КОМПЛЕКСНЫЙ ИМИТАТОР СУДОВЫХ СИСТЕМ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ СУДОВЫХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к отладочно-моделирующим системам и предназначена для отработки проектируемых судовых автоматизированных систем управления (АСУ) и испытаний судовых АСУ разного назначения.
Комплексные имитаторы создаются предприятиями разработчиками судовых АСУ для своего внутреннего использования и предназначены для испытаний судовых АСУ конкретного назначения. Судовые АСУ отличаются решаемыми задачами и взаимодействием с судовыми системами. Взаимодействие ведется по протоколам информационно-логического и технического взаимодействия, которые регламентируют состав информации взаимодействия, порядок взаимодействия и каналы взаимодействия. Для испытаний судовых АСУ на комплексных имитаторах ведется имитация как информационно-логического, так и технического взаимодействия. Для имитации информационно-логического взаимодействия используются программные модели судовых систем, работа которых приближена к реальной работе судовых систем, в части выработки информации для судовых АСУ и ее отработки от АСУ, с учетом имитации внешней среды близкой к реальной. Кроме этого имитация судовых систем включает имитацию взаимодействия судовых систем друг с другом и с внешней средой, а также их управление через имитируемые пульты. Имитация внешней среды включает создание единой внешней обстановки, посредством программных моделей, в которые входят объекты живой и неживой природы, включая их 3D-моделирование, природные явления, а также физико-химические процессы среды. Количество программных моделей, обеспечивающих испытания, зависит от проекта испытываемой судовой АСУ. Для имитации технического взаимодействия используются аппаратные средства, организующие реальные каналы взаимодействия с испытываемой АСУ. Имитация внешней среды и судовых систем ведется одновременно и в реальном масштабе времени для создания условий близких к реальным, в которых функционируют судовые АСУ,
Известны «Комплексный имитатор внешних систем для отработки корабельной системы управления» (РФ, патент на полезную модель 99622, МПК G06F 11/00, опубликовано 20.11.2010),. «Комплексный имитатор внешних систем для отработки корабельной системы управления» (РФ, патент на полезную модель 78590, МПК G06F 11/28, опубликовано 27.11.2008), «Комплексный имитатор внешних систем для отработки корабельной системы управления вооружением» (РФ, патент на полезную модель 98605, МПК G06F 11/28, опубликовано 20.10.2010), «Комплексный имитатор внешних систем для отработки корабельной системы управления вооружением» (РФ, патент на полезную модель 99622, МПК G06F 11/00, опубликовано 20.11.2010), «Имитатор для отладки информационных каналов связи цифровых управляющих систем» (РФ, патент на полезную модель 113035, МПК G06F 11/28, опубликовано 27.01.2012).
Наиболее близким по сущности является «Комплексный имитатор внешних систем для отработки корабельной системы управления» (РФ, патент на полезную модель 87547, МПК G06F 11/28, опубликовано 10.10.2009).
Указанный имитатор содержит серверный системный блок, соединенный с блоком ввода данных, блоком визуализации управления комплексным имитатором и коммутатором локальной сети, электронно-вычислительную машину (ЭВМ) с адаптером цифровых каналов и адаптером дискретных сигналов, ЭВМ с двумя адаптерами цифровых канала, ЭВМ с адаптером цифровых каналов, при этом каждая из ЭВМ имеет устройство удаленной загрузки соединенное с сетевым адаптером, через которое системная интерфейсная магистраль (СИМ) каждой ЭВМ связана с коммутатором локальной сети, все адаптеры подключаются с одной стороны к СИМ соответствующей ЭВМ, а с другой стороны к пассивному переходному коммутационному устройству.
Недостатки, присущие существующим имитаторам, следующие:
- предназначены для отработки и испытаний судовых АСУ конкретного назначения;
- функциональное ограничение, так как для отработки вновь разработанных судовых АСУ необходима либо доработка существующих имитаторов, либо разработка новых под требования испытываемой системы;
- отсутствует возможность вести совершенствование судовых АСУ и проектирование судовых АСУ, для чего требуется имитации внешней среды и судовых систем с новыми свойствами и характеристиками.
Кроме этого, существующие имитаторы имеют функционально повторяющиеся части, как в программном обеспечении (программные модели судовых систем и среды, программное обеспечение каналов взаимодействия), так и в аппаратных средствах каналов взаимодействия, то есть происходит повторяющаяся разработка одного функционала. Поэтому целесообразно создать имитатор, который комплексирует накопленный функционал существующих имитаторов, а также имеет возможность наращивания нового функционала по мере развития судовых АСУ и имитационного моделирования.
