Информационно-управляющий комплекс автоматизированной системы управления подготовкой двигательных установок и технологическим оборудованием ракет космического назначения на техническом и стартовом комплексах

Информационно-управляющий комплекс автоматизированной системы управления подготовкой двигательных установок и технологическим оборудованием ракет космического назначения на техническом и стартовом комплексах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть применено при автоматизации объектов управления в ракетно-космической области, в частности, для управления в реальном времени технологическим оборудованием, например газораспределительным комплексом, при испытаниях и заправке двигательных установок.

Известна автоматизированная система управления подготовкой и пуском ракет-носителей (см. патент на изобретение РФ №2450306, М. кл. G05B 19/00, опубл. 10.05.2012 г.), которая содержит четыре автоматизированных рабочих места операторов (АРМ), в которое входят последовательно соединенные устройство ввода/вывода, операционная система и устройство отображения, два устройства связи с волоконно-оптической линией передачи информации, пятнадцать блоков определения функциональной готовности, семь устройств связи с объектом - технологическим оборудованием, одиннадцать устройств запуска исполнительных элементов, восемь блоков ввода-вывода дискретной информации, пять устройств управления и связи, пульт подкомплекса контроля аппаратно-программных средств, два сетевых системных коммутатора, четыре устройства распределения первичного электропитания, устройство дистанционного управления первичным электропитанием выносного командного пункта, устройство дистанционного управления первичным электропитанием стартового сооружения, четыре устройства распределения вторичного электропитания для различных моделей семейства ракет-носителей, четыре устройства запитки исполнительных элементов и систем ракеты-носителя, пять программных имитаторов, четыре устройства бесперебойного электропитания, соединенных соответствующей совокупностью связей.

Данная система является сложным изделием, которое целесообразно применять в опасных условиях эксплуатации, в основном, в ракетно-космической области и характеризуется большим количеством пространственно разнесенных блоков и устройств, что снижает надежность и требует большой трудоемкости при техническом обслуживании, в частности, ее трудно использовать для заключительных этапов подготовки и пуска ракеты космического назначения (РКН), разгонного блока (РБ) и космической головной части (КГЧ) в случае, когда этапы технологических процессов подготовки и испытаний указанных узлов перекрываются во времени.

Кроме того, данная система требует наличия двух систем обслуживания - подготовки к работе на технических и стартовых комплексах, что снижает надежность и требует сложного управления и обслуживания.

Известна автоматизированная система управления подготовкой и пуском ракет-носителей (см. патент на изобретение РФ №2491599, М. кл. G05B 19/409, F41F 3/04, опубл. 27.08.2013 г.), которая содержит четыре автоматизированных рабочих места операторов (АРМ), пульт подкомплекса контроля аппаратно-программных средств, передвижной пульт заказчика, пять устройств управления и связи, два устройства связи с волоконно-оптической линией передачи информации, два сетевых коммутатора, три устройства распределения первичного электропитания, устройство дистанционного управления первичным электропитанием, устройство дистанционного управления первичным электропитанием стартового сооружения, два устройства распределения вторичного электропитания (УРВЭП), два устройства запитки исполнительных элементов и систем, три устройства бесперебойного электропитания для УРПЭП, восемь устройств запуска исполнительных элементов, девять блоков определения функциональной готовности, семь блоков ввода/вывода дискретной информации, распределитель питания аппаратуры комплекса единого времени, устройство обработки временной информации, блок ввода-вывода аналоговой и дискретной информации, два устройства искробезопасного ввода аналоговой информации, семь устройств искробезопасного ввода дискретной информации, устройство искробезопасного ввода дискретных датчиков "контакта подъема", блок обработки дискретных сигналов, два устройства питания пироэлементов, при этом в АРМ входят последовательно соединенные устройство ввода/вывода, операционная система и устройство отображения, причем устройство ввода/вывода связано с устройствами управления и связи, устройствами связи с волоконно-оптической линией передачи информации и сетевыми коммутаторами, которые, в свою очередь, соединены с блоком ввода/вывода аналоговой и дискретной информации, блоком определения функциональной готовности, блоками ввода/вывода дискретной информации, устройствами запуска исполнительных элементов и с пультом подкомплекса контроля аппаратно-программных средств, связанным также с операционной комплексом АРМ, при этом исполнительные элементы соединены с устройством запуска исполнительных элементов, а питание блоков и устройств данной комплекса обеспечивается упомянутыми блоками первичного и вторичного электропитания.

