RU218853U1 - Промышленный контроллер - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к устройствам программного управления и предназначена для работы в автоматизированных системах управления технологическими процессами для контроля, автоматического управления и технологической защиты оборудования на объектах с широкой номенклатурой датчиков и исполнительных устройств в тепловой и атомной энергетике, в химической, металлургической и других отраслях промышленности, в частности, может применяться для автоматизации установок каталитического риформинга и других подобных агрегатов. Техническим результатом полезной модели является повышение надежности промышленного контроллера. Технический результат достигается за счет включения в состав промышленного контроллера, содержащего крейт процессора по меньшей мере с одним модулем процессора, по меньшей мере один крейт устройств связи с объектом (УСО) с модулями УСО различного типа, включая модули аналогового ввода, модули аналогового вывода (ЦАП), модули дискретного ввода-вывода, модули импульсного вывода, контроллерную шину, информационно связывающую крейт процессора с крейтом УСО, быстродействующего автомата дублирования ЦАП. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Полезная модель относится к устройствам программного управления и предназначена для работы в автоматизированных системах управления технологическими процессами для контроля, автоматического управления и технологической защиты оборудования на объектах с широкой номенклатурой датчиков и исполнительных устройств в тепловой и атомной энергетике, в химической, металлургической и других отраслях промышленности, в частности, может применяться для автоматизации установок каталитического риформинга и других подобных агрегатов.

Известен многоцелевой контроллер Ремиконт Р-400 (RU 115939, МПК G06F 9/00, опубл. 10.05.2012 г.), 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.

Недостатком данного контроллера является то, что он не содержит средств дублирования цифроаналоговых преобразователей (ЦАП), необходимых для достижения их повышенной надежности.

Наиболее близким аналогом (прототипом) к заявляемой полезной модели является промышленный контроллер (RU 185503, МПК G06F 9/00, F01D 21/00, опубл. 06.12.2018), содержащий блок процессора по меньшей мере с одним модулем процессора, по меньшей мере один блок устройств связи с объектом (УСО) с модулями УСО различного типа, включая модули аналогового ввода-вывода, модули дискретного ввода-вывода, модули импульсного вывода, и тремя модулями контроля оборотов турбины, контроллерную шину, информационно связывающую блок процессора с блоками УСО, полевые адаптеры для подключения полевого кабеля.

Недостатком известной полезной модели является отсутствие возможности дублирования модулей цифроаналогового преобразования (ЦДЛ).

Техническим результатом заявляемой полезной модели является повышение надежности промышленного контроллера.

Технический результат достигается за счет включения в состав промышленного контроллера, содержащего крейт процессора по меньшей мере с одним модулем процессора, по меньшей мере один крейт устройств связи с объектом (УСО) с модулями УСО различного типа, включая модули аналогового ввода, модули аналогового вывода(ЦАП), модули дискретного ввода-вывода, модули импульсного вывода, контроллерную шину, информационно связывающую крейт процессора с крейтом УСО, быстродействующего автомата дублирования ЦАП, включающего в себя блок переключения каналов (БПК) с основной и резервной цепями связи ЦАП с БПК, каналы БПК по числу, равному числу каналов ЦАП, базовую панель с базовым транзистором, базовым реле и средствами местной индикации и управления, при этом каждый канал БПК содержит канальное реле, узел контроля напряжения со стабилитроном и оптроном контроля напряжения, токовый оптрон, диодная часть которого включена последовательно в основную цепь связи ЦАП с БПК, а коллектор его транзистора, как и коллектор транзистора оптрона контроля напряжения, через последовательную цепь канального и базового транзистора подключен к параллельно соединенным обмоткам канальных реле, перекидной контакт первой группы которых связан с нагрузкой, а перекидной контакт второй группы связан с балластным резистором, при этом параллельно обмоткам канальных реле включена обмотка базового реле, первая группа перекидных контактов которого связана с индикаторами местного контроля состояния БПК, а вторая группа перекидных контактов базового реле связана с модулем дискретного ввода дистанционного контроля состояния. Причем в основной и резервной цепях дублированного ЦАП используется диапазон выходного сигнала 4-20 мА.

Сущность полезной модели иллюстрируется следующими чертежами:

Фиг. 1 - функциональная схема промышленного контроллера,

Фиг. 2 - функциональная схема быстродействующего автомата дублирования ЦАП.

