КОМПЛЕКСНЫЙ ИМИТАТОР ВНЕШНИХ СИСТЕМ ДЛЯ ОТРАБОТКИ КОРАБЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к вычислительной технике, а именно, к устройствам для отладки и контроля исправности корабельных информационно-управляющих систем, в частности, систем управления вооружением корабля.
Современные информационно-управляющие системы связаны со многими внешними системами, с каждой из которых обмениваются данными в соответствии со своим протоколом обмена. Поэтому для отладки, регулировки и сдачи системы необходимо воспроизвести в реальном масштабе времени все входные и выходные потоки сигналов, так как внешние системы работают независимо друг от друга. С другой стороны, потоки информации взаимосвязаны, так как информация от внешних систем, таких, например, как гидроакустическая и радиолокационная станции, поступает от единой внешней обстановки, а данные от навигационного комплекса связаны с собственным движением корабля и влияют на данные внешних систем.
Таким образом, только одновременное имитирование в реальном масштабе времени всего потока входных и выходных данных от внешних систем позволяет достоверно отработать информационно-управляющую систему и отладить решаемые системой задачи.
Цель полезной модели - расширение функциональных возможностей.
3
Известен матричный носитель информации по Авторскому свидетельству СССР №894792, М. Кл. G11С 11/00; G11В 11/00, 1980 г, опубл. Бюл. №48, 1981 г. [1].
Известное устройство содержит входной и выходной регистры, шифратор и группу элементов И, и обеспечивает достаточную яркость изображения, повышающую надежность матричного носителя информации, но имеет ограниченные функциональные возможности, поскольку не обеспечивает имитацию объекта управления.
3
Известно устройство для контроля канала ввода-вывода вычислительной машины по Авторскому свидетельству СССР №857997, М. Кл. G06F 11/00; G06F 3/04, 1979 г., опубл. Бюл. №31, 1981 г. [2].
Известное устройство содержит блок согласования, информационный регистр, регистр команд, буферный регистр, дешифратор команд, группу триггеров, группу элементов И, счетчик времени и элемент задержки с соответствующими связями.
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.
4
Известно устройство для отладки цифровых систем по Авторскому свидетельству СССР №1254492, М. Кл. G06F 11/28, 1985 г., опубл. Бюл. №32, 1986 г. [3].
Известное устройство представляет собой имитатор, содержащий блок согласования, информационный регистр, регистр команд, дешифратор команд, буферный регистр, счетчик времени, группу триггеров, группу элементов И, счетчик времени, элемент задержки, блок задания сбоев, блок задания неисправностей, блок задания признака контролируемого параметра, группу счетчиков сбоя, группу элементов НЕ, группу элементов запрета, генератор тактовых импульсов, элемент НЕ, дешифратор кода времени и блок сравнения с соответствующими связями.
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.
6
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. [4].
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, 2006 г, опубл. 10.12.2006 г, Бюл. №34 [5].
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 гидроаккустической станциями, что снижает достоверность отработки системы управления.
За прототип принят 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., Бюл. №33. [6].
Имитатор-прототип 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 имитатора-прототипа являются невозможность информационного взаимодействия с несколькими изделиями по последовательному интерфейсу двуполярным, трехуровневым кодом в соответствии с ГОСТ 18977-79 и РТМ 1495-75 (ARINC 429), невозможность формирования и контроля четких временных параметров при взаимодействии с изделием и ТПК и невозможность программирования интегральных микросхем (ИМС), что ограничивает функциональные возможности и снижает достоверность отработки систем управления.
Цель полезной модели - расширение функциональных возможностей.
Указанная цель достигается тем, комплексный имитатор внешних систем для отработки корабельной системы управления, содержащий рабочую станцию (электронно-вычислительную машину, серверный системный блок), системную интерфейсную магистраль (СИМ), панель управления, включающую блок ввода данных и блок индикации и устройство коммутации (УК), при этом рабочая станция соединена с выходом блока ввода данных и входом блока индикации,
снабжен устройствами дискретного ввода и дискретного вывода, входы-выходы которых соединены посредством СИМ с соответствующими входами-выходами рабочей станции, обеспечивающими ввод и вывод дискретных сигналов, поступающих по отдельным линиям связи и гальваническую развязку, необходимые для обеспечения релейного взаимодействия с изделиями (вооружением) и транспортно-пусковым контейнером (ТПК) по нескольким каналам, модулем цифрового обмена (МЦО), таймером формирования и контроля временных параметров (ТФК) и программатором интегральных микросхем (ПИМС), входящих в МЦО, входы-выходы которых соединены посредством СИМ с соответствующими входами-выходами рабочей станции, причем специальные входы-выходы МЦО и ТФК соединены посредством УК с соответствующими входами-выходами корабельной системы управления, при этом МЦО предназначен для обеспечения информационного взаимодействия с несколькими изделиями по последовательному интерфейсу двуполярным, трехуровневым кодом в соответствии с ГОСТ 18977-79 и РТМ 1495-75 (ARINC 429), ТФК - для формирования и контроля четких временных параметров при взаимодействии имитатора с изделиями и ТПК, а ПИМС - для программирования интегральных микросхем, входящих в упомянутый МЦО, в автономном режиме, без дополнительных устройств.