Однако, как и предыдущий аналог, данная система функционирует на основе жесткой логики дискретных устройств и не способна обслуживать ракетные комплексы, относящиеся к другим классам. Наличие большого числа активных блоков измерения, управления и контроля требует наличия двух систем обслуживания - подготовки к работе на технических и стартовых комплексах, что требует сложного управления и обслуживания, и в результате не обладает достаточной надежностью работы.

Оба рассмотренные комплекса могут работать с одним семейством ракет.

За прототип выбрана система по патенту №2450306.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение автоматизации, уменьшение времени и повышение качества управления и обслуживания, а также повышение надежности подготовки двигательных установок ракеты носителя и расширение номенклатуры типов обслуживаемых ракет.

При этом под повышением автоматизации понимается возможность в автоматическом режиме выполнять отдельные технологические операции, заданные алгоритмами этих операций, по выбору оператора АРМ в соответствии с технологическим графиком работ, а также возможность последовательного автоматического выполнения технологических операций в соответствии с алгоритмами управления технологическим процессом испытаний, а в ручном режиме осуществлять индивидуальное управление отдельными, выбранными операторами, исполнительными элементами по алгоритмам, учитывающим необходимые блокировки, обеспечивающие безопасность работ.

Предлагаемый информационно управляющий комплекс (ИУК АСУ) предназначен для проведения всех видов испытаний двигательных установок ракеты-носителя (РКН) на техническом и стартовом комплексах, включая контроль и управление заправкой РКН, а также обеспечение изделия необходимыми сжатыми газами с требуемыми параметрами при всех видах испытаний на ТК и СК /см. Основы проектирования ракетно-космических комплексов/ Методология обоснования облика комплексов. Г.П. Бирюков и др. - СПб.: АЛФАВИТ, 2002. - 320 с., Справочник по эксплуатации космических средств /Л.Т. Баранов и др./ под общ. ред. Проф. А.П. Полякова. - 2-е изд., пер. и доп. - СПб.: ВКА им А.Ф. Можайского, 2006. - 758 с., Технологические объекты наземной инфраструктуры ракетно-космической техники /Ю.Л. Арзуманов и др.; под общ. Ред. Чл. - корр. РАН И.В. Бармина. В двух кн. - М.: Полиграфикс, 2006. - Кн. 1 - 420 с., Кн. 2-376 с./.

ИУК АСУ взаимодействует с объектом управления ОУ, РКН, с помощью газораспределительного модуля, предназначенного для обеспечения подачи сжатого газа с заданными характеристиками на борт РКН при проведении различных испытаний на ТК. А при работе на стартовом комплексе ИУК АСУ взаимодействует с объектом управления, РКН, с помощью наземного технологического оборудования (ТО), предназначенного для подключения пневмокоммуникаций и средств измерения к ОУ и состоящего из пневмоколодок, приспособлений, гибких трубопроводов и переходников / см. Справочник по эксплуатации космических средств /Л.Т. Баранов и др./ под общ. ред. Проф. А.П. Полякова. - 2-е изд., пер. и доп. - СПб.: ВКА им А.Ф. Можайского, 2006. - 758 с., Технологические объекты наземной инфраструктуры ракетно-космической техники /Ю.Л. Арзуманов и др.; под общ. Ред. Чл. - корр. РАН И.В. Бармина. В двух кн. - М.: Полиграфикс, 2006. - Кн. 1-420 с., Кн. 2-376 с./.

