УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОВЕРКИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И ДИАГНОСТИРОВАНИЯ КОРАБЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к вычислительной технике, а именно, к устройствам для проверки функционирования и диагностирования корабельных информационно-управляющих систем, в частности, систем управления вооружением корабля.
Известно устройство для контроля канала ввода-вывода вычислительной машины по авторскому свидетельству СССР №857997, МПК G06F 11/00, G06F 3/04, 1979 г., опубл. 1981 г.
Устройство обеспечивает контроль и отладку оборудования цифровых систем при работе в специальном контрольном режиме. Однако имеет ограниченные функциональные возможности, поскольку не обеспечивает контроль и отладку цифровых систем при работе по штатным программам в реальном масштабе времени.
Известно устройство для отладки цифровых систем по авторскому свидетельству СССР №1254492, МПК G06F 11/28, 1985 г., опубл. 1986 г.
Известное устройство обеспечивает режим контроля и отладки управляющей цифровой системы, работающей по штатным программам в реальном масштабе времени, позволяет отображать информацию, передаваемую системой в объект управления, а также проводить отладку системы при имитации сбоев и отказов системы управления.
Недостатками известного устройства являются ограниченные возможности имитации полного объема неисправностей, возникающих в процессе цифрового и аналогового обмена между управляющей системой и объектом управления, возможность имитации только одного объекта управления одного типа, сложность перенастройки параметров имитатора при изменении параметров управляющей системы и объекта управления.
Известен имитатор ИР-60 для отладки корабельных цифровых управляющих систем по свидетельству на полезную модель №6251, МПК G06F 11/28, 1997 г, опубл. 16.03.1998 г.
Известный имитатор содержит блок ввода исходных данных, блок цифрового обмена и блок индикации, микропроцессорный модуль, адаптер, блок аналогового обмена и устройство цифрового ввода-вывода, при этом вход-выход микропроцессорного модуля соединен с входом-выходом блока цифрового обмена, группа входов-выходов которого является группой цифровых входов-выходов имитатора для отладки корабельных цифровых управляющих систем, выход адаптера соединен со входом блока индикации, вход-выход устройства цифрового ввода-вывода соединен со входом-выходом блока ввода исходных данных, микропроцессорный модуль, адаптер, блок аналогового обмена и устройство цифрового ввода-вывода связаны своими порталами и интерфейсной магистралью, а входы-выходы блока аналогового обмена являются аналоговыми входами-выходами имитатора для отладки цифровых управляющих систем.
Недостатками известного имитатора являются ограниченные функциональные возможности, в частности, невозможность имитации систем управления различных типов, ограниченные возможности вывода, получаемых в процессе работы данных, сложность модификации программного обеспечения имитатора.
Известен имитатор системы управления по патенту на полезную модель №59284, МПК G06F 11/28, опубл. 10.12.2006 г.
Известный имитатор содержит первую электронно-вычислительную машину (ЭВМ), соединенную посредством первой системной интерфейсной магистрали (СИМ) с блоком цифрового обмена, блоком аналогового обмена, адаптером мультиплексного канала обмена, первым блоком дискретного ввода и первым блоком дискретного вывода, вторую ЭВМ, соединенную посредством второй СИМ со вторым блоком дискретного ввода и вторым блоком дискретного вывода, а также панель управления, включающую блок индикации, вход которого соединен с соответствующим выходом второго блока дискретного вывода и блок ввода данных, первый выход которого соединен с соответствующим входом второго блока дискретного ввода, второй выход соединен с соответствующим входом блока имитации неисправностей, а третий выход - с соответствующим входом пассивного переходного коммутационного устройства, соответствующие внутренние входы-выходы которого соединены с блоком имитации неисправностей, а внешние входы-выходы каналов связи с отрабатываемой корабельной системой управления.
Недостатком известного имитатора являются его ограниченные возможности, в частности, невозможность одновременной имитации в реальном масштабе времени обмена информацией между отрабатываемой корабельной системой управления и всеми внешними системами, например радиолокационной и гидроакустической станциями, что снижает достоверность отработки системы управления.
Известен также комплексный имитатор внешних систем для отработки корабельной системы управления по патенту на полезную модель №78590, МПК G06F 11/28, 2008 г, опубл. 10.12.2006 г.
