RU226168U1 - Модуль центрального процессора для контроллера - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к программируемым комплексам, предназначенным для управления технологическими процессами. Предложено устройство, содержащее микропроцессор, разъем интерфейса RS-485 и разъем интерфейса RS-232, соединенные с первыми входами-выходами интерфейсов RS-485 и RS-232 микропроцессора, соответственно, контроллер интерфейса ETHERNET, первый вход-выход которого соединен с разъемом интерфейса ETHERNET модуля, а также ПЗУ и ОЗУ, входы-выходы которых соединены с входом-выходом микропроцессора. При этом, согласно полезной модели, модуль центрального процессора содержит энергонезависимое ОЗУ, вход-выход которого соединен со входом-выходом микропроцессора, ПЛИС, первый вход-выход которой соединен со входом-выходом микропроцессора, и преобразователь напряжения питания, на вход которого из модуля питания через краевой разъем поступает питающее напряжение, а выход соединен со входом питания микропроцессора. Кроме того, микропроцессор, контроллер интерфейса ETHERNET, ПЗУ, ОЗУ, энергонезависимое ОЗУ, а также ПЛИС выполнены с возможностью подачи на их входы инициализирующего начало работы системы сигнала сброса через разъем модуля центрального процессора, а ПЛИС дополнительно выполнена с возможностью соединения через разъем модуля центрального процессора с соответствующим разъемом на плате базового блока контроллера. Технический результат заключается в повышении эксплуатационной надежности устройства. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Полезная модель относится к программируемым комплексам, предназначенным для управления технологическими процессами, в частности, при транспортировке и добыче газа, и может быть использована в модульных контроллерах для создания модуля центрального процессора (МЦП), предназначенного для управления и обмена информацией по внутренней шине со всеми модулями контроллера.

Известен модуль центрального процессора (МЦП) [RU 2279117, С2, G05B 19/418, 27.06.2006], который содержит ОДНОПЛАТНЫЙ КОМПЬЮТЕР ФОРМАТА РС/104, имеющий входы-выходы COM (RS-232С), KEYB (клавиатура), VGA (монитор) и ETHERNET (ЛВС), ПЛИС Xilink ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ИНТЕРФЕЙСА РС/104 В ИНТЕРФЕЙС VME, имеющий внешние дискретный вход, выход ОК (открытый коллектор) и вход-выход на шину интерфейса VME и соединенный по второму входу-выходу с шиной управления ОДНОПЛАТНОГО КОМПЬЮТЕРА ФОРМАТА РС/104, энергонезависимое запоминающее устройство (ЭНЗУ), соединенное по третьему входу-выходу с ПЛИС Xilink ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ИНТЕРФЕЙСА РС/104 В ИНТЕРФЕЙС VME.

Недостатком устройства является его относительно высокая сложность.

Наиболее близким к предложенному является модуль центрального процессора [RU 153880, U1, G61L 23/14, 10.08.2015], содержащий многослойную печатную плату, на первой (верхней) и второй (нижней) сторонах которой выполнены плоские проводники в виде участков металлизированного покрытия, размещенных на диэлектрическом основании и обеспечивающих соединение между собой и с центральным процессором несимметрично смонтированных на плате активных элементов электрической цепи, а также шины расширения, разъем тестирования и отладки при программировании и разъемы обмена данными между модулем центрального процессора и модулями ввода и/или вывода промышленного контроллера, при этом, на первой стороне платы размещены следующие активные элементы: первый, второй, третий, четвертый и пятый элементы оперативной памяти, программируемая микросхема FPGA, микросхема интерфейсов нескольких низкоскоростных устройств, многоуровневый формирователь напряжения, трансформатор интерфейсов Ethernet, первый и второй преобразователи интерфейса LVDS, аудиоконтроллер, при этом на второй стороне платы размещены следующие активные элементы: центральный процессор, флеш-накопитель SSD, микросхемы памяти Flash BIOS, шестой, седьмой, восьмой и девятый элементы оперативной памяти RAM DDR3, два приемопередатчика интерфейса RS-422/485, два приемопередатчика интерфейса RS-232, контроллер/преобразователь интерфейса PCI, два контроллера Ethernet, три микросхемы памяти, защитный диод в цепях питания от переполюсовки, супервизор питания.

