ОДНОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО СОПРЯЖЕНИЯ КОРАБЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ С ОБЪЕКТОМ УПРАВЛЕНИЯ

Данная полезная модель относится к средствам вычислительной техники, является составной частью системы управления и предназначена для сопряжения системы с управляемым объектом, выполняя цифровые и аналоговые методы обработки, преобразования, контроля и выработки управляющих команд на исполнительные механизмы.
Известны вычислительные устройства и системы различного назначения, предназначенные для передачи информации между компонентами распределенных вычислительных систем, например, многопроцессорная корабельная система обработки данных [1], содержащая микропроцессоры, устройство обмена информацией, блоки ввода-вывода, внешние запоминающие устройства, первую и вторую интерфейсные магистрали обмена, адаптер межмагистрального обмена, пульт управления, блоки ввода данных от корабельных источников информации, при этом к первой магистрали, через устройство обмена информацией, подключены микропроцессоры, вторые входы-выходы образуют группу выходов системы на исполнительные механизмы объекта управления.
Система-аналог имеет недостаточную надежность в случае отказа отдельных элементов, например, адаптера межмагистрального обмена. Кроме того, отсутствие тестового контроля и контроля правильности функционирования входящих в ее состав блоков и устройств затрудняет оперативный поиск и устранение возможных неисправностей в системе.
Наиболее близким по технической сущности и решаемым задачам к заявляемой полезной модели является система автоматизированного управления оружием [2], в которой функцию устройства сопряжения системы с объектом управления выполняют: модуль процессорной платы, модуль обмена релейными сигналами с бортовой системой управления оружием (БСУО), модуль цифрового обмена с БСУО, соединенные через внешнюю информационную шину с устройством подключения к бортовой системе управления оружием.
К недостаткам данной системы следует отнести отсутствие возможности управления объектами, обмен информацией с которыми осуществляется по последовательному интерфейсу ARINC-249, кроме того, в составе системы отсутствуют средства имитации объекта управления, что усложняет отладку программного обеспечения, ограничивает возможности тестовых проверок собственной аппаратуры и тренировки обслуживающего персонала. Это приводит к снижению коэффициента готовности системы.
Задачей полезной модели, имеющей модульную аппаратно-программную структуру, является создание одноканального устройства сопряжения, включающего универсальный контур сопряжения с объектом управления, а также контур имитации объекта управления.
Указанная техническая задача решается за счет того, что в устройство сопряжения корабельной системы управления с объектом управления, содержащее контур сопряжения в составе модуля вычислителя, модуля-контроллера мультиплексного канала, модуля релейного обмена, соединенных внутренней магистралью, введен контур имитации объекта управления, содержащий: модуль вычислитель, модуль-контроллер мультиплексного канала, модуль релейного обмена, модуль имитации объекта управления, при этом модуль редейного обмена, модуль вычислитель и модуль-контроллер мультиплексного канала контура имитации подключены двухсторонними связями к внутренней магистрали контура имитации, первый и второй внешние сетевые выходы модуля-вычислителя контура имитации соединены с первой и второй внешними радиальными информационными вычислительными сетями, а в состав контура сопряжения дополнительно введены: второй модуль релейного обмена, два модуля-коммутатора цепей, модуль-контроллер кодового обмена, модуль-коммутатор силового питания, источник питания, при этом, второй модуль релейного обмена, модуль-контроллер кодового обмена и модуль-коммутатор силового питания контура сопряжения подключены двухсторонними связями к внутренней магистрали контура сопряжения, внешние входы-выходы модуля-контроллера мультиплексного канала и первого модуля релейного обмена контура сопряжения двухсторонними связями подключены соответственно к группе входов - кодового мультиплексного и релейного обмена первого модуля-коммутатора цепей, внешние входы-выходы модуля-контроллера кодового обмена и второго модуля релейного обмена контура сопряжения двухсторонними связями подключены соответственно к группе входов кодового и релейного обмена второго модуля-коммутатора цепей, первая группа внешних входов-выходов обеих коммутаторов цепей подключена к объекту управления через общую шину, вторая группа входов-выходов кодового мультиплексного и релейного обмена первого модуля-коммутатора цепей контура сопряжения двухсторонними связями подключена соответственно к внешним входам-выходам модуля-контроллера мультиплексного канала и модуля релейного обмена контура имитации, вторая группа входов-выходов кодового и релейного обмена второго модуля-коммутатора контура сопряжения двухсторонними связями подключена соответственно к группам входов-выходов релейного и кодового обмена модуля имитации объекта управления контура имитации, модуль-коммутатор силового питания первой группой внешних выходов соединен с объектом управления через общую шину, второй группой выходов - со входами силового питания модуля релейного обмена и модуля имитации объекта управления контура имитации, а входом - с источником питания, первый и второй входы которого соответственно соединены с основной и резервной сетями электропитания, первый и второй внешние выходы модуля-вычислителя контура сопряжения соединены с первой и второй внешними радиальными информационными вычислительными сетями.
