой электрических цепей и цепей питания, а также применением схем, обеспечивающих ограничение мощности возможной искры за счет ограничения тока короткого замыкания.

Реализация искробезопасности линии Ethernet осуществляется введением гальваноразвязанного блока искрозащиты Ethernet 6, работающего на витую пару типа «медь» без использования дополнительных средств защиты линии.

Проходные трансформаторы блока проходных трансформаторов 8 (Фиг. 2) обеспечивают гальваническую развязку между многопортовым коммутатором Ethernet 4 и линией связи. Искрозащита линии связи осуществляется с помощью шунт-диодного барьера искробезопасности 9.

В таблице 1 приведены способы искрозащиты электрических цепей указанного устройства.

Таблица 1

КМУ реализован с максимальным использованием стандартных покупных комплектующих:

- процессор SK-AT91SАМ9ХЕ512;

- коммутатор Ethernet EDS-205A;

- медиаконверторы RUBYTech FE-C120SC.S20.

1. Коммутатор многопортовый универсальный для работы в условиях пожаро- и взрывоопасных производств и на объектах с особо тяжелыми условиями эксплуатации, содержащий взрывозащищенный корпус, блок процессора, контроллер последовательных интерфейсов RS-485 с барьерами искробезопасности, подключенный к первому входу-выходу блока процессора, и многопортовый коммутатор Ethernet, отличающийся тем, что первый вход-выход многопортового коммутатора Ethernet подключен ко второму входу-выходу блока процессора, от 1 до n медиаконверторов оптических линий связи Ethernet соединены с соответствующими портами многопортового коммутатора Ethernet посредством двунаправленных линий связи Ethernet, от 1 до m блоков искрозащиты Ethernet соединены с соответствующими портами многопортового коммутатора Ethernet посредством двунаправленных линий связи Ethernet, причем все входы-выходы устройства подключены через кабельные вводы взрывозащищенного корпуса к оборудованию, находящемуся в условиях пожаро- и взрывоопасных производств и на объектах с особо тяжелыми условиями эксплуатации.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок искрозащиты Ethernet содержит блок проходных трансформаторов и два подключенных к нему шунт-диодных барьера искробезопасности.