УСТРОЙСТВО ВВОДА ДИСКРЕТНЫХ СИГНАЛОВ В РЕЗЕРВИРОВАННУЮ СИСТЕМУ УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ СТЕНДОВЫХ ИСПЫТАНИЙ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ
DEVICE TO ENTER DIGITAL SIGNALS INTO REDUNDANT CONTROL SYSTEM FOR BENCH TESTING OF ROCKET AND SPACE EQUIPMENT

Изобретение относится к автоматизированным системам управления технологическими процессами при наземных испытаниях изделий ракетно-космической техники (РКТ) и может быть использовано при стендовой отработке авиационной, транспортной техники, а также химических установок.
Особенностями стендовых наземных испытаний изделий РКТ является высокая стоимость их проведения и реализация обычно серии испытаний на одном или нескольких экземплярах изделий для отработки различных режимов и вариантов их использования при дальнейшей эксплуатации.
Высокая стоимость обусловлена сложностью испытательных стендов и дороговизной применяемых компонентов топлив, большим ущербом при аварийном исходе испытаний, стремлением разработчиков изделий из экономических соображений решить в процессе одного испытания максимальное количество задач и существенным усложнением алгоритмов управления бортовым оборудованием изделий РКТ при использовании современных вычислительных средств.
Указанные особенности стендовых испытаний изделий РКТ требуют тщательной проверки стендовых систем управления (СУ) перед каждым очередным испытанием, чтобы исключить возможные неисправности технических средств и ошибки в программном обеспечении системы управления. В том числе это относится и к средствам ввода в СУ дискретных сигналов реле давлений и других контактных датчиков и программному обеспечению, реализующему алгоритмы обработки этих сигналов.
Наиболее близким по назначению известным техническим решением является канал ввода в блоке ввода-вывода дискретной информации в автоматизированной системе управления заправкой ракетного криогенного разгонного блока по патенту Российской Федерации №2084011, МПК G05В 9/03, 1995 г., содержащий блок барьеров искрозащиты, входы которого соединены с дискретными датчиками объекта управления, а выход подключен к первому информационному входу первого мультиплексора, управляющий вход которого соединен с первым выходом регистра команд, вход которого подключен к первому выходу блока управления, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами основного и дублирующего программируемых логических контроллеров резервированной системы управления.
В системе управления с таким устройством реализуется два основных режима проверки средств приема и обработки дискретных сигналов. В первом - система управления не подключена к объекту управления (криогенному разгонному блоку), т.е. в промежутках между запусками ракет-носителей. В этом случае проверка осуществляется с помощью внешнего по отношению к основной конфигурации системы управления релейного имитатора технологии и смежных систем. Во втором режиме (при подключении системы управления к криогенному разгонному блоку) проводится проверка функционирования программного и алгоритмического обеспечения с помощью только программного имитатора в составе программируемых логических контроллеров.
Недостатками данного устройства являются необходимость дополнительной коммутации разъемных соединений, ручной режим работы оператора релейного имитатора технологии и смежных систем и отсутствие проверки электрических цепей устройства при подключенном криогенном разгонном блоке. Это приводит к возможности нарушения контактов в разъемных соединениях, дополнительному времени на подключение и обслуживание релейного имитатора, пропускам возможных неисправностей в схеме устройства и нештатной конфигурации программного обеспечения при использовании программного имитатора. Все это снижает полноту проверки и вероятность безотказной работы системы управления.
При стендовых испытаниях, например, ступеней ракет-носителей и их разгонных блоков необходимо ориентироваться на проведение всех проверок системы управления при подключенном объекте испытаний, так как обычно при этом проводится до 10 холодных и огневых испытаний по различным программам и алгоритмам управления в связи с экспериментальным характером этих испытаний в отличие от запусков ракет-носителей на космодроме, которые осуществляются по одним и тем же отработанным алгоритмам управления. Это, а также гораздо больший темп проведения испытаний на стендах и, следовательно, сжатые сроки их подготовки требует повышения уровня автоматизации проверок стендовых систем управления при подготовке очередного испытания.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении качества подготовки и надежности резервированных систем управления испытаниями изделий ракетно-космической техники, определяемых в существующей системе обеспечения качества работы стендовых систем количеством отказов за время «жизни» системы управления.
Это достигается тем, что в известное устройство ввода дискретных каналов в резервированную систему управления для стендовых испытаний ракетно-космической техники, содержащее блок барьеров искрозащиты, входы которого соединены с дискретными датчиками объекта управления, а выход подключен к первому информационному входу первого мультиплексора, управляющий вход которого соединен с первым выходом регистра команд, вход которого подключен к первому выходу блока управления, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами основного и дублирующего программируемых логических контроллеров системы управления, согласно изобретению введены регистр имитации входов и второй мультиплексор, выход которого подключен к входам основного и дублирующего программируемых логических контроллеров резервированной системы управления, а управляющий вход соединен со вторым выходом блока управления, при этом первый и второй информационные входы подключены к выходу первого мультиплексора и второму выходу регистра команд - соответственно, причем регистр имитации входов выходом подключен ко второму информационному входу первого мультиплексора, информационным входом - к третьему выходу блока управления, а управляющим входом - к третьему выходу регистра команд.