На чертежах введены следующие обозначения:

1 - крейт процессора,

2 - крейт устройств связи с объектом (крейт УСО),

3 - контроллерная шина,

4 - быстродействующий автомат дублирования ЦАП (БАДЦ),

5 - модуль процессора,

6 - модуль стабилизации,

7 - модуль УСО,

8 - дублированная шина Ethernet,

9 - коммутационный модуль,

10 - модуль аналогового вывода основной (модуль ЦАП основной),

11 - модуль аналогового вывода резервный (модуль ЦАП резервный),

12 - модуль дискретного вывода (модуль ЦДЛ),

13 - модуль дискретного ввода (модуль ДЦП),

14 - блок переключения каналов БПК,

15 - основная цепь связи ЦАП,

16 - резервная цепь связи ЦАП,

17 - канальная клеммная колодка,

18 - нагрузка,

19 - канал БПК,

20 - базовая панель,

21 - канальный разъем,

22 - базовый разъем,

23 - токовый оптрон,

24 - звено задержки,

25 - узел контроля напряжения в основной цепи связи,

26 - оптрон контроля напряжения,

27 - стабилитрон,

28 - коллектор токового оптрона,

29 - канальный транзистор,

30 - коллектор оптрона контроля напряжения,

31 - коллектор канального транзистора,

32 - базовый транзистор,

33 - коллектор базового транзистора,

34 - канальное реле,

35 - первая группа перекидных контактов канального реле,

36 - вторая группа перекидных контактов канального реле,

37 - балластный резистор,

38 - базовое реле,

39 - первая группа перекидных контактов базового реле,

40 - индикаторы местного контроля,

41 - вторая группа перекидных контактов базового реле,

42 - базовая клеммная колодка,

43 - кнопка местного управления.

Промышленный контроллер (Фиг. 1) имеет блочно-модульную конструкцию и состоит из крейта 1 процессора в виде каркаса, выполненного в соответствии со стандартом «Евромеханика», одного или нескольких крейтов 2 устройств связи с объектом (УСО), также выполненных в виде каркаса в соответствии со стандартом «Евромеханика» и связанных с крейтом 1 процессора посредством контроллерной шины 3, работающей по стандарту RS-485 с использованием протоколов ИНЭЛ/Modbus/Profibus, и быстродействующего автомата дублирования ЦАП (БАДЦ) 4. В крейты устанавливаются модули, объединенные печатной кросс-платой. На лицевых панелях модулей размещаются разъемы, клеммные колодки и индикаторы.

Крейт 1 процессора включает в себя модуль 5 процессора, модули 6 стабилизации и модули 7 УСО различного типа (модули аналогового ввода-вывода (АЦП, ЦАП), модули дискретного ввода-вывода (ДЦП, ЦДЛ), модули импульсного вывода (ЦИП).

При резервировании крейта 1 процессора в крейт 1 процессора устанавливаются два модуля 5 процессора, а модули 7 УСО не устанавливаются. Модуль 5 процессора связан с другими устройствами системы управления дублированной шиной Ethernet 8.

От одного до нескольких крейтов 2 УСО, связанных с крейтом 1 процессора посредством контроллерной шины 3 стандарта RS-485, включают в себя коммуникационный модуль 9 и модули 7 УСО различного типа (модули аналогового ввода-вывода (АЦП, ЦАП), модули дискретного ввода-вывода (ДЦП, ЦДЛ), модули импульсного вывода (ЦИП).

При резервировании блока процессора коммутационный модуль 9 слейва контроллерной шины 3, как и сама контроллерная шина 3, также дублируется.