Техническим результатом является обеспечение отработки и испытаний судовых АСУ разного назначения на одном испытательном стенде в заводских условиях.
Это достигается за счет того, что в комплексный имитатор судовых систем для испытаний судовых автоматизированных систем управления, содержащий системный сервер, который соединен с блоком управления, состоящим из устройства ввода данных и устройства визуализации управления комплексным имитатором, и сетевой коммутатор, введены ЭВМ имитации внешней среды, ЭВМ имитации судовых систем, блок имитации цифровых каналов, блок имитации аналоговых, дискретных и релейных сигналов, пассивное коммутационное устройство цифровых каналов, пассивное коммутационное устройство аналоговых, дискретных и релейных сигналов, а в блок управления введены устройство визуализации внешней среды и устройство визуализации судовых систем, при этом ЭВМ имитации внешней среды, ЭВМ имитации судовых систем, блок имитации цифровых каналов, блок имитации аналоговых, дискретных и релейных сигналов соединены с сетевым коммутатором, а пассивное коммутационное устройство цифровых каналов и пассивное коммутационное устройство аналоговых, дискретных и релейных сигналов с одной стороны соединены соответственно с блоком имитации цифровых каналов и блоком имитации аналоговых, дискретных и релейных сигналов, а с другой имеют входы-выходы для подключения судовых АСУ.
Полезная модель поясняется фигурой 1, на которой приведена структурная схема комплексного имитатора с подключенной к нему испытываемой судовой АСУ, и фигурой 2, на которой приведен пример комплексного имитатора, где:
1 - системный сервер;
2 - блок управления;
3 - устройство ввода данных;
4 - устройство визуализации управления комплексным имитатором;
5 - устройство визуализации внешней среды;
6 - устройство визуализации судовых систем;
7 - сетевой коммутатор;
8 - блок имитации цифровых каналов;
9 - блок имитации аналоговых, дискретных и релейных сигналов;
10 - ЭВМ имитации внешней среды;
11 - ЭВМ имитации судовых систем;
12 - пассивное коммутационное устройство цифровых каналов;
13 - пассивное коммутационное устройство аналоговых, дискретных и релейных сигналов;
14 - судовая АСУ;
15 - процессорный модуль имитации цифровых каналов;
16 - сетевой адаптер имитации цифровых каналов;
17 - устройство удаленной загрузки имитации цифровых каналов;
18 - системная интерфейсная магистраль ЭВМ имитации цифровых каналов;
19 - модуль цифровых каналов;
20 - коммутационное поле цифровых каналов комплексного имитатора;
21 - коммутационное поле цифровых каналов судовой АСУ;
22 - коммутационные шнуры цифровых каналов;
23 - процессорный модуль имитации аналоговых дискретных и релейных сигналов;
24 - сетевой адаптер имитации аналоговых, дискретных и релейных сигналов;
25 - устройство удаленной загрузки имитации аналоговых, дискретных и релейных сигналов;
26 - системная интерфейсная магистраль ЭВМ имитации аналоговых, дискретных и релейных сигналов;
27 - модуль аналоговых, дискретных и релейных сигналов;
28 - коммутационное поле аналоговых, дискретных и релейных сигналов комплексного имитатора;
29 - коммутационное поле аналоговых, дискретных и релейных сигналов судовой АСУ;
30 - коммутационные шнуры аналоговых, дискретных и релейных сигналов;
31 - процессорный модуль имитации внешней среды;
32 - сетевой адаптер имитации внешней среды;
33 - устройство удаленной загрузки имитации внешней среды;
34 - системная интерфейсная магистраль ЭВМ имитации внешней среды;
35 - процессорный модуль имитации судовых систем;
36 - сетевой адаптер имитации судовых систем;
37 - устройство удаленной загрузки имитации судовых систем;
38 - системная интерфейсная магистраль ЭВМ имитации судовых систем.
