Комплекс программно-аппаратных средств автоматизации технического диагностирования и мониторинга устройств и управления технологическими процессами

Комплекс программно-аппаратных средств автоматизации технического диагностирования и мониторинга устройств и управления технологическими процессами, содержащий объединенные через локальную вычислительную сеть Ethernet рабочие станции, автоматизированные рабочие места и серверы на базе персональных электронных вычислительных машин и также объединенные через Ethernet контроллеры на базе промышленных компьютеров, предназначенные для сбора и обработки информации от контролируемых устройств через функциональные модули ввода, решения диагностических задач, выдачи управляющих команд функциональным модулям вывода, а также для обмена информацией через Ethernet с системами верхнего уровня. Комплекс отличается тем, что с целью расширения функциональных возможностей и повышения достоверности контроля, надежности и помехоустойчивости распределенной системы функциональных модулей в условиях жесткой электромагнитной обстановки, дополнительно содержит связанные с контроллерами по стандартному последовательному интерфейсу центральные концентраторы связи, соединенные двухпроводной линией с цепью аналогичных удаленных периферийных концентраторов связи, входящих в состав локальных подсистем и, в свою очередь, связанных по стандартному последовательному интерфейсу с центральными концентраторами информации этих локальных подсистем. Концентраторы информации содержат порты для подключения аналогичных дополнительных концентраторов информации по линиям связи типа «токовая петля» с синхронным способом обмена информацией, а каждый из концентраторов информации имеет наборное поле для

подключения функциональных измерительных и управляющих микромодулей ввода/вывода, обмен информацией с которыми микропроцессорный элемент концентратора информации производит по синхронной локальной шине имеющей матричную структуру. Каждый из широкого набора функциональных микромодулей, предназначенных для контроля дискретных и измерения напряжения (постоянного, переменного, импульсного, высокочастотного, высокочастотного в селективном режиме) аналоговых сигналов, содержит микропроцессорный элемент, а система электропитания контроллеров, центральных концентраторов связи и каждой локальной подсистемы содержит развязывающие трансформаторы, устройства защиты от электрических перегрузок и помех по сети питания и блоки бесперебойного питания с преобразователями напряжения для питания устройств комплекса. Функциональные микромодули имеют функции измерения временных характеристик импульсных и кодированных сигналов и передачи осциллограмм аналоговых сигналов по запросу оператора.

11 з.п. ф-лы.

Комплекс программно-аппаратных средств автоматизации технического диагностирования, мониторинга устройств и управления технологическими процессами.

Область техники

Данное техническое решение относится к автоматизированным системам контроля, диагностики и управления технологическими процессами общего назначения, а в частности - к средствам автоматизации технического диагностирования и мониторинга устройств и систем железнодорожной автоматики и управления технологическими процессами, например, в системе горочной автоматической централизации, системе диспетчерской централизации перегонов.

Уровень техники

Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемой полезной модели является комплекс программно-аппаратных средств автоматизации управления технологическими процессами (патент на изобретение №2279117, опубликован 27.06.2006.).

Недостатками прототипа являются:

- ограниченный набор функциональных модулей, не позволяющий полностью реализовать функции предлагаемой полезной модели;

- системная шина VME-bus является высокоскоростным многопроводным интерфейсом ограниченной протяженности (несколько десятков сантиметров), и требует размещения в едином конструктиве, т.е. не обладает высокой помехоустойчивостью;

- использование системной шины VME-bus для связи между контроллерами и функциональными модулям и не позволяет строить распределенную систему, дающую возможность приблизить модули ввода/вывода к

контролируемым цепям/сигналам и тем самым повысить достоверность контроля, помехоустойчивость и надежность системы;

- ограниченный набор устройств не позволяет строить комплексы, содержащие локальные подсистемы распределенные на участках протяженностью в десятки километров.

Сущность технического решения

Известный комплекс программно-аппаратных средств автоматизации технического диагностирования и мониторинга устройств и управления технологическими процессами, содержит объединенные через локальную вычислительную сеть (ЛВС) Ethernet рабочие станции, автоматизированные рабочие места (АРМы) и серверы на базе персональных электронных вычислительных машин (ПЭВМ) и также объединенные через Ethernet контроллеры на базе промышленных компьютеров, предназначенные для сбора и обработки информации от контролируемых устройств через функциональные модули ввода, решения диагностических задач, выдачи управляющих команд функциональным модулям вывода, а также для обмена информацией через Ethernet с системами верхнего уровня.

Целью предлагаемой полезной модели является расширение функциональных возможностей и повышение достоверности контроля, надежности и помехоустойчивости распределенной системы функциональных модулей в условиях жесткой электромагнитной обстановки.