Достижение указанного технического результата обеспечивается в предлагаемом информационно-управляющем комплексе автоматизированной системы управления (ИУК АСУ) подготовкой двигательных установок (ПДУ) и технологическим оборудованием (ТО) ракет космического назначения (РКН) на техническом (ТК) и стартовом комплексах (СК), содержащем, автоматизированные рабочие места (АРМ) операторов, число которых соответствует числу технических подразделений, осуществляющих управление этапами технологического графика (ТГ) подготовки и пуска РКН, блок управления, связи и коммутации (БУСК), содержащий устройства коммутации локальной вычислительной сети (КЛВС), шлюз связи с комплексом единого времени (ШСЕВ), подключенные к первой двунаправленной шине передачи данных, блоки ввода/вывода измерительной информации и сигналов управления (БВВИ), число которых соответствует числу подсистем РКН, обслуживаемых комплексом ИУК АСУ, причем каждый из БВВИ содержит блок ввода дискретных данных (БДД), аналого-цифровой и цифро-аналоговый преобразователи (АЦП и ЦАП) и формирователь сигналов управления (ФСУ), связанных друг с другом второй двунаправленной шиной передачи данных, а также устройство первичного электропитания (УПЭ), и блоки управляемого вторичного электропитания (БУВЭП) по числу блоков БВВИ, отличающемся тем, что введены табло коллективного пользования (ТКП), блоки кабельных соединений (БКС), блоки соединений датчиков и исполнительных механизмов (БСД), причем число БКС и БСД соответствует числу участвующих в подготовке и пуске подсистем РКН с учетом технического и стартового комплексов, при этом БУСК дополнительно содержит базу данных технологической информации (БДТИ), систему управления информационным обменом (СУИО), устройство управления АРМ пользователя и технологическим процессом (УУ АРМ/ТП), связанные с КЛВС и с ШСЕВ первой двунаправленной шиной передачи данных, третьей двунаправленной шиной БУСК связан с ТКП и блоками БВВИ, причем каждый БВВИ дополнительно содержит микроконтроллер блока (МКБ), драйверы управления передачей данных (ДУПД) по двунаправленным шинам и контроллер целостности цепей управления (КЦУ), при этом соответствующие входы/выходы блоков АЦП, ЦАП, КЦУ, ФСУ и БДД являются дискретными входами и аналоговыми входами/выходами БВВИ, а четвертой двунаправленной шиной БУСК связан с блоками вторичного управляемого электропитания БУВЭП, выходы которых служат для подачи электропитания на БВВИ и БКС, при этом соответствующие выходы УПЭ соединены параллельно с соответствующими входами АРМ, ТКП, БУСК и БУВЭП, а сигнальные и управляющие входы и выходы каждого из блоков БВВИ соединены с соответствующими выходами и входами соответствующего БКС, каждый из которых, в свою очередь, связан сигнальными проводами и кабелями с исполнительными механизмами РКН и соответствующим БСД, выходные сигнальные провода и кабели которых связаны с соответствующими датчиками подсистем РКН.

Введение в БУСК, изначально предназначенного для связи со смежными системами и управления трафиком в ИУК АСУ, базы данных технологической информации (БДТИ) для архивирования и использования технологических данных комплекса ИУК АСУ, системы управления информационным обменом (СУИО) обеспечивающего обмен информацией между подсистемами БУСК и внешними системами, устройства управления АРМ пользователя и технологическим процессом (УУАРМ/ТП) позволяют реализовать дистанционное, автоматизированное управление технологическим оборудованием и подготовкой двигательных установок в полном соответствии с технологическим графиком подготовки и пуска, независимо от типа РКН. Модуль УУАРМ /ТП в БУСК представляет собой троированные контроллеры высокой производительности, содержащие технологическое программное обеспечение комплекса ИУК АСУ, которое обеспечивает автоматизацию работы оператора АРМ, отвечает за алгоритмы функционирования технологического оборудования, регулирование процессов, синхронизацию и взаимодействие технологического оборудования. При смене типа РКН меняется программа технологического процесса подготовки и пуска и технологический график. Аппаратное и программное обеспечение ИУК обеспечивает единое время для всех задач ИУК АСУ с помощью шлюза единого времени ШСЕВ. Кроме того, введение указанных блоков обеспечивает визуализацию процесса управления на основе 2 и 3-Д графических мнемосхем отдельных элементов и подсистем РКН, отражающих техническое состояние двигательных установок (ДУ) и технологического оборудования (ТО) в процессе подготовки к пуску РКН в реальном масштабе времени. Таким образом, обеспечивается автоматизация процесса управления, сокращение времени и повышение качества управления и обслуживания, а также повышение надежности подготовки двигательных установок ракеты носителя.