Этот имитатор содержит первую электронно-вычислительную машину (ЭВМ), соединенную посредством первой интерфейсной магистрали (СИМ) с первым адаптером мультиплексного канала обмена, вторую ЭВМ, панель управления, включающую блок ввода данных и блок индикации, пассивное переходное коммутационное устройство, серверный системный блок, соединенный с входом-выходом блока ввода данных и входом блока индикации и связанный через коммутатор локальной сети с первой ЭВМ и второй ЭВМ, которая посредством второй СИМ соединена с первым и вторым адаптерами резервированных последовательных синхронных каналов обмена, соответствующие входы-выходы которого через первый и второй преобразователи формата последовательного интерфейса соединены соответственно с шестым и седьмым входами-выходами пассивного переходного коммутационного устройства. Кроме того, в состав имитатора-прототипа входят, соединенные с первой ЭВМ посредством первой СИМ, второй адаптер мультиплексного канала обмена и формирователь числоимпульсного кода, соединенный через импульсный усилитель с третьим входом-выходом пассивного переходного коммутационного устройства, первый и второй входы-выходы которого соединены с первым и вторым адаптерами мультиплексных каналов информационного обмена, а четвертый и пятый входы-выходы соединены с первым и вторым адаптерами резервированных последовательных асинхронных каналов обмена, при этом соответствующие внешние входы-выходы пассивного переходного коммутационного устройства образуют входы-выходы двух имитируемых мультиплексных каналов обмена с навигационным комплексом, имитируемого числоимпульсного канала обмена с лагом, входы-выходы двух имитируемых последовательных асинхронных каналов обмена с радиолокационной станцией и информационно-управляющей системой и входы-выходы двух имитируемых последовательных асинхронных каналов обмена с гидроакустическими станциями.
Недостатками перечисленных устройств-аналогов является невозможность работы с дискретными сигналами, которые требуются для проверки функционирования и диагностирования корабельной системы управления по нескольким каналам, а также невозможность проверки корабельной системы управления при изменении питающих напряжений, что ограничивает функциональные возможности и снижает качество проверки корабельных систем управления.
Известен также комплексный имитатор по патенту РФ на полезную модель №98605, МПК G06F 11/28, опубл. 20.10.2010. Устройство по указанному патенту предназначено для отработки корабельной системы управления вооружением и обеспечивает проверку функционирования и диагностирования корабельной системы управления по нескольким каналам, является наиболее близким к предлагаемому устройству и выбрано в качестве прототипа.
Устройство-прототип содержит рабочую станцию, в состав которой входит электронно-вычислительная машина (процессорный модуль), панель управления, выполненную с возможностью индикации и ввода данных в процессорный модуль посредством блока индикации и блока ввода данных, устройство сопряжения с резервированным мультиплексным каналом, устройства дискретного ввода и устройства дискретного вывода, устройство проверки линий связи и устройство коммутации, при этом процессорный модуль соединен посредством системной интерфейсной магистрали с устройством сопряжения с резервированным мультиплексным каналом, входы-выходы устройств дискретного ввода и устройств дискретного вывода соединены посредством системной интерфейсной магистрали с соответствующими входами-выходами процессорного модуля, входы-выходы устройства проверки линий связи соединены через устройство коммутации с соответствующими входами-выходами корабельной системы управления.
Недостатками устройства-прототипа является невозможность проверки функционирования и диагностирования корабельной системы управления при изменении питающих напряжений, что ограничивает функциональные возможности и снижает качество проверки корабельных систем управления.
Задача, решаемая полезной моделью, заключается в расширении функциональных возможностей устройства за счет обеспечения возможности проверки функционирования и диагностирования корабельной системы управления при изменении питающих напряжений.
Достигаемый технический результат состоит в расширении функциональных возможностей устройства путем обеспечения возможности проверки функционирования и диагностирования корабельной системы управления при изменении питающих напряжений.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в том, что устройство для проверки функционирования и диагностирования корабельной системы управления, содержащее процессорный модуль, панель управления, выполненную с возможностью индикации и ввода данных в процессорный модуль, устройство сопряжения с резервированным мультиплексным каналом, устройства дискретного ввода, устройства дискретного вывода и устройство коммутации, при этом процессорный модуль соединен посредством системной интерфейсной магистрали с устройством сопряжения с резервированным мультиплексным каналом, входы-выходы устройств дискретного ввода и устройств дискретного вывода соединены посредством системной интерфейсной магистрали с соответствующими входами-выходами процессорного модуля, дополнительно содержит внутренний источник электропитания, содержащий управляемый источник электропитания, формирователь гальванически развязанных напряжений (ФГРН), преобразователь напряжения, фильтр защиты от помех и блок контроля и управления, при этом ФГРН содержит гальванически развязанные коммутируемые источники электропитания с датчиками тока, ключами цепи напряжения положительной полярности и ключами цепи напряжения отрицательной полярности, вход преобразователя напряжения посредством шины электропитания подключен к выходу управляемого источника электропитания, выход преобразователя напряжения подключен к входу фильтра защиты от помех, выход фильтра защиты от помех подключен к цепям электропитания датчиков тока, входы коммутируемых источников электропитания образуют входы ФГРН и посредством шины электропитания подключены к выходу управляемого источника электропитания, выходы коммутируемых источников электропитания образуют выходы ФГРН и подключены к устройству коммутации посредством шины ввода и вывода, управляющие входы управляемого источника электропитания и выходы датчиков тока подключены к блоку контроля и управления посредством шины ввода и вывода, входы-выходы устройства коммутации являются входами-выходами для подключения устройства к корабельной системе управления.
