МОДУЛЬ-КОНТРОЛЛЕР ОБМЕНА АНАЛОГОВЫМИ СИГНАЛАМИ

Заявляемая полезная модель относится к устройствам приема, преобразования и передачи аналоговой информации и предназначена для построения магистрально-модульных вычислительных и управляющих систем на базе электронных модулей различного функционального назначения.
Известны модули с системной шиной ISA, используемые в моделях ЭВМ серии «Багет», например модуль интерфейса дискретных сигналов БТ01-409[1]. Модуль обеспечивает прием шестнадцати входных дискретных сигналов уровня ТТЛ с оптронной гальванической развязкой. Длительность выходных дискретных сигналов формируется программно.
Недостатком данного модуля являются ограниченные коммутационные возможности и программное формирование выходных релейных сигналов.
Наиболее близким по технической сущности аналогом (прототипом) к заявляемой полезной модели является модуль приема, передачи и обработки цифровых и аналоговых сигналов [2], содержащий первый-второй блоки оптоэлектронной развязки, первый-второй узел электромеханических реле, первый-второй блоки управления электронными ключами, селектор приема, блок адресных регистров, дешифратор адреса и мультиплексор.
Недостатком указанного устройства является отсутствие контроля выходных аналоговых сигналов, что снижает надежность устройств, в которых применяется данный модуль. Кроме того, в составе модуля отсутствуют средства имитации аналоговых сигналов, что усложняет отладку системного программного обеспечения.
Технической задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей аналогового обмена информацией между источниками и потребителями, а так же повышение достоверности принимаемой и передаваемой информации.
Указанная задача решается за счет того, что в модуль-контроллер обмена аналоговыми сигналами, содержащий первый-второй блоки оптоэлектронной развязки, первый-второй узлы электромеханических реле, соединенные внешней группой входных и выходных связей с объектами управления, а внутренней группой входных и выходных связей соединены соответственно с первым-вторым блоками управляющих триггеров и электронных ключей и селектором приема, выход которого соединен с мультиплексором, второй его вход - с блоком адресных регистров, выход которого последовательно соединен с первым-вторым блоками управляющих триггеров и электронных ключей, а вход - с дешифратором адреса, причем с шиной ISA соединены
первый-второй блоки управляющих триггеров и электронных ключей, мультиплексор, блок адресных регистров и дешифратор адреса, введены первый-второй селектор управляющих сигналов, имитатор системы управления исполнительными механизмами, имитатор исполнительных механизмов и блок управления имитаторами, первый вход которого соединен с дешифратором адреса, второй вход - с шиной ISA, а выход соединен последовательно с имитатором системы управления исполнительными механизмами, с имитатором исполнительных механизмов, первым-вторым селекторами управляющих сигналов, первая и вторая группа входов, которых соединена соответственно с первыми-вторыми узлами электромеханических реле и первыми-вторыми блоками управляющих триггеров и электронных ключей, а выходы - с мультиплексором, причем имитатор системы управления исполнительных механизмов и имитатор исполнительных механизмов последовательно соединены с блоком адресных регистров, выходами - селектором приема и входами - с шиной ISA.
Включение в приемо-передающее устройство релейного обмена сервисного оборудования имитации релейных сигналов системы управления исполнительными механизмами и имитации исполнительных механизмов, работающих независимо друг от друга, позволяет проводить отладку программного обеспечения и автономные проверки управляющих систем.
Кроме того, введение обратных связей позволяет контролировать состояние находящихся в первом и втором узле электромеханических реле, а также проводить тест-контроль в режиме проверок и в рабочих режимах.
