Устройство проверки состояния объекта контроля в процессе информационного обмена между объектом контроля и контрольно-проверочной аппаратурой
DEVICE FOR CHECKING THE STATE OF THE MONITORING OBJECT DURING INFORMATION EXCHANGE BETWEEN THE MONITORING OBJECT AND THE CONTROL AND CHECKING EQUIPMENT

Изобретение относится к области авиационной техники, в частности к устройствам контроля и проверки состояния электронных узлов и электрических цепей авиационной техники, а именно к переносным устройствам для контроля за состоянием авиационной техники в процессе информационного обмена между авиационной техникой и стационарной контрольно-проверочной аппаратурой.
Из уровня техники известны и широко применяется контрольно-проверочная аппаратура (далее - КПА) для контроля различных параметров объектов контроля (далее - ОК), основанная на проверке и регистрации неисправности в основном электрических цепей, фактов нарушения сопротивления изоляции и других. Аппаратура содержит блок задания тестовых электрических импульсов и индикатор прохождения команд, соединенных через устройство обработки и анализа данных с блоком отображения результатов испытания (Коробов А.И. и др. Испытания радиоэлектронной, электронно-вычислительной аппаратуры. М., «Радио и связь» 1987, с. 237). В данной КПА выходной параметр объекта регулирования воспринимается датчиком и преобразуется в электрический сигнал, например унифицированный сигнал 0-5 мА или 0-10 В постоянного тока, который подается в блоки сравнения и измерения, где он сравнивается с сигналом, поступающим от наборного поля установок. В случае выхода параметра режима за установленные пределы выдается команда на автоматический регистратор, фиксирующий время нарушения режима, номер контрольной точки, на которой нарушение произошло. Система позволяет фиксировать параметры 100 контрольных точек с периодом от 10 мин до 8 ч и выводить их на табло. Для дальнейшей обработки данные могут быть выведены на ЭВМ. Данная КПА, в сравнении с предложенным устройством, основана на ином принципе действия - прием данных от одного датчика в дублирующем режиме и регистрация этих данных, но без сравнения данных в быстропротекающих процессах в реальном времени.
Известна автоматизированная КПА (патент РФ на изобретение №2250565, МПК G05B 23/02, Н04В 3/46, 2003 г.), содержащая ПЭВМ, коммутатор каналов, блок контроля цепей, блок управления, многоканальный блок сравнения, виртуальный эталон, коммутатор, формирователь выходных сигналов, мультиплексор, блок нормализации, состоящий из измерителя напряжения и измерителя цепи. Недостатками автоматизированной КПА является отсутствие возможности синхронизации данных, полученных в результате измерений и регистрации быстро протекающих процессов устройств управления КПА. Автоматизированная КПА дает общую оценку результатов контроля вида «годен/не годен», которой недостаточно для определения причины негодности контролируемого изделия.
Известен способ сбора данных о выбросах с меткой времени для устройств управления процессом (патент РФ на изобретение №2637049, МПК F02D 13/00, G06B 23/00, 2013 г.), реализуемый в системе мониторинга устройства управления процессом, включающий измерение рабочих состояний устройства и передачу метки времени данных мониторинга. Система мониторинга клапана содержит процессор, энергонезависимый накопитель памяти и интерфейс связи для передачи данных от системы мониторинга клапана. Система мониторинга передает сообщения с помощью заданного формата данных, который может содержать заголовок (адрес назначения и источник), поле данных (информация о получении системой всех блоков данных), поле данных с меткой времени (указание времени, когда блоком данных были получены/отправлены данные). Недостатком способа является приведение данных к сплошному информационному потоку, обусловленному стандартом локальной сети, который не позволяет получать структурированного набора маркеров для характеристики полученных данных: номера канала и временного интервала, в котором получены данные.
