КОНТРОЛЛЕР-УЗЕЛ ИЗМЕРИТЕЛЬНО-УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ
CONTROLLER-UNIT OF MEASUREMENT-CONTROL SYSTEMS

Область техники
Изобретение относится к измерительно-управляющей технике и применяется при построении многопроцессорных измерительно-управляющих систем (МИУС) для бортового и стационарного применения.
Уровень техники
Наиболее близкими прототипами является стандарт IEEE 1451 (Standard for a Smart Transducer Interface for Sensors and Actuators), патент US7085670 (Reconfigurable measurement system utilizing a programmable hardware element and fixed hardware resources).
Раскрытие изобретения
Изобретение представляет собой Контроллер-Узел измерительно-управляющих систем (КУИУС) с оптоволоконными разъемами (см. фиг.1), в котором конструктивно объединены Усилитель 100, АЦП 101, Процессор 102 и Интерфейс ИМИУС 103. ИМИУС означает Интерфейс Многопроцессорных Измерительно-Управляющих Систем, который описан в статье ″ИМИУС как основа становления ЕС МИУА в России″ (Ядерные измерительно-информационные технологии, 2(34)2010), в патенте RU №2449485 С 1 ″Трехпортовый узел сетевого интерфейса″, в патенте RU №2477005 С2 ″Трехслойная многокольцевая структура сети передачи данных″. На плате КУИУС имеются также аналоговый вход 104, на который поступает выходное напряжение датчика, импульсный вход 105 для счета импульсов, поступающих от датчиков (например, работающих с ядерными излучениями) и кодовый вход 106; контакт ″общего нуля″ 107; разъем 108 для вывода число - импульсных кодов (например, на шаговые двигатели), разъем 109 - для вывода двоичного кода на актуатор. Под актуатором здесь понимается усилитель мощности, приводящий в действие исполнительный орган управляемого объекта.
Под понятием Датчик понимается собственно датчик 110 и преобразователь значения измеряемой величины в нормализованное напряжение 111, подаваемое через усилитель сигнала 100 на вход АЦП 101. При этом интегральные схемы, процессора и интерфейса расположены на одной небольшой печатной плате 112 с четырьмя крепежными отверстиями 113.
В особых случаях, например на атомных объектах, где некоторые датчики располагаются в радиационном поле, КУИУС располагается на необходимом удалении от преобразователя 111 и собственно датчика 110.
Печатная плата КУИУС 112 в нижней части имеет два кожуха (при необходимости большее количество) с розетками для оптоволоконных разъемов 114 и 115, соединенных с печатным монтажом платы и имеющих с ней ″общий нуль″. Предпочтительны каналы передач, содержащие одно оптоволокно, передающее информацию в одном направлении, и другое оптоволокно, передающее информацию в обратном направлении.
Оптоволоконный разъем 115 своей розеткой направлен перпендикулярно направлению розетки разъема 114, а сам разъем крепится к плате сбоку, выше разъема 114 для того, чтобы выходящие кабели каждого из разъемов не мешали друг другу. На объектах одноразового использования (например, в ракетах), вместо разъемов может применяться сварка оптоволокна электрическим разрядом.
Вводы информации от датчиков и выводы на актуаторы, а также ввод питания, целесообразно сделать через одну 24-х контактную секцию разъема типа ″Metral″. При этом каждый из 12-ти проводов для надежности спаивают с парой контактов разъема.
Также в нижней части платы КУИУС 112 есть коммутатор для создания двоичного мéстового адреса 116. Мéстовый адрес - кодированное обозначение места датчика или актуатора в управляемой системе, описанное в технической документации на систему. Мéстовый адрес задается человеком изначально при инициализации системы и является неизменным на всем протяжении эксплуатации измерительно-управляющей системы, Мéстовый адрес датчиков или актуаторов отображается на коммутаторе мéстового адреса КУИУС. В коммутаторе для соединений служит луженая медная проволока диаметром около 0,5 мм. Перепайки луженой проволокой создают логические единицы в коде мéстового адреса. На фиг.1 показан мéстовый адрес 010110 или 22 в десятичной форме.
Блоки питания кольца исполняются отдельно. Входное напряжение Блока питания может быть получено от различных электросетей: +27 В; 115 В (400 Гц); и от сети 220 В (50 Гц). Выходное напряжение Блока питания предпочтительно +12 В.
Для обеспечения большей живучести системы управления целесообразно создать резервированное питание узлов. Для этого от двух независимых источников питания включаются предохраняющие диоды между линиями ″+12 В″ и входным контактом разъема ″Metral″. Независимые нулевые провода питания подключаются к паре оставшихся контактов на входной части разъема.
При помощи ИМИУС КУИУС объединяются двойными связями ab и cd с образованием кольца ИМИУС (см. фиг.2) в соответствии с патентом RU №2477005 С2: ″Трехслойная многокольцевая структура сети передачи данных″. Монтаж кольца можно начать с составления гирлянды из кабелей и гнезд, с последующим креплением гирлянды на объекте. В кольце может быть до 63 гнезд, некоторые из которых могут являться резервными,
Кольцевая структура позволяет удобно и короткими связями соединять КУИУС, расположенные в разных местах управляемого объекта, например транспортного средства (между внешней и внутренней обшивкой современного автомобиля, в танке, в самолете и т.д.). При таком способе соединения в кольцо обеспечивается минимальная суммарная длина кабелей. При этом в военных объектах понижается вероятность поражения измерительно-управляющей системы. Более того, при разрыве кольца в одном месте система продолжает работать благодаря удвоенным каналам связи.
Двойная связь ef служит для соединения двух колец ИМИУС и является связкой между кольцами, а также для присоединения удаленных одиночных узлов 400.
Интерфейс ИМИУС, согласно патенту RU №2477005 С1: ″Трехслойная многокольцевая структура сети передачи данных″ допускает дополнительные связи между любыми двумя узлами, что еще более повышает живучесть интерфейсной системы.
Для управления всей системой может быть использован любой процессор КУИУС или внешний компьютер, связанный с кодовыми входами и выходами КУИУС.