Недостатком наиболее близкого технического решения является его относительно низкая эксплуатационная надежность, обусловленная сложностью и низкой оперативностью замены модуля центрального процессора при его работе в составе контроллера.

Задачей, которая решается в настоящем изобретении, является создание модуля центрального процессора для применения в контроллере, отличающегося высокой эксплуатационной надежностью и обеспечением возможности высокой оперативности замены и введения/выведения модуля центрального процессора при его работе в составе контроллера.

Требуемый технический результат заключается в повышении эксплуатационной надежности модуля центрального процессора для применения в контроллере с одновременным расширением арсенала технических средств, которые могут быть использованы для создания модуля центрального процессора в программируемых комплексах, предназначенных для управления технологическими процессами.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что модуль центрального процессора контроллера, согласно полезной модели, выполнен с возможностью размещения при помощи краевого разъема через соответствующий ему слотовый разъем ввода-вывода на плате базового блока контроллера и содержит микропроцессор, разъем интерфейса RS-485 и разъем интерфейса RS-232, которые соединены с первыми входами-выходами интерфейсов RS-485 и RS-232 микропроцессора, соответственно, контроллер интерфейса ETHERNET, первый вход-выход которого соединен с разъемом интерфейса ETHERNET модуля, а также ПЗУ и ОЗУ, входы-выходы которых соединены с входом-выходом микропроцессора, согласно полезной модели, модуль центрального процессора содержит энергонезависимое ОЗУ, вход-выход которого соединен со входом-выходом микропроцессора, программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС), первый вход-выход которой соединен со входом-выходом микропроцессора, и преобразователь напряжения питания, на вход которого из модуля питания через краевой разъем поступает питающее напряжение, а выход соединен со входом питания микропроцессора, кроме того, микропроцессор, контроллер интерфейса ETHERNET, ПЗУ, ОЗУ, энергонезависимое ОЗУ, а также ПЛИС выполнены с возможностью подачи на их входы инициализирующего начало работы системы сигнала сброса через разъем модуля центрального процессора, а ПЛИС дополнительно выполнена с возможностью соединения через разъем модуля центрального процессора с соответствующим разъемом базового блока, для обеспечения требуемой электрической схемы соединения с модулем питания, с коммуникационным модулем, с модулем аналогового ввода, с модулем аналогового вывода, с модулем дискретного ввода, с модулем дискретного вывода и с модулем с функциями высокоскоростного счетчика контроллера.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что модуль центрального процессора оснащен блоком индикации и блоком конфигурации.

Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что энергонезависимое ОЗУ выполнено с возможностью оснащения независимым источником питания.

На чертеже представлены:

на фиг. 1 - функциональная схема модуля центрального процессора контроллера с взаимодействующими техническими средствами;

на фиг. 2 - пример размещения модуля центрального процессора контроллера в базовом блоке контроллера.

Модуль 1 центрального процессора контроллера выполнен с возможностью подключения через краевой разъем 2 к слотовому разъему 3 ввода-вывода на плате 4 базового блока 5 контроллера и содержит микропроцессор 6.

В модуле 1 центрального процессора разъем 7 интерфейса RS-485 и разъем 8 интерфейса RS-232 соединены с первыми входами-выходами интерфейсов RS-485 и RS-232 микропроцессора 6, соответственно.

Модуль 1 центрального процессора содержит также контроллер 9 интерфейса ETHERNET, первый вход-выход которого соединен с разъемом 10 интерфейса ETHERNET модуля, а также ПЗУ Ни ОЗУ 12, входы-выходы которых соединены с входом-выходом микропроцессора 6.