Введение в БВВИ блоков МКБ, ДУПД и КЦУ, а также наличие у БВВИ дискретных входов и аналоговых входов/выходов (входы/выходы АЦП, ЦАП, КЦУ, ФСУ и БДД) обеспечивает универсальность ИУК АСУ по отношению к виду и конкретному исполнению датчиков и исполнительных механизмов. Блок контроля цепей управления КЦУ обеспечивает своевременное обнаружение повреждений цепей управления, повышение надежности и исключение ложных срабатываний.

Введение блоков БКС и БСД, предназначенных для коммутации сигналов управления исполнительными элементами на техническом и механизмами технологического оборудования на стартовом комплексах, а также согласования сигналов датчиков на ТК и СК, обеспечивает независимость управления подготовкой двигательных установок и технологическим оборудованием ИУК АСУ от типа двигательных установок РКН, поскольку при смене типа РКН изменяется только конфигурация подключения сигнальных проводов и кабелей на стартовом и техническом комплексах и программное обеспечение проведения технологических операций.

Введение блока табло коллективного пользования ТКП обеспечивает операторов и руководителя ИУК АС ПДУ информацией коллективного пользования, что способствует повышению надежности и оперативности принятия решений, обеспечивая повышение автоматизации, уменьшение времени, повышение качества управления и подготовки, а также повышение надежности управления технологическим оборудованием, подготовки двигательных установок ракеты носителя на техническом комплексе (ТК) и стартовом комплексе (СК) и расширение номенклатуры типов обслуживаемых ракет.

Причем повышение надежности достигается также тем, что при включении первичного источника питания УПЭ в начальный момент времени подается питающее напряжение на БУСК, БВВИ и БУВЭП, а подача питающего напряжения на БКС блокируется. После завершения переходных процессов УУАРМ/ТП, проведения самодиагностики и анализа исходных данных, автоматически устанавливаются требуемые по технологическому графику режимы подачи управляющих сигналов и команд, и только после этого разрешают подачу питающих напряжений со стороны БУВЭП на БКС для пропуска сигналов датчиков со стороны БСД. После анализа сигналов и оценки состояния ОУ с помощью БУВЭП и БКС разрешается подача команд в сторону исполнительных механизмов или технологического оборудования ОУ (РКН).

В результате отпадает необходимость в сложной системе, содержащей устройства управления и обслуживания датчиков и исполнительных элементов технологических подсистем подготовки и пуска, а также в сложной системе эксплуатации, и тем самым повышается надежность подготовки двигательных установок ракеты носителя и уменьшение времени ее подготовки к старту.

А расширение класса обслуживаемых ракет достигается в результате того, что при обслуживании различных классов ракет изменяемой частью в ИУК ИУК АСУ является БСД и программа управления технологическим графиком, в которых изменяются только точки соединения датчиков и исполнительных механизмов и программа обслуживания технологического графика соответственно.

