УСТРОЙСТВО СОПРЯЖЕНИЯ КОРАБЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ С ИСТОЧНИКАМИ И ПОТРЕБИТЕЛЯМИ ИНФОРМАЦИИ

Заявляемая полезная модель относится к средствам вычислительной техники и предназначена для сопряжения корабельных источников информации с ее потребителями в реальном масштабе времени, при этом устройство выполняет цифровые методы обработки, преобразования, хранения и трансляцию информации к устройствам корабельной системы управления и к исполнительным механизмам.
Известны вычислительные устройства и системы различного назначения для передачи информации между узлами распределенных вычислительных систем, например, многопроцессорная корабельная система обработки данных (см. ПМ РФ №4395, кл. МПК G06F 15/16, 1997 г.), содержащая микропроцессоры, устройство обмена информацией, блоки ввода-вывода, внешние запоминающие устройства, первую и вторую интерфейсные магистрали обмена, пульт управления, блоки ввода данных от корабельных источников.
Система имеет недостаточную надежность в случае отказа отдельных элементов, а также очевидные недостатки тестового контроля, не полностью проверяющего функционирование входящих в состав системы узлов.
Известна также корабельная автоматизированная система управления (см. ПМ РФ №27871, кл. МПК G06F 15/16, 2002 г.), содержащая центральный прибор управления и связи, в состав которого входят две ЭВМ, адаптер цифрового ввода-вывода, адаптер мультиплексного канала, адаптер последовательного канала обмена, каналы релейного обмена, адаптеры локальной вычислительной сети.
Названное устройство имеет следующие недостатки:
- структурная организация не обеспечивает высокого уровня надежности устройства, т.к. при отказе ЭВМ пропадает связь с источниками и объектами управления.
- отсутствует дублирование внешних связей корабельных обеспечивающих систем и связей с объектами управления.
- очевидные ограничения в связи между ЭВМ по магистральной вычислительной сети.
Наиболее близким по технической сущности аналогом (прототипом) к заявляемой полезной модели является устройство сопряжения корабельной системы управления с источниками и потребителями информации (см. ПМ РФ №51248 G06F 15/16, 2006 г.), содержащее основной и резервный контуры сопряжения с корабельными системами, в каждый из которых включены объединенные между собой по внутренней интерфейсной магистрали модуль вычислитель, модуль мультиплексных каналов обмена, модуль релейного обмена, адаптер переключения локальной вычислительной сети, модуль коммутатор локальной вычислительной сети, причем внешние входы-выходы модуля мультиплексных каналов обмена основного и резервного контуров сопряжения подключены соответственно к основным и резервным мультиплексным каналам корабельной обеспечивающей системы (КОС), внешние входы-выходы модулей релейного обмена основного и резервного контуров сопряжения объединены и подключены к исполнительным механизмам и сигнализаторам корабельной системы повседневного и предстартового обслуживания (КСППО), первый и второй сетевые входы-выходы адаптера переключения локальной вычислительной сети каждого из контуров сопряжения подключены соответственно ко входам модулей коммутаторов локальной вычислительной сети своего и параллельного контуров сопряжения, внешние сетевые входы-выходы модуля коммутатора локальной вычислительной сети основного и резервного контуров сопряжения через основную и резервную радиальные локальные вычислительные сети соответственно подключены к устройствам корабельной системы управления.
К недостаткам известного устройства сопряжения следует отнести недостаточную эффективность при обработке и трансляции информации в режиме реального времени, заключающуюся в том, что данные навигационного комплекса, входящего в состав корабельной обеспечивающей системы, принимаются в формате мультиплексного канала, преобразуются в устройстве сопряжения в формат данных локальной вычислительной сети, по которой передаются в устройства сопряжения с объектами управления. Такая организация обработки загружает модуль вычислитель и приводит к перегрузке локальной вычислительной сети и снижению потоковой скорости передачи данных.
Также недостатком устройства являются невозможность приема переменных аналоговых данных от датчиков корабельной системы повседневного и предстартового обслуживания, преобразования их в цифовую форму и обработки вычислителем устройства.