Для получения данного технического результата комплекс дополнительно содержит связанные с контроллерами по стандартному последовательному интерфейсу центральные концентраторы связи, соединенные двухпроводной линией с цепью аналогичных удаленных периферийных концентраторов связи, входящих в состав локальных подсистем и, в свою очередь, связанных по стандартному последовательному интерфейсу с центральными концентраторами информации этих локальных подсистем, при этом, концентраторы информации содержат порты для

подключения аналогичных дополнительных концентраторов информации по линиям связи типа «токовая петля» с синхронным способом обмена информацией, а каждый из концентраторов информации имеет наборное поле для подключения функциональных измерительных и управляющих микромодулей ввода/вывода, обмен информацией с которыми микропроцессорный элемент концентратора информации производит по синхронной локальной шине имеющей матричную структуру, при этом, каждый функциональный микромодуль содержит микропроцессорный элемент, а система электропитания контроллеров, центральных концентраторов связи и каждой локальной подсистемы содержит развязывающие трансформаторы, устройства защиты от электрических перегрузок и помех по сети питания и блоки бесперебойного питания с преобразователями напряжения для питания устройств комплекса.

Концентраторы связи, предназначенные для приема/передачи и модуляции/демодуляции цифровой информации в надтональном спектре частот, содержат процессорный модуль и два фильтра, включаемые в разрыв действующей двухпроводной линии связи, работающей в низкочастотном или тональном спектре частот, при этом, фильтры соединены между собой для пропуска низкочастотной составляющей, а концентраторы связи имеют функцию двунаправленной ретрансляции информации, поступающей по линии связи.

При использовании для передачи информации между локальными подсистемами и контроллером оптоволоконных линий связи, в качестве концентраторов связи используется стандартное оборудование, предназначенное для работы с оптоволоконными линиями связи и имеющее порт стандартного последовательного интерфейса.

Концентратор информации включает в себя управляющий модуль, содержащий микропроцессорный элемент, предназначенный для обмена информацией с устройствами, подключенными к соответствующим портам, сбора и обработки данных, поступающих по локальной мультиплексной

шине от микромодулей ввода/вывода, подключаемых к этой шине через наборное поле, и преобразователь напряжения, предназначенный для питания соответствующими напряжениями элементов схемы модуля, микромодулей ввода/вывода и гальванически изолированных портов модуля, при этом, наборное поле концентраторов информации имеет размер 5х5 мест для подключения до 25 одноместных по типоразмеру микромодулей ввода/вывода, номенклатура которых включает в себя одно, двух и трехместные микромодули.

Функциональный микромодуль аналогового ввода ММА1П, предназначенный для измерения средневыпрямленного значения напряжения одного сигнала постоянного, выпрямленного и импульсного тока с возможностью измерения временных характеристик (длительностей) импульсных и кодированных сигналов, содержащий импульсный трансформатор для обеспечения гальванически изолированного питания элементов схемы микромодуля, прецизионный элемент стабилизации напряжения, микропроцессорный элемент, последовательно соединенные дифференциальный (с защитно-нормирующим делителем напряжения на входе) и масштабирующий операционные усилители для образования двух поддиапазонов измерения, входы первого из которых являются входами канала, а выходы обоих соединены с входами микропроцессорного элемента, обеспечивающего аналого-цифровое преобразование, вычисление средневыпрямленного значения напряжения входного сигнала в интервале кратном периоду частоты наиболее вероятной помехи, кроме этого, микропроцессорный элемент подключен к цепям с элементами гальванической развязки для синхронизации и обмена информацией с микропроцессорным элементом управляющего модуля концентратора информации.

Функциональный микромодуль аналогового ввода ММА1С, предназначенный для измерения среднеквадратического значения напряжения одного сигнала переменного тока частотой 25, 50, 75 Гц с

возможностью измерения временных характеристик (длительностей) импульсных и кодированных сигналов, отличается от ММА1П тем, что дополнительно содержит второй прецизионный элемент стабилизации напряжения для образования средней точки операционных усилителей, а один из входов дифференциального усилителя подключен к входному делителю через разделительный конденсатор.

Функциональный микромодуль аналогового ввода ММА1У, предназначенный для измерения переменной (среднеквадратического значения) и постоянной (средневыпрямленного значения) составляющих напряжения сигнала с составляющей переменного тока частотой 25, 50, 75 Гц, отличается от ММА1С тем, что второй операционный усилитель также включен по дифференциальной схеме, а его входы подключены к входному делителю непосредственно.

