УСТРОЙСТВО МУЛЬТИПЛЕКСНОГО ОБМЕНА ИНФОРМАЦИЕЙ В СЕТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СВЯЗИ Российский патент 1999 года по МПК H04J3/00 

Предлагаемое устройство относится к области многоканальных систем с временным разделением каналов и может быть использовано для организации мультиплексного обмена информацией в системах передачи, работающих по линиям связи с высокой интенсивностью импульсных помех, например в транспортных средствах или системах управления производственными процессами.

Аналогами предлагаемого устройства могут быть устройства, описанные в:
- авторском свидетельстве N 4534025, 1988 г., МКИ B 60 R 13/00;
- патенте США N 0117832, 1985 г., МКИ H 04 3/02 НКИ 370/85;
- патенте США N 4922503, 1990 г., МКИ H 04 J 3/00, НКИ 370/85.13
- патенте EP N 0117832 Bi, 1984 г., МКИ B 60 R 16/02;
- патенте США N 4715031, 1987 г., МКИ H 04 J 3/02, НКИ 370/85.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство, описанное в патенте США N 4715031, 1987 г., МКИ H 04 J 3/02, НКИ 370/85, содержащее мультиплексную линию связи, к которой, как к шине, подключены "P" блоков сопряжения, а также "P" блоков управления и отображения, в котором сигналы от источников сообщений объединяются в групповой мультиплексированный сигнал с использованием методов временного разделения каналов, мультиплексированный сигнал передается по линии связи, к которой, как к шине, подключается несколько контроллеров (блоков сопряжения). В каждом из контроллеров селектируются индивидуальные сигналы, которые передаются соответствующим абонентам.

Структурная схема устройства показана на фиг.1.

Основной (базовый) формат сообщения, иллюстрируемый фиг. 2,а, состоит из сегмента передачи, сегмента подтверждения приема, сегмента данных. Сегмент передачи содержит стартовый сигнал, код приоритета, код контроля, адрес функции или адрес приемника, адрес перередатчика, контрольные разряды. Сегмент подтверждения содержит коды подтверждения каждого из приемников. Сегмент данных содержит байты информации и контрольные разряды. При этом каждый бит логического нуля передается в течение трех тактовых интервалов в виде кода 110 (фиг. 2,б), а каждый бит логической единицы в виде кода 100 (фиг. 2,в). Стартовый сигнал передается в виде кода 111100 (фиг. 2,г). Таким образом каждый информационный бит содержит неизменяемый защитный интервал (две крайние позиции кода) и информационный интервал (средняя позиция кода), вид сигнала в котором отображает передаваемую информацию. Однако выбор такого вида информационного бита не позволяет однозначно отличить его от других сигналов, что следует из сравнения фиг. 2б-2г.

Из приведенного описания следует, что формат сообщения известного устройства достаточно сложен, при небольшом количестве абонентов в системе обладает большой избыточностью, что уменьшает скорость передачи информации, а при неизменной скорости - приводит к снижению помехоустойчивости приема сигналов.

Выход из строя одного или нескольких периферийных узлов в прототипе, состоящих из подключенных к линии блоков управления и контроля и блоков сопряжения, приводит к потере массива информации, поступающей из данного узла. Отсутствие приоритетности (равноправие) периферийных узлов и их несинхронная работа, обусловленная возможностью обеспечения полной идентичности схем формирования цифровых сигналов в блоках сопряжения, ограничивают как скорость передачи информации, так и ее объем, т.к. нормальная работа устройства возможна только при использовании больших защитных интервалов между импульсными последовательностями, формируемыми в блоках сопряжения. Низкая информативность, ведущая к ограничению функциональных возможностей системы, является другим серьезным недостатком прототипа.

Техническая задача, решение которой является целью изобретения, заключается в увеличении информативности (объема передаваемой информации) устройства, повышении надежности его работы.

С целью получения этого технического результата в устройство мультиплексного обмена информацией в сети технологической связи, содержащее М блоков управления и контроля и блоков сопряжения, при этом абонентские вводы блоков управления и контроля соединены с исполнительными механизмами оборудования, обслуживаемого системой технологической связи, а линейные вводы блоков сопряжения соединены с линией связи, при этом каждый блок сопряжения содержит последовательно соединенные блоки формирования команды спектра каналов, вход управления которого соединен с соответствующим выходом блока управления и контроля, а также блок подключения к линии, выводы которого являются линейными выводами блока сопряжения введены входящие в блок сопряжения блоки мультиплексора-демультиплексора, регенератор, формирователь синхросигналов, детектор линейного сигнала, определения приоритетности, коммутации и задающего генератора, причем первый вход блока мультиплексора-демультипрексора соединен с первым выходом селектора каналов, второй вход - со вторым выходом генератора, второй выход со вторым входом селектора каналов, первый выход - с первым входом регенератора, третий вход - со вторым выходом блока формирования синхросигналов, первый выход которого соединен с третьим входом селектора каналов, а вход - с выходом блока коммутации, первый вход которого соединен с третьим выходом регенератора, второй - с четвертым выходом регенератора через последовательно соединенные блок определения приоритетности и детектора линейного сигнала, а третий - с выходом блока задающего генератора.

