АППАРАТУРА БЕСПРОВОДНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПО РАДИОКАНАЛУ В УКВ ДИАПОЗОНЕ

Полезная модель относится к технике связи для управления различными технологическим процессами, механизмами и оборудованием.
Для оценки новизны и технического уровня заявленного решения рассмотрим ряд известных заявителю технических средств аналогичного назначения, характеризуемых совокупностью сходных с заявленной полезной моделью признаков.
Известна автоматическая система управления технологическим процессом, содержащая программируемый логический контроллер, модули ввода-вывода цифровых и/или аналоговых сигналов, аппаратуру связи и блоки питания, характеризующаяся тем, что дополнительно система оборудована блоками согласования электрических сигналов, см. патент РФ №87272. Данная автоматическая система управления технологическим процессом содержит устройство передачи информации и выполнена таким образом, что между пунктами управления и рабочими станциями связь осуществлена посредством применения беспроводного канала передачи данных. Система может быть использована в различных отраслях промышленности, например, в нефтяной - для контроля и управления нефтепромыслами; в машиностроительной - для управления автоматическими линиями и агрегатами, в энергетике - для учета и регулирования энергоресурсов.
Известна автоматизированная система управления технологическими параметрами, содержащая приемно-передающую аппаратуру, микропроцессорный контроллер, модули ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов и источник питания, характеризующаяся тем, что дополнительно к модулям ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов система содержит модули сопряжения электрических сигналов, включающие блоки дополнительных реле для дискретных сигналов и нормирующие преобразователи для аналоговых сигналов, а между пунктами управления и рабочими станциями проложены оптические и беспроводные каналы связи, см. патент РФ №75482. Автоматизированная система управления и регулирования технологическими параметрами имеет широкие возможности применения как для управления технологическими процессами различных промышленных предприятий, так и для проектирования автоматизированных систем управления любой сложности проектными организациями.
Известна система передачи данных на железнодорожном транспорте базе радиоканала стандарта DECT, содержащая на посту электрической централизации стационарный блок управления, вход которого соединен с управляющим комплексом поста электрической централизации, а резервный выход соединен с входом резервного радиомодема, высокочастотный выход которого соединен с антенной, на каждом маневровом локомотиве бортовой блок управления и резервный радиомодем, высокочастотный выход которого соединен с антенной, а сигнальный выход - с резервным входом бортового блока управления, выход которого предназначен для подключения к исполнительному блоку маневрового локомотива, характеризующаяся тем, что на посту электрической централизации введены коммутатор оперативно-технологической связи, информационный модем, электронно-вычислительное устройство, установленное на автоматизированном рабочем месте оператора, последовательно соединенные контроллер базовых станций DECT и мультиплексор базовых станций DECT, выходы которого подключены к сигнальным входам базовых радиостанций DECT, высокочастотные выходы которых соединены с антеннами, причем первый и второй сигнальные входы, информационный и управляющий выходы контроллера базовых станций DECT соединены соответственно с основным выходом стационарного блока управления, выходом коммутатора оперативно-технологической связи, входом электронно-вычислительного устройства и первым входом информационного модема, второй вход которого соединен с информационным выходом резервного радиомодема, а выход соединен с каналом мониторинга и администрирования, вход коммутатора оперативно-технологической связи соединен с каналом оперативно-технологической связи, на маневровом локомотиве введены бортовая радиостанция DECT, высокочастотный, сигнальный и линейный выходы которой соединены соответственно с антенной, входом бортового блока управления и возимой абонентской трубкой DECT, а также введена носимая абонентская трубка DECT, см. патент РФ №2389629.
На современном этапе развития техники системы беспроводного управления, по мере их совершенствования и роста функциональной надежности, становятся все более востребованными из-за ряда создаваемых ими преимуществ. К таким преимуществам систем беспроводного управления следует отнести то, что они позволяют повысить оперативность управления, обеспечивают более высокую, по сравнению с проводными и оптоволоконными системами, свободу выбора местоположения оператора, контролирующего исполнение команд управления, а также обеспечивают удобство и упрощение операций управления объектами.
В отдельную категорию может быть выделено решение задач беспроводного управления объектами в замкнутых пространствах путем передачи сигналов управления через воздушную среду. Наиболее широкое распространение, в зависимости от круга решаемых задач, получили системы беспроводного управления, использующие ультразвуковые колебания воздушной среды, оптоэлектронные системы, работающие в инфракрасном диапазоне частот, а также приемопередающие системы управления, работающие в радиочастотном диапазоне.
Недостатком известных систем для беспроводного управления по радиоканалу является обеспечение необходимости обеспечения превышения уровня сигнала над уровнем шума в точке приема не менее, чем на 15 дБ.