Функциональный микромодуль аналогового ввода ММА2, предназначенный для измерения среднеквадратического значения напряжения высокочастотного (400-30000 Гц) аналогового сигнала (в том числе - амплитудно-манипулированного), содержащий импульсный трансформатор для обеспечения гальванически изолированного питания элементов схемы микромодуля, прецизионный элемент стабилизации напряжения питания, микропроцессорный элемент, схему прецизионного выпрямления высокочастотного напряжения с выдачей среднеквадратического значения сигнала, подключенной входами к защитно-нормирующему делителю напряжения, входы которого являются входами канала, а выход схемы прецизионного выпрямления через масштабирующий операционный усилитель соединен с входом микропроцессорного элемента, обеспечивающего аналого-цифровое преобразование, вычисление среднеквадратического значения входного сигнала в интервале кратном периоду амплитудной манипуляции входного сигнала и периоду наиболее вероятной помехи (50 Гц), кроме этого микропроцессорный элемент подключен к цепям с элементами гальванической развязки для

синхронизации и обмена информацией с микропроцессорным элементом управляющего модуля концентратора информации.

Функциональный микромодуль аналогового ввода ММА2С, предназначенный для измерения среднеквадратического значения напряжения переменного тока сигналов частоты 400-800 Гц (преимущественно сигналов тональных рельсовых цепей кодированных импульсами переменного тока частоты 25, 50, 75 Гц) в селективном режиме и одновременным измерением параметров (в том числе - временных) низкочастотной составляющей этих же сигналов, содержащий импульсный трансформатор для обеспечения гальванически изолированного питания элементов схемы микромодуля, два прецизионных элемента стабилизации - напряжения питания и средней точки операционных усилителей, цифровой сигнальный микропроцессорный элемент, дифференциальный усилитель, входы которого являются входами канала, а выход подключен к активному полосовому фильтру и фильтру нижних частот, выходы которых соединены с входами микропроцессорного элемента, производящего аналого-цифровое преобразование, цифровую обработку полученных отсчетов с использованием методов, обеспечивающих селективный выбор по частоте, вычисление значений напряжений, временных параметров и определение кодов входного сигнала, кроме этого микропроцессорный элемент подключен к цепям с элементами гальванической развязки для синхронизации и обмена информацией с микропроцессорным элементом управляющего модуля концентратора информации.

Функциональные микромодули ввода дискретных сигналов ММД (2-х, 5-ти или 11-ти канальные по числу контролируемых сигналов и, соответственно, одно, двух или трехместные по типоразмеру), содержащие микропроцессорный элемент, предназначенный для предварительной обработки информации о входных дискретных сигналах (в том числе - определение длительностей и кодов импульсных и кодированных сигналов) и синхронного обмена информацией с управляющим модулем концентратора

информации через элементы цепей связи, и каналы ввода дискретных сигналов, входные цепи которых содержат последовательно соединенные резистор, диод, стабилитрон, предназначенный для отсечки помех, и элемент гальванической оптронной развязки.

Функциональный микромодуль вывода МДВУ, содержащий микропроцессорный элемент, связанный входом и выходом с элементами цепей для синхронного обмена информацией с управляющим модулем концентратора информации, а два других выхода микропроцессорного элемента подключены к оптоэлектронным или электромеханическим реле, выходы которых являются выходными каналами микромодуля.

Функциональный микромодуль ММСИ предназначенный для измерения общего сопротивления изоляции двухпроводных цепей при подключении к одному проводу, содержащий импульсный трансформатор для обеспечения гальванически изолированного питания микромодуля, прецизионный элемент стабилизации напряжения питания, микропроцессорный элемент, два выхода которого подключены к управляемому им преобразователю напряжения, выход которого является тестовым источником напряжения, один полюс которого соединен с цепью заземления, второй - с общим проводом источника питания и, через два последовательно соединенных резистора, с одним из проводов контролируемой цепи, при этом, параллельно первому резистору, являющемуся токовым шунтом, подключена цепь из трех последовательно соединенных масштабирующих операционных усилителей для образования трех поддиапазонов измерения, а параллельно тестовому источнику напряжения подключен операционный усилитель с делителем напряжения на входе, причем, выходы всех операционных усилителей соединены с входами микропроцессорного элемента, обеспечивающего аналого-цифровое преобразование, вычисление общего сопротивления изоляции контролируемой двухпроводной цепи в интервале кратном периоду частоты наиболее вероятной помехи, кроме этого, микропроцессорный элемент

подключен к цепям с элементами гальванической развязки для синхронизации и обмена информацией с микропроцессорным элементом управляющего модуля концентратора информации.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 приведена обобщенная структурная схема автоматизированной системы на базе комплекса программно-аппаратных средств автоматизации технического диагностирования и мониторинга устройств и управления технологическими процессами, где:

1 - серверы, автоматизированные рабочие места (АРМы) и системы верхнего уровня;

2 - локальная сеть Ethernet;

3 - двухпроводная линия связи;

4 - центральный пункт комплекса;

5 - концентратор связи центрального пункта;

6 - фильтр концентраторов связи;

7 - процессорный модуль концентраторов связи;

8 - контроллер на базе промышленных компьютеров;

9 - преобразователь напряжения DC-DC (=24/=5V);

10 - устройство защиты от перенапряжений по сети питания;

11 - устройство индикации;

12 - источник бесперебойного питания (батарейный);

13 - преобразователь напряжения AC-DC (˜220/=24V);

14 - локальная подсистема;

15 - концентратор связи (периферийный);

16 - центральный концентратор информации локальной подсистемы;

17 - входы/выходы функциональных микромодулей;

18 - источник бесперебойного питания (конденсаторный);

19 - устройства комплекса, расположенные в отдельных шкафах локальной подсистемы;

20 - концентратор информации (дополнительный).

