ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МАШИНА

Промышленная электронная вычислительная машина (ПЭВМ) относится к области вычислительной техники и предназначена для эксплуатации в экстремальных условиях.
Известна промышленная электронная вычислительная машина, содержащая корпус с откидной крышкой, где размещены композиционные элементы:
жидкокристаллический дисплей, электронные функциональные блоки, клавиатура, интерфейсные модули, разъемы внешних соединений, аккумуляторная батарея, при этом в ней корпус и крышка выполнены из высокотеплопроводного материала, преимущественно из алюминиевых сплавов, снабжена конвективным теплообменником на наружных поверхностях, образованного: на верхней и нижней поверхностях - выступающими прямоугольными ребрами правильных геометрических форм в виде частей концентричных эквидистантных окружностей, локализованных вокруг четырех углов и расположенными между ними вертикальными прямоугольными в сечении ребрами, а на боковых поверхностях - выступающими ребрами той же формы в виде полуокружностей и сопряженными с ними параллельными выступами (RU №54224).
Недостатками данной вычислительной машины является ограниченность температурного диапазона применения, препятствующая работе ПЭВМ в условиях отрицательной температуры, воздействии электромагнитных полей и неблагоприятного химического состава атмосферы на открытом воздухе и в производственных помещениях, а также недостаточная прочность, связанная с разъемной конструкцией и с расположением микросхем процессоров видеообработки вне материнской платы.
Известна также промышленная электронная вычислительная машина, содержащая металлические корпус с откидной крышкой, где размещены композиционные элементы: жидкокристаллический видеомонитор, электронные функциональные системные блоки, разъемы внешних соединений, и размещенная в панели управления клавиатура, причем клавиатура выполнена в виде единого
литого модуля из силиконовой резины со сплошными перемычками между каждой кнопкой с уплотнительными выступами и уплотнительного, замкнутого по периферии клавиатуры, прямоугольного пояса, при этом уплотнительные выступы и прямоугольный пояс поджаты к корпусу соответствующими им по форме прилегания элементами прижимной рамки, где уплотнительные выступы и прямоугольный пояс связаны с каждой кнопкой перемычками с возможностью обеспечения ими упругого возврата кнопок, причем каждая кнопка с внутренней (рабочей) стороны выполнена с цилиндрическим контактом, зазор между которым и печатной платой ввода информации соответствует величине упругой деформации перемычек, причем рабочая поверхность контакта выполнена в виде металлических мембран с износостойким золотым покрытием (RU №58747, 2006, прототип).
Недостатками данной вычислительной машины является ограниченность температурного диапазона применения, препятствующая работе ПЭВМ в условиях отрицательной температуры, воздействии электромагнитных полей и неблагоприятного химического состава атмосферы на открытом воздухе и в производственных помещениях, а также недостаточная прочность, связанная с разъемной конструкцией и с расположением микросхем процессоров видеообработки вне материнской платы.
Известна также промышленная электронная вычислительная машина (компьютер автомобильный маршрутный бортовой), содержащая корпус для размещения в нем электронной схемы и крышку, на которой размещена лицевая панель, содержащая информационное поле, органы управления и индикации, крышка и/или фланец корпуса выполнены в форме трапеции, при этом верхнее меньшее основание крышки или фланца корпуса снабжено защелками, а большее нижнее - плоскими фиксаторами. (RU №60453, 2007).
Недостатками данной вычислительной машины является ограниченность температурного диапазона применения, препятствующая работе ПЭВМ в условиях отрицательной температуры, воздействии электромагнитных полей и неблагоприятного химического состава атмосферы на открытом воздухе и в производственных помещениях, а также недостаточная прочность, связанная с разъемной конструкцией и с расположением микросхем процессоров видеообработки вне материнской платы.
Известна также промышленная электронная вычислительная машина (портативная компьютерная рабочая станция), содержащая переносной чемоданчик для транспортирования в виде корпуса с крышкой, перемещаемой относительно корпуса в открытое и закрытое положения, расположенные в корпусе переносного чемоданчика компьютер и по меньшей мере одно компьютерное периферийное устройство, внутренний источник питания в виде батареи, электрическое входное средство для соединения с внешним источником питания и панель управления с переключателями, расположенными в корпусе переносного чемоданчика, при этом переключатели панели управления электрически соединены с внутренним источником питания, с электрическим входным средством для соединения с внешним источником питания, компьютером (функциональные системные блоки с процессором) и компьютерным периферийным устройством соответственно с возможностью выборочного соединения компьютера и компьютерного периферийного устройства с внутренним источником питания с обеспечением подачи питания на компьютер и на компьютерное периферийное устройство или с электрическим входным средством для соединения с внешним источником питания с обеспечением подачи питания на компьютер и на компьютерное периферийное устройство от внешнего источника питания. (RU №2106051, 1998, прототип)
Недостатками данной вычислительной машины также являются ограниченность температурного диапазона применения, препятствующая работе ПЭВМ в условиях отрицательной температуры, воздействии электромагнитных полей и неблагоприятного химического состава атмосферы на открытом воздухе и в производственных помещениях, а также недостаточная герметичность разъемных соединений и недостаточная прочность, связанная с расположением микросхем процессоров видеообработки вне материнской платы.