Известно устройство для регистрации и обработки информации при проверке ракеты (патент РФ на изобретение №2425418, МПК G06F 17/40, G05B 15/00, F42B 15/00, 2009 г.), выбранное за прототип, позволяющее осуществить глубокий оперативный контроль хода и результатов проверки изделия на КПА, которое содержит корпус, разъем ввода-вывода, разъем для внешнего записывающего устройства, установленные на корпусе, а также установленные в корпусе модуль ввода-вывода, модуль подготовки исходных данных, модуль аппаратного таймера, модуль отображения информации, модуль текстового редактора, модуль файлового менеджера, по крайней мере, один канал, содержащий модуль регистрации данных канала, модуль хранения данных канала, модуль первичной обработки данных канала, модуль вторичной обработки данных канала. В модуле первичной обработки данные канала преобразуют в физические величины, а также в двоичные, восьмеричные и шестнадцатеричные коды. В модуле вторичной обработки данные канала из физических величин пересчитываются в величины, удобные для последующего анализа. Недостатком устройства является преобразование данных канала в модуле вторичной обработки, что искажает первоначально полученную структурированную информацию.
Технической проблемой, на решение которой направлено предложенное устройство, является отсутствие контроля за корректностью информации о состоянии (исправен/неисправен) объекта контроля, получаемой с помощью стационарной контрольно-проверочной аппаратуры в процессе информационного обмена между ней и объектом контроля.
Достигаемым техническим результатом от использования предложенного устройства является повышение точности и объективности определения состояния (исправен/неисправен) объекта контроля в процессе его информационного обмена со стационарной контрольно-проверочной аппаратурой за счет возможности подключения предлагаемого устройства в информационный канал, идущий от объекта контроля к стационарной контрольно-проверочной аппаратуре, и получения детально структурированной и синхронизированной в реальном времени информации о состоянии объекта контроля с возможностью последующего проведения сравнительного анализа этой информации с информацией, полученной с помощью стационарной контрольно-проверочной аппаратуры.
Указанная выше техническая проблема решается путем использования устройства проверки состояния объекта контроля в процессе информационного обмена между объектом контроля и стационарной контрольно-проверочной аппаратурой, содержащего корпус и размещенную в нем электронную схему с входным разъемом и предназначенным для соединения с внешним считывающим устройством выходным разъемом, причем электронная схема выполнена в виде электрически связанных определенным образом блока нормализации цифровых сигналов, блока нормализации аналоговых сигналов, блока регистрации байт-мультиплексного кода, блока регистрации двоичного последовательного кода, блока гальванической развязки, блока записи аналоговых сигналов, состоящего из последовательно связанных между собой мультиплексора, повторителя и аналого-цифрового преобразователя, блока структуризации данных обмена, блока буферной памяти и микроконтроллера, управляющий вход которого связан с выходным разъемом, а управляющий выход - с управляющим входом блока структуризации данных обмена управляющие выходы которого в свою очередь связаны с соответствующими управляющими входами блока буферной памяти, аналого-цифрового преобразователя и мультиплексора, при этом информационные входы блоков нормализации цифровых сигналов, нормализации аналоговых сигналов, регистрации байт-мультиплексного кода и регистрации двоичного последовательного кода связаны с разъемом входа, предназначенным для соединения с каналом передачи информации от объекта контроля к стационарной контрольно-проверочной аппаратуре, а информационные выходы блоков нормализации цифровых сигналов и нормализации аналоговых сигналов связаны с соответствующими информационными входами блока гальванической развязки и мультиплексора, при этом информационные входы блока структуризации данных обмена связаны с соответствующими информационными выходами блоков гальванической развязки, регистрации байт-мультиплексного кода, регистрации двоичного последовательного кода, буферной памяти и аналого-цифрового преобразователя, а его информационные выходы - с соответствующими информационными входами блока буферной памяти и микроконтроллера, информационный выход которого связан с выходным разъемом, выполненным в виде USB-разъема.
Предложенное устройство проверки состояния ОК в процессе информационного обмена между ОК и стационарной КПА поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 представлен общий вид устройства проверки состояния ОК; на фиг. 2 показана принципиальная блок-схема устройства проверки состояния ОК.