На фиг.2 приведена структурная схема концентратора связи, где:

1 - двухпроводная линия связи;

2 - фильтр;

3 - процессор концентратора связи;

4 - входы/выходы порта последовательного интерфейса.

На фиг.3 приведена структурная схема концентратора информации, где:

1 - управляющий модуль;

2 - гальванически изолированный порт стандартного последовательного интерфейса (RS232/RS485);

3 - микропроцессорный элемент;

4 - порты с оптронной развязкой для связи с дополнительными концентраторами информации по линиям связи типа "токовая петля";

5 - преобразователь напряжения;

6 - наборное поле;

7 - разъемы для установки функциональных микромодулей.

На фиг.4 приведена структурная схема функционального микромодуля ММА1П ввода аналогового сигнала постоянного тока, где:

1 - защитно-нормирующий делитель напряжения;

2 - входной дифференциальный операционный усилитель;

3 - масштабирующий операционный усилитель;

4 - микропроцессорный элемент;

5 - схема с оптронной развязкой для связи с микропроцессорным элементом управляющего модуля концентратора информации;

6 - прецизионный стабилизатор напряжения;

7 - импульсный трансформатор с выпрямителем на выходе.

На фиг.5 приведена структурная схема функционального микромодуля ММА1С ввода аналоговых сигналов переменного тока, где:

1 - защитно-нормирующий делитель напряжения;

2 - дифференциальный операционный усилитель с конденсатором на входе;

3 - масштабирующий операционный усилитель;

4 - микропроцессорный элемент;

5 - схема с оптронной развязкой для связи с микропроцессорным элементом управляющего модуля концентратора информации;

6 - прецизионные стабилизаторы напряжения;

7 - импульсный трансформатор с выпрямителем на выходе.

На фиг.6 приведена структурная схема функционального микромодуля ММА1У, предназначенного для измерения переменной и постоянной составляющих аналогового сигнала, где:

1 - защитно-нормирующий делитель напряжения;

2 - дифференциальный операционный усилитель с конденсатором на входе;

3 - дифференциальный операционный усилитель;

4 - микропроцессорный элемент;

5 - схема с оптронной развязкой для связи с микропроцессорным элементом управляющего модуля концентратора информации;

6 - прецизионный стабилизатор напряжения;

7 - импульсный трансформатор с выпрямителем на выходе.

На фиг.7 приведена структурная схема функционального микромодуля ММА2, где:

1 - защитно-нормирующий делитель напряжения;

2 - схема прецизионного выпрямления напряжения высокочастотного сигнала с выдачей среднеквадратического значения;

3 - масштабирующий операционный усилитель;

4 - микропроцессорный элемент;

5 - схема с оптронной развязкой для связи с микропроцессорным элементом управляющего модуля концентратора информации;

6 - прецизионный элемент стабилизации напряжения;

7 - импульсный трансформатор с выпрямителем на выходе.

На фиг.8 приведена структурная схема функционального микромодуля ММА2С, предназначенного для измерения среднеквадратического значения напряжения переменного тока сигналов частоты 400-800 Гц (преимущественно сигналов тональных рельсовых цепей кодированных импульсами переменного тока частоты 25, 50, 75 Гц) в селективном режиме и одновременного измерения параметров (в том числе - временных) низкочастотной составляющей этих же сигналов, где:

1 - входной дифференциальный операционный усилитель;

2 - активный полосовой фильтр;

3 - фильтр нижних частот;

4 - микропроцессорный элемент;

5 - схема с оптронной развязкой для связи с микропроцессорным элементом управляющего модуля концентратора информации;

6 - прецизионный стабилизатор напряжения;

7 - импульсный трансформатор с выпрямителем на выходе.

На фиг.9 представлена структурная схема функционального микромодуля ввода дискретных сигналов ММД, где:

1 - группы входов, входные цепи которых содержат последовательно соединенные резистор, диод, стабилитрон, предназначенный для отсечки помех, и элемент гальванической оптронной развязки;

2 - микропроцессорный элемент;

3 - цепи связи с микропроцессорным элементом управляющего модуля концентратора информации.

На фиг.10 приведена структурная схема функционального микромодуля вывода МДВУ, где:

1 - два выходных каскада, включающие в себя оптоэлектронные или электромеханические реле;

2 - микропроцессорный элемент;

3 - цепи связи с микропроцессорным элементом управляющего модуля концентратора информации.