Технической задачей полезной модели является создание эффективной портативной персональной электронной вычислительной машины и расширение арсенала портативных персональных электронных вычислительных машин.
Технический результат, обеспечивающий решение задачи состоит в расширении температурного диапазона применения с обеспечением автоматического оперативного выхода на режим и работоспособности ПЭВМ в
условиях отрицательной температуры окружающей среды до минус 40°С и в условиях воздействия кондуктивных электромагнитных помех нормального и общего видов, в обеспечении герметичности для работы в условиях неблагоприятного агрессивного химического состава атмосферы, а также в повышении прочности.
Сущность полезной модели состоит в том, что промышленная электронная вычислительная машина содержит корпус с крышкой из алюминиевого сплава, размещенные в корпусе композиционные элементы: электронные функциональные системные блоки с процессором, источником электропитания и накопителем, радиатор и наружные разъемы, и снабжена размещенными в корпусе нагревателем, по меньшей мере, одним датчиком температуры в корпусе, и контроллером температуры, к которому подключены источник электропитания, нагреватель и датчик температуры в корпусе, при этом корпус и крышка выполнены литыми из алюминий - магниевого сплава, а процессор размещен на радиаторе, имеющем механический и тепловой контакт с корпусом.
Предпочтительно, корпус, крышка и разъемы снабжены уплотнительными пыле-, влаго-непроницаемыми прокладками.
Предпочтительно, корпус и крышка соединены с помощью заклепок вытяжных герметичных.
Предпочтительно, корпус снабжен крепежной скобой.
Предпочтительно, радиатор размещен с нижней стороны корпуса.
Предпочтительно, наружные разъемы выполнены в виде высокопрочных байонетных металлических разъемов.
Предпочтительно, три разъема внешних соединений для кабелей размещены на передней панели корпуса.
Предпочтительно, на материнской плате установлены микросхемы процессоров видеообработки (чипсеты).
Предпочтительно, промышленная электронная вычислительная машина снабжена встроенными модемом, адаптером, графическим контроллером, звуковым контроллером и антенной беспроводного доступа к локальной сети.
Предпочтительно, промышленная электронная вычислительная машина выполнена с возможностью подключения внешней клавиатуры и внешнего монитора.
На фиг.1 изображен общий вид промышленной электронной вычислительной машины, на фиг.2 - структурная схема регулирования нагрева, на фиг.3 - заклепка вытяжная герметичная в исходном состоянии, на фиг.4 - заклепка вытяжная герметичная в рабочем состоянии.
Промышленная электронная вычислительная машина содержит литые корпус 1 с крышкой 2 из алюминий - магниевого сплава (например из сплава АМ208), с ребрами жесткости (не изображены). В корпусе 1 с применением системы амортизации размещены композиционные элементы: электронные функциональные системные блоки с процессором, источником электропитания и накопителем: жестким или электронным диском, образующие вычислитель 3 (фиг.2). На корпусе 1 размещены радиатор 4 и наружные разъемы 5, 6, 7. Промышленная электронная вычислительная машина снабжена размещенными в корпусе нагревателем 8 и контроллером 9 температуры, к которому подключены источник 10 электропитания, нагреватель 8 и датчики 11, 12 температуры в корпусе 1. Процессор (не изображен) размещен на радиаторе 4, имеющем механический и тепловой контакт (тепловой мост) с корпусом 1.
Корпус 1, крышка 2 и разъемы 5, 6, 7 снабжены герметизирующими уплотнительными пыле-, влаго-непроницаемыми прокладками (не изображены).
Корпус 1 и крышка 2 неразъемно и герметично соединены между собой с помощью заклепок 13 вытяжных герметичных и клея - герметика. Такая заклепка имеет выпуклую или потайную шляпку. Для установки заклепки 13 требуется доступ к ней только с одной стороны. Для ее монтажа необходимо просверлить скрепляемые детали и смонтировать заклепку согласно фиг.4, используя специальный инструмент.
