МИКРОПРОЦЕССОРНЫЙ КОНТУР СОПРЯЖЕНИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ С ОБЪЕКТАМИ УПРАВЛЕНИЯ

Заявляемая полезная модель относится к вычислительной технике, является частью универсальной корабельной системы управления и предназначена для обработки информации от внешних источников и цифрового вычислительного комплекса системы управления, формирования заданий для разнотипных объектов управления, проведения их предварительной подготовки и использования.
Известен бортовой вычислительный комплекс (см. Патент РФ №2163392 кл. G06F 15/16 2000 г.), содержащий микро ЭВМ, адаптер канала кодового обмена, устройство разовых команд, внутреннюю интерфейсную магистраль.
Недостатками комплекса являются:
- отсутствие аппаратных средств обработки информации от внешних источников;
- отсутствие имитаторов объектов управления.
Известно также устройство сопряжения системы управления с объектом управления (см. Патент РФ на ПМ №77063 кл. G06F 15/16 2008 г.), содержащее контур сопряжения с объектом, в составе центрального процессора, системной шины, контроллера мультиплексного канала, контроллера релейных команд, контроллера электорпитания объекта, коммутатора цепей, а также контур имитации объекта управления. Недостатками устройства являются:
- отсутствие аппаратных средств обработки информации от внешних источников;
- отсутствие возможности управления объектами разных типов;
- ограниченное число объектов управления (один объект).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является микропроцессорный контур сопряжения системы управления с объектами управления, входящий в состав корабельного аппаратно-программного комплекса (см. Патент РФ на ПМ №43383 кл. G06F 15/16 2004 г.), содержащий микро ЭВМ, два адаптера мультиплексного канала информационного обмена (АМКИО), контроллер мультиплексных каналов информационного обмена (КМКИО), два устройства разовых релейных команд (УРК), контроллер каналов кодового обмена (ККО), два адаптера канала кодового обмена (АКО) и внутреннюю интерфейсную магистраль, которые образуют микропроцессорное вычислительное устройство (МПВУ), два устройства ввода-вывода (УВВ), два коммутатора (КОМ), имитатор объектов управления (ОУ). Недостатками контура - прототипа являются:
- отсутствие возможности управления объектами разных типов;
- недостаточное число объектов управления;
Технической задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей, позволяющее использовать контур для управления объектами различных типов, и увеличение числа объектов управления.
Указанная задача решается за счет того, что в микропроцессорный контур сопряжения системы управления с объектами управления,
содержащий контроллер КМКИО, два адаптера АМКИО, микро ЭВМ, два УРК, контроллер ККО, два адаптера АКО, внутреннюю интерфейсную магистраль, которые образуют МПВУ, два УВВ, два коммутатора, имитатор объектов управления, причем контроллер КМКИО, микро ЭВМ, контроллер ККО объединены через внутреннюю интерфейсную магистраль, первые двунаправленные связи первого и второго адаптеров АМКИО сопрягаются с входами-выходами контроллера КМКИО, внешние двунаправленные связи первого и второго адаптеров АМКИО имеют выход соответственно на основной и резервный мультиплексные каналы информационного обмена, первый и второй входы-выходы контроллера ККО соответственно соединены с первыми входами-выходами первого и второго адаптеров АКО, первые входы-выходы первого и второго УВВ объединены и подключены соответственно ко вторым входам-выходам первого и второго УРК и ко вторым входам-выходам первого и второго адаптеров АКО, вторые входы-выходы первого и второго УВВ соединены соответственно с первыми входами-выходами первого и второго коммутаторов, вторые входы-выходы которых соедины соответственно с первыми и вторыми входами-выходами имитатора объектов управления, а третьи входы-выходы являются каналами сопряжения соответственно с первым и вторым объектами управления, дополнительно введены второй контроллер КМКИО, третий, четвертый, пятый и шестой адаптеры АМКИО, контроллер разовых релейных команд (КРК), третье и четвертое УРК, третий и четвертый адаптеры АКО, третье и четвертое УВВ, третий и четвертый коммутаторы, причем первые и вторые внешние двунаправленные сетевые входы микро ЭВМ соответственно соединены с основной и резервной радиальными информационными сетями магистральные входы-выходы второго контроллера КМКИО и контроллера КРК соедины с внутренней интерфейсной магистралью, входы-выходы второго контроллера КМКИО через третий, четвертый, пятый и шестой адаптеры АМКИО соединены соответственно с четвертыми входами-выходами первого, второго третьего и четвертого коммутаторов, входы-выходы КРК соответственно соединены с первыми входами-выходами первого, второго третьего и четвертого УРК, третьи и четвертые входы-выходы ККО соответственно соединены с первыми входами-выходами третьего и четвертого адаптеров АКО, первые входы-выходы третьего и четвертого УВВ объединены и подключены соответственно ко вторым входам-выходам третьего и четвертого УРК и ко вторым входам-выходам третьего и четвертого адаптеров АКО, вторые входы-выходы третьего и четвертого УВВ соединены соответственно с первыми входами-выходами третьего и четвертого коммутаторов, вторые входы-выходы которых соединены соответственно с третьими и четвертыми входами-выходами имитатора объектов управления, а третьи входы-выходы являются каналами сопряжения соответственно с третьим и четвертым объектами управления.