Предлагаемый информационно-управляющий комплекс автоматизированной системы управления (ИУК АСУ) подготовкой двигательных установок (ПДУ) и технологическим оборудованием (ТО) ракет космического назначения (РКН) на техническом и стартовом комплексах (ТК и СК) поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена его структурная схема, на фиг. 2 показан общий алгоритм работы ИУК АСУ, на фиг. 3 показана блок схема программы алгоритма проверки пневматического мембранного реле одного из блоков РКН, на фиг. 4 показаны примеры мнемосхем для управления ТО и ДУ на техническом и стартовом комплексах (мнемосхема двигательных установок одного из блоков РН Союз-2 на ТК (4а), мнемосхема системы термостатирования воздухом низкого давления на СК, мнемосхема системы заправки жидким кислородом на СК (4б и 4в)), на фиг. 5 представлена схема взаимодействия блоков ИУК АСУ при прохождении команд управления, на фиг. 6 представлена структурная схема АРМ. На фиг. 7 представлена функциональная схема БВВИ 6, на фиг. 8 представлена структура ЛВС Ethernet, на фиг. 9 представлена логические сети нижнего и верхнего уровня ЛВС. На фиг. 10. представлена организация информационного взаимодействия сети нижнего уровня, на фиг. 11 представлена схема прохождения информации в БВВИ 6, на фиг. 12 представлен блок микропроцессора для УУАРМ/ТП 5.3, на фиг. 13 представлена схема мажоритирования, на фиг. 14 представлена схема выходного каскада ФСУ 6.5, на фиг. 15 представлена плата ФСУ, на фиг. 16 представлена схема выходного каскада БДД 6.7, на фиг. 17 представлена плата БДД 6.7, на фиг. 18 представлена схема КЦУ 6.6, на фиг. 19 представлена плата АЦП 6.3, на фиг. 20 представлена структурная схема ПО ИУК АСУ, на фиг. 21 представлена структурная схема ПО АРМ 4, на фиг. 22 представлена структурная схема ПО УУАРМ/ТП 5.3, на фиг. 23 представлена структурная схема ПО БВВИ 6, на фиг. 24 представлена экранная форма интерфейса имитатора.

Согласно фиг. 1 предлагаемый ИУК АСУ содержит устройство 1 первичного электропитания (УПЭ), по меньшей мере, два блока 2 вторичного электропитания (БУВЭП), (в общем случае число блоков БУВЭП соответствует числу подсистем РКН, обслуживаемых комплексом ИУК ИУК АСУ), табло 3 коллективного пользования (ТКП), автоматизированные рабочие места 4 (АРМ) операторов, число которых «п» соответствует числу технических подразделений, осуществляющих управление этапами технологического графика (ТГ) подготовки и пуска РКН, блок 5 управления, связи и коммутации (БУСК), содержащий, в свою очередь, базу 5.1 данных технологической информации (БДТИ), систему 5.2 управления обменом информацией (СУОИ), устройство 5.3 управления АРМ пользователя и технологическим процессом (УУАРМ/ТП), устройство 5.4 коммутации локальной вычислительной сети (КЛВС), шлюз 5.5 связи с комплексом единого времени (ШСЕВ), связанные между собой первой двунаправленной шиной передачи данных, по меньшей мере, два блока 6 ввода/вывода измерительной информации и сигналов управления (БВВИ) (в общем случае число БВВИ соответствует числу подсистем РКН, обслуживаемых комплексом ИУК ИУК АСУ), причем каждый из БВВИ содержит микроконтроллер 6.1 блока (МКБ), не менее двух драйверов 6.2 управления передачей данных (ДУПД) по двунаправленным шинам, аналого-цифровой и цифро-аналоговый преобразователи 6.3 и 6.4 (АЦП и ЦАП), формирователь 6.5 сигналов управления (ФСУ), контроллер 6.6 целостности цепей управления (КЦУ), блок 6.7 ввода/вывода дискретных данных (БДД), при этом соответствующие входы/выходы блоков АЦП 6.3, ЦАП 6.4, КЦУ 6.6, ФСУ 6.5 и БДД 6.7 являются дискретными входами/выходами и аналоговыми входами/выходами БВВИ и связаны между собой второй двунаправленной шиной передачи данных, с которой также связаны блоки 6.1 и 6.2, блоки 7 кабельных соединений (БКС), блоки 8 соединений (БСД) датчиков 9 и исполнительных механизмов или технологического оборудования 10, причем число БКС и БСД соответствует числу участвующих в подготовке и пуске подсистем ОУ (РКН) 11 с учетом технического и стартового комплексов, при этом сигнальные и управляющие входы и выходы каждого из блоков БВВИ соединены с соответствующими выходами и входами соответствующего БКС, каждый из которых, в свою очередь, связан двунаправлено с соответствующим БСД, а сигнальными проводами и кабелями - с исполнительными механизмами или технологическим оборудованием 10 ОУ (РКН) 11, причем выходные сигнальные провода и кабели БСД связаны с соответствующими датчиками 9 подсистем ОУ (РКН) 11.

