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.
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.