Переносной пульт управления (ппу)
Полезная модель относится к вычислительной технике, в частности к системам автоматизации управления технологическими процессами промышленных объектов и может быть использована в устройствах с человеко-машинным интерфейсом в составе автоматизированных систем управления для информационной поддержки и приема команд от оператора, устойчивого к любому единичному отказу, с возможностью дублирования каналов связи для удаленного управления объектом. Для этого ППУ содержит в своем составе два устройства терминал переносного пульта управления (ТППУ) (обязательный) и блок сопряжения переносного пульта управления (БСППУ) (устанавливается в случае необходимости передачи данных в Ethernet) с помехоустойчивым интерфейсом связи RS-485 и подключаемыми, в случае необходимости, двумя каналами Ethernet. ТППУ содержит в своем составе микроконтроллер, блок управления динамической индикацией, блок управления статической индикацией, блок гальванической развязки RS485, блок интерфейса RS485, блок динамической индикации, блок клавиатуры и статической индикации. БСППУ содержит микроконтроллер, блок гальванической развязки RS485, блок интерфейса RS485, блок гальванической развязки дискретных входов, блок временного хранения адреса, формирователь управляющих сигналов, два блока сопряжения с сетью Ethernet и два блока гальванической развязки Ethernet.
Полезная модель (ПМ) относится к вычислительной технике, а в частности к системам автоматизации управления технологическими процессами на промышленных объектах и может быть использована при создании систем управления для организации человеко-машинного интерфейса в случае удаленного управления объектом.
Аналогов не выявлено.
Задачей, на решение которой направлена ПМ, является устройство, предназначенное для организации человеко-машинного интерфейса и использования его в составе автоматизированных систем управления для информационной поддержки и приема команд от оператора, устойчивого к любому единичному отказу, с возможностью дублирования каналов связи предназначенного для удаленного управления объектом в условиях повышенного уровня ионизирующего излучения.
Технический результат достигается тем, что ППУ содержит обязательный блок терминал переносного пульта управления (ТППУ), обеспечивающий человеко-машинный интерфейс и обмен данными по интерфейсу RS-485 и дополнительный блок сопряжения ППУ (БСППУ), необходимый для транслирования данных из RS-485 в Ethernet и обратно. ТИПУ содержит в своем составе микроконтроллер, блок управления динамической индикацией, блок управления статической индикацией, блок гальванической развязки RS485, блок интерфейса RS485, блок динамической индикации, блок клавиатуры и статической индикации. Для обеспечения связи с БСППУ, микроконтроллер через блок гальванической развязки RS485 к блоку интерфейса RS485. Помимо этого микроконтроллер подключен к
блоку динамической индикации и блоку клавиатуры и статической индикации через блок управления динамической индикацией и блок управления статической индикацией соответственно. Так же имеется непосредственное подключение микроконтроллера к блоку клавиатуры и статической индикации. БСППУ содержит микроконтроллер, блок гальванической развязки RS485, блок интерфейса RS485, блок гальванической развязки дискретных входов, блок временного хранения адреса, формирователь управляющих сигналов, два блока сопряжения с сетью Ethernet и два блока гальванической развязки Ethernet. Микроконтроллер через мультиплексированную шину данных подключен к блокам Ethernet, ОЗУ, формирователю управляющих сигналов и блоку временного хранения адреса. Последний блок демультиплексирует шину адрес/данные и шиной адреса подключается к контроллерам Ethernet и ОЗУ. Формирователь по адресу на шине адрес/данных распознает к какому блоку идет обращение и выдает управляющие команды на шину управления, которая подключена к блокам Ethernet и ОЗУ. Подключение внешних линий Ethernet к блокам сопряжения с сетью №1 и №2 осуществляется через блоки гальванической развязки первого и второго канала соответственно. Для обеспечения связи с ТППУ, БСППУ, через блоки гальванической развязки RS485, подключен к блоку интерфейса RS485. Дискретные входы подключены к микроконтроллеру через блок гальванической развязки дискретных входов.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежом, где:
ТППУ:
1) микроконтроллер №1;
2) блок управления динамической индикацией;
3) блок управления статической индикацией;
4) блок интерфейса RS485;
5) блок гальванической развязки RS485;
6) блок динамической индикации;
7) блок клавиатуры и статической индикации;
19) шина клавиатуры;
20) шина управления статической индикацией;
21) шина управления динамической индикацией;
22) шина данных RS485;
23) шина приема/передачи RS485;
24) шина динамической индикации;
25) шина статической индикации. БСППУ;
8) блок интерфейса RS485;
9) блок гальванической развязки RS485;
10) блок гальванической развязки дискретных входов;
11) микроконтроллер №2;
12) формирователь управляющих сигналов (ФУС);
13) блок временного хранения адреса (БВХА);
14) блок сопряжения с сетью Ethernet №1 (БСС1);
15) блок сопряжения с сетью Ethernet №2 (БСС2);
16) оперативное запоминающее устройство (ОЗУ);
17) блок гальванической развязки Ethernet №1;
18) блок гальванической развязки Ethernet №2;
28) шина приема/передачи RS485;
29) шина данных RS485;
30) дискретные входы;
31) внутренняя шина дискретных входов;
32) мультиплексированная шина адрес/данные;
33) шина адреса;
34) шина управления;
35) внутренняя шина Ethernet №1;
36) внутренняя шина Ethernet №2;
37) Ethernet канал 1;
38) Ethernet канал 2;
26) интерфейс RS485.
