Распределенная вычислительная система управления движением для скоростных судов

Распределенная вычислительная система управления движением для скоростных судов относится к судостроению, а именно: к системам автоматического управления движением скоростных судов с динамическими принципами поддержания, например, к системам управления судов на подводных крыльях, воздушной подушке, с воздушной каверной или с интерцепторами.

Сущность полезной модели состоит в том, что система содержит две группы вычислителей управления, каждая из которых содержит пару дублирующих друг друга вычислителей управления рулевыми поверхностями судна только одного соответствующего борта.

Технический результат состоит в повышении отказобезопасности системы управления за счет устранения возможности установления бортовых управляющих поверхностей судна «враздрай» из-за отказов в системе управления, связанных с физической близостью соответствующих каналов.

Предлагаемая полезная модель относится к судостроению, в частности, к системам автоматического управления движением скоростных судов с динамическими принципами поддержания, например, к системам управления движением скоростных судов на подводных крыльях, воздушной подушке, с воздушной каверной или с интерцепторами.

Известна система автоматического управления скоростным судном, содержащая две группы цифровых вычислителей, подключенных к датчикам состояния и положения судна и управляющих двумя группами соответственно носовых и кормовых рулевых поверхностей судна. Из пары дублирующих друг друга вычислителей одной группы каждый вычислитель подключен, по меньшей мере, к одному из вычислителей аналогичной пары другой группы и к соответствующей группе из двух дублирующих друг друга групп датчиков с образованием самостоятельного канала управления двухканальными приводами всех рулевых поверхностей судна [см. патент РФ на изобретение 2085430 по заявке 95114085 от 08.08.95 г., опубликован 27.07.97 г., Бюллетень 21].

В известном устройстве пульт индикации и управления соединен двумя каналами двунаправленной связи с цифровыми вычислителями управления носовой и кормовой группы соответственно левого и правого борта судна. Режим управления движением судна по курсу задается с пульта индикации и управления соответствующей командой, содержащей заданные значения параметров управления одновременно всем вычислителям управления приводами системы. В свою очередь, вычислители управления приводами посылают в пульт индикации и управления для отображения информацию о параметрах движения судна, о положении рулевых поверхностей и о состоянии системы управления.

Недостатком известного устройства является то, что в качестве вычислителя пульта индикации и управления в этом случае может быть только вычислитель с гарвардской архитектурой с исполнением пользовательских программ непосредственно из ПЗУ, поскольку альтернативные вычислители общего назначения с фон-неймановской архитектурой обладают недопустимо большими для управления движением скоростных судов временами старта и рестарта. Однако такие вычислители, как правило, обладают неразвитыми графическими возможностями.

По совокупности сходных существенных признаков наиболее близкой к предложенной полезной модели является распределенная вычислительная система управления движением для скоростных судов, содержащая две группы вычислителей управления, каждая из которых содержит пару дублирующих друг друга вычислителей, связанных через цифровые двунаправленные каналы связи с двухканальными приводами носовых и кормовых рулевых поверхностей судна и подключенных к остальным вычислителям управления и к соответствующей группе дублирующих дуг друга датчиков состояния и положения судна, а также через цифровые однонаправленные многоабонентные каналы связи к пульту индикации и управления. Пульт индикации и управления содержит сдвоенные кнопки управления, подключенные к соответствующим вычислителям управления приводами левого и правого борта непосредственно, либо через соответствующие цифровые однонаправленные многоабонентные каналы связи, а также видеомонитор с развитыми графическими возможностями, подключенный через цифровые однонаправленные многоабонентные каналы связи к вычислителям управления системы [см. патент РФ на полезную модель 106877 по заявке 2010138104 от 14.09.2010 г., опубликован 27.07.2011 г., Бюллетень 21].

Известная система обеспечивает развитые графические возможности по отображению необходимой информации для управления движением быстроходных судов по курсу и траектории с сохранением приемлемых малых значений времен старта и рестарта управляющих вычислителей системы, однако известная система обладает следующим недостатком: дублирующие друг друга вычислители принадлежат в ней к одной группе. При этом существует вероятность одновременного отказа каналов управления органами левого и правого борта из-за того, что они физически находятся в одном месте, например, кормовыми бортовыми закрылками, в результате которого указанные закрылки могут принять положение «враздрай», что опасно для судна, так как может привести к его недопустимому накренению.

Перед заявленной полезной моделью была поставлена задача повышения отказобезопасности системы управления при сохранении дублированности вычислителей управления.

Поставленная задача решаемая тем, что предложена распределенная вычислительная система управления движением для скоростных судов, содержащая две группы вычислителей управления, каждая из которых содержит пару вычислителей, связанных через цифровые двунаправленные каналы связи с двухканальными приводами носовых и кормовых рулевых поверхностей судна и подключенных к остальным вычислителям управления и к соответствующей группе дублирующих друг друга датчиков состояния и положения судна, а также через цифровые однонаправленные многоабонентные каналы связи к пульту индикации и управления. Пульт индикации и управления содержит сдвоенные кнопки управления, подключенные к соответствующим вычислителям управления приводами левого и правого борта непосредственно, либо через соответствующие цифровые однонаправленные многоабонентные каналы связи, а также не связанный с кнопками управления движением видеомонитор с развитыми графическими возможностями, подключенный через цифровые однонаправленные многоабонентные каналы связи к вычислителям управления системы.

Новым в предложенной системе является то, что дублирующие друг друга вычислители управления принадлежат к разным группам.