В условиях многих технологических процессов, и сложных технологических механизмов, оборудованного большим количеством механических систем, уровень шума, создаваемого механизмами, весьма значителен и содержит спектральные составляющие как слышимого, так и ультразвукового диапазона частот, что затрудняет работу аппаратуры управления и усложняет ее конструкцию, поскольку уровень сигнала в точке приема сигналов управления, передаваемых на ультразвуковой частоте, с учетом необходимого превышения над шумом, должен быть не менее 90 дБ.
Задачей полезной модели является создание аппаратуры беспроводного управления путем передачи команд по радиоканалу, обеспечивающей все жесткие требования по параметрам излучаемого сигнала, в первую очередь по частоте и мощности излучаемого радиосигнала.
Сущность заявляемой полезной модели выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше обеспечиваемого полезной моделью технического результата.
Аппаратура беспроводного управления по радиоканалу в УКВ диапазоне, включающая пульт управления с приемо-передатчиком и связанный с ним каналом связи блок управления с приемо-передатчиком, характеризуется тем, что пульт управления включает панель управления, панель индикации, блок кодирования, маскиратор, декодер, модем и блок питания, при этом выходы панели управления подключены ко входам панели индикации и блока кодирования, соответствующие выходы которого соединены со входами маскиратора и приемопередатчика, выход маскиратора подключен ко входу связанного с приемопередатчиком модема, выход которого через декодер соединен со входами блока кодирования и панели индикации, при этом блок управления включает панель управления, панель индикации, блок декодирования, демаскиратор, модем, блок сопряжения, блок контроля и блок питания, причем выходы панели управления подключены ко входам панели индикации и блока декодирования, соответствующие выходы которого соединены со входами демаскиратора, модема и связанного с ним приемо-передатчика, выходы модема подключены ко входам блока декодирования и демаскиратора, выход которого соединен со входом блока декодирования, выходы которого чрез блок сопряжения подключены ко входам щита управления контролируемого процесса, механизма, выход блока декодирования соединен со входом блока контроля, выходы которого подключены ко входам панели индикации, и блока сопряжения.
За счет реализации отличительных признаков полезной модели достигается технический результат, заключающийся в том, что заявленная аппаратура обеспечивает возможность беспроводного управления путем передачи команд по радиоканалу с соблюдение требований по частоте и мощности излучаемого радиосигнала за счет работы в диапазона УКВ, что позволяет практически устранить внешние атмосферные и промышленные помехи, а также полезно использовать способность радиоволн УКВ диапазона, вследствие явления дифракции, огибать препятствия, которыми могут быть элементы конструкций контролируемых машин и механизмов.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображена функциональная схема заявленной аппаратуры беспроводного управления.
Аппаратура беспроводного управления по радиоканалу в УКВ диапазоне, включает пульт управления 1 с приемо-передатчиком 2 и связанный с ним каналом связи блок управления 3 с приемо-передатчиком 4. Пульт управления 1 включает панель управления 5, панель индикации 6, блок кодирования 7, маскиратор 8, декодер 9, модем 10 и блок питания 11. Блок управления 3 включает панель управления 12, панель индикации 13, блок декодирования 14, демаскиратор 15, модем 16, блок сопряжения 17, блок контроля 18 и блок питания 19.
Аппаратура работает следующим образом.
В исходном состоянии, при наличии напряжения питающей сети, все устройства блока управления 3 обесточены, за исключением цепей заряда основного и резервного аккумуляторов. Наличие напряжения питающей сети индицируется световым индикатором СЕТЬ на панели индикации 13 При включении на блоке управления 3 переключателя ПИТАНИЕ включается световой индикатор ПИТАНИЕ на панели индикации 13, а также цифровой индикатор номера основного канала связи, индикатор автоматического выбора свободного канала связи, световые индикаторы режимов заряда аккумуляторов пульта и резервного аккумулятора. Блок контроля 18 осуществляет пороговый контроль выходных напряжений вторичных источников электропитания и формирование сигналов «НЕИСПРАВНОСТЬ» или «НОРМА», поступающих на панель индикации 13. Блок контроля 18 обеспечивает также возможность тестирования основных устройств блока управления 3 с помощью соответствующей программы контроля исправности входящих блоков в режиме местного контроля. При наличии неисправности любого вида блок контроля 3 обеспечивает отключение питания выходных исполнительных устройств блока сопряжения 17.
В том случае, если уровни выходных напряжений вторичных источников электропитания блока управления 3 соответствуют нормам, от блока контроля 18 на блок сопряжения 17 поступает управляющий сигнал, обеспечивающий срабатывание в блоке сопряжения соответствующего исполнительного устройства (электромеханического реле). Замыкание выходных контактов реле обеспечивает поступление на электрооборудование щита управления контролируемого механизма сигнала «АППАРАТУРА УПРАВЛЕНИЯ ВКЛЮЧЕНА». При этом, работа приемо-передающего тракта и блока декодирования 14, за исключением блока питания 19, блока контроля 18 и панели индикации 13, заблокирована.
