Универсальный шахтный контроллер Российский патент 2024 года по МПК G05B19/00 

Область техники

Изобретение используется в горнодобывающей промышленности (рудники, шахты и их наземные строения, подземные выработки шахт опасные по газу (метану) и/или угольной пыли) и относится к устройствам, используемым в автоматизированных системах управления горношахтным оборудованием, в том числе конвейерными линиями.

Уровень техники

Известен информационный, измерительный и управляющий комплекс «ДЕКОНТ» (ООО «Компания ДЭП» //Руководство по эксплуатации. С.105 - http://dep.ru/docs/doc_hard/DECONT-RE-II.pdf) содержащий модули ввода-вывода серии «Ех», предназначенные для подключения внешних цепей управления, измерения и сигнализации, где для подключения внешних цепей в модуле установлен 2-х рядный 16-ти контактный несъемный клеммник. Клеммы и зажимные винты покрыты никелем. Под шайбу клеммника можно крепить проводник от 0,2 до 2,5 кв.мм.

Из CN 204188965 U (опубликовано 2015.03.04, МПК G05B 19/04; Н04В 10/25) известен программируемый контроллер ввода вывода, используемый для системы мониторинга конвейерной ленты, в котором могут использоваться оптоволоконные приемопередатчики SFP для модуля связи Ethernet контроллера с ПК пользователя, но каждый цифровой модуль ввода интерфейса ввода содержит входную клемму и оптопару, соединенные последовательно; каждый модуль цифрового вывода выходного интерфейса содержит оптопару, реле и выходную клемму, соединенные последовательно.

Из патента на полезную модель Российской Федерации №88843 (опубликовано 2019.11.20, МПК Н01Н 3/04) известен цифровой автономный универсальный контроллер для работы в условиях подземной выработки угля, содержащий устройство согласования с объектом, в состав которого входят узел аналоговых вводов, узел частотных вводов, узел резистивных вводов, узел дискретных вводов и узел дискретных выводов, соединенные соответственно через первый - пятый кабельные вводы с технологическим объектом управления.

Недостатком известных конструкций является аппаратное ограничение на подключение различных датчиков с разными функциями измерения, что ограничивает эксплуатационную гибкость конечного устройства управления. Использование клеммников с фиксированной логикой/ фиксированным типом входа (или выхода) не позволяет изменять логику работы автоматизируемой системы без перезагрузки системы и привлечения квалифицированного специалиста, кроме того, сервисное обслуживание и монтаж устройств с клеммниками является время затратным и требует наличие специального инструмента, что влияет на увеличение времени простоя технологических объектов без работы. Вместе с тем, при возникновении аварийных ситуаций (перенапряжения, скачков напряжения и тока) из строя выходит весь модуль ввода-вывода, что приводит к остановке технологического объекта.

Раскрытие сущности изобретения

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в ускорении и облегчении физического монтажа универсального шахтного контроллера; сокращении времени сервисного обслуживания универсального шахтного контроллера и снижении времени простоя конвейерных лент.

Заявленный технический результат обеспечивает универсальный шахтный контроллер, состоящий из корпуса, в котором размещены центральный блок управления, релейный модуль, медиаконвертер IMC-FTX, дисплей и универсальный модуль входов-выходов, отличающийся тем, что выбор типа подключаемого датчика к универсальному модулю входов-выходов осуществляется автоматически при подключении в соответствующее гнездо необходимого модуля выбора типа датчика.

Вместе с тем, признаки универсального шахтного контроллера (далее - УШК, устройство), указанные в зависимых пунктах формулы настоящего изобретения касаются особенно предпочтительных модификаций УШК.

Краткое описание чертежей

Заявляемое техническое решение поясняется изображениями:

Фиг. 1 - лицевая панель универсального модуля входов-выходов;

Фиг. 2 - модуль выбора типа датчика в форм-факторе SFP;

Фиг. 3 - печатная плата модуля выбора типа датчика;

Фиг. 4 - схема опроса датчика 1 и движение сигнала от датчика 1 в вычислительный модуль УМВХ и передача преобразованных данных далее, по RS-485, в модуль ЦБУ устройства.