Заявляемое устройство предназначено для применения в системах управления транспортными средствами или технологическими процессами, в которых необходимо иметь ряд пунктов управления и контроля, которые должны дублировать друг друга в случае аварии данного или нескольких пунктов или соединительных линий между ними.

Техническая сущность предлагаемого устройства заключается в том, что при работе устройства синхронизация работы входящих в него блоков сопряжения осуществляется от задающего генератора, входящего в блок, который будет определен как главный. В этом случае остальные блоки сопряжения будут формировать синхросигнал путем выделения из линейного сигнала, сформированного в главном блоке, тактовой частоты. Такое выделение производится фильтром-выделителем тактовой частоты, входящим в блок линейного регенератора. В случае пропадания линейного сигнала главного блока сопряжения, в блоке сопряжения, занимающем второе место в иерархии, начинает работать свой задающий генератор. Таким образом, могут последовательно включаться генераторы на третьем, четвертом и т.д. блоках, т.е. система управления и контроля будет сохранять работоспособность в случае выхода из строя одного или нескольких пунктов управления и контроля данной системы.

Сигнал, вырабатываемый блоками сопряжения, является безадресным и циклическим, что позволяет организовать управление и контроль на любом из периферийных пунктов системы.

Иерархичность пунктов определяется блоками определения приоритетности, входящими в состав блоков сопряжения.

Все это обеспечивает повышение надежности работы устройства, увеличение объема передаваемой информации и повышение помехозащищенности передачи.

На фиг. 3 показана структурная схема предлагаемого устройства мультиплексного обмена информацией.

На фиг. 4 показана структурная схема блока регенератора.

Устройство мультиплексного обмена информацией в сети технологической связи согласно фиг. 3 содержит М блоков управления и контроля 1.1.....1.М и М блоков сопряжения 2.1.....2.М (на фиг. 3 М=3), причем абонентские вводы блоков управления и контроля 1 соединены с исполнительными механизмами органов управления и контроля технологического оборудования или транспортного средства, обслуживаемого системой технологической связи, выходы 2 управления блоков 1 управления и контроля подключены к входам 2 управления блоков 2 сопряжения, линейные вводы блоков 2 сопряжения подключены к линии связи 3. В состав каждого блока 2 сопряжения входят блок 4 формирования команд и селектор каналов 5, мультиплексор-демультиплексор 6, регенератор 7 и блок 8 подключения к линии.

Вход 1 блока 4 формирования команд является вводом блока 2 сопряжения и соединен с вводом 1 блока 1 управления и контроля. Вход 2 блока 4 формирования команд соединен со вторым выходом селектора каналов 5, а выход блока 4 формирования команд соединен с первым входом селектора каналов 5. Вход 3 блока 5 соединен с выходом 1 блока 13 формирования синхросигналов, а вход 4 - с выходом 2 блока 1, являясь в тоже время входом 2 блока 2.

Вход 2 блока 5 соединен с выходом 2 мультиплексора-демультиплексора 6, выход 1 - с входом 1 мультиплексора-демультиплексора 6. Вход 2 мультиплексора-демультиплексора 6 подключен к выходу 2 регенератора 7, вход 3 - к выходу 2 формирователя синхросигналов 13, выход 1 - к входу 1 регенератора 7. Вход 2 регенератора 7 соединен с выходом блока 8 подключения линии, выход 1 - с входом блока 8 подключения линии, выход 3 - с входом блока 12 коммутации, выход 4 - через детектор 9 линейного сигнала и блок 10 определения приоритетности - с входом 2 блока 12 коммутации. Линейный ввод блока 8 подключается к линии связи 3, являясь одновременно линейным вводом блока 2. Вход 3 блока 12 коммутации соединен с выходом задающего генератора 11, а выход блока 12 коммутации - с входом блока 13 формирования синхросигнала.

Регенератор 7 (фиг.4) содержит последовательно соединенные усилитель 14, компаратор 15, формирователь 16, первого выходного усилителя 17 и контроля 18, причем вход усилителя 14 одновременно является входом 2 блока 7, первый выход блока 17 - вторым выходом блока 7, выход блок 18 - четвертым выходом блока 7. Ко второму выходу усилителя 14 подключен вход фильтра 19, первый выход которого соединен с вторым входом компаратора 15, а второй выход является третьим выходом регенератора 7. В состав регенератора 7 входит также выходной усилитель, вход которого является первым входом, а выход - первым выходом регенератора 7.