Кроме того, модуль центрального процессора содержит энергонезависимое ОЗУ 13, вход-выход которого соединен со входом-выходом микропроцессора 6, программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС) 14, первый вход-выход которой соединен со входом-выходом микропроцессора 6, и преобразователь 15 напряжения питания, на вход которого из модуля питания через краевой разъем 2 поступает питающее напряжение, а выход соединен со входом питания микропроцессора 6.

Особенностью предложенного устройства является то, что микропроцессор 6, контроллер 9 интерфейса ETHERNET, ПЗУ 11, ОЗУ 12, энергонезависимое ОЗУ 13, а также ПЛИС 14 выполнены с возможностью подачи на их входы инициализирующего начало работы системы сигнала сброса через разъем 2 модуля центрального процессора, а ПЛИС 14 дополнительно выполнена с возможностью соединения через разъем 2 модуля центрального процессора с соответствующим разъемом базового блока, для обеспечения требуемой электрической схемы соединения с модулем питания, с коммуникационным модулем, с модулем аналогового ввода, с модулем аналогового вывода, с модулем дискретного ввода, с модулем дискретного вывода и с модулем с функциями высокоскоростного счетчика контроллера.

В частном случае модуль 1 центрального процессора оснащен блоком 16 конфигурации и блоком 17 индикации, подключенным к входам и выходам микропроцессора 6, а энергонезависимое ОЗУ 13 выполнено с возможностью оснащения независимым источником 18 питания.

Кроме того, модуль 1 центрального процессора контроллера выполнен с возможностью соединения через краевой разъем 2 с соответствующим ему разъемом 3 на плате 4 базового блока 5, для обеспечения требуемой электрической схемы соединения элементов комплекса через разъемы, представленные на плате 4 базового блока 5 (фиг.2), выполненном с открытой фронтальной частью, на внутренней поверхности задней стенки которой закреплена плата 4 контроля и управления, на которой расположены разъем 3 модуля с функциями центрального процессора, разъем 19 модуля питания, разъемы 20 модулей ввода-вывода контроллера.

Кроме того, на внутренних поверхностях нижней и верхней боковых стенок базового блока 5 выполнены по восемь симметрично размещенных двойных пар параллельных выступов 21, выполненных с возможностью установки и удержания в каждой из них подключаемых к разъемам соответствующих модулей.

Используется модуль центрального процессора контроллера следующим образом.

Контроллер выполнен в виде вертикально размещенного базового блока 5 с задней, нижней, верхней и боковыми правой и левой стенками. Базовый блок 5 выполнен с открытой фронтальной частью, на внутренней поверхности задней стенки закреплена плата 4, на которой расположены слотовые разъемы 3, 19 и 20, выполненные с возможностью подключения к ним ответных краевых разъемов модулей контроллера.

Все модули контроллера через плату 4 и соответствующие разъемы соединены между собой шинами питания, шинами адреса и шинами данных, по которым происходит информационный обмен между ними.

Конструкция контроллера позволяет обеспечить расширение за счет введения дополнительного числа модулей аналогового ввода, модулей аналогового вывода, модулей дискретного ввода, модулей дискретного вывода и модулей с функциями высокоскоростного счетчика.

Модуль 1 центрального процессора является центральным модулем, предназначенным для управления работой всех подключенных модулей контроллера и выполнения арифметических и логических операций над данными.

Основными элементами модуля 1 центрального процессора являются микропроцессор 6, ПЗУ 11 и ОЗУ 12.

Микропроцессор 6 является центральным узлом, предназначенным для управления работой модулей комплекса и выполнения арифметических и логических операций над данными.

ПЗУ 11 служит для длительного хранения неизменяемой информации (операционная система, прикладное программное обеспечение, настроечные параметры).

ОЗУ 12 служит для хранения во время работы часто изменяемой информации, непосредственно участвующей в информационно-вычислительном процессе.

Энергонезависимое ОЗУ 13 имеет отдельный источник питания 18 и служит для хранения часто изменяемой информации, которую недопустимо потерять при пропадании основного питания.