Введение указанных блоков и связей совместно с обратными связями контроля выходных релейных сигналов обеспечивает организацию автономной отладки и проверки, как самого модуля, так и системных устройств, позволяет отлаживать алгоритмы работы системы и программное обеспечение, кроме того, обеспечивает программно-аппаратными средствами диагностику и определение возможных неисправностей.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором блоки и устройства имеют следующее обозначение:
1 - модуль-контроллер обмена аналоговыми сигналами;
2, 3 - первый и второй блоки оптоэлектронной развязки (ОЭР);
4, 5 - первый и второй узел электромеханических реле (УЭР);
6 - дешифратор адреса;
7 - селектор принимаемых сигналов;
8, 9 - первый и второй блоки управляющих триггеров и электронных ключей
10 - блок управления имитаторами;
11 - имитатор исполнительных механизмов (ИМ);
12 - имитатор системы управления исполнительными механизмами (СУ ИМ);
13, 14 - первый и второй селектор управляющих сигналов;
15 - блок адресных регистров;
16 - мультиплексор;
17 - шина ISA;
18 - первая группа входных релейных сигналов;
19 - вторая группа входных релейных сигналов;
20 - первая группа выходных релейных сигналов;
21 - вторая группа выходных релейных сигналов.
Согласно чертежа, в модуле-контроллере обмена аналоговыми сигналами 1, группа внешних входных связей 18 и 19 через блоки оптоэлектронной развязки 2 и 3 соединена с входами селектора приема 7, третьи и четвертые входы которого соединены с имитатором системы управления исполнительными механизмами 12 и имитатором исполнительных механизмов 11, а выход - с мультиплексором 16, второй вход которого соединен с блоком адресных регистров 15, третий и четвертый входы - с селекторами управляющих сигналов 13 и 14 и двухсторонней связью с шиной ISA 17, соединенной входами с блоками управляющих триггеров и электронных ключей 8 и 9, группа выходов которых через узлы электромеханических реле 4 и 5 образуют группу внешних выходов 20 и 21, вторая группа выходов которых соединена с селекторами управляющих сигналов 13 и 14, соединенных группой входных обратных связей с узлами электромеханических реле 4 и 5 и последовательными входными связями с имитатором исполнительных механизмов 11, имитатором системы управления исполнительными механизмами 12 и блоком управления имитаторами 10, соединенным последовательно с выходом дешифратора адреса 6 и входом блока адресных регистров 15, последовательный выход которого соединен с блоками управляющих триггеров и электронных ключей 8 и 9, имитатором исполнительных механизмов 11 и имитатором системы управления исполнительными механизмами 12, соединенными входами с шиной ISA 17, которая также соединена входами с дешифратором адреса 6, блоком управления имитаторами 10 и блоком адресных регистров 15.
Функциональное ядро модуля-контроллера реализовано с использованием программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) М4А3-256/128 - 10V1 CMU 208 Pin PQFP фирмы "Lattice" США, которая включает в себя основные логические элементы модуля:
- селектор приема 7;
- мультиплексор 16;
- дешифратор адреса 6;
- блок адресных регистров 15;
- блок управления имитаторами 10;
- имитаторы сопрягаемых систем 11 и 12;
- селекторы управляющих сигналов 13 и 14;
Работа модуля основана на принципе программно-управляемого обмена информацией по стандартной шине персональной ЭВМ - шине ISA 17. Модуль обеспечивает следующие операции:
- прием-выдача релейных сигналов и их контроля;
- управление исполнительными механизмами;
- взаимодействие с системой управления исполнительными механизмами;
- имитацию работы исполнительных механизмов;
- имитацию работы системы управления исполнительными механизмами;
- запись и хранение имитируемых входных сигналов.
Для организации релейного обмена ввода-вывода и имитации неисправностей используются восьмиразрядные порты с адресами 100 (Н), 101 (Н) и 102 (Н).
Порт 100 (Н) предназначен для установки адреса в блок адресных регистров 15. Порт 101 (Н) предназначен для управления режимами имитации блоков имитаторов 11 и 12. Порт 102 (Н) предназначен для ввода и вывода информации по адресам, установленным в адресных регистрах 15.