Комплексный имитатор судовых систем для испытаний судовых автоматизированных систем управления (см. Фиг. 1) состоит из системного сервера 1, который соединен с блоком управления 2, состоящим из устройства ввода данных 3, устройства визуализации управления комплексным имитатором 4, устройства визуализации внешней среды 5 и устройства визуализации судовых систем 6, и сетевым коммутатором 7, ЭВМ имитации внешней среды 10, ЭВМ имитации судовых систем 11, блока имитации цифровых каналов 8, пассивного коммутационного устройства цифровых каналов 12, блока имитации аналоговых, дискретных и релейных сигналов 9 и пассивного коммутационного устройства аналоговых, дискретных и релейных сигналов 13, при этом ЭВМ имитации внешней среды 10, ЭВМ имитации судовых систем 11, блок имитации цифровых каналов 8, блок имитации аналоговых, дискретных и релейных сигналов 9 соединены с сетевым коммутатором 7, а пассивное коммутационное устройство цифровых каналов 12 и пассивное коммутационное устройство аналоговых, дискретных и релейных сигналов 13 с одной стороны соединены соответственно с блоком имитации цифровых каналов 8 и с блоком имитации аналоговых, дискретных и релейных сигналов 9, а с другой имеют входы-выходы для подключения судовых АСУ 14.
Системный сервер 1, предназначенный для подготовки к работе комплексного имитатора и для его управления, включает процессорный модуль, сетевой адаптер, системную интерфейсную магистраль типа CPCI или CPCI Serial, два серверных модуля хранения информации RAID с характеристиками: интерфейс SATA II или SATA III; тип жесткого диска SSD; объем диска не менее 500 Гб; RAID-группа уровня 1 или 10.
Блок управления 2 состоит из устройства ввода данных 3, устройства визуализации управления комплексным имитатором 4, устройства визуализации внешней среды 5, устройства визуализации судовых систем 6, при этом каждое из устройств визуализации выполнено в виде монитора с диагональю от 24″, что повышает управляемость комплексным имитатором.
Сетевой коммутатор 7 предназначен для объединения в локальную вычислительную сеть (Ethernet) системного сервера 1, блока имитации цифровых каналов 8, блока имитации аналоговых, дискретных и релейных сигналов 9, ЭВМ имитации внешней среды 10, ЭВМ имитации судовых систем 11.
Блок имитации цифровых каналов 8 реализуется на базе одной или нескольких ЭВМ имитации цифровых каналов для обеспечения комплексного имитатора необходимыми аппаратными средствами цифровых каналов взаимодействия с испытываемой судовой АСУ. ЭВМ имитации цифровых каналов включает:
- процессорный модуль имитации цифровых каналов 15;
- сетевой адаптер имитации цифровых каналов 16;
- устройство удаленной загрузки имитации цифровых каналов 17, предназначенное для хранения программного обеспечения взаимодействия по цифровым каналам;
- системную интерфейсную магистраль 18 ЭВМ имитации цифровых каналов, выполненную в виде магистрали типа CPCI или CPCI Serial;
- модуль цифровых каналов 19, который содержит аппаратные средства цифровых каналов (RS-232/422/485, по ГОСТ Р 52070-2003, CAN, Ethernet и др.);
Пассивное коммутационное устройство цифровых каналов 12 реализуется для электрических линий связи на коммутационных панелях с унифицированными разъемами RJ-45, состоящих из:
- коммутационного поля цифровых каналов комплексного имитатора 20;
- коммутационного поля цифровых каналов судовой АСУ 21;
- коммутационных шнуров цифровых каналов 22 для коммутации полей 20 и 21,
а для оптических линий связи на оптических кроссах с коммутацией каналов оптическими патч-кордами.
Блок имитации аналоговых, дискретных и релейных сигналов 9 реализуется на базе одной или нескольких ЭВМ имитации аналоговых, дискретных и релейных сигналов для обеспечения комплексного имитатора необходимыми аппаратными средствами взаимодействия аналоговыми, дискретными и релейными сигналами с испытываемой судовой АСУ. ЭВМ имитации аналоговых, дискретных и релейных сигналов включает:
- процессорный модуль имитации аналоговых, дискретных и релейных сигналов 23;
- сетевой адаптер имитации аналоговых, дискретных и релейных сигналов 24;
- устройство удаленной загрузки имитации аналоговых, дискретных и релейных сигналов 25, предназначенное для хранения программного обеспечения взаимодействия аналоговыми, дискретными и релейными сигналами;
- системную интерфейсную магистраль ЭВМ имитации аналоговых, дискретных и релейных сигналов 26, выполненную в виде магистрали типа CPCI или CPCI Serial;
- модуль аналоговых, дискретных и релейных сигналов 27, который содержит аппаратные средства взаимодействия аналоговыми токовыми сигналами, аналоговыми потенциальными сигналами, дискретными сигналами, релейными сигналами.