Назначение комплексного имитатора внешних систем для отработки корабельной системы управления
Комплексный имитатор предназначен для отработки (проверки) функционирования приборов корабельных систем управления при проведении приемо-сдаточных, периодических и типовых испытаниях подобных систем.
Комплексный имитатор представляет собой комплект аппаратных средств, соединенных между собой жгутами и кабелями.
В комплект аппаратных средств имитатора входят:
- рабочая станция, предназначенная для управления работой имитатора, обеспечения информационного обмена с отрабатываемыми приборами и отображения результатов проверки на экране монитора;
- кабели, жгуты и устройство коммутации, предназначенные для соединения составных частей имитатора и подключения отрабатываемых приборов систем управления;
Комплексный имитатор обеспечивает:
- отработку (проверку функционирования) приборов корабельных систем управления при проведении приемо-сдаточных, периодических и типовых испытаниях;
- обмен по одному каналу в соответствии с интерфейсом IEEE802.3 10/100 BASE-TX (Etherne);
- обмен по двум каналам в соответствии с интерфейсом MIL-STD-1553B;
- прием и выдачу дискретных и релейных сигналов;
- информационное взаимодействие с несколькими изделиями по последовательному интерфейсу двуполярным, трехуровневым кодом в соответствии с ГОСТ 18977-79 и РТМ 1495-75 (ARINC 429);
- формирование и контроль четких временных параметров при взаимодействии имитатора с изделиями и транспортно-пусковым контейнером для них;
- программирование интегральных микросхем.
- самоконтроль;
- отображение результатов проверки на экране монитора;
Состав комплексного имитатора
1 - рабочая станция;
2 - системная интерфейсная магистраль (СИМ);
3 - панель управления;
4 - блок ввода данных;
5 - блок индикации;
6 - устройство коммутации (УК);
7, 8 - первое и второе устройства дискретного ввода;
9, 10 - первое и второе устройства дискретного вывода;
11 - модуль цифрового обмена (МЦО);
12 - таймер формирования и контроля временных параметров (ТФК);
13 - программатор интегральных микросхем (ПИМС).
Комплексный имитатор выполнен в виде стойки приборной (шкафа) с расположенными в ней по этажам составными блоками (частями).
Каждый блок выполнен в виде отдельного законченного конструктива, электрически блоки связаны между собой кабельными соединениями, при этом одноименные составные части комплексного имитатора взаимозаменяемы.
Описание устройства и работы комплексного имитатора внешних систем для отработки корабельной системы управления поясняется функциональной схемой.
Комплексный имитатор внешних систем для отработки корабельной системы управления содержит:
1 - рабочую станцию, предназначенную для управления работой имитатора, обеспечения информационного обмена с приборами отрабатываемой корабельной системы управления, и выполнена в виде, промышленного компьютера, состоящего из, не обозначенных на схеме, процессора, оперативного запоминающего устройство (ОЗУ), видеоконтроллера, долговременного запоминающего устройства (ДЗУ), привода CD-ROM DVD-ROM, дисковода 3,5”, звукового контроллера, сетевого интерфейса 1×10/100Base-T, разъемов ISA, PCI 32, интерфейсов USB, RS-232, LPT, PS/2 и источника питания;
2 - системную интерфейсную магистраль (СИМ), выполненную в виде магистрали ISA;
3 - панель управления;
4 - блок ввода данных, выполненный в виде, не обозначенных на схеме, клавишного устройства для ввода данных с манипулятором для управления курсором;
5 - блок индикации, выполненный в виде, не обозначенных на схеме, монитора для отображения информации на экране электронно-лучевой трубки, жидкокристаллическом или плазменном экране;
6 - устройство коммутации (УК), предназначенное для соединения составных частей имитатора и подключения отрабатываемых приборов систем управления, в виде разъемов, жгутов и кабелей;
7 - первое устройство дискретного ввода, обеспечивающее ввод поступающих по отдельным линиям связи дискретных сигналов и имеющее гальваническую развязку;
8 - второе устройство дискретного ввода, обеспечивающее ввод поступающих по отдельным линиям связи дискретных сигналов и имеющее гальваническую развязку;
9 - первое устройство дискретного вывода, обеспечивающее вывод поступающих по отдельным линиям связи дискретных сигналов и имеющее гальваническую развязку;
10 - второе устройство дискретного вывода, обеспечивающее вывод поступающих по отдельным линиям связи дискретных сигналов и имеющее гальваническую развязку;
11 - модуль цифрового обмена (МЦО), обеспечивающий информационное взаимодействие с несколькими изделиями по последовательному интерфейсу двуполярным, трехуровневым кодом в соответствии с ГОСТ 18977-79 и РТМ 1495-75 (ARINC 429);
12 - таймер формирования и контроля временных параметров (ТФК) 5300 Counter/Timer I/O Card для формирования и контроля четких временных параметров при взаимодействии имитатора с изделиями и ТПК;
13 - программатор интегральных микросхем (ПИМС) для программирования интегральных микросхем, входящих в упомянутый МЦО, в автономном режиме, без дополнительных устройств.