Устройство проверки состояния ОК в процессе информационного обмена между ОК и стационарной КПА состоит из корпуса с размещенной в корпусе электронной схемой. Устройство комплектуется двумя соединительными кабелями, один из которых обеспечивает соединение устройства с внешним считывающим устройством и питание устройства, а другой - с каналом передачи информации от ОК к стационарной КПА. Электронная схема устройства выполнена в виде электрически связанных определенным образом блока нормализации цифровых сигналов 1, блока гальванической развязки 2, блока нормализации аналоговых сигналов 3, блока записи аналоговых сигналов 4, содержащего мультиплексор 5 аналоговых сигналов, повторитель 6 и аналого-цифровой преобразователь (далее - АЦП) 7, блока регистрации байт-мультиплексного кода (далее - БМК) 8, блока регистрации двоичного последовательного кода (далее - ДПК) 9, блока структуризации данных обмена 10, блока преобразователя напряжений 11, блока буферной памяти 12, микроконтроллера 13, выходного USB-разъема 14 для подключения внешнего считывающего устройства, например, переносного компьютера (далее - ПК) 15 и входного разъема 16 для подключения при помощи специального кабеля к каналу передачи информации от ОК к стационарной КПА.
Устройство проверки состояния ОК в процессе информационного обмена между ОК и стационарной КПА работает следующим образом:
Информационный поток, исходящий от стационарной КПА в направлении к ОК, содержит в себе сигналы-стимулы проверки состояния определенных электронных узлов, блоков и цепей, конструктивно входящих в состав ОК. От электронных узлов, блоков и цепей, входящих в ОК, поступает ответный информационный поток аналоговых и цифровых сигналов, байт-мультиплексного кода, двоичного последовательного кода в направлении к стационарной КПА. Этот информационный поток несет информацию о текущем состоянии электронных узлов, блоков и цепей ОК. К информационному потоку, идущему от ОК к стационарной КПА, заявляемое устройство подключается с помощью специального соединительного кабеля через входной разъем 16. Через выходной USB-разъем 14 к заявляемому устройству при помощи второго соединительного кабеля подключается внешнее считывающее устройство, в роли которого выступает ПК 15.
ПК 15 в процессе работы заявляемого устройства выполняет следующие функции:
- ПК 15 является источником питания предложенного устройства, избавляя от необходимости включения в конструкцию предложенного устройства аккумуляторных батарей или использования стационарного сетевого источника питания. Напряжение 5 вольт подается с ПК 15 через выходной USB-разъем 14 на блок преобразователя напряжений 11 (см. пунктирные стрелки на фиг. 2). Блок преобразователя напряжений 11 преобразует поступающее от ПК 15 напряжение 5 вольт в напряжение 3,3 вольта для питания блока структуризации данных обмена 10, блока буферной памяти 12, микроконтроллера 13 и в напряжение ±12 вольт для питания блока нормализации аналоговых сигналов 3 (на фиг. 2 не показано).
- ПК 15 осуществляет включение/выключение предложенного устройства и посредством введенной в него управляющей программы через микроконтроллер 13 участвует в управлении работой предложенного устройства.
- ПК 15 обеспечивает накопление и хранение информации, поступающей от предложенного устройства. Данная информация в дальнейшем используется при проведении сравнительного анализа с данными, полученными от ОК при помощи стационарной КПА.
После включения ПК 15 и запуска управляющей программы управляющие сигналы с ПК 15 через выходной USB-разъем 14 подаются на управляющий вход микроконтроллера 13 (см тонкие стрелки на фиг. 2). С одного управляющего выхода микроконтроллера 13 управляющие сигналы через управляющий вход и управляющие выходы блока структуризации данных обмена 10 поступают на соответствующие управляющие входы блока буферной памяти 12, мультиплексора 5 и АЦП-7. Второй управляющий выход микроконтроллера 13 связан с управляющим входом преобразователя напряжений 11. Таким образом микроконтроллер 13 инициирует начало работы и осуществляет управление блоками структуризации данных обмена 10, преобразователя напряжений 11, записи аналоговых сигналов 4 (куда входят мультиплексор 5 и АЦП-7) и буферной памяти 12. Микроконтроллер 13 осуществляет генерацию тактовой частоты, необходимой для работы блоков преобразователя напряжений 11, буферной памяти 12 и записи аналоговых сигналов 4, обеспечивает связь устройства с ПК 15 через выходной USB-разъем 14, контролирует состояние блока буферной памяти 12 и своевременную пересылку накопленной информации из блока буферной памяти 12 в ПК 15.