Введение контура имитации объекта управления, а также вышеуказанных модулей и связей позволило создать структуру устройства сопряжения, обладающего широкими функциональными возможностями и высоким уровнем надежности. Использование контура имитации для имитации работы ОУ в режиме отладочных работ и тестовых проверок исключило традиционные приборы-имитаторы, входящие в состав системы управления.
Сущность полезней модели поясняется чертежом, на котором изображена структурная схема одноканального устройства сопряжения.
На чертеже обозначены:
1 - контур сопряжения (КС);
2 - контур имитации (КИ);
3 - первый модуль-коммутатор цепей (МКЦ1);
4, 5 - первый и второй модули релейного обмена (МРО1 и МРО2);
6 - второй модуль-коммутатор цепей (МКЦ2);
7 - модуль-контроллер мультиплексного канала (КМК1)
8 - модуль контроллер кодового обмена;
9 - модуль-коммутатор силового питания (МКСП);
10 - модуль вычислитель (МВ1);
11 - источник питания (ИП);
12 - модуль релейного обмена контура имитации (МРО3);
13 - модуль-контроллер мультиплексного канала контура имитации (КМК2);
14 - модуль имитации объекта управления (МИ);
15 - модуль вычислитель контура имитации (МВ2);
16 - внутренняя магистраль контура сопряжения;
17 - внутренняя магистраль контура имитации;
Согласно чертежа в контуре КС 1 первая группа внешних входов-выходов первого модуля коммутации МКЦ1 1 объединена с первой группой внешних входов-выходов второго модуля коммутации МКЦ2 6 и подключена к внешней шине устройства сопряжения, соединяющей устройство с объектом управления, вторая группа внешних входов-выходов первого модуля коммутации МКЦ1 1 двунаправленными связями соединена со входами модулей МРО3 12 и КМК2 13 контура КИ 2, входы релейного и кодового мультиплексного обмена модуля МКЦ1 1 соответственно соединены с первыми выходами модулей МРО1 4 и КМК1 7, магистральные входы модулей MPO1 4, МРО2 5, КМК1 7, МКО 8, МКСП 9 и МВ1 10 объединены между собой через внутреннюю магистраль 16, вторая группа внешних входов-выходов второго модуля коммутации МКЦ2 6 двунаправленными связями соединена со входами модуля МИ 14 контура КИ 2, входы релейного и кодового обмена модуля МКЦ2 6 соответственно соединены с первыми выходами модулей МРО2 5 и МКО 8, вход электропитания модуля МКСП 9 соединен с выходом источника ИП 11, первый внешний выход модуля МКСП 9 подключен к внешней шине устройства сопряжения, второй и третий внешние выходы модуля МКСП 9 соединены соответственно со входами питания модулей МРО3 12 и МИ 14 контура КИ 2, первый и второй сетевые входы модуля МВ1 10 подключены к первой (ВРИС1) и второй (ВРИС2) внешним радиальным информационным вычислительным сетям, первый и второй входы ИП 11 являются входами электропитания устройства и подключены к первой и второй сетям электропитания соответственно, в контуре КИ 2 магистральные входы модулей МРО3 12, КМК2 13 и МВ2 15 объединены между собой через локальную магистраль 17, первый и второй сетевые входы модуля МВ2 15 подключены к первой (ВРИС1) и второй (ВРИСС2) внешним радиальным информационным вычислительным сетям.
Указанные на чертеже модули имеют следующее функциональное назначение:
- Первый модуль-коммутатор цепей 3 обеспечивает транзит релейных и кодовых мультиплексных данных к ОУ или имитатору (КИ), а также контроль состояния ОУ и ряда его параметров. Модуль многофункционален и выполняет ряд операций таких, как подключение цепей связи к ОУ или имитатору, коммутацию релейных и кодовых сигналов, контроль питания ОУ, контроль автономного питания ОУ, контроль сопротивления изоляции.