БАДЦ 4 (Фиг. 2) состоит из двух многоканальных цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП), а именно одного основного модуля 10 ЦАП и одного резервного модуля 11 ЦАП, модуля 12 цифро-дискретного преобразователя (ПДП) для дистанционного управления БАДЦ 5, модуля 13 дискретно-цифрового преобразователя (ДЦП) для дистанционного контроля состояния БАДЦ 5, блока 14 переключения каналов (БПК). БПК 14 монтируется на DIN-рейке и содержит канальную клеммную колодку 17 для подключения основных 15, резервных 16 цепей связи, нагрузок 18, а также каналы БПК 19, причем число основных цепей 15, резервных цепей 16, нагрузок 18 и каналов БПК 19 равно числу каналов основного 10 и резервного 11 модулей ЦАП. БПК 14 содержит базовую панель 20, соединенную с каналами 19 БПК посредством канального 21 и базового 22 разъемов. Канал БПК 19 содержит токовый оптрон 23, включенный последовательно в основную цепь связи 15 ЦАП 10 с БПК 14, звено задержки 24, узел 25 контроля напряжения в основной цепи связи 15, в свою очередь содержащий оптрон контроля напряжения 26 и стабилитрон 27. Коллектор 28 токового оптрона через звено задержки 24 связан с базой канального транзистора 29 и с этой же базой связан коллектор 30 оптрона контроля напряжения 26, входящего в узел 25 контроля напряжения. Коллектор 31 канального транзистора 29 через последовательную цепь связан с базой базового транзистора 32, коллектор 33 которого связан с обмоткой канального реле 34, перекидной контакт первой группы 35 которой связан с нагрузкой 18, а перекидной контакт второй группы 36 связан с балластным резистором 37. БПК 14, кроме того, содержит базовое реле 38, обмотка которого включена параллельно обмотке канального реле 34, первая группа его перекидных контактов 39 связана с двумя индикаторами 40 местного контроля состояния БПК 14, а вторая группа 41 связана с модулем 13 ДЦП дистанционного контроля состояния БПК 14 через базовую клеммную колодку 42, к которой подключены также модуль 12 ЦДЛ, связанный с базой базового транзистора 32, и дублированное питание БПК 14, а база базового транзистора 32, кроме того, связана с кнопкой 43 местного управления. БПК 14 имеет столько каналов БПК 19, сколько каналов содержит основной 10 и резервный 11 модули ЦАП, причем одноименные цепи базовых разъемов 22 всех каналов БПК 19 соединены параллельно.

Модули 7, 10-13 могут располагаться в одном или разных крейтах 1 процессора или крейте 2 УСО.

Крейт 1 процессора, крейт 2 УСО питаются от источников дублированного напряжения 24 или 220 В.

Каждый модуль 7 УСО размещается на одной печатной плате и содержит лицевую панель, на которой размещаются индикаторы и разъем для подключения внешних цепей.

Модуль 7 УСО типа АЦП имеет 8 гальванически развязанных каналов. Имеются две модификации модуля - один для приема сигналов высокого уровня 4-20, 0-20, 0-5 мА и 0-10 В, другой - для приема сигналов низкого уровня от термопар и термосопротивлений, включенных как по трех, так и по четырех проводной схеме.

Модули 7 УСО, модули 10, 11 ЦАП имеют 4 гальванически развязанных канала 4-20 мА.

Модули 7 УСО, модуль 13 ДЦП имеет 16 или 32 канала с групповой (по 8 и 16 каналов каналов) гальванической развязкой и рассчитан на прием сигналов 24 В или 220 В постоянного тока любой полярности, 24 В или 220 В переменного тока, а также на работу с контролем или без контроля линии связи.

Модули 7 УСО, и модуль 12 ЦДП имеет 16 гальванически развязанных каналов в виде «сухого» контакта на напряжение 220 В/5 А.

Модуль 7 УСО ЦИП имеет 8 гальванически развязанных каналов типа «больше-меньше» в виде транзистора с открытым коллектором.

Все каналы ввода-вывода гальванически отделены от электронной схемы обработки сигналов и от источников питающих напряжений.

Крейт 1 процессора и крейт 2 УСО питаются от дублированного источника питания.

Промышленный контроллер функционирует следующим образом. Модуль 5 процессора выполняет технологическую программу управления объектом автоматизации, взаимодействует со всеми модулями УСО, установленными в крейт 1 процессора, обменивается информацией через контроллерную шину 3 и коммутационный модуль 9 со всеми модулями УСО, установленными в крейте 2 УСО, а по дублированной шине 8 Ethernet - с другими техническими средствами управления объектом. Сигналы к модулям УСО 7, модулям 10, 11 ЦАП, модулю 12 ЦДП, модулю 13 ДЦП и БПК 14 подводятся через полевой кабель, а сигналы, формируемые БПК 14, поступают на исполнительные механизмы.