Инициализация каждого блока (ТППУ и БСППУ) происходит независимо друг от друга сразу после подачи питания на соответствующий модуль (БСППУ может отсутствовать).
Инициализация БСППУ (если установлен) и ТППУ начинается с самотестирования всех основных функциональных узлов, входящих в состав БСППУ и ТППУ (2, 3, 12, 13, 14, 15), настройки приемопередатчиков UART и блоков сопряжения с сетью Ethernet БСППУ (14, 15) на необходимый режим работы, проверки связи между БСППУ и ТППУ.
Далее микроконтроллер ТППУ (1) постоянно сканирует клавиатуру 7, периодически прерываясь и обновляя данные в блоке управления динамической индикацией 2, что обеспечивает постоянную индикацию в динамическом режиме на блоке динамической индикации 6. Микроконтроллер ТППУ 1 может приостановить сканирование клавиатуры 7 по двум причинам:
- нажата какая-то клавиша;
- пришел пакет по RS-485.
В случае, когда одна из клавиш нажата, микроконтроллер 1 приостанавливает сканирование клавиатуры 7. Затем определяется номер нажатой клавиши и, в случае необходимости, передаются данные о состоянии клавиш блоку сопряжения ППУ. Для это микроконтроллер 1 подготавливает данные размером 1 байт, которые передаются в блок интерфейса RS485 4 через блок гальванической развязки 5. После того как байт передан, микроконтроллер 1 записывает следующий и т.д., пока не будет передан весь пакет.
В случае же, когда пришел пакет, он проходит через блок интерфейса RS485 4 и сохраняется во внутреннем ОЗУ микроконтроллера 1. Далее эти данные обрабатываются. Это могут быть:
- значения, отображаемые на знаковых индикаторах. В этом случае микроконтроллер изменяет данные, записываемые в блок управления динамической индикацией 2, в соответствии с полученными значениями.
- данные об изменении режима работы микроконтроллера 1. В этом случае микроконтроллер 1 производит перенастройку на соответствующий режим работы.
Если установлен блок сопряжения ППУ, тогда одновременно с работой ТППУ, микроконтроллер 11 БСППУ ожидает получения данных по любому из поддерживаемых интерфейсов:
- RS-485 (26). При получении данных по RS-485 (26) от ТППУ они преобразуются на блоке интерфейса RS485 (8) и проходя через блок гальванической развязки RS485 (9) сохраняются в микроконтроллере 11. При получении одного байта данных микроконтроллер 11 сохраняет его во внутреннем ОЗУ и ожидает следующего, и так до тех пор, пока не сохранит весь пакет. Далее формируется пакет для передачи в сеть Ethernet (37, 38) и записывается в блоки сопряжения с сетью (14 и/или 15). Далее блоки сопряжения с сетью (14, 15) отправляют пакет в сеть Ethernet (37, 38), не загружая микроконтроллер 11.
- Ethernet (37 и/или 38). При получении данных по сети Ethernet (37 и/или 38), они обрабатываются и в случае необходимости (если это не конфигурационный пакет для БСППУ) передаются на ТППУ. Для это микроконтроллер 11 формирует данные размером 1 байт, которые затем передаются через блок гальванической развязки RS485 (9) на блок приемопередатчика RS485 (8). После того как байт передан, микроконтроллер 11 записывает следующий и т.д., пока не будет передан весь пакет.
- Дискретные входы (30). Изменения данных на дискретных входах (30) определяется периодическим их чтением. В случае изменения их состояния, микроконтроллер 11 перенастраивается на необходимый режим работы.
Блок динамической индикации 6 представляет собой набор восьмисегментных знаковых индикаторов. Управление этим блоком осуществляется от блока управления динамической индикации 2 по шине динамической индикации 24.