Устройство работает следующим образом.

Органы управления технологическим оборудованием или транспортным средством подключены к блоку управления и контроля, формирующему соответствующие аналоговые электрические сигналы, поступающие затем в блок сопряжения 2, а внутри этого блока - на вход блока 4 формирования команд, который с помощью аналого-цифрового преобразования формирует импульсные (цифровые) последовательности, соответствующие положению органов управления. Затем эти команды группируются селектором каналов 5, причем их положение в масштабе реального времени определяется, с одной стороны, сигналом синхронизации, поступающим с выхода блока 13, а с другой - командой адреса, поступающей от блока 1. Сигнал с выхода блока 5 селектора каналов поступает затем на вход мультиплексора-демультиплексора 6, который формирует групповой цифровой сигнал, поступающий затем в блок регенератора, обеспечивающий нормированную амплитуду и форму его импульсов и далее в блок 8 подключения к линии, выполняющий функции ввода сигнала в линию защиты оборудования блока сопряжения от опасных и мешающих напряжений и токов, которые могут наводится в линии связи 3. Сформированный в блоке сопряжения 2 циклический цифровой сигнал поступает в линию 3 и далее на все периферийные пункты системы мультиплексного обмена, производящие прием, восстановление и обработку цифрового сигнала и формирование команд, поступающих затем на исполнительные механизмы технологического оборудования или транспортного средства. В этом случае блок 8 выполняет функции ввода сигнала из линии 3 в блок 2 и защиты аппаратуры от опасных и мешающих влияний, а блок 7 - функции восстановления амплитуды, формы и временных соотношений группового линейного сигнала. Указанные функции выполняются путем усиления поступающего из линии связи 3 цифрового сигнала блоком усиления 14 и последующим сравнением выходного сигнала усилителя с эталонной величиной (порогом) в блоке 15 компаратора. При этом превышение порога интерпретируется компаратором, как логическая "1", в случае, когда входной сигнал компаратора лежит ниже порога, на выходе компаратора формируется сигнал "0". Тактовая синхронизация работы компаратора осуществляется благодаря его стробированию импульсной последовательностью, формируемой в блоке 19 фильтра, который выполняет функции нелинейного преобразования группового мультиплексного сигнала, поступающего с выхода 2 блока 14 усилителя, выделения первой гармоники этого сигнала и формирования последовательности стробирующих импульсов, поступающих затем на выход 2 синхронизации блока 15 компаратора. Импульсный сигнал с выхода блока 15 компаратора поступает на вход формирователя 16, выполняющего функции формирования мультиплексного сигнала с заданной амплитудой, формой и длительностью импульсов. Сформированный сигнал транслируется в мультиплексор-демультиплексор 6 блоком 17 выходного усилителя. С контрольного выхода 2 блока 17 выходного усилителя сигнал поступает на вход блока 16 контроля, выполняющего функции обнаружения и подсчет сбоев (ошибок) мультиплексного сигнала, а также обнаружения моментов полного пропадания мультиплексного сигнала на выходе блока 17 и формирования обобщенного сигнала аварии, поступающего затем на выход 4 блока 7 регенератора. Трансляция сформированного в блоке 6 мультиплексного сигнала в линию связи 3 производится при помощи блока 20 выходного усилителя 2, на вход которого поступает выходной сигнал блока 6, усиливается и через выход 1 блока 7 регенератора поступает на вход блока 8 подключения к линии и далее через линейный ввод указанного блока, одновременно являющийся линейным вводом блока 2 сопряжения, в линию связи 3.

Когда блок 2 сопряжения выполняет функции приема мультиплексного сигнала, то поступающий из линии связи 3 через блок 8 подключения к линии мультиплексный сигнал, восстанавливается блоком 7 регенератора, после чего поступает на блок 6 мультиплексора-демультиплексора, где производится демультиплексирование, т.е. разделение группового сигнала и его адресация - выделение из совокупности сигналов сигнала, предназначенного для данного периферийного пункта. Дальнейшее разделение выделенного сигнала на отдельные команды, предназначенные для исполнительных механизмов данного периферийного пункта, производится блоком 5 селектора каналов, выходной сигнал которого поступает затем на вход блока 4 формирователя команд, обеспечивающего нормированную величину и форму импульсов на абонентском вводе указанного блока, соединенного с вводом 1 блока 1 управления и контроля. Указанный блок 1 предназначен для управления исполнительными механизмами и устройствами индикации, которые обслуживаются данными блоками 1 управления и контроля и 2 сопряжения.