Предлагаемый информационно-управляющий комплекс работает следующим образом (согласно фиг. 1 и фиг. 2). При включении узла первичного электропитания УПЭ 1 первичное напряжение 220 вольт переменного тока подается на блоки БУВЭП 2, БУСК 5, БВВИ 6, АРМ 4 и ТКП 3. Устройство управления УУАРМ/ТП 5.3 выводит на экраны мониторов АРМ 4 текущее состояние процесса управления в виде 3-Д графических мнемосхем, на которых в виде 2-Д проекций и цветом отражено состояние исполнительных механизмов, датчиков и технологического оборудования с привязкой к технологическому графику, который отображается в виде отдельного объекта. При этом УУАРМ/ТП 5.3 с помощью БУВЭП 2 блокирует подачу управляющих сигналов и команд, питающих напряжений через БКС 7 и БСД 8 на и от объекта управления 11 на техническом и стартовом комплексах. После анализа, по технологическому графику и мнемосхеме, технического состояния объекта управления ОУ (РКН) 11 и принятия управляющего решения оператор, с помощью БУВЭП 2, разрешает подачу управляющих питающих напряжений на БКС 7, разрешая тем самым прохождение сигналов датчиков через БСД 8 от ОУ 11. После анализа технического состояния ОУ, оператором в ручном режиме управления или автоматически производится разблокировка прохождения сигналов управления от УУ АРМ/ТП 5.3, через БВВИ 6 и БКС 7 на исполнительные механизмы или технологическое оборудование 10 объекта управления ОУ 11 на техническом и стартовом комплексах соответственно. Далее оператор, в соответствии с технологическим графиком, запускает на мнемосхеме (фиг. 4) цикл управления технологическим оборудованием для подготовки и проведения проверок, испытаний и анализа готовности к заправке и старту двигательных установок (фиг. 3) РКН. В начале цикла работ по проведению испытаний на техническом комплексе ТК, с помощью УУАРМ/ТП 5.3, БВВИ 6, БКС 7, БСД 8 и датчиков 9 осуществляется проверка наличия и установка конкретных, определенных текущей задачей блокировок безопасности на исполнительных механизмах 10 (газораспределительном модуле ТК). После проверки соответствия блокировок текущей задаче испытаний, осуществляется, в соответствии с инструкцией по эксплуатации, ввод в БДТИ 5.1 технологических уставок (допусков на значения величин) и инициализируется начало параллельной проверки и испытаний нескольких узлов РКН. Для чего с помощью УУАРМ/ТП 5.3 по соответствующей программе (пример на фиг. 3) осуществляется подача управляющих воздействий, пневматических и электрических, на исполнительные механизмы газораспределительного модуля 10. Далее по программе проверки осуществляются с помощью БВВИ 6 и БКС 7 переключения исполнительных механизмов 10 и контроль показаний датчиков 9 в соответствии с логическими условиями проверки. Ход испытаний и результаты отображаются на мнемосхеме (фиг. 4). Далее производится снятие управляющих воздействий и переключение исполнительных механизмов 10 в исходное (до проверки) состояние. Аналогично реализуются следующие циклы проверки. После проведения всех требуемых по технологическому графику циклов проверок производится протоколирование результатов, их визуализация на мнемосхеме и передача сообщения о завершении проверки в АСУ верхнего уровня.

Работы по проведению технологических операций на СК (фиг. 2) проводятся в соответствии с правой ветвью алгоритма и характеризуются последовательностью действий представленной на фиг. 2, подобной алгоритму проверок и испытаний на ТК.