На фиг.11 представлена структурная схема функционального микромодуля ММСИ, предназначенного для измерения общего сопротивления изоляции двухпроводной линии, где:

1 - сопротивления изоляции двухпроводной линии;

2 - защитно-нормирующий делитель;

3 - защитно-нормирующий резистор;

4 - первый резистор делителя, являющийся токовым шунтом;

5 - делитель напряжения тестового источника;

6 - тестовый источник напряжения;

7 - масштабирующие операционные усилители;

8 - микропроцессорный элемент;

9 - схема с оптронной развязкой для связи с микропроцессорным элементом управляющего модуля концентратора информации;

10 - прецизионный элемент стабилизации напряжения;

11 - импульсный трансформатор с выпрямителем на выходе.

Осуществление полезной модели

Автоматизированные системы на базе заявляемого комплекса аппаратно-программных средств автоматизации технического диагностирования и

мониторинга устройств и управления технологическими процессами реализуется как система диагностирования и контроля устройств железнодорожной автоматики и телемеханики (ЖАТ) в системах электрической централизации на железнодорожном транспорте. Основное назначение комплексов - непрерывное диагностирование и мониторинг работы устройств СЦБ (сигнализации, централизации и блокировки) на станциях и в сигнальных установках (включая переезды), расположенных на перегонах между станциями на расстояниях порядка километра друг от друга, а также выявление отказов и предотказных состояний и автоматизация технического обслуживания устройств СЦБ. Такой комплекс находится на стадии испытаний опытного образца (название разработки - "ИВК-ТДМ") и предназначен для расширения функциональных возможностей системы АДК-СЦБ (автоматизации диагностирования и контроля устройств СЦБ) в части устройств ЖАТ перегонов.

Достоинством автоматизированных систем, построенных на базе заявляемого комплекса программно-аппаратных средств, является распределенная система локальных подсистем с возможностью обмена информацией по действующим линиям связи, позволяющая приблизить устройства контроля и измерения к датчикам и источникам сигналов, уменьшая влияние помех и повышая точность измерений, достоверность контроля и надежность управления, кроме этого, широкая номенклатура функциональных микромодулей с микропроцессорными элементами высокой степени интеграции позволяет легко адаптировать локальные подсистемы и программно-аппаратный комплекс в целом к любой конфигурации.

Достижение данного технического результата обеспечивается применением в распределенной конфигурации локальных подсистем концентраторов связи, работающих в надтональном спектре частот, по действующим линиям связи (при отсутствии выделенных линий), концентраторов информации с наращиваемой структурой через порты связи типа «токовая петля» с синхронным бит-последовательным способом

приема/передачи данных, а также широкой номенклатурой функциональных микромодулей, устанавливаемых на наборном поле концентраторов информации в любой конфигурации и обменивающихся информацией с управляющим модулем концентратора по синхронной локальной шине с матричной структурой организации связи. Помехозащищенность данной системы обмена информацией дополнительно обеспечивается применением в каждом функциональном модуле/микромодуле, в том числе и в концентраторе связи, современных микропроцессорных элементов высокой степени интеграции, позволяющих использовать сложные помехоподавляющие алгоритмы обработки сигналов и протоколы обмена данными.

Прикладное программное обеспечение комплекса, функционирующее в операционной системе QNX позволяет решать поставленные задачи в реальном масштабе времени. Встроенное программное обеспечение микромодулей и концентраторов информации производит различного рода вычисления, предварительную обработку сигналов, решает алгоритмические задачи, связанные с взаимозависимостями сигналов, и, в целом, повышает производительность комплекса. Защита информации на всех этапах передачи между концентратором информации и промышленным компьютером обеспечивается применением циклических кодов CRC в качестве контрольной суммы, а для команд управления дополнительно - повторной выдачей при несовпадении возвращенных данных.

Примером построения автоматизированной системы на базе комплекса программно-аппаратных средств автоматизации технического диагностирования и мониторинга устройств и управления технологическими процессами может служить система АДК-СЦБ с интегрированным в нее комплексом ИВК-ТДМ, внедряемая на сети железных дорог ОАО РЖД.

На фиг.1 приведена обобщенная структурная схема автоматизированной системы на базе комплекса программно-аппаратных

средств автоматизации технического диагностирования и мониторинга устройств и управления технологическими процессами ИВК-ТДМ.