Блок управления динамической индикацией предназначен 2 для управления восьмисегментными знаковыми индикаторами в динамическом режиме. Этот блок представляет собой набор запоминающих элементов, значение которых определяет состояние и номер индикаторов, которые необходимо зажечь. Данные в эти запоминающие элементы записываются по шине управления динамической индикацией 21.
Блок управления статической индикацией представляет собой набор запоминающих элементов, хранящих состояние индикаторов. Запись обновленных данных о состоянии индикаторов осуществляется микроконтроллером по шине управления статической индикацией 20. После записи данные в регистрах не меняются до тех пор, пока не возникает необходимость изменить состояние индикаторов.
В ТППУ блок интерфейса RS485 (4) обеспечивает поддержку физического интерфейса RS485 (26). Для защиты микроконтроллера установлен блок гальванической развязки RS485 (5). Передача и прием данных микроконтроллером 1 осуществляется по шине данных RS485 (22).
Блок клавиатуры и статической индикации (7) представляет собой матрицу клавиш, дополнительную клавишу «Стоп», а так же набор светоизлучающих индикаторов. Сканирование и чтение состояния клавиатуры осуществляется по шине клавиатуры 19. Сканирование клавиши «Стоп» микроконтроллером 1 невозможно, ее состояние определяется по линиям 27 внешним устройством.
Формирователь управляющих сигналов 13 вырабатывает управляющие сигналы для ОЗУ 16 и двух блоков сопряжения с сетью 14, 15. Выработка соответствующих сигналов на шине управления 34 осуществляется в результате анализа состояния шины адреса/данных 32.
Блок временного хранения адреса используется для хранения младших разрядов адреса при обращении к блокам сопряжения с сетью 114, 15 и ОЗУ 16, т.к. шина AD микроконтроллера 11 мультиплексированная. Этот блок представляет собой запоминающий элемент, запись информации в который осуществляется по шине адрес/данные 32.
ОЗУ 16 предназначено для временного хранения информации, изменяемой в ходе выполнения программы микроконтроллера 11. При записи или чтении ОЗУ младшие разряды адреса запоминаются сначала в блоке временного хранения адреса 12, затем по шине адреса 33 поступают в ОЗУ 16. Старшие разряды адреса берутся непосредственно с микроконтроллера 11. Данные, также как и старшие разряды адреса, устанавливаются непосредственно от микроконтроллера 11 по шине 32.
Блоки сопряжения с сетью Ethernet (14, 15) служат для связи БСППУ с двумя независимыми сетевыми каналами Ethernet (37, 38). Начальная инициализация и настройка на передачу пакета осуществляется микроконтроллером 11. Блоки сопряжения с сетью (14, 15) отвечают за оформление кадра Ethernet, передачу его в сеть, отслеживание коллизий, прием и фильтрацию получаемых пакетов. Микроконтроллер 11 устанавливает содержимое поля данных кадра и адреса приемника. Связь микроконтроллера 11 и блоков сопряжения с сетью 14, 15 происходит так же, как и связь с ОЗУ.
Блок гальванической развязки дискретных входов 10 обеспечивает заданную чувствительность входных линий и гальваническую развязку этих входов с входами микроконтроллера БСППУ.
В БСППУ блок интерфейса RS485 (8) обеспечивает поддержку физического интерфейса RS485 (26). Для защиты микроконтроллера 11
установлен блок гальванической развязки RS485 (9). Передача и прием данных микроконтроллером осуществляется по шине данных RS485 (29).
Переносной пульт управления, содержащий терминал переносного пульта управления (ТППУ) (обязательный), необходимый для организации человеко-машинного интерфейса, а также обмена данными по интерфейсу RS485, и блок сопряжения переносного пульта управления (БСППУ) (устанавливаемый в случае необходимости), обеспечивающий связь терминала с двумя каналами сети Ethernet, которые в своем составе содержат микроконтроллер, отвечающий за основной алгоритм работы, блок интерфейса RS485 для обмена данными по интерфейсу RS-485, блок клавиатуры и статической индикации и блок динамической индикации, которые обеспечивают прием данных от человека и выдачу информации о состоянии механизмов и переносного пульта управления, блоки управления статической и динамической индикации, управляющие состоянием всех индикаторов ТППУ, а также при установке БСППУ, дополнительный микроконтроллер, блок интерфейса RS485 для связи с ТППУ, блоки сопряжения с сетью Ethernet, передающие и принимающие данные из каналов Ethernet, ОЗУ для временного хранения информации, блок временного хранения адреса, организующего связь микроконтроллера БСППУ с ОЗУ и блоками сопряжения с сетью Ethernet, формирователи управляющих сигналов, выдающих управляющие команды на основные блоки БСППУ.