Таким образом, предлагаемый ИУК АСУ выполняет следующие функции:

- управления (блоки БУСК 5, БВВИ 6, БКС 7, БСД 8);

- отображения информации (АРМ 4, ТКП 3);

- документирования (БДТИ 5.2);

(вспомогательных) функций (УПЭ 1, БУВЭП 2, ТКПЗ, БДТИ 5.1, УУАРМ/ТП 5.3, АРМ 4, БВВИ 6, БКС 7, БСД 8).

Для этого производится решение основных задач:

- управление выдачей в исполнительные механизмы 10 (пневмогидравлическую систему (ПГС) и газораспределительный модуль (ГРМ)) управляющих воздействий (сжатых газов) с необходимыми параметрами как в автоматическом режиме, при отработке комплексом циклограммы испытаний технологического графика, так и в дистанционно ручном от АРМ 4 пользователя (приоритет ручного режима);

- прием сигналов состояния (дискретных и аналоговых) для контроля прохождения операций проверки двигательных установок (ДУ) на техническом и стартовом комплексах ТК и СК соответственно;

- контроль соблюдения последовательности выполнения технологических операций, при проведении испытаний двигательных установок (ДУ) на ТК и СК (включая автономные испытания (АИ), комплексные испытания (КИ) при подготовке ДУ РКН 11);

- перевод исполнительных механизмов в безопасное для обслуживающего персонала и изделия состояние при возникновении условий или поступление команды на немедленный останов испытаний;

- учет и хранение результатов испытаний двигательных установок (ДУ) с возможностью оперативного доступа к ним операторов АРМ 4;

- формирование протоколов и графиков по результатам выполнения технологических операций подготовки ДУ РКН;

обеспечение оперативного доступа операторов АРМ 4 к информационно-справочной системе (ИСС) по ДУ РКН «Союз-2»;

- обеспечение оперативного доступа операторов АРМ 4 к нормативно-технической и эксплуатационной документации, хранящейся в электронном виде в информационно справочной системе (ИСС) ИУК;

- проведение технического диагностирования ИУК АСУ и линий связи при подготовке к работе и в процессе работы, обеспечение локализации места отказа с глубиной до элемента замены.

Рассмотрим прохождение сигнала от оператора АРМ 4 (фиг. 6) до исполнительного механизма 10 (ТК и СК РКН, см. фиг. 1).

Схема взаимодействия блоков ИУК АСУ при прохождении команд управления (структура канала управления) представлена на фиг. 5. На пульте АРМ 4 (см. фиг. 6) на технологической мнемосхеме комплекса (см. фиг. 4) оператор инициирует определенный процесс (закрытие клапана, начало операции, изменение положения задвижки, конец операции и т.п.). Действие оператора уже на уровне АРМ 4 проходит несколько уровней контроля: персонализация, квитирование, контроль безопасности операции по заданным критериям и др.

Далее команда оператора попадает в БУСК 5 и через СУОИ 5.1, затем на УУАРМ/ТП 5.3 (см. фиг. 5), где обрабатывается в рамках технологических алгоритмов (фиг. 3) со всем массивом данных БДТИ 5.1 о состоянии технологических и смежных систем на троированных (для повышения надежности) микропроцессорных сборках (контроллерах). Троированный контроллер - это трехканальный контроллер, каждый канал которого выполняет одни и те же алгоритмы, а результаты обработки данных сравниваются по мажоритарному принципу и окончательное решение о выдаче (снятии) управляющего воздействия принимается большинством. Далее команда поступает в троированный блок (стойку) БВВИ 6 (см. фиг. 7) на все три канала БВВИ 6 (см. фиг. 5). Блоками формирования сигналов управления (БФСУ 6.5) формируется выходной сигнал, который также мажоритируется и передается в БКС 7 и БСД 8 (фиг. 1). БКС 7 получает от стойки БУВЭП 2 напряжение питания постоянного тока. Блок БКС 7 проводит коммутацию сигналов, осуществляет питание выходные каскадов БФСУ 6.5 от БВВИ 6 постоянным напряжением от резервированных фидеров стойки БУВЭП 2 и передает их на технологическое оборудование объекта управления. Блок БУВЭП 2 осуществляют электроснабжение специальными токами технологического оборудования, контроль изоляции кабельной сети, аварийное отключение питания выходных сигналов ИУК АСУ по прямой (минуя вычислительные средства) команде оператора.