Пассивное коммутационное устройство аналоговых, дискретных и релейных сигналов 13, реализуется на коммутационных панелях с унифицированными разъемами RJ-45, состоящих из:
- коммутационного поля аналоговых, дискретных и релейных сигналов комплексного имитатора 28;
- коммутационного поля аналоговых, дискретных и релейных сигналов судовой АСУ 29;
- коммутационных шнуров аналоговых, дискретных и релейных сигналов 30 для коммутации полей 28 и 29.
ЭВМ имитации внешней среды 10, предназначенная для создания виртуальной внешней среды, в которой функционируют программные модели судовых систем, состоит из:
- процессорного модуля имитации внешней среды 31;
- сетевого адаптера имитации внешней среды 32;
- устройства удаленной загрузки имитации внешней среды 33, предназначенного для хранения программного обеспечения для имитации внешней среды (перечень программных моделей для имитации внешней среды приведен в таблице 1);
- системной интерфейсной магистрали ЭВМ имитации внешней среды 34, выполненной в виде магистрали типа CPCI или CPCI Serial.
ЭВМ имитации судовых систем 11, предназначенная для имитации судовых систем взаимодействующих с судовой АСУ и необходимых в процессе испытаний, состоит из:
- процессорного модуля имитации судовых систем 35;
- сетевого адаптера имитации судовых систем 36;
- устройства удаленной загрузки имитации судовых систем 37, предназначенного для хранения программного обеспечения для имитации судовых систем (перечень программных моделей приведен в таблице 2);
- системной интерфейсной магистрали ЭВМ имитации судовых систем 38, выполненной в виде магистрали типа CPCI или CPCI Serjal.
Пример работы комплексного имитатора, представленного на фиг. 2, где блок имитации цифровых каналов 8 реализован на одной ЭВМ имитации цифровых каналов, блок имитации аналоговых, дискретных и релейных сигналов 9 реализован на одной ЭВМ имитации аналоговых, дискретных и релейных сигналов, пассивное коммутационное устройство цифровых каналов 12 реализовано на коммутационных панелях с унифицированными разъемами RJ-45, заключается в следующем.
В системном сервере 1 проверяется наличие определенного сценария для испытания судовой АСУ конкретного проекта или проводится подготовка сценария с последующим сохранением в RAID-модулях, при этом вся необходимая информация для управления имитатором вводится оператором с использованием устройства ввода данных 3, а результаты управления имитатором отображаются на устройстве визуализации управления комплексным имитатором 4 блока управления 2.
Далее в системном сервере 1 активируется сценарий испытаний судовой АСУ конкретного проекта, по которому в устройства удаленной загрузки 17, 25, 33, 37 через сетевой коммутатор 7 и сетевые адаптеры 16, 24, 32, 36 загружается программное обеспечение соответствующее функциональному назначению блоков 8 и 9, ЭВМ 10 и 11. После этого инициируется работа блоков 8 и 9, ЭВМ 10 и 11.
В ЭВМ имитации внешней среды 10 в процессорном модуле имитации внешней среды 31 из устройства удаленной загрузки имитации внешней среды 33 активируется набор программных моделей для имитации внешней среды, которые создают внешнюю среду для судовых систем и функционируют согласно сценарию испытаний и информации поступающей от ЭВМ имитации судовых систем 11. Выработанные параметры внешней среды через сетевой коммутатор 7 передаются в системный сервер 1, где поступают на хранение в RAID-модули и отображаются на устройстве визуализации внешней среды 5 и параллельно в ЭВМ имитации судовых систем 11, где используются при функционировании моделей судовых систем.
В ЭВМ имитации судовых систем 11 в процессорном модуле имитации судовых систем 35 из устройства удаленной загрузки имитации судовых систем 37 активируется набор программных моделей судовых систем. Программные модели судовых систем функционируют по информации, поступающей через сетевой коммутатор 7 от ЭВМ имитации внешней среды 10 и от испытываемой судовой АСУ 14. От испытываемой судовой АСУ 14 информация поступает в сетевой коммутатор 7 через блок имитации цифровых каналов 8, блок имитации аналоговых, дискретных и релейных сигналов 9. Информация о судовых системах через сетевой коммутатор 7 передается в системный сервер 1, где поступает на хранение в RAID-модули и отображается на устройстве визуализации судовых систем 6 и параллельно в блок имитации цифровых каналов 8, в блок имитации аналоговых, дискретных и релейных сигналов 9, и в ЭВМ имитации внешней среды 10, где при необходимости происходит ее изменение.