При этом в микро ЭВМ, содержащую процессор, ОЗУ, ППЗУ, контроллер внутренней информационной магистрали (ВИМ), локальную магистраль, причем процессор, ППЗУ и контроллер внутренней информационной магистрали объединены через локальную магистраль, первые входы-выходы процессора соединены с входами-выходами ОЗУ, внешний двунаправленный вход контроллера ВИМ сопряжен с внутренней информационной магистралью, дополнительно введены два контроллера внешней радиальной информационной сети (ВРИС) и флэш память, причем первый и второй контроллеры ВРИС и флэш память объединены через локальную магистраль, внешние двунаправленные входы-выходы первого и второго контроллеров внешней радиальной информационной сети соответственно связаны с основной и резервной внешними радиальными информационными сетями.
Современное оснащение кораблей предусматривает использование различных типов ОУ, отличающихся назначением и тактико-техническими характеристиками. Эффективность использования ОУ в значительной степени зависит от количества этих ОУ, одновременно задействованных в работе.
Подключение МПВУ заявляемого контура к основной и резервной внешним радиальным информационным сетям соответственно через первый и второй внешние двунаправленные сетевые входы микро ЭВМ, а также организация каналов релейного обмена через многоканальный контроллер разовых команд позволяет разгрузить внутреннюю интерфейсную магистраль, вследствие чего появляется возможность дополнительно ввести в контур четыре канала мультиплексного обмена с ОУ, что позволяет управлять объектами разных типов, а также дополнительные каналы релейного и кодового обмена с ОУ. Введение в микро ЭВМ флэш памяти позволяет хранить в МПВУ программы управления ОУ, что повышает эффективность работы контура.
Введение вышеуказанных блоков и связей позволило создать микропроцессорный контур сопряжения системы управления с объектами управления с высокими функциональными возможностями, обеспечивающий управление разнотипными ОУ, и увеличить число ОУ, одновременно задействованных в работе.
Сущность полезней модели поясняется чертежами (фиг.1 и фиг.2), на которых изображены:
на фиг.1
- структурная схема контура;
на фиг.2
- структурная схема микро ЭВМ;
На фиг.1 обозначены:
1
- МПВУ;
2.1
- первое УВВ;
2.2
- второе УВВ;
2.3
- третье УВВ;
2.4
- четвертое УВВ;
3.1
- первый коммутатор;
3.2
- второй коммутатор;
3.3
- третий коммутатор;
3.4
- четвертый коммутатор;
4
- имитатор ОУ;
5.1
- первый адаптер АМКИО;
5.2
- второй адаптер АМКИО;
6
- микро ЭВМ;
7
- первый контроллер КМКИО;
8.1
- третий адаптер АМКИО;
8.2
- четвертый адаптер АМКИО;
8.3
- пятый адаптер АМКИО;
8.4
- шестой адаптер АМКИО;
9
- второй контроллер КМКИО;
10
- контроллер КРК;
11
- контроллер ККО;
12.1
- первое УРК;
12.2
- первое УРК;
12.3
- первое УРК;
12.4
- первое УРК;
13.1
- первый адаптер АКО;
13.2
- второй адаптер АКО;
13.3
- третий адаптер АКО;
13.4
- четвертый адаптер АКО;
14
- магистраль ВИМ;
На фиг.2 обозначены:
15
- контроллер ВИМ;
16.1
- первый контроллер ВРИС;
16.2
- второй контроллер ВРИС;
17
- процессор;
18
- ОЗУ;
19
- ППЗУ;
20
- флэш память;
21
- локальная магистраль;