Задачей полезной модели является создание эффективного устройства сопряжения корабельной системы управления с источниками и потребителями информации с более широкими функциональными возможностями.
Поставленная задача решается за счет того, что в устройство сопряжения корабельной системы управления с источниками и потребителями информации, содержащее основной и резервный контуры сопряжения с корабельными обеспечивающими системами (ЭВМ1 и ЭВМ2). в каждый из которых включены объединенные между собой по внутренней интерфейсной магистрали модуль вычислитель (МВЧ), модуль мультиплексных каналов обмена (ММО1), модуль релейного обмена (МРО), адаптер локальной вычислительной сети (АЛВС), модуль коммутатор локальной вычислительной сети (КЛВС), причем внешние входы-выходы модуля ММО1 основного и резервного контуров сопряжения подключены соответственно к основным и резервным каналам системы КОС, внешние входы-выходы модулей МРО основного и резервного контуров сопряжения объединены и подключены к исполнительным механизмам и сигнализаторам системы КСППО, первый и второй сетевые входы-выходы адаптера АЛВС каждого из контуров сопряжения подключены соответственно ко входам модулей КЛВС своего и параллельного контуров сопряжения, внешние сетевые входы-выходы модулей КЛВС основного и резервного контуров сопряжения через основную и резервную радиальные локальные вычислительные сети соответственно подключены к устройствам корабельной системы управления, введены модуль аналого-цифрового преобразования (МАЦП) и второй модуль мультиплексных каналов обмена (ММО2), модули введены в состав и основного и резервного контуров сопряжения, причем в каждом из контуров магистральные входы-выходы модуля МАЦП и модуля ММО2 соединены с внутренней интерфейсной магистралью, первые внешние входы-выходы модулей ММО2 основного и резервного контуров сопряжения объединены и подключены соответственно к основным мультиплексным каналам устройств корабельной системы управления через основную магистраль мультиплексного информационного обмена, вторые внешние входы-выходы модулей ММО2 основного и резервного контуров сопряжения объединены и подключены соответственно к резервным мультиплексным каналам устройств корабельной системы управления через резервную магистраль мультиплексного информационного обмена, внешние входы модуля МАЦП подключены к выходам датчиков КСППО;
модуль МАЦП содержит три аналого-цифровых преобразователя (АЦП), три регистра информации (РгИ), три узла оптоэлектронных развязок (ОЭР), узел оптоэлектронных развязок управляющих сигналов (ОЭРУ), программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС), причем входы первого, второго и третьего АЦП соответственно соединены с выходами первого, второго и третьего датчиков КСППО, выходы первого, второго и третьего АЦП через регистры РгИ и узлы ОЭР соединены соответственно с первым, вторым и третьим информационными входами ПЛИС, управляющие выходы которой через ОЭРУ соединены с управляющими входами трех АЦП и трех РгИ, а магистральные входы-выходы соединены с внутренней интерфейсной магистралью;
модуль ММО2 содержит адаптер внутренней интерфейсной магистрали (ВИМ), генератор, два контроллера мультиплексного канала, два оперативных запоминающих устройства (ОЗУ), два приемопередатчика, причем внутренняя интерфейсная магистраль соединена с магистральными входами-выходами адаптера ВИМ, вторые входы-выходы адаптера ВИМ соединены с первыми входами-выходами контроллеров, синхровходы которых соединены с выходом генератора, при этом каждый из контроллеров соединен управляющим выходом и двухсторонней связью с соответствующим ОЗУ, а второй двухсторонней связью с соответствующим приемопередатчиком, внешние входы-выходы первого и второго приемопередатчиков подключены соответственно к основной и резервной магистралям мультиплексного информационного обмена.
Введение второго модуля мультиплексных каналов обмена и подключение его через основную и резервную магистрали мультиплексного информационного обмена к устройствам сопряжения с объектами управления корабельной системы управления позволяет оперативно использовать данные навигационного комплекса (НК) при управлении каждым из объектов управления, а также освободить вычислитель заявляемого устройства от решения задач переформатирования данных НК и разгрузить основную и резервную локальные вычислительные сети, что значительно повышает эффективность работы заявляемого устройства.