Для выдачи управляющих релейных сигналов исполнительным механизмам или системе управления исполнительными механизмами дешифруется адрес порта 100 (Н) в блоке дешифратора адреса 6, в блоке адресных регистров 15 устанавливается адрес регистра, соответствующий байту данных на шине ISA 17. Далее дешифруется адрес порта 102 (Н), причем в зависимости от значения «0» или «1» в младшем разряде байта данных, в блоках управления 8 и 9 устанавливаются в единичное или нулевое состояние управляющие триггера и соответствующие им ключи, согласно адресам в блоке адресных регистров 15. Работой исполнительных механизмов управляют триггеры с адресами с 01 по 1А (шестнадцатеричными) в блоке 8, а взаимодействием с системой управления исполнительными механизмами -триггеры с адресами с 20 по 29 (шестнадцатеричными) в блоке 9.
В рабочем режиме модуля электронные ключи блоков 8 и 9 управляют установкой соответствующих реле в блоках УЭР4 и УЭР 5, при этом, для контроля состояния реле по цепям обратной связи через селекторы управляющих сигналов 13 и 14 в мультиплексор 16 поступают в нулевой разряд данных порта 102 и состояние релейных сигналов считывается в шину ISA 17.
Входные релейные сигналы 18 от исполнительных механизмов и входные релейные сигналы 19 от системы управления через блоки ОЭР 2 и ОЭР 3 соответственно, через селектор приема 7 и мультиплексор 16 поступают в нулевой разряд данных порта 102 (Н) и считываются в шину по адресу, ранее установленному в адресном регистре 15 через порт 100 (Н).
Входные сигналы от исполнительных механизмов через блок ОЭР2 имеют адреса с 41 по 5 С (шестнадцатеричные), а входные сигналы от системы управления через блок ОЭР 3 - адреса с 69 по 6С (шестнадцатеричные).
Режимами имитации управляет порт 101 (Н), при этом нулевой разряд данных порта устанавливает в блоке управления имитацией 10 сигнал, управляющий включением имитатора исполнительных механизмов 11, что
блокирует установку реле в блоке УЭР 4 от управляющих триггеров и ключей блока 8. В память ОЗУ имитатора исполнительных механизмов 11 по адресам с 41 по 5 С записывается информация, имитирующая входные сигналы 18 от исполнительных механизмов, причем при чтении сигнала по соответствующему адресу, на вход мультиплексора 16 через селектор приема 7 поступают данные из ОЗУ имитатора исполнительных механизмов 11.
Для имитации сигналов системы управления исполнительными механизмами 12, первый разряд данных порта 101 (Н) устанавливает в блоке управления имитацией 10 сигнал, управляющий включением имитатора 12, при этом блокируется установка реле блока УЭР 5 под управлением блока управляющих триггеров и ключей 9. В этом случае, при чтении сигналов с адресами с 20 по 29 через селектор управляющих сигналов 14 на вход мультиплексора 16 поступают данные от блока управляющих триггеров и ключей 9.
В память ОЗУ имитатора 12 по адресам с 60 по 69 записывается информация, имитирующая входные сигналы 19 от системы управления исполнительными механизмами. При чтении входного сигнала по соответствующему адресу, на вход мультиплексора 16 через селектор приема поступают данные из ОЗУ имитатора 12.
Таким образом, для управления процессом имитации сопрягаемых систем используется порт 101 (Н), путем установки в «1» 0-го разряда порта, что определяет включение имитатора исполнительных механизмов 11, при включении в «1» 1-го разряда порта - имитатора системы управления исполнительными механизмами 12, при этом выдача сигналов во внешние системы блокируется.
Имитация сигналов и неисправностей этих сигналов от сопрягаемых систем, при автономных проверках, осуществляется предварительной их записью в соответствующие ячейки ОЗУ, при установленном признаке работы имитаторами 11 и 12.
Источники информации, принятые во внимание:
1. Каталог КБ «Корунд-М» издание 3, «Электронные модули с шиной ISA», стр.26
2. Свидетельство на ПМ РФ №222389, МПК G 06 F 15/00, 2001 г.