Согласно фиг.1, в МПВУ 1 внутренняя интерфейсная магистраль 14 сопрягает микро ЭВМ 6 с первым 7 и вторым 9 контроллерами КМКИО, с контроллером КРК 10 и контроллером ККО 11, контроллер КМКИО 7 первым входом-выходом связан с первым входом-выходом адаптера АМКИО 5.1, а вторым входом-выходом - с первым входом-выходом адаптера АМКИО 5.2, контроллер КМКИО 9 первым входом-выходом связан с первым входом-выходом адаптера АМКИО 8.1, вторым входом-выходом - с первым входом-выходом адаптера АМКИО 8.2, третьим входом-выходом - с первым входом-выходом адаптера АМКИО 8.3, а четвертым входом-выходом - с первым входом-выходом адаптера АМКИО 8.4, контроллер КРК 10 первым входом-выходом связан с первым входом-выходом УРК 12.1, вторым входом-выходом - с первым входом-выходом УРК 12.2, третьим входом-выходом - с первым входом-выходом УРК 12.3, а четвертым входом-выходом - с первым входом-выходом УРК 12.4,, контроллер ККО 11 первым входом-выходом связан с первым входом-выходом адаптера АКО 13.1, вторым входом-выходом - с первым входом-выходом адаптера АКО 13.2, третьим входом-выходом - с первым входом-выходом адаптера АКО 13.3, а четвертым входом-выходом - с первым входом-выходом адаптера АКО 13.4, через внешние входы-выходы первого 5.1 и второго 5.2 адаптеров АМКИО МПВУ сопрягается с основным (МКИО 1) и резервным (МКИО 2) мультиплексными каналами, а через первый и второй внешние сетевые входы-выходы микро ЭВМ 6 - с основной (ВРИС 1) и резервной (ВРИС 2) внешними радиальными информационными сетями, первые входы-выходы первого 2.1, второго 2.2, третьего 2.3 и четвертого 2.4 УВВ поступают соответственно на вторые входы-выходы первого 12.1, второго 12.2, третьего 12.3 и четвертого 12.4 УРК и первого 13.1, второго 13.2, третьего 13.3 и четвертого 13.4 адаптеров АКО, вторые входы-выходы первого 2.1, второго 2.2, третьего 2.3 и четвертого 2.4 УВВ сопрягаются с первыми входами-выходами выходы первого 3.1, второго 3.2, третьего 3.3 и четвертого 3.4 коммутаторов, вторые входы-выходы которых связаны соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами имитатора ОУ, четвертые входы-выходы коммутаторов сопрягаются соответственно со вторыми входами-выходами адаптеров АМКИО 8.1, 8.2, 8.3 и 8.4, а третьи - являются внешними связями контура и обеспечивают его сопряжение с первым, вторым, третьим и четвертым объектами управления
Адаптеры АМКИО 5.1 и 5.2, под управлением контроллера КМКИО 7 выполняют функции оконечных устройств, работающих в режиме монитора, мультиплексного канала по ГОСТ Р52070-2003.
Адаптеры АМКИО 8.1, 8.2, 8.3 и 8.4, под управлением контроллера КМКИО 9, обеспечивают взаимодействие с соответствующим объектом управления по мультиплексному каналу по ГОСТ Р52070-2003.
Четырехканальный контроллер КРК 10 обеспечивает взаимодействие внутренней интерфейсной магистрали 14 и блоков электромеханических реле и оптоэлектронных развязок УРК 12.1, 12.2, 12.3 и 12.4, при выполнении разовых релейных команд управления объектами.
Адаптеры АКО 13.1, 13.2, 13.3 и 13.4, под управлением контроллера ККО 11, обеспечивают взаимодействие с соответствующим объектом управления по кодовому каналу и функционируют в соответствии с требованиями протокола ARINC 249.
УВВ 2.1, 2.2, 2.3 и 2.4 содержат схемы контроля аналоговых параметров, преобразователи первичной сети в сеть питания ОУ (сеть постоянного тока напряжением 27 В.) и схему блокировки цепей связи с ОУ, представляющую собой набор электромеханических реле.
Коммутаторы 3.1, 3.2, 3.2 и 3.4 обеспечивают подключение цепей релейного, кодового и мультиплексного обмена и цепей электропитания на объект управления или на имитатор объекта управления, а также предохранение сильноточных цепей, поступающих на объект управления, от короткого замыкания.
Имитатор ОУ 4 в полном объеме имитирует обмен с каждым из четырех объектов управления по каналу кодового обмена (или по мультиплексному каналу, в зависимости от типа объекта) и по каналу релейного обмена.