Техническим результатом заявленной системы является повышение отказобезопасности системы за счет устранения возможности установления бортовых органов управления судна «враздрай» из-за отказов в системе управления, связанных с физической близостью соответствующих каналов управления. Существующая в предложенной системе вероятность одновременного отказа каналов управления органами одного борта не опасна, так как подобный отказ парируется органами управления другого борта.

На фигуре представлена блок-схема заявленной системы.

Заявленная система содержит вычислители 1 управления, разбитые на две группы: группу 2 управления двухканальными приводами 3 кормовых рулевых поверхностей 4 судна и группу 5 управления двухканальными приводами 3 носовых рулевых поверхностей 6 судна. Имеющиеся в системе датчики 7 состояния и положения судна объединены в две дублирующие друг друга группы 8 и 9 и служат для определения, например, положения штурвала (на чертеже не показан), углового положения судна, его угловых скоростей, перегрузок и т.д. В качестве рулевых поверхностей судна могут быть носовые и кормовые рули или закрылки крыльевой системы судна. Для наглядности описания вычислителям 1 управления на фигуре условно присвоены наименования «носовой» (Н), «кормовой» (Н), «левый» (Л), «правый» (П). Вычислители 1 управления приводами 3 левого и правого борта судна связаны с видеомонитором 10 с развитыми графическими возможностями пульта 11 индикации и управления по цифровым однонаправленным многоабонентным каналам связи 12 (например, RS-422), а также с соответствующими кнопками сдвоенных кнопок управления 13 пульта 11 индикации и управления. Как видно из чертежа, вычислители 1 управления системы связаны между собой и с двухканальными приводами 3 цифровыми двунаправленными каналами связи 14 (например, RS-422 или CAN) и образуют отказоустойчивую систему управления, способную к реконфигурации структуры при отказах. Для сохранения функций управления всеми рулевыми поверхностями судна в системе достаточно, чтобы сохраняли работоспособность хотя бы два вычислителя 1 из имеющихся четырех, причем один из них должен принадлежать к вычислителям левого борта, а другой - к вычислителям правого борта. Из фигуры также видно, что при любой реконфигурации системы любой из возможных каналов управления всеми рулевыми поверхностями судна остается подключенным к датчикам 7 и пульту 11 индикации и управления.

Система работает следующим образом.

Режим управления движением задается с пульта 11 индикации и управления разовой командой путем нажатия соответствующей сдвоенной кнопки управления 13, соединенной непосредственно или по соответствующим каналам связи 12 со всеми вычислителями 1 управления групп 2 и 5 системы, формирующими для приводов 3 групп 4 и 6 системы законы управления по сигналам с датчиков 7 групп 8 и 9. При этом вычислители 1 левого борта ЛН и ЛК управляют как носовыми, так и кормовыми приводами 3 левого борта, а вычислители 1 правого борта ПН и ПК управляют как носовыми, так и кормовыми приводами 3 правого борта. В свою очередь, вычислители 1 посылают в видеомонитор 10 с развитыми графическими возможностями пульта 11 индикации и управления по однонаправленным цифровым многоабонентным каналам связи 12 всю необходимую для качественного отображения и управления движением судна информацию о параметрах движения судна, положении его рулевых поверхностей и состоянии системы на графическом цветном дисплее, входящем в состав видеомонитора (на чертеже не показан). В качестве вычислителя видеомонитора 10 с развитыми графическими возможностями может быть использован встраиваемый PC-компьютер, при этом заданные значения параметров управления формируются не в пульте 11 индикации и управления, а в самих вычислителях 1 управления с учетом информации от датчиков 7 групп 8 и 9 системы и по цифровым каналам связи 12 передаются для отображения в видеомонитор 10 пульта 11 системы и в другие подобные мониторы вне пульта 11. Совокупность из четырех вычислителей 1 управления системы можно рассматривать как один вычислитель повышенной надежности, сохраняющий возможность управления всеми рулевыми поверхностями судна при отказах. Например, при отказе обоих носовых вычислителей 1 управления ЛН и ПН управление приводами 3 носовой группы 6 будет осуществлено кормовыми вычислителями ЛК и ПК за счет двухканальности приводов 3, а также дублированности датчиков 7 групп 8 и 9. Связи между вычислителями 1 управления необходимы для организации развитой системы встроенного контроля (на чертеже не показана), позволяющей осуществлять реконфигурацию структуры при отказах с отключением отказавших каналов управления приводами 3, а также рестарт вычислителей 1 управления с сохранением заданных режимов и параметров управления. Поскольку управляющие бортовыми приводами каналы управления физически не встречаются в одном месте, то одновременный отказ аппаратуры управления рулевыми поверхностями судна левого и правого борта, приводящий к их установке «враздрай», становится практически не возможным, что повышает отказобезопасность системы управления.

Распределенная вычислительная система управления движением для скоростных судов, содержащая две группы вычислителей управления, каждая из которых содержит пару вычислителей, связанных через цифровые двунаправленные каналы связи с двухканальными приводами носовых и кормовых рулевых поверхностей судна и подключенных к остальным вычислителям управления и к соответствующей группе дублирующих друг друга датчиков состояния и положения судна, а также через цифровые однонаправленные многоабонентные каналы связи - к пульту индикации и управления, содержащему сдвоенные кнопки управления, подключенные к соответствующим вычислителям управления приводами левого и правого борта непосредственно, либо через соответствующие цифровые однонаправленные многоабонентные каналы связи, а также не связанный с кнопками управления движением видеомонитор с развитыми графическими возможностями, подключенный через цифровые однонаправленные многоабонентные каналы связи к вычислителям управления системы, отличающаяся тем, что дублирующие друг друга вычислители управления принадлежат к разным группам.