После приведения в рабочее состояние микроконтроллера 13, блоков структуризации данных обмена 10, преобразователя напряжений 11, записи аналоговых сигналов 4 и буферной памяти 12 начинается считывание информации из информационного потока, идущего от ОК в направлении к стационарной КПА (см широкие стрелки на фиг. 2). Эта информация по соединительному кабелю через входной разъем 16 поступает в заявляемое устройство в виде четырех информационных потоков, направляющихся по четырем соответствующим информационным каналам на:
- информационный вход блока нормализации цифровых сигналов 1. На этот информационный вход поступают параллельные цифровые сигналы признаков и команд, проходящих между электронными узлами и цепями ОК. Блок 1 задает проходящим через него сигналам ограничение по току, определяемое входными параметрами блока гальванической развязки 2.
- информационный вход блока нормализации аналоговых сигналов 3. На этот информационный вход поступают параллельные аналоговые сигналы, например, питания, управления электронными узлами ОК и реакции на сигналы управления узлами и цепями ОК. В блоке 3 происходит масштабирование напряжения до допустимого значения, определяемого входными параметрами АЦП 7, входящего в состав блока записи аналоговых сигналов 4.
- информационный вход блока регистрации БМК 8. На этот информационный вход поступает параллельный цифровой сигнал в виде байт-мультиплексного кода скоростного межблочного обмена информацией между электронными узлами и цепями ОК. В блоке регистрации БМК 8 происходит гальваническая развязка и калибрование кода по току и напряжению, которые определяются входными параметрами блока структуризации данных обмена 10. Затем цифровой код направляется на соответствующий информационный вход блока структуризации данных обмена 10.
- информационный вход блока регистрации ДПК 9. На этот информационный вход поступает цифровой сигнал в виде двоичного последовательного кода межблочного обмена информацией между электронными узлами и цепями ОК. В блоке регистрации ДПК 9 происходит гальваническая развязка и код калибруется по току и напряжению, которые определяются входными параметрами блока структуризации данных обмена 10. Затем цифровой код направляется на соответствующий информационный вход блока структуризации данных обмена 10.
С информационного выхода блока нормализации цифровых сигналов 1 ограниченный по току сигнал поступает на информационный вход блока гальванической развязки 2, где сигнал калибруется по току и напряжению и преобразуется в параллельный цифровой код, воспринимаемый блоком структуризации данных обмена 10 и гальванически отвязанный от входных цепей блока нормализации цифровых сигналов 1.
С информационного выхода блока нормализации аналоговых сигналов 3 сигнал поступает в блок записи аналоговых сигналов 4, а конкретно на информационный вход мультиплексора 5. Сигнал, поступающий с блока нормализации аналоговых сигналов 3, представляет собой набор параллельных аналоговых сигналов. Выбор конкретного сигнала из набора аналоговых сигналов для измерения в АЦП 7 происходит под управлением блока структуризации данных обмена 10 по сигналу, подаваемому с соответствующего управляющего выхода блока структуризации данных обмена 10 на управляющий вход мультиплексора 5. Выбранный сигнал с информационного выхода мультиплексора 5 поступает на информационный вход повторителя 6, где происходит его согласование (калибровка) по току и напряжению с параметрами входного каскада АЦП 7. Далее информационный сигнал с информационного выхода повторителя 6 поступает на информационный вход АЦП 7, где по команде управляющего сигнала, поступающего с соответствующего управляющего выхода блока структуризации данных обмена 10 на управляющий вход АЦП 7,происходит измерение в текущий момент времени аналогового информационного сигнала и его преобразование в цифровой код. С информационного выхода АЦП 7 цифровой код, поступает на соответствующий информационный вход блока структуризации данных обмена 10.