В предлагаемом устройстве блок контроля и управления, в частном случае, содержит регистры общего назначения, контроллер аналого-цифрового преобразователя, аналого-цифровой преобразователь, контроллер ввода/вывода и выходные каскады, при этом регистры общего назначения, контроллер аналого-цифрового преобразователя, контроллер ввода/вывода соединены с системной интерфейсной магистралью и между собой, контроллер аналого-цифрового преобразователя соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, вход которого подключен к шине ввода и вывода, контроллер ввода/вывода соединен с выходными каскадами, выходы которых подключены к шине ввода и вывода.
В общем случае блок контроля и управления может быть выполнен по другой схеме.
В предлагаемом устройстве панель управления выполнена в частном случае в виде сенсорного монитора.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами, на которых приведены:
на фиг. 1 - функциональная схема устройства для проверки функционирования и диагностирования корабельной системы управления;
на фиг. 2 - функциональная схема внутреннего источника электропитания.
На фиг. 1, 2 обозначены:
1 - процессорный модуль;
2 - системная интерфейсная магистраль (СИМ);
3 - устройство сопряжения с резервированным мультиплексным каналом;
4 - панель управления;
5 - блок ввода данных;
6 - блок индикации;
7 - устройство коммутации (УК);
8 - первое устройство дискретного ввода;
9 - второе устройство дискретного ввода;
10 - первое устройство дискретного вывода;
11 - второе устройство дискретного вывода;
12 - устройство проверки линии связи (УПЛС);
13 - внутренний источник электропитания;
14 - управляемый источник электропитания;
15 - ФГРН;
16 - преобразователь напряжения;
17- фильтр защиты от помех;
18 - блок контроля и управления;
1
N
19…19 - коммутируемые источники электропитания;
1
N
20…20 - ключи цепи напряжения положительной полярности;
1
N
21…21 - ключи цепи напряжения отрицательной полярности;
1
N
22…22 - датчики тока;
23 - регистры общего назначения;
24 - контроллер аналого-цифрового преобразователя (контроллер АЦП);
25 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);
26 - контроллер ввода/вывода;
27 - выходные каскады;
28 - шина ввода и вывода;
29 - шина электропитания.
В предлагаемом устройстве для проверки функционирования и диагностирования системы управления (см. фиг. 1):
процессорный блок модуль 1 выполнен в виде процессора, оперативного запоминающего устройство, видеоконтроллера, долговременного запоминающего устройства, звукового контроллера, сетевого интерфейса 10/100 Base-T, разъемов ISA, PCI 32, интерфейсов USB, RS-232, LPT, PS/2 и источника питания (на чертеже не показаны) и предназначен для управления работой устройства, обеспечения информационного обмена с приборами проверяемой корабельной системы управления;
СИМ 2 выполнена в виде магистрали ISA;
устройство 3 сопряжения с резервированным мультиплексным каналом выполнено по ГОСТ 26765.52-87 (MIL-STD-1553В) и обеспечивает обмен данными по двум мультиплексным каналам информационного обмена (основному и резервному);
панель 4 управления выполнена в виде сенсорного монитора типа БТ-12-рез-ЕМ, который обеспечивает выполнение функций блока 5 ввода данных и блока 6 индикации;
УК 7 обеспечивает соединение составных частей предлагаемого устройства и возможность подключения устройства к проверяемой системе управления с помощью разъемов;
устройства 8 и 9 дискретного ввода имеют гальваническую развязку и обеспечивают ввод поступающих по отдельным линиям связи дискретных сигналов;
устройства 10 и 11 дискретного вывода имеют гальваническую развязку и обеспечивают вывод поступающих по отдельным линиям связи дискретных сигналов;
УТТЛС 12 предназначено для проверки всех компонентов корабельной системы управления, связанных с обменом аналоговой и кодовой информацией, включая линии связи внутри системы управления; в общем случае УПЛС может отсутствовать в предлагаемом устройстве;
внутренний источник 13 электропитания обеспечивает возможность изменения напряжений электропитания, используемого для подачи на проверяемую корабельную систему управления.