Корпус 1 снабжен крепежной скобой 14, радиатор 4 размещен с нижней стороны корпуса 1.
Наружные разъемы 5, 6, 7 выполнены в виде высокопрочных байонетных металлических разъемов.
Три разъема 5, 6, 7 внешних соединений для кабелей USB, SVGA и сетевого кабеля, соответственно, размещены на передней панели корпуса 1. На передней панели корпуса 1 имеется клемма 15 заземления.
Устройства 16, 17 приема/выдачи входных данных и выходных данных, соответственно, соединены с функциональными блоками вычислителя 3.
На материнской плате (не изображена) установлены микросхемы процессоров видеообработки (чипсеты).
Промышленная электронная вычислительная машина снабжена встроенными модемом, адаптером, графическим контроллером, звуковым контроллером и антенной беспроводного доступа к локальной сети (не изображены).
Промышленная электронная вычислительная машина выполнена с возможностью подключения внешней клавиатуры и внешнего монитора (не изображены).
Климатическое исполнение ПВЭМ «Дозор-7100» - УХЛ по ГОСТ 15150 категория 1. Степень защиты - IP66 (пыле-влаго не проницаемое) по ГОСТ 14254. ПВЭМ «Дозор-7100» имеет габариты, не более 304×275×120,5 мм, массу не более 5 кг.
Промышленная электронная вычислительная машина может быть снабжена дополнительным защитным кожухом и распределительным блоком, соединенными между собой кабелями, защищенными металлорукавами, при этом в распределительном блоке могут быть установлены различные блоки расширения и вспомогательные устройства (не изображены).
Конструкция, компоновка, выбор комплектующих, режимов работы и выполнение корпуса 1 обеспечивают соответствие ПЭВМ высоким требованиям комплексу стандартов «Совместимость технических средств электромагнитная» (ГОСТ 30429-96, ГОСТ Р 51317.4.2-99).
Промышленная электронная вычислительная машина сохраняет работоспособное состояние при внешних воздействующих факторах (климатических, механических), которые имеют место при эксплуатации на открытом воздухе, на колесных, гусеничных транспортных средствах, на летательных аппаратах. А также в условиях агрессивных сред и сильных электромагнитных полей, защиту от которых в необходимой степени обеспечивает алюминий - магниевый сплав. Благодаря этому ПЭВМ помехоустойчива при воздействии электростатических разрядов, наносекундных и микросекундных импульсных помех.
В таблице 1 приведены сведения о возможной конфигурации ПВЭМ.
Таблица 1
Прибор
Элементная база
Процессор (на выбор)
- Intel Mobile Ultra Low Voltage Pentium M 1.1 МГц
- Intel Mobile Low Voltage Pentium M 1.4 МГц
- Intel Mobile Pentium M 1.6 или 1.8 МГц (Dothan, socket)
Чипсет (набор микросхем материнской платы
North bridge: Intel 82852GM или 82852GME(Socket)
South bridge: ICH4
Оперативная память
DDR SDRAM 1 ГБ
Графический контроллер
- интегрированный в чипсет Intel 82852GM/82852GME
- динамическая видеопамять - до 64 МБ
Дисплей для отображения информации
- Встроенный экран отсутствует
- Возможно подключение внешнего монитора через разъем VGA-out (для питания внешнего монитора можно использовать DC-out 12В/3А)
Клавиатура
- Встроенная клавиатура отсутствует
- Возможно подключение внешней клавиатуры с интерфейсом USB
Электронный диск (на выбор)
- Электронный диск 4, 8, 12, 16, 24, 32, 48, 64, 128 ГБ
Внешние накопители (возможность подключения)
- Накопители FDD, CD-ROM, DVD-ROM, CD-RW, CD-RW & DVD Combo могут быть подключены через порт USB
- Подключение и смена накопителей с интерфейсом USB осуществляется в горячем режиме.
- USB FDD не требует внешнего питания, USB CD/DVD-ROM/CD-RW/Combo требуют внешнего питания.