- Первый модуль релейного обмена 4 обеспечивает сопряжение канала релейного обмена ОУ с шиной ISA контура сопряжения устройства, при этом выполняет непрерывный контроль, входных параметров, обеспечивает выдачу и прием релейных сигналов от ОУ, либо от КИ, выработку сигнала прерывания в случае аварийной ситуации. Функциональное ядро модуля реализовано с использованием программируемой логической интегральной микросхемы ПЛИС M4A3-256/128-10V1 CMU208Pin фирмы LATTICE США.
- Второй модуль релейного обмена 5 обеспечивает сопряжение канала релейного обмена ОУ разных типов с шиной ISA устройства, при этом выполняет непрерывный контроль, входных параметров, обеспечивает выдачу и прием релейных сигналов от ОУ, либо от КИ, выработку сигнала прерывания в случае аварийной ситуации. В зависимости от типа ОУ блок непрерывного контроля модуля может быть программно настроен на разные амплитудные и частотные величины контролируемых параметров. Функциональное ядро модуля реализовано с использованием программируемой логической интегральной микросхемы ПЛИС М4А3-256/128-10V1 CMU208Pin фирмы LATTICE США.
- Второй модуль-коммутатор цепей 6 обеспечивает транзит релейных и кодовых данных (согласно интерфейсу ARINC-249) к ОУ или имитатору (КИ), а также контроль состояния ОУ и ряда его параметров. Модуль многофункционален и выполняет ряд операций таких, как подключение цепей связи к ОУ или имитатору, коммутацию релейных и кодовых сигналов, контроль питания ОУ, контроль автономного питания ОУ, контроль сопротивления изоляции.
- Первый модуль-контроллер мультиплексного канала 7 обеспечивает сопряжение управляющего вычислителя с объектом управления (ОУ) в качестве терминала последовательной шины данных. Модуль имеет встроенные средства самотестирования, что обеспечивает контроль работоспособности, как в процессе реальной работы, так и вне рабочего режима.
- Модуль-контроллер кодового обмена 8 представляет собой адаптер последовательного канала обмена (согласно интерфейсу ARTNC-249). Он позволяет передавать в бортовой компьютер управления (БКУ) объекта управления массивы информации и принимать слово неисправности от БКУ. Модуль построен на базе однокристальной микроЭВМ АТ89С51 (ф. Atmel).
- Модуль 9 является коммутатором силовых и слаботочных релейных сигналов. Модуль программно управляем непосредственно с шины ISA и обеспечивает подачу силового питания на ОУ, осуществляет контроль выдаваемых релейных сигналов, формирует слаботочные релейные сигналы для имитатора ОУ, осуществляет защиту от перегрузки сильноточных рабочих цепей при выдаче сигналов в ОУ.
- Первый и второй модули вычислители (10 и 15) аналогичны и представляют собой микро-ЭВМ со встроенными стандартными адаптерами ввода-вывода, формирующими внешнюю шину ISA, шину PCI, и двумя адаптерами локальной вычислительной сети Ethernet. Модуль имеет ресурс для подключения к аппаратным средствам (монитор, клавиатура, НГМД, НЖМД, манипулятор «мышь»).
- Источник питания 11 представляет собой стандартный источник вторичного электропитания с постоянным напряжением на выходе 27 вольт.
- Модуль релейного обмена контура имитации 12 аналогичен модулю 4 и используется для имитации канала релейного обмена ОУ.
- Модуль-контроллер мультиплексного канала 13 аналогичен модулю 7 и осуществляет имитацию канала кодового мультиплексного обмена ОУ.
- Модуль имитации ОУ 14 является универсальным модулем, осуществляющим имитацию релейного и кодового обмена (согласно интерфейсу ARINC-249) для различных ОУ. Модуль построен на базе однокристальной микроЭВМ AT89C51 (ф. Atmel). Для реализации оборудования имитации ОУ в модуле 14 используется
также программируемая логическая интегральная микросхема ПЛИС М4А3-256/128-10V1 CMU208Pin фирмы LATTICE США.
Устройство предназначено для взаимодействия системы управления с объектом управления и представляет собой микропроцессорную систему, имеющую в составе контуров сопряжения и имитации локальные магистрали с подключенными к ним модулями, которые обеспечивают решение следующих задач:
- организацию выполнения различных режимов работы системы с объектом управления (практические работы, регламентные);
- организацию информационного обмена с приборами системы по сети Ethernet (внешней радиальной информационной сети;
- подключение цепей связи системы к цепям связи объекта управления;
- выработку рабочего напряжения;
- контроль сопротивления изоляции и рабочего напряжения на шинах объекта управления;
- управление кодовым (ARINC-249), кодовым мультиплексным и релейным обменом в процессе выполнения рабочих режимов;
- непрерывный контроль рабочих параметров и состояния исполнительных механизмов и исключение из работы неисправного объекта управления;
- использование контура имитации в качестве имитатора ОУ позволяет автономно проверить прибор во всех режимах взаимодействия с объектом управления.
