Локальное управляющее устройство автоматизированной резервированной системы управления стендом для испытаний ракетно-космической техники

 

Полезная модель относится к области автоматизации технологических процессов при наземных испытаниях изделий ракетно-космической техники (РКТ) и может быть полезна в химической и нефтегазовой промышленности.

Устройство содержит три связанных с системой управления стендом контроллера с взаимным обменом информацией и три адаптера SpaceWire, которые соединяют контроллеры с блоком ввода-вывода аналоговой информации, блоком ввода цифровой информации и блоком переключения каналов, связанным с блоком ввода-вывода дискретной информации через блок преобразования интерфейсов.

Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в упрощении устройства путем сокращения числа используемых типов интерфейсов, обеспечении удаления блоков ввода-вывода дискретной информации от контроллеров и повышении информативности ввода и вывода аналоговой информации.

Полезная модель относится к области автоматизации технологических процессов при наземных испытаниях изделий ракетно-космической техники (РКТ) и может быть полезна в химической и нефтегазовой промышленности.

Автоматизированные системы управления стендом для испытаний изделий РКТ имеют распределенную структуру, обеспечивающую управление значительным количеством участвующих в подготовке и проведении испытаний технологических систем различного назначения (хранения компонентов топлива и заправки ими изделия, имитации внешних условий, пожаротушения, регулирования параметров стенда и изделия, огневого запуска). В распределенной системе управления таким стендом для каждой технологической системы предусматривается обычно свое локальное управляющее устройство, включенное в общую локальную вычислительную сеть системы, в которую входят также автоматизированные рабочие места оперативного управления ходом испытаний.

К системам управления испытаниями сложных и дорогостоящих изделий РКТ, особенно блоков ракет-носителей, предъявляются требования повышенной надежности и быстродействия, в том числе в части передачи информации от датчиков и команд на исполнительные органы стенда и изделия.

Высокая надежность систем управления такими стендами обеспечивается в первую очередь резервированной троированной структурой их локальных управляющих устройств с использованием высоконадежных специализированных контроллеров в каждом канале такой структуры, отработанных интерфейсов, передачей сигналов от датчиков в частотном виде. Высокое быстродействие (такт работы контроллеров - 5-10 мс) обеспечивается высокопроизводительными контроллерами с программным обеспечением реального времени и высокоскоростными интерфейсами связи контроллеров между собой и другим оборудованием системы управления.

Известно локальное устройство управления в составе автоматизированной резервированной системы управления стендом для испытаний ракетно-космической техники по патенту на изобретение 2434259 (заявка 2010135090 от 20.08.2010 г.), МПК G05B 19/00, содержащее блоки ввода-вывода дискретной и аналоговой информации, три адаптера SpaceWire и три контроллера, первые и вторые входы-выходы которых соединены соответственно с сетью связи и синхронизации и сетью оперативного управления системы управления, а третьи входы-выходы первого, второго и третьего контроллеров соединены соответственно с первыми входами-выходами первого, второго и третьего адаптеров SpaceWire, четвертый вход-выход первого контроллера соединен с пятым входом-выходом третьего контроллера, четвертый вход-выход которого соединен с пятым входом-выходом второго контроллера, четвертый вход-выход которого соединен с пятым входом-выходом первого контроллера.

В этом устройстве, построенном на контроллерах с троированной схемой их функционирования, для связи с дискретными входами-выходами используется интерфейс SpaceWire, а для связи с аналоговыми входами-выходами - интерфейс CAN. Для повышения надежности устройства в нем предусмотрено восстановление его работоспособности при отказе одного из контроллеров с помощью схемных решений, реализованных в блоке ввода-вывода дискретной информации.

Однако в этом устройстве в ряде случаев является недостаточной информативность интерфейса CAN для ввода-вывода аналоговой информации и относительно высокие затраты, требуемые для удаления блоков ввода-вывода дискретной информации от контроллеров. Высокая информативность, например, требуется для вывода аналоговой информации при формировании синусоидального токового сигнала на электрогидравлический сервопривод качания камер сгорания ракетного двигателя с частотой до 50 Гц для расчета в результате наземных испытаний амплитудных и частотно-фазовых характеристик тракта управления движением ракеты. Удаление блоков ввода-вывода дискретной информации может потребоваться для удешевления кабельной сети и уменьшения помех от больших токов в цепях исполнительных органов. Использование в контроллерной части устройства нескольких типов интерфейсов усложняет схему контроллеров и соответственно снижает их надежность.

Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в упрощении устройства путем сокращения числа используемых типов интерфейсов, обеспечении удаления блоков ввода-вывода дискретной информации от контроллеров и повышении информативности ввода и вывода аналоговой информации.

Это достигается тем, что в известное локальное управляющее устройство автоматизированной резервированной системы управления стендом для испытаний ракетно-космической техники, содержащее блоки ввода-вывода дискретной и аналоговой информации, три адаптера SpaceWire и три контроллера, первые и вторые входы-выходы которых соединены соответственно с сетью связи и синхронизации и сетью оперативного управления системы управления, а третьи входы-выходы первого, второго и третьего контроллеров соединены соответственно с первыми входами-выходами первого, второго и третьего адаптеров SpaceWire, четвертый вход-выход первого контроллера соединен с пятым входом-выходом третьего контроллера, четвертый вход-выход которого соединен с пятым входом-выходом второго контроллера, четвертый вход-выход которого соединен с пятым входом-выходом первого контроллера, согласно полезной модели введены блок переключения каналов, блок преобразования интерфейсов и блок ввода цифровой информации, а адаптеры SpaceWire оснащены дополнительным входом-выходом SpaceWire, при этом вторые входы-выходы первого, второго и третьего адаптеров SpaceWire подключены соответственно к первому, третьему и пятому входам-выходам блока переключения каналов, третьи входы-выходы первого, второго и третьего адаптеров SpaceWire подключены соответственно ко второму, четвертому и шестому входам-выходам блока ввода-вывода аналоговой информации, первый, третий и пятый входы-выходы которого соединены соответственно со вторым, четвертым и шестым входами-выходами блока ввода цифровой информации, первый, третий и пятый входы-выходы которого соединены соответственно со вторым, четвертым и шестым входами-выходами блока переключения каналов, седьмой, восьмой и девятый входы-выходы которого соединены соответственно с первыми, вторыми и третьими входами-выходами блока преобразования интерфейсов, который четвертым, пятым и шестым входами-выходами соединен соответственно с первым, вторым и третьим входами-выходами блока ввода-вывода дискретной информации.

На рисунке представлена схема устройства.

Устройство содержит первый 1-1, второй 1-2 и третий 1-3 контроллеры, подключенные первыми и вторыми входами-выходами соответственно к сети связи и синхронизации и сети оперативного управления системы управления. Контроллеры по своим четвертым и пятым входам-выходам связаны друг с другом интерфейсами SpaceWire для обмена информацией о текущем состоянии реализуемых алгоритмов и выравнивания этой информации с помощью логической операции мажоритирования. При этом контроллеры выявляют также факт отказа одного из них. Первый 1-1, второй 1-2 и третий 1-3 контроллеры своими третьими входами-выходами связаны через первые входы-выходы соответственно первого 2-1, второго 2-2 и третьего 2-3 адаптеров SpaceWire со средствами ввода-вывода аналоговой и дискретной информации объекта управления. Каждый адаптер SpaceWire формирует на своих втором и третьем входах-выходах дублирующие друг друга интерфейсы SpaceWire, образующие кольцо, к которому подключены блок ввода-вывода аналоговой информации 3, блок ввода цифровой информации 4 и блок переключения каналов 5. Последние блоки своими первыми и вторыми входами-выходами подключаются к кольцу первого адаптера SpaceWire 2-1, третьими и четвертыми - к кольцу второго адаптера SpaceWire 2-2, а пятыми и шестыми - к кольцу третьего адаптера SpaceWire 2-3. На седьмом, восьмом и девятом входах-выходах блока переключения каналов 5 формируются соответствующие своим контроллерам интерфейсы SpaceWire, которые подключаются соответственно на первые, вторые и третьи входы-выходы блока преобразования интерфейсов 6, к которому по трем интерфейсам полевого типа подключается блок ввода-вывода дискретной информации 7.