Осуществление изобретения

Универсальный шахтный контроллер - это искробезопасное устройство, предназначенное для автоматизации управления горношахтным оборудованием во взрывоопасных средах, что делает его незаменимым для применения в горной промышленности.

Благодаря наличию дополнительных модулей расширения, таких как универсальный модуль входов-выходов (далее - УМВХ) и релейный модуль (далее - РМ), устройство может быть легко адаптировано для управления разветвленными и неразветвленными конвейерными линиями, состоящими из, ленточных и скребковых конвейеров и другого промышленного оборудования.

Конструктивно устройство представляет собой шкаф (корпус). На заднюю стенку шкафа крепится монтажная панель. На монтажную панель в свою очередь крепится кронштейн, на котором расположен дисплей, центральный блок управления (далее - ЦБУ) и модули.

На монтажной панели помимо кронштейна закреплены DIN-рейки, а также кронштейн кассеты. DIN-рейки предназначены для крепления на них клемм двухуровневых винтовых (далее - входные клеммники УШК), модуля цифровых входов с гальванической развязкой, модуля релейных выходов, медиаконвертера1МС-РТХ. Кронштейн кассеты предназначен для крепления кассеты оптической.

IMC-FTX - это медиаконвертер интерфейсов цифровой передачи данных, предназначенный для организации как магистральных, так и периферийных сетей передачи данных по волоконно-оптическим линиям связи или посредством проводных интерфейсов в условиях шахт или их наземных сооружений. Используется для связи УШК с автоматизированным рабочим местом диспетчера (далее - АРМ) или для объединения нескольких УШК в одну систему. Поддерживает сетевые функции: IEEE 802.3 100BASE-TX/10BASE-T Ethernet (медная витая пара); IEEE 802.3 100BASE-FX Ethernet (оптика 100 Мбит/с); Автоопределение MDI/MDI-X на всех портах для витой пары; Автоопределение скорости и режима работы; Управление потоком IEEE 802.3х.

Помимо кронштейна и DIN-реек на монтажную панель крепятся кабель-каналы с крышками, предназначенные для прокладывания проводов.

На дне шкафа расположены 3 кабельных ввода MG32 RUICHI, 6 кабельных вводов MG25 RUICHI и 5 кабельных вводов MG20 RUICHI. На верхней крышке шкафа расположена антенна 2,4 ГГц. На двери шкафа расположены две накладные панели: верхняя и нижняя.

Верхняя панель имеет 6 кнопок управления дисплеем: 4 кнопки с зеленой подсветкой в центре и 2 кнопки с желтой подсветкой по краям.

В центральной части нижней панели расположены 7 кнопок управления УШК: 3 зеленые и 1 желтая кнопки сверху и 3 красные кнопки снизу. Справа от кнопок управления находится кнопка аварийного остановки. Слева от кнопок управления находится переключатель поворотный, предназначенный для переключения режимов работы УШК.

Основные параметры и характеристики УШК приведены в таблице 1.

На верхней панели расположено стекло дисплея, ниже стекла находятся: кнопки «меню» (кнопки навигации), кнопка «отмена» и кнопка «применить». На нижней панели находятся: переключатель, кнопки «пуск», «стоп», «квитирование» и аварийный стоп.

Переключатель имеет три режима: ремонт, местный и дистанционный.

1. Ремонт - предназначен для выполнения ремонтных и профилактических настроечных работ.

2. Местный - основной режим. В данном режиме управление процессом работы выполняется оператором конвейера.

3. Дистанционный - управление может выполняться диспетчером дистанционно.

Кнопка «пуск» - предназначена для запуска конвейера.

Кнопка «стоп» - предназначена для остановки конвейера.

Кнопка «стоп аварийный» - предназначена для остановки процесса работы в случае аварийной ситуации. Кнопка с фиксацией, для продолжения работы необходимо повернуть кнопку по направлению стрелок.

Кнопка «квитирование» используется в двух случаях:

1. Перед началом работы.

При включении УШК на экране высвечивается информация о состоянии аппаратуры. Оператор должен нажать кнопку «квитирование», тем самым подтверждая полученную информацию. Если имеется неисправность, включение конвейера будет запрещено.