Введение модуля аналого-цифрового преобразования, связанному по внутренней интерфейсной магистрали с модулем вычислителем устройства позволяет проводить непрерывное отслеживание цифровых значений параметров, принимаемых с датчиков корабельной системы повседневного и предстартового обслуживания (КСППО) и оперативно управлять исполнительными механизмами КСППО при приближении значений параметров к критическому значению, что позволяет оптимизировать алгоритмы управления и расширить функциональные возможности заявляемого устройства.
Введение вышеуказанных модулей и организация новых связей позволило создать эффективную структуру устройства сопряжения корабельной системы управления с источниками и потребителями информации с широкими функциональными возможностями.
Сущность полезной модели поясняется чертежами (фиг.1, фиг.2 и фиг.3), на которых изображены:
на фиг.1
- структурная схема устройства;
на фиг.2
- структурная схема модуля мультиплексных каналов
обмена (ММО2);
на фиг.3
- структурная схема модуля аналого-цифровых преобразований (МАЦП);
На фиг.1 обозначены:
1.1
- основной контур сопряжения (ЭВМ1);
1.2
- резервный контур сопряжения (ЭВМ2);
2
- модуль ММО1;
3
- модуль МРО;
4
- модуль МАЦП;
5
- модуль МВЧ;
6
- адаптер АЛВС;
7
- модуль ММО2;
8
- модуль КЛВС;
9
- внутренняя интерфейсная магистраль (ВИМ);
На фиг.2 обозначены:
10.1
- первый АЦП;
10.2
- второй АЦП;
10.3
- третий АЦП;
11.1
- первый РгИ;
- второй РгИ;
11.2
- третий РгИ;
12.1
- первый узел ОЭР;
12.2
- второй узел ОЭР;
12.3
- третий узел ОЭР;
13
- узел оптоэлектронной развязки управляющих
сигналов (ОЭРУ);
14
- ПЛИС.
На фиг.3 обозначены:
15
- адаптер ВИМ;
16
- генератор;
17, 18
- контроллеры мультиплексных каналов 1 и 2;
19, 20
- ОЗУ1 и 2;
21, 22
- приемопередатчики 1 и 2;
На фиг.1 в каждом из контуров сопряжения (1.1 и 1.2) модули ММО1, 2, МРО 3, МАЦП 4, МВЧ 5, АЛВС 6, ММО2 7, КЛВС 8 соединены между собой внутренней интерфейсной магистралью 9, внешние входы-выходы модуля 2 основного и резервного контуров сопряжения подключены соответственно к основным и резервным мультиплексным каналам системы КОС, внешние входы-выходы модулей 3 основного и резервного контуров сопряжения объединены и подключены к исполнительным механизмам и сигнализаторам системы КСППО, внешние входы модулей 4 обеих контуров сопряжения объединены и подключены к выходам датчиков КСППО, первый и второй сетевые входы-выходы адаптера 6 каждого из контуров сопряжения подключены соответственно ко входам модулей 8 своего и параллельного контуров сопряжения, первые внешние входы-выходы модулей 7 основного и резервного контуров сопряжения объединены и подключены соответственно к основным мультиплексным каналам устройств корабельной системы управления через основную магистраль мультиплексного информационного обмена (ММИО1), вторые внешние входы-выходы модулей 7 основного и резервного контуров сопряжения объединены и подключены соответственно к резервным мультиплексным каналам устройств корабельной системы управления через резервную магистраль мультиплексного информационного обмена (ММИО2), внешние сетевые входы-выходы модулей 8 основного и резервного контуров сопряжения входам-выходам устройств корабельной системы управления через основную (РЛВС1) и резервную (РЛВС2) радиальные локальные вычислительные сети подключены соответственно к устройствам корабельной системы управления.