В процессе сбора данных, поступающих с информационных выходов блоков гальванической развязки 2, регистрации БМК 8, регистрации ДПК 9 и АЦП 7, цифровые коды переменной длины поступают на соответствующие информационные входы блока структуризации данных обмена 10. Блок структуризации данных обмена 10 осуществляет нумерацию поступивших от блоков гальванической развязки 2, регистрации БМК 8, регистрации ДПК 9, АЦП 7 цифровых кодов и выбор очередности размещения информации в формируемом пакете информации от одновременно поступающих потоков. При этом блок 10 преобразует коды в однотипный цифровой 16-ти разрядный формат, в котором первым 4-м разрядам присваивается окраска, соответствующая информационному каналу поступления кодов, производит подсчет миллисекунд, формирует слово номера секунды и миллисекунды и по временным меткам формирует информационный пакет для регистрации в ПК 15. Таким образом в каждый момент времени блок структуризации данных обмена 10 присваивает пакету информации с сигналами информационных каналов однотипного цифрового 16-ти разрядного формата временную метку.
Информационные выходы блока структуризации данных обмена 10 соединены с соответствующими информационными входами блока буферной памяти 12, и микроконтроллера 13. С управляющего выхода микроконтроллера 13 управляющий сигнал пересылается на управляющий вход блока структуризации данных обмена 10. По этому управляющему сигналу все созданные в блоке 10 пакеты информации по мере их формирования направляются в блок буферной памяти 12. Микроконтроллер 13 отслеживает уровень заполнения блока буферной памяти 12 и при определенном уровне его заполнения начинает через блок структуризации данных обмена 10 считывать информацию с блока 12 и тем самым освобождает место для поступления последующей информации. С информационного выхода блока буферной памяти 12 информационные пакеты поступают через блок структуризации данных обмена 10 на информационный вход микроконтроллера 13, а оттуда через выходной USB-разъем 14 пересылаются на ПК 15. Так как ПК 15 принимает информацию асинхронно, то блок буферной памяти 12 осуществляет буферизацию всего массива информации, что обеспечивает передачу информации в ПК 15 без потерь за счет ее накопления при отсутствии обращений со стороны ПК 15. ПК 15 при помощи специально созданной программы расшифровывает полученную пакетированную информацию путем анализа меток информационных каналов и времени по окраске 16-ти разрядных слов и позволяет формировать общую картину анализируемых процессов.
При проверке состояния ОК в случае расхождения показаний предложенного устройства и стационарной КПА, формируется протокол с указанием значений тех параметров, на которых произошло это расхождение. В протоколе фиксируются сигналы, содержащие слово (признак) канала входящей информации и признак времени, на котором произошло расхождение показаний. Созданный протокол используется при сравнительном анализе с данными, полученными при помощи стационарной КПА. Зафиксированные в протоколе сигналы позволяют находить в определенном временном промежутке исходящую от ОК информацию и судить о причине неисправности в работе входящих в ОК электронных узлов и электрических цепей или исправности этих узлов и цепей ОК, но не корректной работе стационарной КПА. Расхождение в показаниях предложенного устройства и стационарной КПА позволяет выдавать рекомендации о необходимости корректировки работы стационарной КПА.
Предложенное устройство реализовано на следующей элементной базе: повторитель 6 и АЦП 7 реализованы на микросхеме AD7899AR-1, блок структуризации данных обмена 10 реализован на микросхеме ПЛИС XCR33 84-1 OTQ 1441, блок буферной памяти 12 выполнен на микросхеме СУ7С4291 У-15Л, микроконтроллер 13 выполнен на микросхеме AT89C5131-RDTI со встроенным контроллером USB 2.0.
Преимуществом предлагаемого устройства является возможность осуществления детализированного и объективного контроля за состоянием ОК в процессе его информационного обмена со стационарной КПА в режиме реального времени, возможность сохранения результатов проведенного информационного обмена для его дальнейшего анализа, выявление расхождений между показаниями предложенного устройства для проверки состояния ОК и стационарной КПА по результатам информационного обмена между ОК и КПА и принятие окончательного решения о работоспособности ОК или не корректной работе самой стационарной КПА.
Благодаря малым габаритам и весу заявленное устройство может легко перемещаться от одного ОК к другому, что увеличивает число ОК, проверяемых одним оператором за определенное время, т.е. повышает производительность труда оператора. Питание устройства осуществляется через USB-порт от переносного компьютера, что снижает зависимость предложенного устройства от дополнительных источников питания. Предложенное устройство использует существующую элементную базу, что позволяет изготовить его промышленным способом и характеризует как промышленно применимое.