Выходной ток основного модуля 10 ЦАП через основную цепь 15 связи 4-20 мА подается на диодную часть токового оптрона 23. Выходной сигнал 28 токового оптрона 23 проходит через звено 24 задержки и поступает на базу канального транзистора 29, удерживая высокий уровень тока через его коллектор 31. Этот ток проходит через базу базового транзистора 32, удерживая потенциал его коллектора близким к нулю, в результате чего катушки всех канальных 33 и базового 38 реле находятся под током. В этом состоянии ток 4-20 мА основной цепи связи 15 ЦАП через замкнутые контакты одной группы 35 канального реле 33 поступает в нагрузку 18, ток 4-20 мА резервной цепи связи 16 ЦАП через замкнутые контакты другой группы 36 канального реле 33 замыкается на балластный резистор 37, контакты 41 одной группы базового реле 38 разомкнуты, а контакты другой группы базового реле 38 включают один из 40 местных индикаторов, сигнализирующих о работе БПК 14 в режиме «основной» («осн»).

Если происходит отказ в основной цепи 15 связи 4-20 мА, при котором ток в этой цепи становится близким к нулю, токовый оптрон 23 закрывается, закрываются также канальный 31 и базовый 32 транзисторы, в результате чего обмотки всех канальных 33 и базового 38 реле обесточиваются, а их контакты перекидываются таким образом, что нагрузка 18 оказывается подключенной к резервной цепи 16 связи 4-20 мА, балластный резистор 37 - к основной цепи 4-20 мА, контакт 41 дистанционного контроля замыкается, а контакт 39 переключает местные индикаторы, сигнализируя о работе БПК 14 в режиме «резервный» («рез»). БПК 14 также переходит в режим «резервный» по дистанционной команде от модуля 12 ЦДЛ и при нажатии кнопки 43 местного управления.

Если происходит отказ в цепи 18 нагрузки, ток через токовый оптрон 23 прерывается, формируя команду на переключение, и одновременно напряжение в основной цепи 15 связи 4-20 мА становится выше напряжения пробоя стабилитрона 26, возникает ток в диодной части оптрона контроля напряжения 26, коллектор 30 этого оптрона получает низкий потенциал, в результате чего формируется команда запрета переключения. Поскольку команда переключения от токового оптрона 23 проходит через звено 24 задержки, а команда запрета от оптрона контроля напряжения 26 действует без задержки, последняя блокирует команду на переключение и состояние БПК 14 не меняется.

Таким образом, за счет введения в конструкцию промышленного контроллера быстродействующего блока переключения каналов ЦАП надежность контроллера повышается, так как отказ одного из двух ЦАП в дублированной паре не приводит к отказу контроллера в целом, и он продолжает выполнять свои функции в полном объеме.

В уровне техники не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемой полезной модели. Заявляемая полезная модель технически осуществима, промышленно реализуема на приборостроительном предприятии, а проведенные испытания подтверждают достижение заявленного технического результата, поэтому она соответствует условию патентоспособности «промышленная применимость».

Claims (2)

1. Промышленный контроллер, содержащий крейт процессора по меньшей мере с одним модулем процессора, по меньшей мере один крейт устройств связи с объектом (УСО) с модулями УСО различного типа, включая модули аналогового ввода, модули аналогового вывода (ЦАП), модули дискретного ввода-вывода, модули импульсного вывода, контроллерную шину, информационно связывающую крейт процессора с крейтом УСО, отличающийся тем, что содержит быстродействующий автомат дублирования ЦАП, включающий в себя блок переключения каналов (БПК) с основной и резервной цепями связи ЦАП с БПК, каналы БПК по числу, равному числу каналов ЦАП, базовую панель с базовым транзистором, базовым реле и средствами местной индикации и управления, при этом каждый канал БПК содержит канальное реле, узел контроля напряжения со стабилитроном и оптроном контроля напряжения, токовый оптрон, диодная часть которого включена последовательно в основную цепь связи ЦАП с БПК, а коллектор его транзистора, как и коллектор транзистора оптрона контроля напряжения, через последовательную цепь канального и базового транзистора подключен к параллельно соединенным обмоткам канальных реле, перекидной контакт первой группы которых связан с нагрузкой, а перекидной контакт второй группы связан с балластным резистором, при этом параллельно обмоткам канальных реле включена обмотка базового реле, первая группа перекидных контактов которого связана с индикаторами местного контроля состояния БПК, а вторая группа перекидных контактов базового реле связана с модулем дискретного ввода дистанционного контроля состояния.

2. Промышленный контроллер по п. 1, отличающийся тем, что в основной и резервной цепях связи дублированного ЦАП используется диапазон выходного сигнала 4-20 мА.

Images