Модуль 1 центрального процессора в зависимости от модификации может содержать до двух последовательных интерфейсов RS-232, а также один RS-485, управляемых микропроцессором 6 и предназначенных для подключения сторонних датчиков и исполнительных интеллектуальных устройств.

Модуль 1 центрального процессора в зависимости от модификации может содержать до двух интерфейсов ETHERNET, управляемых отдельными контроллерами ETHERNET и предназначенных для подключения сторонних интеллектуальных устройств.

Блок 16 конфигурации представляет собой набор переключателей, с помощью которых настраивается режим работы микропроцессора 6, а также другие параметры.

Блок 17 индикации представляет собой набор светодиодов, которые отображают состояние информационного обмена по портам RS-232 и RS-485.

Модуль 1 центрального процессора при помощи краевого разъема 2 соединяется с соответствующим слотовым разъемом 3 на плате 4 базового блока 5, через который поступает входное напряжение 3.3 В и используется для его питания.

Импульс сброса через краевой разъем 2 поступает из модуля питания и используются для инициализации начала работы системы.

Модуль 1 центрального процессора содержит ПЛИС 12, предназначенную для управления шинами адреса и данных, а также обеспечивает информационный обмен со всеми модулями, подключенными к слотовым разъемам 20 на плате 4 базового блока 5.

Благодаря тому, что используется отдельная плата 4, на которой расположены слотовые разъемы 3, 19 и 20, выполненные с возможностью подключения к ним ответных краевых разъемов модулей контроллера, обеспечивается оперативная и надежная процедура замены всей группы элементов комплекса, в том числе и центрального процессора, а использование для крепления модулей пар параллельных выступов 21 в нижней и верхней боковых стенках базового блока 5 обеспечивает оперативную и надежную замену любого из них, в том числе с другими функциями и, при необходимости, соединенными с иными датчиками и исполнительными устройствами, что обеспечивает и повышение универсальности устройства. При этом обеспечивается оперативное введение-выведение дополнительных модулей аналогового и дискретного ввода и вывода, что также обеспечивает повышение универсальности устройства. Все это обеспечивает достижение требуемого технического результата.

Claims (3)

1. Модуль центрального процессора для контроллера выполнен с возможностью размещения при помощи краевого разъема через соответствующий ему слотовый разъем ввода-вывода на плате базового блока контроллера и содержит микропроцессор, разъем интерфейса RS-485 и разъем интерфейса RS-232, которые соединены с первыми входами-выходами интерфейсов RS-485 и RS-232 микропроцессора, соответственно, контроллер интерфейса ETHERNET, первый вход-выход которого соединен с разъемом интерфейса ETHERNET модуля, а также ПЗУ и ОЗУ, входы-выходы которых соединены с входом-выходом микропроцессора, согласно полезной модели, модуль центрального процессора содержит энергонезависимое ОЗУ, вход-выход которого соединен со входом-выходом микропроцессора, программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС), первый вход-выход которой соединен со входом-выходом микропроцессора, и преобразователь напряжения питания, на вход которого из модуля питания через краевой разъем поступает питающее напряжение, а выход соединен со входом питания микропроцессора, а также микропроцессор, контроллер интерфейса ETHERNET, ПЗУ, ОЗУ, энергонезависимое ОЗУ, а также ПЛИС выполнены с возможностью подачи на их входы инициализирующего начало работы системы сигнала сброса через разъем модуля центрального процессора, а ПЛИС дополнительно выполнена с возможностью соединения через разъем модуля центрального процессора с соответствующим разъемом базового блока, для обеспечения требуемой электрической схемы соединения с модулем питания, с коммуникационным модулем, с модулем аналогового ввода, с модулем аналогового вывода, с модулем дискретного ввода, с модулем дискретного вывода и с модулем с функциями высокоскоростного счетчика контроллера.

2. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что он оснащен блоком индикации и блоком конфигурации.

3. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что энергонезависимое ОЗУ выполнено с возможностью оснащения независимым источником питания.