2. При срабатывании любого датчика.

При срабатывании любого из датчиков конвейер останавливается. После устранения всех неполадок оператору необходимо нажать кнопку «квитирование». Если все неполадки устранены, УШК разрешит включение конвейера. При наличии неполадок включение конвейера будет запрещено.

Центральный блок управления представляет собой устройство, состоящее из корпуса с закрепленной в нем платой центрального блока управления и крышки. На заднюю поверхность корпуса ЦБУ крепятся две направляющие для контроллера. ЦБУ использует сетевые интерфейсы 10/100Base-TX, RS-485 (2 шт. ), Wi-Fi IEEE 802.11 /b/g/n и сетевые протоколы TCP/IP, HTTP, SNMP, ICMP, Modbus TCP, Modbus RTU.

Релейный модуль представляет собой устройство, состоящее из корпуса с закрепленной в нем платой релейного модуля и крышки, а также имеет 8 реле, управляемых через сетевой интерфейс RS-485 и сигналом контура безопасности. Каждое реле имеет дополнительный общий вывод с диодом для упрощения подключения дискретных датчиков, требующих наличия диода. Есть возможность переключения каждого релейного выхода на управление сигналами с полностью аппаратного контура безопасности.

Универсальный модуль входов-выходов представляет собой устройство, состоящее из корпуса с закрепленной в нем платой универсального модуля входов и крышки. УМВХ позволяет по одной сигнальной линии (по одному каналу опроса) выбрать функцию опроса данных или функцию управления (выход данных).

Функция управления (выход данных) осуществляется путем установки модуля выхода в соответствующее гнездо модуля выбора типа датчика.

УМВХ способен опрашивать до 8 датчиков. На фиг. 1 показана лицевая панель УМВХ, где располагаются: 8 гнезд (PORT1-8) для установки модуля выбора типа датчика (1), два разъема - один для питания и связи (2), другой для электрического подключения датчиков (3) (подключения входных клемм УШК к модулю УМВХ). Внутри УМВХ располагается вычислительный модуль (на фиг. 1 не показан), который предназначен для опроса датчиков и передачи показаний.

8 гнезд расположены на лицевой панели УМВХ, слева. В них устанавливается соответствующий модуль выбора типа датчика. Для универсализации производства и удобства монтажа устанавливаемый модуль выбора типа датчика использует корпус от оптических SFP модулей (см. фиг. 2). В такой корпус устанавливается печатная плата (см. фиг. 3), которая выполняет требуемые функции:

• Приходящие с датчиков электрические сигналы подготавливаются, преобразуются и передаются в вычислительный модуль УМВХ;

• Выполняет адресацию и настраивает вход УМВХ на конкретный тип датчика;

• Защита входа УМВХ от перегрузок (перенапряжения, скачки напряжения и тока), за счет наличия в схеме печатной платы модуля выбора типа датчика предохранителя, токоограничительного резистора и стабилитронов.

Для каждого типа датчика используется свой модуль выбора типа датчика. Всего их 6 типов и все они имеют индивидуальную печатную плату.

Выбор типа подключаемого датчика осуществляется автоматически при установке в соответствующее гнездо модуля выбора типа датчика.

УМВХ поддерживает 6 типов датчиков:

1. Токовая петля 4-20 мА - модуль для опроса датчиков с интерфейсом токовая петля 4-20 мА;

2. Напряжение 0-10 В - модуль для опроса датчиков с интерфейсом 0-10 В;

3. Namur - модуль для опроса датчиков Namur;

4. «Сухой контакт» - модуль для опроса датчиков типа «сухой контакт»;

5. РТ100 - модуль для опроса датчиков РТ100;

6. Частотный вход - модуль для опроса датчиков с частотным выходом. Управление УМВХ и передача данных от него осуществляется посредством интерфейса RS-485.