Предлагаемое устройство сопряжения работает в составе универсальной корабельной системы управления следующим образом.
Включение устройства осуществляется с пульта системы управления. После включения питания устройства модулями-вычислителями(микро ЭВМ) 10 и 15 соответственно осуществляется оперативное тестирование аппаратуры контуров 1 и 2 и, в случае ее исправности, формируется сообщение системе управления о готовности устройства к работе.
Взаимодействие контуров устройства с системой управления осуществляется по основной (ВРИС1) или резервной (ВРИС2) внешней радиальной информационной вычислительной сети.
Устройство работает в следующих режимах:
- «Ввод данных»;
- «Практический»;
- «Регламентный»;
Режим работы задается устройству с пульта системы управления.
Работу контура сопряжении устройства КС 1 определяет модуль (микро ЭВМ) МВ1 10, программа которого загружается с центрального вычислителя системы управления через основную (ВРИС 1) или резервную (ВРИС 2) внешнюю радиальную информационную вычислительную сеть.
Работа КС 1 организована с использованием внутренней интерфейсной магистрали 16, через которую микро ЭВМ (МВ1 10) взаимодействует:
- с объектом управления первого типа:
по каналу разовых релейных команд через МРО1 4 и МКЦ1 3,
по кодовому мультиплексному информационному каналу через контроллер КМК1 7 и МКЦ1 3,
- с объектом управления второго типа:
по каналу разовых релейных команд через МРО2 5 и МКЦ2 6,
по кодовому информационному каналу через контроллер МКО 8 и МКЦ2 6.
Подача силового питания на ОУ (первого и второго типов) осуществляется с ИП 11 через модуль МКСП 9 который управляется микро ЭВМ (МВ1 10) через магистраль 16.
Работа контура имитации КИ 2 (при имитации ОУ первого типа) определяется модулем (микро ЭВМ) МВ2 15, программа которого загружается с центрального вычислителя системы управления через основную (ВРИС 1) или резервную (ВРИС 2) внешнюю радиальную информационную вычислительную сеть.
Работа КИ 2 (при имитации ОУ первого типа) организована с использованием внутренней интерфейсной магистрали 17, через которую микро ЭВМ (МВ2 15) взаимодействует с второй группой входов-выходов коммутатора МКЦ1 контура КС 1 устройства:
- по каналу разовых релейных команд через МРО3 12,
- по кодовому мультиплексному информационному каналу через контроллер КМК2 13,
Работа контура имитации КИ 2 (при имитации ОУ второго типа) определяется модулем МИ 14. Модуль МИ 14 является автономным модулем, управляемым микроконтроллером. Информация о составе, комплектации имитируемого ОУ, а также (в случае необходимости), о характере вносимых неисправностей в работе ОУ предварительно загружается в ОЗУ модуля 14 через модули МКО 8 и МКЦ2 6 контура КС 1.
При работе МИ 14 в режиме имитации микроконтроллер, через внутреннюю магистраль модуля управляет обменом релейными и кодовыми сигналами с модулями МРО 5 и МКО 8 контура КС 1 соответственно. Сигналы проходят через коммутатор МКЦ2 6 контура КС 1.
В режиме «Ввод данных»:
- задается тип ОУ, предназначенного для работы;
- определяется комплектация и состояние ОУ, назначенного в работу;
- в зависимости от типа ОУ, по внешней радиальной информационной сети из управляющей системы в МВ1 контура сопряжения считываются задания для ОУ;
В режиме «Регламентный»:
- снимается блокировка цепей связи с участвующим в режиме ОУ;
- выполняется временная диаграмма проверки и подготовки ОУ, а именно: на борт ОУ выдаются задания (по мультиплексному или кодовому каналам, в зависимости от типа ОУ), выдаются разовые команды, ведется контроль их выполнения, непрерывно ведется контроль аналоговых параметров ОУ;
Заканчивается режим принятием от ОУ, назначенного в работу сообщения «Изделие исправно».
В режиме «Практический»:
- выполняются все операции режима «Регламентный»;
- проводится заключительный цикл использования ОУ;
- блокируются цепи связи с ОУ.
Источники информации:
1. Описания изобретения к патенту РФ №2139566, кл. МПК G06F 15/16, 04.09.1997 г.
2. Патент РФ №56673, кл. МПК G06F 15/00, 11.05.2006 г.