Аппаратные средства ИВК-ТДМ имеют модульный принцип построения и выполнены в виде следующих конструктивно законченных составных частей:

- контроллера(ов) на базе промышленного компьютера, предназначенного(ых) для накопления и обработки информации, поступающей по каналам ввода от устройств СЦБ, протоколирования работы станционного комплекса, принятия диагностических решений о состоянии устройств СЦБ, обмена информацией с системами диспетчерской централизации, с комплексами и с АРМами системы АДК-СЦБ. Количество контроллеров определяется рабочим проектом и в общем случае составляет один контроллер на один перегон между станциями;

- устройств электропитания, содержащих: развязывающий трансформатор, устройства защиты от электрических перегрузок и помех по сети питания, блоки бесперебойного питания (ББП), обеспечивающие электропитание при потере гарантированного питания на объекте и при переключении фидеров, а также преобразователи напряжения для питания контроллеров, концентраторов и функциональных модулей/микромодулей, при этом блоки ББП на перегонах в связи с работой в расширенном температурном диапазоне выполнены на конденсаторных батареях, имеющих небольшую, но достаточную емкость для передачи сообщения о перебоях в электропитании;

- оборудования локальной сети Ethernet, предназначенного для подключения контроллеров и АРМов комплекса ИВК-ТДМ к системам верхнего уровня, в частности, к системе АДК-СЦБ. Состав оборудования локальной сети определяется рабочим проектом;

- функциональных микромодулей, назначение которых приведено в описании сущности заявляемой полезной модели и пояснено чертежами (фиг.4 - фиг.11).

Ввод и первичная обработка дискретных и аналоговых сигналов устройств объекта автоматизации происходит под управлением концентратора информации. Система связи с микромодулями является синхронной и организована следующим образом (пример организации связей - позиция 6 на фиг.3).

Управляющий модуль концентратора информации имеет 5 линий передачи и 5 линий приема цифровых данных. По линиям передачи концентратор информации может посылать команды и биты синхронизации. Микромодуль ввода/вывода, получивший и расшифровавший команду, на каждый импульс последующей синхронизации передает один бит информации на одну из линий приема. Управляющий модуль воспринимает информацию, которая для надежности передается несколько раз подряд в цикле, в конце цикла приема производит проверку значений напряжений аналоговых сигналов по нормалям, записанным в память, формирует передаваемый буфер, включающий в себя информацию о состоянии дискретных сигналов, о соответствии нормам аналоговых сигналов, собственную диагностическую информацию, в том числе о качестве связи с каждым микромодулем, значения напряжений части аналоговых сигналов (передача полного набора значений напряжений аналоговых сигналов в рассматриваемом варианте реализации комплекса происходит в расширенном цикле). При передаче этого сообщения в концентратор связи и далее - в промышленный компьютер оно дополняется информацией о номере сообщения, номере локальной подсистемы, длине сообщения и контрольной суммой CRC.

В комплексе ИВК-ТДМ кроме стационарных АРМов, которые могут быть как автономными, так и входящими в состав системы верхнего уровня (например, АДК-СЦБ), предусматривается мобильный АРМ на базе персонального компьютера типа "Notebook" с программным обеспечением позволяющим производить отладку комплекса, получать интересующую информацию, изменять конфигурацию конкретной локальной подсистемы.

При этом мобильный АРМ имеет возможность подключения к любому уровню комплекса: к сети Ethernet, к промышленному компьютеру контроллера, к концентраторам связи и к концентраторам информации.

Как дополнительная функция, в комплексе ИВК-ТДМ предусматривается передача осциллограмм контролируемых аналоговых сигналов по запросу оператора.

Применение элементов высокой степени интеграции и оригинальность конструкции концентратора информации позволила получить очень высокую плотность монтажа как по площади, так и по объему. Например, размеры корпуса одноместного микромодуля составляют 15,7×16,0×88,5 мм.

Помехозащищенность комплекса, точность и достоверность измерений и контроля, надежность управления подтверждены предварительными заводскими испытаниями, испытаниями на электромагнитную совместимость (для технических средств класса III с функционированием по классу А в условиях жесткой электромагнитной обстановки - Испытательный Центр ЖАТ ПГУ ПС, г.Санкт-Петербург, декабрь 2005 г.).

1. Комплекс программно-аппаратных средств автоматизации технического диагностирования и мониторинга устройств и управления технологическими процессами, содержащий объединенные через локальную вычислительную сеть (ЛВС) Ethernet рабочие станции, автоматизированные рабочие места (АРМы) и серверы на базе персональных электронных вычислительных машин (ПЭВМ) и также объединенные через Ethernet контроллеры на базе промышленных компьютеров, предназначенные для сбора и обработки информации от контролируемых устройств через функциональные модули ввода, решения диагностических задач, выдачи управляющих команд функциональным модулям вывода, а также для обмена информацией через Ethernet с системами верхнего уровня, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения достоверности контроля, надежности и помехоустойчивости распределенной системы функциональных модулей в условиях жесткой электромагнитной обстановки, дополнительно содержит связанные с контроллерами по стандартному последовательному интерфейсу центральные концентраторы связи, соединенные двухпроводной линией с цепью аналогичных удаленных периферийных концентраторов связи, входящих в состав локальных подсистем и, в свою очередь, связанных по стандартному последовательному интерфейсу с центральными концентраторами информации этих локальных подсистем, при этом концентраторы информации содержат порты для подключения аналогичных дополнительных концентраторов информации по линиям связи типа «токовая петля» с синхронным способом обмена информацией, а каждый из концентраторов информации имеет наборное поле для подключения функциональных измерительных и управляющих микромодулей ввода/вывода, обмен информацией с которыми микропроцессорный элемент концентратора информации производит по синхронной локальной шине имеющей матричную структуру, при этом каждый функциональный микромодуль содержит микропроцессорный элемент, а система электропитания контроллеров, центральных концентраторов связи и каждой локальной подсистемы содержит развязывающие трансформаторы, устройства защиты от электрических перегрузок и помех по сети питания и блоки бесперебойного питания с преобразователями напряжения для питания устройств комплекса.