ЦБУ взаимодействует с УМВХ, РМ и АРМ. УМВХ в свою очередь опрашивает датчики, обрабатывает их в вычислительном модуле УМВХ и передает состояния этих датчиков в ЦБУ по интерфейсу RS-485, далее ЦБУ обрабатывает полученные значения датчиков управляет РМ и передает с помощью медиаконвертера IMC-FTX свое состояние, состояние устройства и датчиков в АРМ. ЦБУ, управляя РМ при помощи встроенных в РМ реле, осуществляет включение исполнительных механизмов или запускает технологические процессы, например, запуск или остановка электродвигателя конвейерной ленты.

Конструкция УМВХ и его функционал позволяют расширять количество типов поддерживаемых датчиков (сигналов). Иными словами, добавлять то, чего раньше не было, что не поддерживалось. Таким образом, если понадобится подключить новый тип сигнала или датчика, то для такого подключения достаточно будет установить новый модуль выбора типа датчика. Нет необходимости в замене всего УШК или УМВХ. Кроме того, нет необходимости в использовании специальных инструментов и переподключения датчика на другой вход, достаточно произвести замену модуля выбора типа датчика. Данные модули выбора типа датчика в достаточном объеме поставляются вместе с УШК.

Вместе с тем, при подключении датчиков к УШК пользователь может не делать акцент на том какой датчик в какой разъем он подключает. Ему достаточно исходя из удобства трассировки кабелей подключить датчики в любом порядке, а уже модулями выбора типа датчика указать автоматизированной системе управления горношахтным оборудованием какой датчик подключен к тому или иному гнезду.

В случае наступления аварийных ситуаций и превышения входных электрических параметров может быть нанесен урон как УШК, так и УМВХ - в данном случае будет достаточно заменить лишь сгоревший модуль выбора типа датчика, поскольку как указывалось ранее, модуль выбора типа датчика обеспечивает защиту входа УМВХ от перегрузок. Данная процедура легко проделывается любым не квалифицированным сотрудником. Нет необходимости в замене всего УШК или УМВХ.

На фиг. 4 показана схема опроса датчика 1 и движение сигнала от датчика 1 в вычислительный модуль УМВХ и передача преобразованных данных далее, по RS-485, в модуль ЦБУ устройства. Модуль ЦБУ на фиг. 4 не показан.

Основные параметры и характеристики модулей выбора типа датчиков представлены в таблице 2.

Изобретение относится к устройствам автоматизированного управления горно-шахтным оборудованием. Технический результат заключается в обеспечении универсального шахтного контроллера. Устройство состоит из корпуса, в котором размещены центральный блок управления, релейный модуль, медиаконвертер IMC-FTX, дисплей и универсальный модуль входов-выходов, выбор типа подключаемого датчика к универсальному модулю входов-выходов осуществляется автоматически при подключении в соответствующее гнездо необходимого модуля выбора типа датчика. 3 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.

1. Универсальный шахтный контроллер, состоящий из корпуса, в котором размещены центральный блок управления, релейный модуль, медиаконвертер IMC-FTX, дисплей и универсальный модуль входов-выходов, отличающийся тем, что внутри универсального модуля входов-выходов (УМВХ) располагается вычислительный модуль, предназначенный для опроса датчиков и передачи показаний, на лицевой панели УМВХ расположены гнезда, в которые устанавливается соответствующий модуль выбора типа датчика, в корпусе которого устанавливается печатная плата, которая выполнена с возможностью подготовки, преобразования и передачи в вычислительный модуль УМВХ приходящих с датчиков электрических сигналов, выполнения адресации и настройки входа УМВХ на конкретный тип датчика, где выбор типа подключаемого датчика к универсальному модулю входов-выходов осуществляется автоматически при подключении в соответствующее гнездо необходимого модуля выбора типа датчика.

2. Универсальный шахтный контроллер по п.1, отличающийся тем, что модуль выбора типа датчика выполнен в корпусе от оптического SFP модуля.

3. Универсальный шахтный контроллер по п.1, отличающийся тем, что схема печатной платы модуля выбора типа датчика содержит предохранитель, токоограничительный резистор и стабилитроны.

4. Универсальный шахтный контроллер по п.1, отличающийся тем, что универсальный модуль входов-выходов выбирает функцию опроса данных или функцию управления по одной сигнальной линии.