Модуль входов и выходов на сдвиговом регистре Российский патент 2024 года по МПК G06F13/20 

Изобретение относится к устройствам расширения функционала промышленных логических контроллеров, применяемых в различных отраслях промышленности.

Из уровня техники известен «Контролирующий пункт ввода-вывода дискретных сигналов» (RU № 2714025, МПК G05B 15/02, H04B 1/00, опубл. 11.02.2020), который состоит из корпуса, содержащего блоки питания, преобразователи последовательных интерфейсов RS-485, коммутаторы Ethernet. Дополнительно установлены объединенные между собой программируемые преобразователи последовательных интерфейсов RS-485. Основной и резервный коммутаторы Ethernet подключены по основному и резервному каналам Ethernet к основному и резервному процессорным блокам. Процессорные блоки преобразуют полученные данные по заданному алгоритму и передают их через основной и резервный коммутаторы Ethernet на устройства верхнего уровня по каналам Ethernet или по каналам RS-485. Повышается эффективность контроля.

Общими признаками заявляемого устройства с аналогом являются:

1. Устройство конструктивно выполнено в виде отдельного блока, размещаемого в корпусе.

2. Передача данных на устройство верхнего уровня (главный контроллер) осуществляется через интерфейс RS485

Известно «Устройство ввода дискретных сигналов с диагностикой исправности входных цепей» (RU № 177438, МПК G05B 15/00, опубл. 21.02.2018), содержащее микропроцессорный элемент, источник стабилизированного напряжения питания микропроцессорного элемента, узел приема/передачи данных с гальванической развязкой и каналы ввода дискретных сигналов, входные цепи которых содержат последовательно соединенные входной резистор, стабилитрон и вход элемента оптронной развязки, при этом для гальванически связанных контролируемых сигналов входные цепи объединены в группы с общим проводом, а выходы элементов оптронной развязки соединены с микропроцессорным элементом предпочтительно по принципу мультиплексного группового опроса, отличающееся тем, что для каждой группы входных сигналов устройство дополнительно содержит управляемый микропроцессорным элементом узел переключения полюсов источника питания контролируемых сигналов, выход которого подключен к общему проводу группы через стабилитрон, включенный встречно по отношению к стабилитронам входных цепей.

Общими признаками заявляемого устройства с аналогом являются:

1. Узел приема/передачи данных с гальванической развязкой;

2. Входные цепи объединены в группы с общим проводом.

Известно «Устройство вывода дискретных сигналов с диагностикой состояния выходов» (RU № 159355, МПК G05B 23/00, G08C 25/00, опубл. 10.02.2016), содержащее преобразователь напряжения для питания устройства, микропроцессорный элемент, связанный с узлом приема/передачи информации, а другие выходы микропроцессорного элемента через резисторы подключены к входам каналов вывода, которыми являются первые выводы входов элементов гальванической развязки, выходные ключи которых являются выходами каналов заявленного устройства, при этом, выходные ключи объединены одними выводами в отдельные группы, для сокращения контактов разъемов при управлении нагрузками с общим проводом источника их питания, второй полюс которого соединен с объединенными выводами выходных ключей, отличающееся тем, что каждый канал дополнительно содержит оптрон, вход которого через резистор включен между общим проводом питания нагрузок и выходом канала, а выход этого оптрона и последовательно соединенный с ним резистор включены между полюсом источника питания микропроцессорного элемента и входом данного канала, куда подключен также резистор, соединенный вторым выводом с общим проводом питания устройства, с которым соединен также транзисторный ключ, вторым выводом подключенный к объединенным вторым выводам входов элементов гальванической развязки всех каналов и управляемый микропроцессорным элементом, при этом микропроцессорный элемент имеет возможность периодического отключения транзисторного ключа, переключения своих управляющих выходов на ввод и считывания состояния на резисторах, которое передается через оптроны с выхода устройства, а в качестве элементов гальванической развязки в каналах используются твердотельные оптореле.

Общим признаком заявляемого устройства с аналогом является наличие гальванической развязки в каналах связи.