2. Комплекс программно-аппаратных средств по п.1, отличающийся тем, что концентраторы связи, предназначенные для приема/передачи и модуляции/демодуляции цифровой информации в надтональном спектре частот, содержат процессорный модуль и два фильтра, включаемые в разрыв действующей двухпроводной линии связи, работающей в низкочастотном или тональном спектре частот, при этом фильтры соединены между собой для пропуска низкочастотной составляющей, а концентраторы связи имеют функцию двунаправленной ретрансляции информации, поступающей по линии связи.

3. Комплекс программно-аппаратных средств по п.1, отличающийся тем, что при использовании для передачи информации между локальными подсистемами и контроллером оптоволоконных линий связи, в качестве концентраторов связи используется стандартное оборудование, предназначенное для работы с оптоволоконными линиями связи и имеющее порт стандартного последовательного интерфейса.

4. Комплекс программно-аппаратных средств по п.1, отличающийся тем, что концентратор информации включает в себя управляющий модуль, содержащий микропроцессорный элемент, предназначенный для обмена информацией с устройствами, подключенными к соответствующим портам, сбора и обработки данных, поступающих по локальной мультиплексной шине от микромодулей ввода/вывода, подключаемых к этой шине через наборное поле, и преобразователь напряжения, предназначенный для питания соответствующими напряжениями элементов схемы модуля, микромодулей ввода/вывода и гальванически изолированных портов модуля, при этом наборное поле концентраторов информации имеет размер 5×5 мест для подключения до 25 одноместных по типоразмеру микромодулей ввода/вывода, номенклатура которых включает в себя одно, двух и трехместные микромодули.

5. Комплекс программно-аппаратных средств по п.1, отличающийся тем, что включает в себя функциональный микромодуль аналогового ввода ММА1П, предназначенный для измерения средневыпрямленного значения напряжения одного сигнала постоянного, выпрямленного и импульсного тока с возможностью измерения временных характеристик (длительностей) импульсных и кодированных сигналов, содержащий импульсный трансформатор для обеспечения гальванически изолированного питания элементов схемы микромодуля, прецизионный элемент стабилизации напряжения, микропроцессорный элемент, последовательно соединенные дифференциальный (с защитно-нормирующим делителем напряжения на входе) и масштабирующий операционные усилители для образования двух поддиапазонов измерения, входы первого из которых являются входами канала, а выходы обоих соединены с входами микропроцессорного элемента, обеспечивающего аналого-цифровое преобразование, вычисление средневыпрямленного значения напряжения входного сигнала в интервале кратном периоду частоты наиболее вероятной помехи, кроме этого, микропроцессорный элемент подключен к цепям с элементами гальванической развязки для синхронизации и обмена информацией с микропроцессорным элементом управляющего модуля концентратора информации.

6. Функциональный микромодуль аналогового ввода ММА1С по п.5, предназначенный для измерения среднеквадратического значения напряжения одного сигнала переменного тока частотой 25, 50, 75 Гц с возможностью измерения временных характеристик (длительностей) импульсных и кодированных сигналов, отличающийся тем, что дополнительно содержит второй прецизионный элемент стабилизации напряжения для образования средней точки операционных усилителей, а один из входов дифференциального усилителя подключен к входному делителю через разделительный конденсатор.

7. Функциональный микромодуль аналогового ввода ММА1У по п.6, предназначенный для измерения переменной (среднеквадратического значения) и постоянной (средневыпрямленного значения) составляющих напряжения сигнала с составляющей переменного тока частотой 25, 50, 75 Гц, отличающийся тем, что второй операционный усилитель также включен по дифференциальной схеме, а его входы подключены к входному делителю непосредственно.