Процессорный модуль 1 соединен посредством СИМ 2 с устройством 3 сопряжения с резервированным мультиплексным каналом, входы-выходы устройств 8, 9 дискретного ввода и устройств 10, 11 дискретного вывода соединены посредством СИМ 2 с соответствующими входами-выходами процессорного модуля 1.
В предлагаемом устройстве для проверки функционирования и диагностирования системы управления внутренний источник 13 электропитания содержит (см. фиг. 2):
управляемый источник 14 электропитания, выполненный в виде модуля питания типа KPT80A-220S27-RCL;
1
N
ФГРН 15, в состав которого входят N коммутируемых источников 19…19 электропитания;
преобразователь 16, преобразующий напряжение +27 В в напряжение +5 В, выполненный в виде импульсного понижающего преобразователя постоянного напряжения;
фильтр 17 защиты от помех, который состоит из дросселя, конденсаторов и согласующего трансформатора;
блок 18 контроля и управления.
Преобразователь 16 и фильтр 17 защиты от помех включены последовательно.
1
N
1
1
Первый из N коммутируемых источников 19…19 электропитания содержит ключ 201 цепи напряжения положительной полярности (+27 В), ключ 21 цепи напряжения отрицательной полярности (-27 В) и датчик 22 тока, включенные в цепь цепи напряжения положительной полярности.
1
N
1
N
По аналогичным схемам выполнен каждый из N коммутируемых источников 19…19, входящих в состав ФГРН 15. Количество N коммутируемых источников 19…19 определяет количеством контролируемых цепей питания в проверяемой корабельной системе управления и может составлять 2 и более.
1
N
1
N
1
N
1
N
Вход преобразователя 16 напряжения посредством шины 29 электропитания подключен к выходу управляемого источника 14 электропитания. Выход фильтра 17 защиты от помех подключен к цепям электропитания датчиков 22…22 тока. Входы коммутируемых источников 19…19 электропитания образуют входы ФГРН 15 и посредством шины 29 электропитания подключены к выходу управляемого источника 14 электропитания. Выходы коммутируемых источников 19…19 электропитания образуют выходы ФГРН 15 и подключены к УК 7 посредством шины 28 ввода и вывода. Управляющие входы управляемого источника 14 электропитания и выходы датчиков 22…22 тока подключены к блоку 18 контроля и управления посредством шины 28 ввода и вывода.
Входы-выходы УК 7 являются входами-выходами для подключения предлагаемого устройства к корабельной системе управления
Блок 18 контроля и управления выполнен, в частности, на печатной плате и содержит (см. фиг. 2) регистры 23 общего назначения, контроллер 24 АЦП, АЦП 25, контроллер 26 ввода/вывода, выходные каскады 27.
При этом регистры 23 общего назначения, контроллер 24 АЦП, контроллер 26 ввода/вывода соединены с СИМ 2 и между собой, контроллер 24 АЦП соединен с выходом АЦП 25, вход которого подключен к шине 28 ввода и вывода, контроллер 26 ввода/вывода соединен с выходными каскадами 27, выходы которых подключены к шине 28 ввода и вывода.
В состав блока 18 контроля и управления входят стандартные общеизвестные элементы. Блок 18 может быть выполнен в виде модуля PC104-DD64.
В общем случае блок 18 контроля и управления может быть выполнен и по другим схемам.
Предлагаемое устройство предназначено для проверки функционирования и диагностирования приборов корабельных систем управления вооружением при проведении приемо-сдаточных, периодических и типовых испытаниях подобных систем и обеспечивает:
- проверку функционирования и диагностирования приборов корабельных систем управления при проведении приемо-сдаточных, периодических и типовых испытаниях, включая проверку систем при изменении питающих напряжений;
- обмен по одному каналу в соответствии с интерфейсом IEEE 802.3 10/100 BASE-TX (Ethernet);
- обмен по двум каналам в соответствии с интерфейсом MIL-STD-1553B;
- прием и выдачу дискретных и релейных сигналов;
- самоконтроль;
- отображение результатов проверки на экране монитора. Предлагаемое устройство для проверки функционирования и диагностирования корабельной системы управления работает следующим образом.
При проведении приемо-сдаточных, периодических и типовых испытаний на панели 4 управления устанавливают режимы самоконтроля или проверки функционирования приборов, входящих в корабельную систему управления.