На фиг.2 входы АЦП 10.1, 10.2 и 10.3 соответственно соединены с выходами первого, второго и третьего датчиков КСППО, выходы АЦП 10.1, 10.2 и 10.3 через регистры 11.1, 11.2 и 11.3 и узлы 12.1, 12.2 и 12.3 соответственно соединены с первым, вторым и третьим информационными входами ПЛИС 4, управляющие выходы ПЛИС 4 через ОЭРУ 13 соединены с управляющими входами АЦП 10.1, 10.2 и 10.3 и РгИ 11.1, 11.2 и 11.3, магистральные входы-выходы ПЛИС 4 соединены с внутренней интерфейсной магистралью 9.
На фиг.3 внутренняя интерфейсная магистраль 9 соединена с магистральными входами-выходами адаптера 15, второй вход-выход адаптера 15 соединен с первыми входами-выходами контроллеров 17 и 18, синхровходы которых соединены с выходом генератора 16, при этом каждый из контроллеров 17 и 18 соединен управляющим выходом и двухсторонней связью с соответствующим ОЗУ (19 и 20), а второй двухсторонней связью с соответствующим приемопередатчиком (21 и 22), внешние входы-выходы приемопередатчиков 21 и 22 подключены соответственно к основной (ММИО1) и резервной (ММИО2) магистралям мультиплексного информационного обмена.
Устройство осуществляет взаимодействие корабельной системы управления с обеспечивающими системами и решает задачи приема, обработки, хранения и передачи информации и выполняет функции информационного сопряжения:
- с информационно-управляющей системой (ИУС);
- с навигационным комплексом (НК);
- с радиолокационным комплексом (РЛК);
а также функции:
- коммутации информационных потоков в резервированной радиальной локальной вычислительной сети, осуществляющей взаимодействие системных устройств;
- коммутации информационных потоков в резервированной магистрали мультиплексного обмена, осуществляющей передачу навигационных данных в устройства корабельной системы управления, отвечающие за управление объектами;
- управления исполнительными механизмами и анализа данных от сигнализаторов и датчиков корабельной системы повседневного и предстартового обслуживания.
После централизованного включения питания с пульта управления системы производится автоматическая загрузка операционной системы и базовых программ функционирования ЭВМ1 (контур 1.1) и ЭВМ2 (контур 1.2), хранящихся в флэш памяти модулей 5. Загрузка включает в себя в себя инициализацию драйверов, приведение в исходное состояние и начальное тестирование всех модулей контура 1.1 (1.2). Сигналы о готовности контуров (ЭВМ) устройства поступают по локальной вычислительной сети в пульт управления системы. Дальнейшее управление работой устройства сопряжения осуществляется с помощью команд с пульта
Один из контуров сопряжения (по умолчанию - основной) включается в рабочий режим, а другой остается в горячем резерве и готов, в случае отказа основного контура, продолжить работу в заданном режиме.
В рабочем режиме контур сопряжения осуществляет сеансы обмена данными с корабельными обеспечивающими системами через независимые мультиплексные каналы модуля ММО1 2. Информация принятая от РЛК и ИУС обрабатывается модулем МВЧ 5 и при помощи модулей 6 и 8 передается по РЛВС1 (РЛВС2) в другие устройства корабельной управляющей системы.
Навигационные данные, принятые от НК, с помощью модуля ММО2 7 рассылаются по магистрали ММИО1 (ММИО2) в устройства корабельной управляющей системы, осуществляющие сопряжение с объектами управления.
В соответствии с временной диаграммой работы системы управления модуль 5 управляет выдачей модулем 3 релейных управляющих сигналов на исполнительные механизмы системы КСППО, приемом и анализом ответных релейных сигналов от сигнализаторов КСППО. Одновременно модуль 5 управляет приемом и преобразованием в цифровую форму (с помощью модуля 4), а также анализом значений параметров от датчиков КСППО. В случае приближения параметров к критическому порогу значений, модулем 5 выполняется программа обеспечения безопасности работы с КСППО, при этом с помощью модуля 3 производится исключение из работы соответствующих исполнительных механизмов КСППО.