8. Комплекс программно-аппаратных средств по п.1, отличающийся тем, что включает в себя функциональный микромодуль аналогового ввода ММА2, предназначенный для измерения среднеквадратического значения напряжения высокочастотного (400-30000 Гц) аналогового сигнала (в том числе - амплитудно-манипулированного), содержащий импульсный трансформатор для обеспечения гальванически изолированного питания элементов схемы микромодуля, прецизионный элемент стабилизации напряжения питания, микропроцессорный элемент, схему прецизионного выпрямления высокочастотного напряжения с выдачей среднеквадратического значения сигнала, подключенной входами к защитно-нормирующему делителю напряжения, входы которого являются входами канала, а выход схемы прецизионного выпрямления через масштабирующий операционный усилитель соединен с входом микропроцессорного элемента, обеспечивающего аналого-цифровое преобразование, вычисление среднеквадратического значения входного сигнала в интервале кратном периоду амплитудной манипуляции входного сигнала и периоду наиболее вероятной помехи (50 Гц), кроме этого, микропроцессорный элемент подключен к цепям с элементами гальванической развязки для синхронизации и обмена информацией с микропроцессорным элементом управляющего модуля концентратора информации.

9. Комплекс программно-аппаратных средств по п.1, отличающийся тем, что включает в себя функциональный микромодуль аналогового ввода ММА2С, предназначенный для измерения среднеквадратического значения напряжения переменного тока сигналов частоты 400-800 Гц (преимущественно сигналов тональных рельсовых цепей кодированных импульсами переменного тока частоты 25, 50, 75 Гц) в селективном режиме и одновременным измерением параметров (в том числе - временных) низкочастотной составляющей этих же сигналов, содержащий импульсный трансформатор для обеспечения гальванически изолированного питания элементов схемы микромодуля, два прецизионных элемента стабилизации - напряжения питания и средней точки операционных усилителей, цифровой сигнальный микропроцессорный элемент, дифференциальный усилитель, входы которого являются входами канала, а выход подключен к активному полосовому фильтру и фильтру нижних частот, выходы которых соединены с входами микропроцессорного элемента, обеспечивающего аналого-цифровое преобразование, цифровую обработку полученных отсчетов с использованием методов, обеспечивающих селективный выбор по частоте, вычисление значений напряжений, временных параметров и определение кодов входного сигнала, кроме этого, микропроцессорный элемент подключен к цепям с элементами гальванической развязки для синхронизации и обмена информацией с микропроцессорным элементом управляющего модуля концентратора информации.

10. Комплекс программно-аппаратных средств по п.1, отличающийся тем, что включает в себя функциональные микромодули ввода дискретных сигналов ММД (2-, 5- или 11-канальные по числу контролируемых сигналов и, соответственно, одно, двух или трехместные по типоразмеру), содержащие микропроцессорный элемент, предназначенный для предварительной обработки информации о входных дискретных сигналах (в том числе - определение длительностей и кодов импульсных и кодированных сигналов) и синхронного обмена информацией с управляющим модулем концентратора информации через элементы цепей связи, и каналы ввода дискретных сигналов, входные цепи которых содержат последовательно соединенные резистор, диод, стабилитрон, предназначенный для отсечки помех, и элемент гальванической оптронной развязки.

11. Комплекс программно-аппаратных средств по п.1, отличающийся тем, что включает в себя функциональный микромодуль вывода МДВУ, содержащий микропроцессорный элемент, связанный входом и выходом с элементами цепей для синхронного обмена информацией с управляющим модулем концентратора информации, а два других выхода микропроцессорного элемента подключены к оптоэлектронным или электромеханическим реле, выходы которых являются выходными каналами микромодуля.

12. Комплекс программно-аппаратных средств по п.1, отличающийся тем, что включает в себя функциональный микромодуль ММСИ, предназначенный для измерения общего сопротивления изоляции двухпроводных цепей при подключении к одному проводу, содержащий импульсный трансформатор для обеспечения гальванически изолированного питания микромодуля, прецизионный элемент стабилизации напряжения питания, микропроцессорный элемент, два выхода которого подключены к управляемому им преобразователю напряжения, выход которого является тестовым источником напряжения, один полюс которого соединен с цепью заземления, второй - с общим проводом источника питания и, через два последовательно соединенных резистора, с одним из проводов контролируемой цепи, при этом параллельно первому резистору, являющемуся токовым шунтом, подключена цепь из трех последовательно соединенных масштабирующих операционных усилителей для образования трех поддиапазонов измерения, а параллельно тестовому источнику напряжения подключен операционный усилитель с делителем напряжения на входе, причем выходы всех операционных усилителей соединены с входами микропроцессорного элемента, обеспечивающего аналого-цифровое преобразование, вычисление общего сопротивления изоляции контролируемой двухпроводной цепи в интервале кратном периоду частоты наиболее вероятной помехи, кроме этого, микропроцессорный элемент подключен к цепям с элементами гальванической развязки для синхронизации и обмена информацией с микропроцессорным элементом управляющего модуля концентратора информации.