Известен «Модуль приема, передачи и обработки цифровых и аналоговых сигналов» (RU № 22389, МПК G06F 15/00, опубл. 27.03.2002), включающий приемопередатчик, цифровой сигнальный процессор, микросхемы памяти, контроллеры, отличающийся тем, что приемопередатчик соединен с программируемой логической матрицей вентилей, с которой также соединен кодек аналогового сигнала, предназначенный для приема входного аналогового сигнала, преобразования его в цифровую форму и выдачи выходного сигнала, приемопередатчик через трансформаторы соединен со схемой защиты линии, которая соединена с разъемами, предназначенными для ввода цифрового потока в модуль и вывода его из модуля, вторая схема защиты линии соединена с контроллером, связанным с микросхемой памяти, являющейся дополнительной памятью программ и данных для контроллера, и генератором тактовой частоты, а также соединен с программируемой логической матрицей вентилей, которая соединена с цифровым сигнальным процессором, а также соединена с микросхемой памяти, предназначенной для хранения программы цифрового сигнального процесса, а также служащий буфером для обмена данными между контроллером и цифровым сигнальным процессором.

Общими признаками заявляемого устройства с аналогом являются:

1. Наличие гальванической развязки на цифровых входах;

2. Изначально по шине поступает последовательный (битовый) поток данных.

Известен «Модуль ввода дискретных сигналов» (RU № 180923, МПК G05D 29/00, G05B 23/02, G05B 15/00, G06F 3/00, опубл. 29.06.2018), содержащий микропроцессор, связанный через буферный регистр и шину передачи данных с модулем процессора программируемого контроллера, регистр входных данных, сконфигурированный для приема информации от внешних контролируемых устройств и связанный с микропроцессором через внутреннюю шину передачи данных.

Общими признаками заявляемого устройства с аналогом являются:

1. Шина передачи данных с буферным регистром;

2. Входной регистр.

За прототип принято «Устройство ввода дискретных логических сигналов» (RU № 2150737, МПК G06F 3/00, опубл. 10.06.2000), содержащее блоки гальванической развязки на транзисторных оптронах, микропроцессор и согласующее устройство, отличающееся тем, что одноименные по номеру входа коллекторы транзисторов каждой группы оптронов соединены друг с другом, образуя вход данных микропроцессора, а эмиттеры каждой группы соединены между собой и подключены через согласующее устройство к выходам микропроцессора, образуя управляющие входы выбора блоков гальванической развязки.

Недостатком описанных выше технических решений является наличие микропроцессора в модуле входов и выходов и дополнительных элементов, призванных обеспечить согласование данных, получение сигналов и защиты самого микропроцессора.

Задача заявляемого изобретения заключается в создании модуля входов и выходов на сдвиговом регистре (МСР).

Технический результат заявляемого изобретения заключается в ускорении времени на обработку самого сигнала, а также сокращение времени настройки модуля (при применении процессорных модулей требуется парамметрирование для задачи адреса устройства, скорости обмена, четности передачи и пр.).

Указанный технический результат достигается тем, что модуль входов и выходов на сдвиговых регистрах, содержащий корпус, внутри которого размещены блоки развязки шин, входной и выходной сдвиговые регистры, входная и выходная гальваническая развязка, усилитель и клеммный блок, причем блоки соединены между собой электрическим проводником посредствам пайки и организуют единое функциональное устройство, согласно изобретению, в устройстве отсутствует микропроцессор и согласующее устройство.

Опрос входных и формирование выходных сигналов происходит с внешнего устройства (главного процессорного модуля) путем передачи данных по шине Modbus с входного и на выходной сдвиговые регистры, без промежуточной обработки встроенного микропроцессора, требующего согласующее устройство.

Отличие заявляемого устройства от прототипа заключается в исключении из конструкции устройства микропроцессора и согласующего устройства.

Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «новизна».