Синхронизация работы блоков 5 селектора каналов и 6 мультиплексора-демультиплексора производится выходным сигналом блока 13 формирования синхросигналов. Блок 13 формирует синхросигналы из колебаний тактовой частоты, которые поступают с выхода 3 блока 17 регенератора на вход 1 блока 12 коммутации и далее на вход блока 13. В случае пропадания линейного сигнала или резкого ухудшения его качества, выражающегося в появлении сбоев в количестве, превышающем величину, нормированную для установленного интервала измерений, синхронизация блока 2 сопряжения и входящих в него блоков 5 и 6 производится от собственного блока 11 задающего генератора, формирующего колебание с частотой, равной тактовой частоте группового мультиплексного сигнала. Колебания с выхода блока 11 задающего генератора поступают на вход 3 блока 12 коммутации. Управление блоком 12 коммутации производится сигналом управления, поступающим на вход 2 блока 12 коммутации с выхода блока 10 определения приоритетности. Блок 10 определения приоритетности содержит элементы задержки, причем время задержки управляющего сигнала, поступающего с выхода блока 9 детектора линейного сигнала, устанавливается индивидуально для каждого блока 2 сопряжения в зависимости от порядка передачи функций управления системой от одной группы периферийных устройств к другой группе. Например, если система обслуживает крупное транспортное средство, такое, как корабль, то первоначально его управление и контроль сосредоточены в блоках 1.1 и 2.1. В случае выхода из строя указанных блоков или повреждения подходящего к блоку 2.1 участка линии связи 3, управление переходит к блокам 1.2 и 2.2. Если повреждены и эти блоки, управление переходит к блокам 1.3 и 2.3, и т.д. Система управления и контроля при этом сохраняет свою живучесть даже при массированном повреждении периферийных блоков и соединяющих их линий. Таким образом использование заявляемого устройства позволяет существенно увеличить надежность работы системы контроля и управления технологическим оборудованием или транспортным средством.

Кроме того, при использовании заявляемого устройства отпадает необходимость обеспечения защитных интервалов большой длительности между импульсными сообщениями, передаваемыми в линию от каждого из блоков сопряжения, так как работа всех этих блоков синхронизируется синхросигналом того блока, который в данный момент выполняет роль управляющего системой. Значительное быстродействие работы блоков детектора линейного сигнала, определение приоритетности и коммутации позволяет обеспечить оперативное переключение синхронизации работы системы, что также позволяет уменьшить величину защитных интервалов. Это уменьшение, в свою очередь, позволяет увеличить объем информации, передаваемой по мультиплексной линии связи.

Устройство относится к многоканальным системам с временным разделением каналов и может использоваться для организации мультиплексного обмена в системах, работающих по линиям связи с высокой интенсивностью импульсных помех, например в транспортных средствах или системах контроля и управления технологическими процессами. Техническим результатом, достигаемым при реализации этого изобретения, является: повышение надежности и информативности. Достигается этот результат путем введения в устройство таких новых блоков, как формирователь синхросигналов, блок коммутации, блок определения приоритетности, задающий генератор, регенератор, детектор линейного сигнала, мультиплексор-демультиплексор. 4 ил.

Устройство мультиплексного обмена информацией в сети технологической связи, содержащее М блоков управления и контроля и М блоков сопряжения, абонентские вводы блоков управления и контроля соединены с исполнительными механизмами оборудования, обслуживаемого системой технологической связи, а линейные вводы блоков сопряжения соединены с линией связи, причем каждый из М блоков сопряжения содержит блок формирования команд и селектор каналов, при этом первый вход блока формирования команд является вводом блока сопряжения и соединен с вводом блока управления и контроля, второй вход блока формирования команд соединен со вторым выходом селектора каналов, а выход блока формирования команд соединен с первым входом селектора каналов, вход управления которого соединен с соответствующим выходом блока управления и контроля, а также блок подключения к линии, выходы которого являются линейными вводами блока сопряжения, отличающееся тем, что в каждый из М блоков сопряжения введены мультиплексор-демультиплексор, регенератор, формирователь синхросигналов, детектор линейного сигнала, блок определения приоритетности, блок коммутации и задающий генератор, причем первый вход мультиплексора-демультиплексора соединен с первым выходом селектора каналов, второй вход - со вторым выходом регенератора, первый выход - с первым входом регенератора, второй выход - со вторым входом селектора каналов, а третий вход - со вторым выходом формирователя синхросигналов, первый выход которого соединен с третьим входом селектора каналов, а вход - с выходом блока коммутации, первый вход которого соединен с третьим выходом регенератора, второй вход - с четвертым выходом регенератора через последовательно соединенные детектор линейного сигнала и блок определения приоритетности, а третий вход - с выходом задающего генератора, при этом второй вход регенератора соединен с выходом блока подключения к линии, вход которого соединен с первым выходом регенератора.