При поступлении от электрооборудования щита управления сигнала «РАБОТА РАЗРЕШЕНА» блок контроля 18 обеспечивает подачу питания на блок сопряжения 17, разрешая его работу. При этом на панели индикации 13 блока управления 3 включается световая индикация «РАБОТА».
В исходном состоянии, при отсутствии нажатия кнопок на панели управления 5 переносного пульта управления 1, все его блоки обесточены. Нажатие на панели управления 5 любой из кнопок управления обеспечивает подачу напряжения питания на все входящие блоки и поступление на блок кодирования 7 управляющего сигнала, соответствующего выбранной команде управления.
При этом, с выхода блока кодирования 7 через маскиратор 8 на вход модема 10 первоначально поступает технологический сигнал «СТАРТ». На интервале времени, соответствующем передаче стартового сигнала работа маскиратора 8 в режиме маскирования заблокирована. Модем 10 обеспечивает максимум энергии передаваемого сигнала в минимально возможной полосе частот, чем достигается повышение помехоустойчивости при приеме команд управления. Выходной сигнал модема 10 поступает на приемо-передатчик 2, который обеспечивает его передачу по радиоканалу на частоте установленного канала связи на блок управления 3.
С модема 16 в блоке управления 3 на блок декодирования 14 поступает информация о качестве каналов связи. Блок декодирования 14 выбирает канал с минимальным уровнем помех и формирует сигнал на переключение канала в приемо-передатчике 4.
В блоке управления 3 принимаемый сигнал «СТАРТ» с выхода прием-передатчика 4 через модем 16 поступает на блок декодирования 14.. В том случае, если число ошибочно принятых элементов кода не превышает порогового значения, блок декодирования 14 осуществляет его дешифрацию, а затем переключается в режим ожидания приема собственно команды управления. После дешифрации сигнала «СТАРТ» блок декодирования 14 обеспечивает поступление на модем 16 кодовой последовательности сигнала «ГОТОВ». Приемопередатчик 4 блока управления 3 осуществляет передачу модулированного сигнала «ГОТОВ» на установленной частоте радиоканала связи на пульт управления 1. В пульте управления 1 принятый приемо-передатчиком 2 и демодулированный сигнал «ГОТОВ» с выхода модема 10 поступает на декодер 9. После дешифрации принятого сигнала «ГОТОВ» декодер 9 выдает сигнал управления на панель индикации 6 пульта управления 5, обеспечивая световую индикацию, соответствующую нажатой на панели управления 5 кнопке. Кроме того, с выхода декодера 9 на блок кодирования 7 поступает сигнал управления, разрешающий циклическую передачу собственно команды управления и работу маскиратора 8 с заданным ключом маскирования. В пульте управления 1 с выхода маскиратора 8 цифровой маскированный сигнал команды поступает на вход модема 10, выходной модулированный сигнал которого передается приемо-передатчиком 2 пульта управления 1 на частоте установленного радиоканала на блок управления 3.
В блоке управления 3 принятый маскированный сигнал команды с выхода модема 16 поступает на демаскиратор 15, с выхода которого восстановленный сигнал команды поступает на блок декодирования 14. В результате дешифрации кода команды, с выхода блока декодирования 14 на блок сопряжения 17 поступает сигнал управления, обеспечивающий срабатывание на включение соответствующего электромеханического реле, выходные контакты которого обеспечивают замыкание соответствующего шлейфа соединительного кабеля, подключенного к электрооборудованию щита управления контролируемого механизма.
При этом, на панели индикации 13 блока управления 3 осуществляется световая индикация принятой команды. Последующая передача команды управления осуществляется в циклическом режиме на интервале времени удержания в нажатом положении соответствующей кнопки управления на пульте управления 1. При отпускании кнопки управления на пульте управления 1 все входящие устройства пульта управления 1 и блока управления 3 возвращаются в исходное состояние.
Заявленная аппаратура может быть использована для беспроводного управления в условиях повышенных помех транспортными средствами, такими как поезда метро, самолетами, в том числе беспилотными, механизмами горнодобывающей и горнообогатительной техники, роботизированными тележками, автоматическими складами и т.п.
Возможность промышленного применения заявленного технического решения подтверждается известными и описанными в заявке средствами и методами, с помощью которых возможно осуществление полезной модели в том виде, как она охарактеризована в формуле полезной модели.
Заявленное техническое решение обеспечивает повышение помехоустойчивости управления в условиях повышенного уровня шума управляемых механизмов.