Комплексный имитатор внешних систем для отработки корабельной системы управления работает следующим образом.
При проведении приемо-сдаточных, периодических и типовых испытаний на панели управления (3) устанавливают режимы самоконтроля или проверки функционирования приборов, входящих в корабельную систему управления.
Режим самоконтроля комплексного имитатора обеспечивают программами, установленными в рабочей станции (1), в этом режиме без изменений конфигурации имитатора, но с изменением связей с отрабатываемой корабельной системой управления, в частности с использованием заглушек на входные и выходные разъемы УК (6), проверяют:
- панель управления (3), путем ввода посредством блока ввода данных (4) символов и их контроля на экране блока индикации (5);
- первое и второе устройства дискретного ввода данных (7 и 8) и первое и второе устройства дискретного вывода данных (9 и 10), путем формирования в рабочей станции (1) последовательности двоичных сигналов и поочередной записи их в устройства (9 и 10) и чтения их из устройств (7 и 8), а также сравнения сформированных и полученных данных, при этом передачу сигналов осуществляют посредством СИМ (2);
- МЦО (11), путем формирования в рабочей станции (1) последовательности двоичных кодов, вывода их в МЦО, чтения и сравнения сформированных и полученных данных;
- ТФК (12), путем задания в нем временного интервала равного одной секунде и сравнение его хода с системным временем рабочей станции (1);
- ПИМС (13) при помощи собственных встроенных тестов;
Результаты самоконтроля (опроса) составных частей имитатора отображаются на экране блока индикации (5) в виде строки состояния с текстом неисправных компонентов, при наличии таковых.
В режиме проверки функционирования приборов отрабатываемой корабельной системы управления к УК (6) подключают упомянутые приборы, затем на панели управления (3) при помощи блока ввода данных (4) выбирают и контролируют на экране блока индикации (5) режим проверки соответствующего прибора, поочередно запускают пусковые и автоматические тесты. Результаты тестирования отображаются на экране блока индикации (6) в виде диаграмм с выделением неисправных компонентов, при наличии таковых. При этом в режиме пусковых тестов выбирают посредством блока (5) и контролируют тестирование отдельного прибора, а в режиме автоматических тестов проверяют все приборы поочередно.
В отработку приборов 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, и тесты на функционирование приборов при повышенном и пониженном значении питающего напряжения.
Технический результат от использования полезной модели заключается в расширении функциональных возможностей, путем обеспечения ввода-вывода, поступающих по отдельным линиям связи дискретных сигналов и гальваническую развязку, проверки всех приборов корабельной системы управления, связанных с обменом аналоговой и кодовой информацией с изделиями (вооружением) и транспортно-пусковым контейнером (ТПК), информационного взаимодействия с несколькими изделиями по последовательному интерфейсу двуполярным, трехуровневым кодом в соответствии с ГОСТ 18977-79 и РТМ 1495-75 (ARINC 429), формирования и контроля четких временных параметров при взаимодействии комплексного имитатора с изделиями и ТПК, а также программирования интегральных микросхем в автономном режиме, без дополнительных устройств.
Предлагаемый комплексный имитатор внешних систем для отработки корабельной системы управления может быть изготовлен согласно приведенным описанию и схеме на основе известных комплектующих изделий и технологического оборудования, используемым в приборостроении и применен для отладки и контроля исправности корабельных информационно-управляющих систем, в частности, систем управления вооружением корабля, что и подтверждает промышленную применимость заявляемой полезной модели.