На чертеже изображена схема устройства.
Устройство ввода дискретных сигналов с датчиков объекта управления содержит блок барьеров искрозащиты 1 цепей датчиков, соединенный с первым информационным входом первого мультиплексора 2, второй информационный вход которого соединен с выходом регистра имитации входов 3. Выход первого мультиплексора 2 подключен к первому информационному входу второго мультиплексора 4, выход которого подключен одновременно к входам основного и дублирующего программирующих логических контроллеров резервированной системы управления (на чертеже условно не показаны), выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами блока управления 5, первый, второй и третий выходы которого соединены соответственно с входом регистра команд 6, управляющим входом второго мультиплексора 4 и информационным входом регистра имитации входов 3. Первый выход регистра команд 6 подключен к управляющему входу первого мультиплексора 3, второй выход - к второму информационному входу второго мультиплексора 4, а третий выход - к управляющему входу регистра имитации входов 3.
В начальном состоянии при включении питания на выходе устройства (соответственно на входах программируемых логических контроллеров резервированной системы управления) может появляться информация либо с дискретных датчиков, либо с выхода регистра имитации входов 3, что определяется установившимся при включении питания логическим значением сигнала на первом выходе регистра команд 6, поступающим на управляющий вход мультиплексора 2.
Два рабочих режима работы устройства (основной и имитационный) задаются основным программируемым логическим контроллером резервированной системы управления.
Основной режим - работа при испытаниях. В этом режиме дискретные сигналы объекта управления через блок барьеров искрозащиты 1 поступают на первый информационный вход первого мультиплексора 2 и затем при нулевом логическом сигнале на его управляющем входе, установленном на первом выходе регистра команд 6, поступают на первый информационный вход второго мультиплексора 4. Информация с выхода последнего по нулевому логическому сигналу на его управляющим входе, который вырабатывается блоком управления 5 по запросам либо основного, либо дублирующего программируемых логических контроллеров резервированной системы управления, поступает одновременно на входы последних.
Имитационный режим устанавливается по команде основного программируемого логического контроллера, которая дешифрируется блоком управления 5, который устанавливает в регистре команд 6 код этого режима. В соответствии с этим кодом на управляющий вход первого мультиплексора 2 поступает единичный логический сигнал, определяющий считывание на его выход состояния регистра имитации входов 3, выход которого подключен ко второму информационному входу первого мультиплексора 2. Сигнал считывания состояния регистра имитации входов 3 задается с третьего выхода регистра команд 6. Информация о коде состояния последнего регистра поступает от дублирующего программируемого логического контроллера через второй вход блока управления 5 и его третий выход. Последовательность поступления кодов в регистр имитации входов 3 определяется алгоритмом управления конкретным испытанием изделия РКТ и моделью функционирования этого изделия, запрограммированного в дублирующем программируемом логическом контроллере и реализуемого в процессе проверки резервированной системы управления при подготовке очередного испытания изделия РКТ.
В обоих режимах основной программируемый логический контроллер имеет возможность прочитать состояние регистра команд, для чего по единичному логическому сигналу на управляющем входе второго мультиплексора 4, устанавливаемому по команде основного программируемого логического контроллера через блок управления 5, в систему управления поступает информация о состоянии регистра команд 6, которая транслируется через второй информационный вход второго мультиплексора 4 на выход последнего.
В процессе испытаний информация о значении дискретных датчиков, как это описано выше, поступает одновременно в основной и дублирующий программируемые логические контроллеры резервированной системы управления. В случае отказа основного контроллера в системе управления осуществляется переход на работу от дублирующего контроллера, что обеспечивается соответствующим исполнением устройств вывода информации.
Следует отметить, что схема данного устройства позволяет его использовать также в троированной системе управления. В этом случае для каждого из трех основных каналов управления предусматривается свое устройство, в котором в качестве дублирующего программируемого логического контроллера выступает специальный четвертый программируемый логический контроллер, выполняющий функции имитации входов в систему при подготовке испытаний изделия РКТ и регистрации сигналов дискретных датчиков в процессе их проведения.
Описанная логическая схема устройства может быть реализована на программируемой микросхеме фирмы ALTERA типа ЕРМ3128ТС144.
Повышение качества подготовки испытаний изделий РКТ при использовании данного изобретения обеспечивается высоким уровнем автоматизации проверок системы управления, что дает возможность реализовать за плановые сроки подготовки испытаний максимальное количество тестов.
Повышение надежности испытаний обеспечивается большей глубиной проверок систем управления и таким образом обнаружением и устранением неисправностей в цепях передачи сигналов дискретных датчиков и ошибок в программах реализации алгоритмов управления запуском изделия ракетно-космической техники, а также безотказной работой разъемных соединений за счет исключения их коммутаций при предпусковых проверках систем управления.