Режим самоконтроля устройства обеспечивают программами, установленными в процессорном модуле 1, в этом режиме без изменений конфигурации устройства, но с изменением связей с отрабатываемой корабельной системой управления проверяют:
- панель 4 управления путем ввода символов и их контроля на экране монитора;
- первое и второе устройства 8 и 9 дискретного ввода данных и первое и второе устройства 10 и 11 дискретного вывода данных путем формирования в процессорном модуле 1 последовательности двоичных сигналов и поочередной записи их в устройства 10 и 11 и чтения их из устройств 8 и 9, а также сравнения сформированных и полученных данных, при этом передачу сигналов осуществляют посредством СИМ 2;
- устройство 3 сопряжения с резервированным мультиплексным каналом путем формирования в процессорном блоке 1 последовательности двоичных кодов, вывода их в устройство 3, чтения и сравнения сформированных и полученных данных.
Результаты самоконтроля (опроса) составных частей устройства отображаются на экране блока 6 индикации в виде строки состояния с текстом неисправных компонентов, при наличии таковых.
В режиме проверки функционирования приборов проверяемой корабельной системы управления к УК 7 подключают упомянутые приборы, затем на экране панели 4 выбирают и контролируют режим проверки соответствующего прибора, поочередно запускают пусковые и автоматические тесты. Результаты тестирования отображаются на экране блока 6 индикации в виде диаграмм с выделением неисправных компонентов, при наличии таковых. При этом в режиме пусковых тестов выбирают посредством блока 6 и контролируют тестирование отдельного прибора, а в режиме автоматических тестов проверяют все приборы поочередно.
При помощи УПЛС 12 проверяют линии связи всех приборов корабельной системы управления, связанных с обменом аналоговой и кодовой информацией с изделием, включая линии связи, как внутри системы управления, так и между системой управления, при этом УПЛС 12 получает от отрабатываемого прибора команды, проходящие по релейным и кодовым каналам обмена и по определенному алгоритму возвращает ответные сигналы в прибор.
В программу проверки функционирования корабельной системы управления входят также тесты проверки готовности времени отдельного прибора, гарантирующие приведение прибора в рабочее состояние за определенное количество времени с момента включения питания, а также тесты на функционирование приборов при повышенном и пониженном значении напряжения электропитания.
При проверке функционирования корабельной системы управления при изменении питающего напряжения оператор на панели 4 управления устанавливает требуемую величину напряжения. Информация об изменении напряжения поступает через процессорный блок 1 по шине 2 данных в блок 18 контроля и управления. В блоке 18 контроля и управления сигнал проходит через регистр 23 общего назначения, контроллер 26 ввода/вывода на выходные каскады 27. С выходных каскадов 27 сигнал по шине 28 линий ввода и вывода поступает на источник 14 электропитания, в котором внутреннее реле переключает величину напряжения на его выходе.
1
N
1
N
Напряжение с источника 14 электропитания одновременно поступает на преобразователь 16 напряжения и ключи 20…20 цепи напряжения положительной полярности и ключи 21…21 цепи напряжения отрицательной полярности ФГРН 15.
1
N
Пониженное до 5 В напряжение из преобразователя 16 поступает на фильтр 17 защиты от помех. Далее напряжение подается на датчики 22…22 тока.
1
N
1
N
1
N
1
N
Ключи 20…20 и 21…21 ФГРН 15 образуют N гальванически развязанных источников 19…19 электропитания, в которых датчики 22]...22N тока контролируют силу тока, протекающего в каждой отдельной цепи. Сигнал с выхода датчиков 22…22 тока подается на АЦП 25 через шину 28 ввода и вывода. Сигнал с АЦП 25 после преобразования в контроллере 24 АЦП поступает по шине 2 данных ISA на процессный модуль 1. Из процессорного модуля 1 после обработки сигнал подается на индикатор панели 4 управления. По показаниям индикатора панели 4 управления осуществляют проверку функционирования и диагностирования корабельной системы управления при изменении питающих напряжений.
Таким образом, в результате использования предлагаемой полезной модели достигается технический результат, заключающийся в расширении функциональных возможностей устройства путем обеспечения возможности проверки функционирования и диагностирования корабельной системы управления при изменении питающих напряжений.
Предлагаемое устройство выполнено в виде конструктивно законченного устройства и может быть изготовлено согласно приведенным описанию и схеме на основе известных комплектующих изделий и технологического оборудования, используемым в приборостроении и применен для проверки функционирования и диагностирования корабельной систем, в частности, систем управления вооружением корабля, что и подтверждает промышленную применимость заявляемой полезной модели.