Исключение микропроцессора и согласующего устройства позволяет осуществлять передачу данных на прямую в головной модуль и там обрабатывать, что в свою очередь позволяет значительно сократить стоимость, в том числе, связанную не только с самим микропроцессором, но и его обвязкой (элементами дополняющими и обеспечивающими функционирование), а также исключает затраты на программирование. Дополнительным преимуществом является высокая скорость передачи данных и отсутствие необходимости парамметрирования и настройки МСР, что позволяет упростить процесс наладки системы и замены модуля.

Указанные выше обстоятельства не следуют явным образом из известного уровня техники и позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспостобности «изобретательский уровень».

Заявляемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1, приведена принципиальная схема модуля входов и выходов на сдвиговом регистре, где:

1. Главный процессорный модуль (внешнее устройство);

2. Блоки развязки шин;

3. Входной сдвиговый регистр;

4. Выходной сдвиговый регистр;

5. Входная гальваническая развязка;

6. Выходная гальваническая развязка;

7. Усилитель;

8. Клеммный блок.

На фиг. 2 приведен внешний вид устройства.

Заявляемое изобретение работает следующим образом.

Сущность изобретения состоит в двунаправленной передаче данных главного процессорного модуля 1 через МСР, представленный на фиг. 1, главными элементами которого являются входной 3 и выходной 4 сдвиговые регистры. Каждый из регистров соответственно осуществляет последовательную передачу сигнала от датчиков к главному процессорному модулю 1 и от процессорного модуля к исполнительным механизмам, которые подключаются к клеммному блоку 8. Для обеспечения необходимого уровня сигнала с выходного сдвигового регистра применяется усилитель 7. Обмен данными с главным процессорным модулем 1 осуществляется через блоки развязки шин 2. Защита главного процессорного модуля 1 обеспечивается выходной гальванической развязкой 6. Кроме того, для защиты сдвиговых регистров от потенциально опасных воздействий со стороны внешних подключений, применяется входная гальваническая развязка 5. Внешние присоединения осуществляются через клеммный блок 8.

МСР подключается к главному процессорному модулю 1 контроллера, выполняющему основную программу исполнения, а также сбор и передачу данных между модулями и внешними устройствами через блоки развязки шин 2 данных по серийному интерфейсу RS485. Передача данных между модулями осуществляется по протоколу SPI.

Возможно подключение нескольких МСР к одному главному процессорному модулю. Количество подключенных модулей ограничивается требуемой скоростью передачи данных и возможностью обеспечить питание каждого модуля. Скорость обмена данными между каждым модулем составляет 5-10 мс, что для промышленных задач, требующих обеспечить опрос до 50мс, позволяет подключить до 5 модулей. При подключении больше 4 модулей, необходимо обеспечить дополнительное питание каждого последующего модуля, т.к. мощность передаваемая по шине ограничена внутренним dc/dc преобразователем в главном модуле.

Изобретение относится к устройствам расширения функционала промышленных логических контроллеров, применяемых в различных отраслях промышленности. Техническим результатом является ускорение времени на обработку сигнала и сокращение времени настройки модуля. Модуль входов и выходов на сдвиговых регистрах содержит корпус, внутри которого размещены блоки развязки шин, входной и выходной сдвиговые регистры, входная и выходная гальваническая развязка, усилитель и клеммный блок, причем блоки соединены между собой электрическим проводником посредствам пайки. 2 ил.

Модуль входов и выходов на сдвиговых регистрах, содержащий корпус, внутри которого размещены входная и выходная гальванические развязки, отличающийся тем, что устройство дополнительно содержит блок развязки шин, входной и выходной сдвиговые регистры, усилитель и клеммный блок, причем блок развязки шин соединен с входным сдвиговым регистром и выходным сдвиговым регистром, входной сдвиговой регистр соединен с входной гальванической развязкой, выходной сдвиговой регистр соединен с выходной гальванической развязкой, выходная гальваническая развязка соединена с усилителем и входная гальваническая развязка и усилитель соединены с клеммным блоком, блоки соединены между собой электрическим проводником посредствам пайки, в устройстве отсутствует микропроцессор и согласующее устройство.