В исходном состоянии контроллеры 1-1, 1-2 и 1-3 загружены средствами системы управления через сеть оперативного управления программой управления, реализующей задание на испытание изделия. В процессе проведения испытания контроллеры 1-1, 1-2 и 1-3 с третьего входа-выхода через адаптеры SpaceWire 2-1, 2-2 и 2-3, блок переключения каналов 5 и блок преобразования интерфейсов 6 выдают команды в блок ввода-вывода дискретной информации 7. Информация о значениях аналоговых выходов передается через адаптеры SpaceWire 2-1, 2-2 и 2-3 в блок ввода-вывода аналоговой информации 3. Аналогично, но в обратном направлении контроллеры 1-1, 1-2 и 1-3 получают входную для программы управления дискретную и аналоговую информацию, а также через блок ввода цифровой информации 4 частотную и кодовую информацию. Через сеть связи и синхронизации устройство обменивается с другими устройствами системы управления и получает сигналы точного времени. Назначение блока переключения каналов 5 заключается в восстановлении интерфейсов SpaceWire на всех трех входах-выходах блоков преобразования интерфейсов 6 и ввода-вывода дискретной информации 7 в случае отказа одного из трех контроллеров по информации об этом, получаемой от оставшихся исправными двух других контроллеров. Достоинством колец SpaceWire на выходах адаптеров SpaceWire 2-1, 2-2 и 2-3 является использование в них, а также в блоке ввода-вывода аналоговой информации 3, блоке ввода цифровой информации 4 и блоке переключения каналов 5 принятых в стандарте SpaceWire средств маршрутизации.

Повышение быстродействия устройства обеспечивается применением высокоскоростного интерфейса SpaceWire для ввода-вывода как дискретной, так и аналоговой информации. Удаление на расстояние блоков ввода-вывода дискретной информации обеспечивается преобразованием интерфейса SpaceWire в интерфейс полевого типа, рассчитанного для этих целей. При этом быстрый ввод сигналов дискретных датчиков обеспечивается блоком ввода цифровой информации 4.

Локальное управляющее устройство автоматизированной резервированной системы управления стендом для испытаний ракетно-космической техники, содержащее блоки ввода-вывода дискретной и аналоговой информации, три адаптера SpaceWire и три контроллера, первые и вторые входы-выходы которых соединены соответственно с сетью связи и синхронизации и сетью оперативного управления системы управления, а третьи входы-выходы первого, второго и третьего контроллеров соединены соответственно с первыми входами-выходами первого, второго и третьего адаптеров SpaceWire, четвертый вход-выход первого контроллера соединен с пятым входом-выходом третьего контроллера, четвертый вход-выход которого соединен с пятым входом-выходом второго контроллера, четвертый вход-выход которого соединен с пятым входом-выходом первого контроллера, отличающееся тем, что в него введены блок переключения каналов, блок преобразования интерфейсов и блок дистанционного ввода-вывода дискретной информации, а адаптеры SpaceWire оснащены дополнительным входом-выходом SpaceWire, при этом вторые входы-выходы первого, второго и третьего адаптеров SpaceWire подключены соответственно к первому, третьему и пятому входам-выходам блока переключения каналов, третьи входы-выходы первого, второго и третьего адаптеров SpaceWire подключены соответственно ко второму, четвертому и шестому входам-выходам блока ввода-вывода аналоговой информации, первый, третий и пятый входы-выходы которого соединены соответственно со вторым, четвертым и шестым входами-выходами блока ввода цифровой информации, первый, третий и пятый входы-выходы которого соединены соответственно со вторым, четвертым и шестым входами-выходами блока переключения каналов, седьмой, восьмой и девятый входы-выходы которого соединены соответственно с первыми, вторыми и третьими входами-выходами блока преобразования интерфейсов, который четвертым, пятым и шестым входами-выходами соединен соответственно с первым, вторым и третьим входами-выходами блока ввода-вывода дискретной информации.



 

Наверх