В процессорном модуле имитации цифровых каналов 15 блока имитации цифровых каналов 8 из устройства удаленной загрузки 17 активируется набор программных средств, обеспечивающий информационно-логическое взаимодействие с испытываемой судовой АСУ, и соответствующие аппаратным средствам цифровых каналов в модуле 19, и функционирующим программным моделям в ЭВМ имитации судовых систем 11. Для взаимодействия с судовой АСУ по цифровым каналам информация в цифровом формате вырабатывается в ЭВМ имитации судовых систем 11, далее через сетевой коммутатор 7 поступает в системный сервер 1 для хранения в RAID-модулях и отображения на устройстве визуализации судовых систем 6 и параллельно в блок 8, где в зависимости от назначения передается в соответствующие аппаратные средства цифровых каналов модуля 19, а далее через коммутационные поля 20 и 21 пассивного коммутационного устройства цифровых каналов 12 в испытываемую судовую АСУ 14. От испытываемой судовой АСУ 14 информация поступает через соответствующие аппаратные средства цифровых каналов модуля 19, в процессорный модуль 15 для первичной обработки Далее информация в цифровом формате через сетевой коммутатор 7 поступает в ЭВМ имитации судовых систем 11 для комплексной обработки и параллельно в системный сервер 1 для хранения в RAID-модулях, анализа и отображения на устройстве визуализации судовых систем 6.
Пассивное коммутационное устройство цифровых каналов 12 через коммутационное поле 20 подключается к входам-выходам аппаратных средств цифровых каналов модуля 19, блока имитации цифровых каналов 8, а через коммутационное поле 21 к испытываемой судовой АСУ 14, причем коммутация полей 20 и 21 проводится коммутационными шнурами цифровых каналов 22, что позволяет подключать к комплексному имитатору и испытывать проекты судовых АСУ без изменения соединения между полем 20 и входами-выходами аппаратных средств цифровых каналов модуля 19.
В процессорном модуле 23 блока имитации аналоговых, дискретных и релейных сигналов 9 из устройства удаленной загрузки 25 активируются программные средства формирования, контроля и измерения сигналов, соответствующие установленным аппаратным средствам взаимодействия аналоговыми, дискретными и релейными сигналами в модуле 27 и функционирующим программным моделям в ЭВМ имитации судовых систем 11. Для взаимодействия с судовой АСУ по аналоговым, дискретным и релейным сигналам информация в цифровом формате вырабатывается в ЭВМ имитации судовых систем 11, далее через сетевой коммутатор 7 поступает в системный сервер 1 для хранения в RAID-модулях и отображения на устройстве визуализации судовых систем 6 и параллельно в блок имитации аналоговых, дискретных и релейных сигналов 9, где в зависимости от особенностей имитируемых сигналов передается в соответствующие аппаратные средства модуля 27 и далее в испытываемую судовую АСУ 14 через коммутационные поля 28 и 29 пассивного коммутационного устройства аналоговых, дискретных и релейных сигналов 13. От испытываемой судовой АСУ 14 аналоговые, дискретные и релейных сигналы поступают через соответствующие аппаратные средства модуля 27 в процессорный модуль 23, где проходит их измерение, преобразование в цифровой формат и первичная обработка. Далее информация в цифровом формате через сетевой коммутатор 7 поступает в ЭВМ имитации судовых систем 11 для комплексной обработки и параллельно в системный сервер 1 для хранения в RAID-модулях, анализа и отображения на устройстве визуализации судовых систем 6.
Пассивное коммутационное устройство аналоговых, дискретных и релейных сигналов 13 через коммутационное поле 28 подключается к входам-выходам аппаратных средств модуля 27 блока имитации аналоговых, дискретных и релейных сигналов 9, а через коммутационное поле 29 к испытываемой судовой АСУ 14, причем коммутация полей 28 и 29 проводится коммутационными шнурами аналоговых, дискретных и релейных сигналов 30, что позволяет подключать к комплексному имитатору и испытывать проекты судовых АСУ без изменения соединения между полем 28 и входами-выходами аппаратных средств модуля 27.
Оборудование комплексного имитатора для судовых автоматизированных систем управления размещается в телекоммуникационной стойке 42U в конструктиве Евромеханика с вынесенным блоком управления.
Предлагаемый комплексный имитатор судовых систем для испытаний судовых автоматизированных систем управления может быть изготовлен согласно приведенным описанию и схеме на основе известных комплектующих изделий и технологического оборудования, используемых в приборостроении и телекоммуникации, и применен для отработки проектируемых судовых АСУ и испытаний судовых АСУ.