Звуковая подсистема
- Звуковой контроллер AC-Link for Audio CODEC, AC′97 2.1
- Встроенные динамики и микрофоны отсутствуют
Модем (возможность установки)
- Встроенный модем 56К/V.92
Сетевой адаптер
- Встроенный адаптер Ethernet 10/100/1000
Порты ввода/вывода на изделии
1. Разъем ХР1 включает следующие интерфейсы:
- 4 х Video-in (обеспечивается ввод видеоинформации с четырех видеокамер одновременно)
- RS485/422/232 (пожалуйста, специфицируйте тип последовательного интерфейса при заказе)
- LAN 10/100/1000
- Сигнальный выход для индикатора
2. Разъем ХР2 включает следующие интерфейсы:
- VGA-out (для подключения внешнего монитора)
- DC-out 12B/3А
- USB 2.0
3. Разъем ХР3 включает следующие интерфейсы:
- AC-in 220 В/50 Гц
Дополнительные порты ввода/вывода на изделии (возможность установки)
- RS232
- 2 х USB 2.0
- PS/2 Keyboard
- PS/2 Mouse
- TV-out (S-video)
Bluetooh (возможность установки)
- Встроенный модуль Bluetooth
Беспроводная сеть (возможность установки)
- Встроенные контроллер и антенна для беспроводного доступа к локальной сети
- Стандарт: IEEE 802.11a/b/g
- Частота: 2.4 ГГц, 5 ГГц
- Максимальное расстояние до ближайшей точки доступа: внутри помещения - от 35 до 100 м, вне помещения - 300 м
- Чипсет: Intel Pro/Wireless 2915ABG, miniPCI
GPRS (возможность установки)
- GPRS USB модуль
Операционная система (возможность установки)
- MS Windows XP
Прикладное программное обеспечение (возможность установки)
- Система распознавания автомобильных номеров в реальном режиме времени с четырех видеокамер "Ураган"
- В режиме подогрева при температуре -40°С: 410 Вт
Энергопотребление
- Без подогрева с подключенным сервисным монитором: 50 Вт
- Без подогрева, без сервисного монитора: 25 Вт
Промышленная электронная вычислительная машина эксплуатируется следующим образом.
Транспортирование ПЭВМ производится в собранном состоянии, при этом крышка 2 скреплена с корпусом 1 заклепками 13. ПЭВМ надежно крепится на транспортном средстве или в стационарных условиях крепежной скобой 14.
На месте эксплуатации электропитание подается от источника 10 стационарной сети, если она подключена, или от аккумуляторной батареи. После исчерпания последней автономное электропитание и работа ПЭВМ может продолжаться от дополнительной аккумуляторной батареи, если она установлена.
Включение и выход на рабочий режим при нахождении ПЭВМ в условиях отрицательной температуры окружающей среды (а также при переносе ПЭВМ из условий отрицательной температуры окружающей среды в отапливаемое помещение) происходит автоматически при подаче электропитания от источника 10. В соответствии с сигналами датчиков 11, 12 температуры и командами контроллера 9 температуры, температура внутри корпуса 1 повышается до температуры рабочего включения электронных функциональных системных блоков - вычислителя 3. Нагрев осуществляется за счет тепловыделения нагревателя 8 и встроенного теплового моста (не изображен). Тепловой мост предназначен для поддержания температуры. Таким образом, обеспечивается работоспособность ПЭВМ при отрицательной температуре окружающей среды. Кроме того, в случае переноса ПЭВМ из условий отрицательной температуры окружающей среды в отапливаемое помещение исключено конденсирование влаги и отпотевание элементов внутри корпуса 1 и, следовательно, исключается возможность неисправностей, обусловленных намоканием. После выхода на температурный режим контроллер 9 температуры может осуществлять периодическое включение/выключение нагревателя 8 в соответствии с тепловыделением электронных функциональных системных блоков вычислителя 3 и рассеиванием тепла в атмосферу. Подключение и смена накопителей с интерфейсом USB может осуществляться в горячем режиме.
Максимальная потребляемая мощность ПЭВМ:
- в режиме подогрева при температуре минус 40°С - 410 Вт;
- без подогрева с подключенным сервисным монитором - 50 Вт;
- без подогрева, без сервисного монитора - 25 Вт.
Обмен данными вычислителя 3 с объектом (объектами) управления производится по кабелям через разъемы 5, 6, 7 и устройства 16, 17 приема/выдачи входных данных и выходных данных.
При необходимости с помощью присоединяемой клавиатуры и монитора оператор может вводить дополнительную информацию, команды и производить необходимые действия. ПЭВМ может использоваться для организации научных, инженерных, экономических расчетов и исследований, организации информационно-поисковых систем, создания базовых средств автоматизации индивидуального труда, для работы в информационных сетях, а также для применения в контрольно-измерительных комплексах различных отраслей промышленности. ПЭВМ может выполнять вычислительные функции, а также функции ввода-вывода, хранения, отображения и обработки информации.