Согласно фиг.2, в составе микро ЭВМ 6 локальная магистраль 21 сопрягает контроллер ВИМ 15, два контроллера ВРИС 16.1 и 16.2, процессор 17, ПИЗУ 19 и флэш память 20, первый вход-выход процессора 17 соединен с входом-выходом ОЗУ 18, внешний магистральный вход-выход контроллера ВИМ 15 сопрягается с внутренней интерфейсной магистралью МПВУ, сетевые двунаправленные входы контроллеров ВРИС 16.1 и 16.2 являются внешними входами МПВУ и сопрягаются соответственно с основной (ВРИС 1) и резервной (ВРИС 2) внешними радиальными информационными сетями.
Контроллеры ВРИС 16.1 и 16.2 обеспечивают реализацию протокола взаимодействия в сети Ethernet.
Флэш память 20 предназначена для хранения и оперативного использования процессором программ управления объектами.
Предлагаемый микропроцессорный контур сопряжения работает в составе универсальной корабельной системы управления следующим образом.
Включение контура осуществляется с пульта системы управления. После включения питания контура микро ЭВМ 6 МПВУ 1 осуществляет оперативное тестирование аппаратуры контура и, в случае ее исправности, формирует сообщение системе управления о готовности контура к работе. Взаимодействие контура с системой управления осуществляется по основной или резервной внешней радиальной информационной сети.
Контур работает в следующих режимах:
- «Ввод данных»;
- «Практический»;
- «Регламентный»;
При этом предусмотрены следующие виды использования:
- «Практическое использование» (ПИ);
- «Комплексные проверки» (КП);
- «Автономные проверки» (АП);
Режим работы и вид использования задаются контуру с пульта системы управления.
При ПИ контур взаимодействует с реальным источником информации по каналу МКИО и реальными объектами управления.
При КП контур может обеспечивать взаимодействие с реальными внешними источниками и потребителями информаци или имитацию их работы.
При АП контур может обеспечивать только имитацию работы источников и потребителей информации.
Работу контура определяет микро ЭВМ 6. В микро ЭВМ 6 взаимодействие процессора 17 (с ОЗУ 18),, ППЗУ 19, контроллера флэш памяти 20, контроллера ВИМ 15, контроллеров ВРИС 16.1 и 16.2 осуществляется через локальную магистраль 21. При помощи контроллеров ВРИС 16.1 и 16.2 осуществляется взаимодействие микро ЭВМ 6 (и МПВУ 1 в целом) с основной (ВРИС 1) и резервной (ВРИС 2) внешними радиальными информационными сетями системы управления.
Работа МПВУ 1 организована с использованием внутренней интерфейсной магистрали 14, через которую микро ЭВМ 6 взаимодействует:
с основным или резервным мультиплексным информационным каналом через контроллер КМКИО 7 и адаптеры АМКИО 5.1 и 5.2;
с объектом управления (имитатором ОУ 4) по каналу разовых релейных команд через КРК 10 и УРК 12.1, 12.2, 12.3 и 12.4;
- с объектом управления первого типа, оснащенным мультиплексным информационным каналом (имитатором ОУ 4, работающим в режиме мультиплексного канала) по мультиплексному информационному каналу через контроллер КМКИО 9 и адаптеры АМКИО 8.1, 8.2, 8.3 и 8.4;
- с объектом управления второго типа, оснащенным информационным каналом кодового обмена (имитатором ОУ 4, работающим в режиме кодового канала) по каналу кодового обмена через контроллер ККО 11 и адаптеры АКО 13.1, 13.2, 13.3 и 13.4;
УВВ 2.1, 2.2, 2.3 и 2.4 при взаимодействии с объектами управления обеспечивают:
- контроль аналоговых параметров;
- блокировку рабочих цепей;
- формирование сети постоянного тока напряжением 27 В
Коммутаторы 3.1, 3.2, 3.2 и 3.4 обеспечивают подключение объектов управления или имитаторов объектов управления, а также предохранение сильноточных цепей, поступающих на объекты управления, от короткого замыкания.
В режиме «Ввод данных»:
- задается тип ОУ, предназначенных для работы;
- определяется состав и состояние ОУ, назначенных в работу;
- в зависимости от типа ОУ, по внешней радиальной информационной сети из управляющей системы в МПВУ контура считываются задания;
- в зависимости от данных навигационного комплекса, поступающих по мультиплексному информационному каналу, в МПВУ производится корректировка заданий для эффективной работы ОУ. В режиме «Регламентный»:
- снимается блокировка цепей связи с участвующих 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, назначенных в работу сообщения «Изделие исправно».
В режиме «Практический»:
- выполняются все операции режима «Регламентный»;
- проводится заключительный цикл использования ОУ;
- блокируются цепи связи с ОУ.