ПЭВМ не имеет вентиляторов охлаждения. Процессор установлен на радиатор 4. Радиатор 4 имеет механический и тепловой контакт с корпусом 1 ПЭВМ. Таким образом, металлический корпус 1, материал которого имеет высокий коэффициент теплопередачи, является эффективным теплоотводом, обеспечивая надежную работу ПЭВМ при высоких температурах окружающей среды.
Уплотнения и герметизация надежно обеспечивают сохранение работоспособности узлов и составных частей ПЭВМ, так как не допускают проникновения агрессивных сред из окружающей атмосферы в корпус 1.
Характеристики ПЭВМ подтверждены натурными испытаниями, результаты которых приведены в таблицах 2 и 3.
Таблица 2
Вид воздействующего климатического и механического фактора
Характеристика воздействующего фактора
Значения внешнего воздействующего фактора
Синусоидальная вибрация
Амплитуда ускорения, м/с<sup>2 </sup>(g)
30 (3)
Диапазон частот, Гц
5-500
Повышенная температура среды:
Рабочая, °С
55
Предельная, °С
55
Пониженная температура среды
Рабочая, °С
-40
Предельная, °С
-40
Атмосферные выпадающие осадки (дождь)
Верхнее значение интенсивности при эксплуатации, мм/мин
5 мм/мин
Повышенная влажность воздуха
Относительная влажность при температуре 25°С, %
100
Таблица 3
Вид воздействующего электромагнитного фактора
Характеристика воздействующего фактора
Значения внешнего воздействующего фактора
Радиочастотное электромагнитное поле
Полоса частот, МГц
80-1000 МГц
Напряженность испытательного поля, В/м (дБ)
10 (140)
Степень жесткости испытаний
3
Критерий качества функционирования
А
Радиочастотное электромагнитное поле
Полоса частот, ГГц
1-4
Напряженность испытательного поля, В/м (дБ)
30(150)
Степень жесткости испытаний
Критерий качества функционирования
4А
Магнитное поле
Частота, Гц
50
промышленной частоты
Напряженность испытательного поля, А/м
1000
Электромагнитное поле постоянного тока
Напряженность испытательного поля, А/м
1000
Кондуктивные помехи по порту питания, наведенные радиочастотными эл.магнитными полями
Диапазон частот, МГц
0,15-80
Напряжение помехи, В/м
30
Критерий качества функционирования
А
Кондуктивные помехи по порту связи, наведенные радиочастотными эл.магнитными полями
Диапазон частот, МГц
0,15-80
Напряжение помехи, В/м
30
Критерий качества функционирования
А
Электростатически е разряды
Контактные разряды, кВ
8
Воздушные разряды, кВ
15
Критерий качества функционирования
А
Наносекундные импульсные помехи
«Провод-провод», кВ
4
«Провод-земля», кВ
4
Микросекундные импульсные помехи большой энергии
«Провод-провод», кВ
3
«Провод-земля», кВ
4
Динамические изменения напряжения сети электропитания
Провалы, % Uн, Длительность,
70
Мс
500
Выбросы, % Uн, Длительность,
120
Мс
500
Критерий качества функционирования
В
Данная ПЭВМ «Дозор» является всепогодным промышленным защищенным компьютером и пригодна для эксплуатации в промышленных и полевых условиях, в транспортных средствах любого вида:
- в качестве видеосервера, а также средства сбора, обработки и передачи информации общего назначения в условиях открытой местности (пыль, дождь, низкая и высокая температуры).
- в качестве универсального компьютера в транспортных средствах при механических воздействиях (колесный, гусеничный и железнодорожный транспорт, вертолет, самолет, морские и речные суда и пр.).
- в промышленных цехах, в частности на химических производствах в условиях воздействия агрессивных сред.
- в условиях сильных магнитных и радиочастотных электромагнитных полей, а также в условиях кондуктивных электромагнитных помех нормального и общего видов.
Таким образом, создана эффективная промышленная электронная вычислительная машина и расширен арсенал промышленных электронных вычислительных машин.
При этом расширен диапазон применения ПЭВМ в неблагоприятных условиях окружающей среды - расширен температурный диапазон применения с обеспечением автоматического оперативного выхода на режим и работоспособности ПЭВМ в условиях отрицательной температуры окружающей среды до минус 40 С и в условиях воздействия кондуктивных электромагнитных помех нормального и общего видов, обеспечена герметичность для работы в условиях неблагоприятного агрессивного химического состава атмосферы, повышена механическая прочность.