Обратное следование сигнала (дискретного или аналогового) происходит таким же образом, но в обратном направлении: от датчиков 9 и исполнительных механизмов 10 к БСД 8, БКС 7 к БВВИ 6 -блокам БДД 6.7 и ЦАП 6.4, от БВВИ 6 к БУСК 5 (СУОИ5.1, УУАРМ/ТП 5.3) от УУАРМ/ТП 5.3 через СУОИ 5.1 к АРМ 4. По пути сигналы подаются на три канала стойки БВВИ 6, сравниваются, мажоритируются, чтобы исключить ложные выбросы или ложные срабатывания, вызванные потенциальной неисправностью оборудования ИУК АСУ.

Основой сети передачи данных в ИУК АСУ является распределенная дублированная сеть Ethernet (см. фиг. 8). Дублирование сети необходимо для обеспечения резервирования. В случае выхода из строя одной из информационных сетей вторая полностью обеспечивает работоспособность ИУК АСУ.

В ИУК АСУ используется в качестве среды передачи данных медный кабель: устройства объединяются в сеть медными проводами (витая пара пятой категории). Пропускная способность таких каналов - до 1 Гбит/с, возможная длина кабеля - до 100 м. Все оборудование ИУК АСУ объединяется в единую дублированную Ethernet сеть (КЛВС 5.4), что позволяет осуществлять глобальный мониторинг ИУК АСУ в режиме реального времени.

Сеть передачи данных представляет собой совокупность узлов сети, соединенных информационными каналами. К аппаратному обеспечению информационных каналов относятся физические линии связи, сетевые адаптеры узлов сети и сетевые устройства (коммутаторы КЛВС 5.4). Под узлами сети понимаются вычислительные модули на промышленных контроллерах программно-технического комплекса ИУК АСУ. В частности, узлами сети являются БУСК 5, БВВИ 6, АРМ 4. Информационные каналы представляют собой совокупность физических линий связи (витая пара), сетевых коммутаторов КЛВС 5.4 и программных модулей поддержки сетевых протоколов СУОИ 5.2. Протокол Ethernet реализует физический и канальный уровень передачи данных. На транспортном уровне передачи данных используются протоколы TCP/IP, UDP, IPX. На прикладном уровне используется протокол OrionNet. Протокол OrionNet определяет содержимое пакетов данных, передаваемых по сети и правила их обработки, обеспечивает надежную передачу пакетов от источника к потребителю.

Сеть передачи данных ИУК АСУ логически разделена на 2 уровня: верхний уровень - уровень передачи информации между АРМ 4 и БУСК 5, нижний уровень - уровень взаимодействия БУСК 5 и БВВИ 6 (см. фиг. 9). Сети верхнего и нижнего уровня логически изолированы друг от друга, то есть БВВИ 6 и АРМ 4 не могут непосредственно обмениваться информацией. Сети верхнего и нижнего уровня резервируются как по линиям связи, так и по сетевым устройствам (коммутаторам КЛВС 5.4).

Программное обеспечение (ПО) информационных каналов включает системное ПО сетевых устройств и программную поддержку сетевых протоколов в узлах сети (составная часть системного ПО БВВИ 6, УУАРМ/ТП 5.3, СУОИ 5.1, АРМ 4).

На АРМ 4 - рабочем месте инженера-испытателя ИУК АСУ осуществляется сбор самодиагностики оборудования ИУК АСУ и диагностики технологического оборудования для формирования сигнала готовности ИУК АСУ. Оператор АРМ 4 с помощью мнемосхемы осуществляет управление питанием технологических систем, аварийное отключение в случае необходимости и обслуживание архива ИУК АСУ. На мониторы АРМ 4 выводится информация по графику работ на ТК и СК, обобщенная информация о состоянии подсистем и их текущее состояние, циклограмма работ и другая информация. Таким образом, АРМ 4 важный элемент отображения состояния и управления подсистемами РКН и технологическим оборудованием. На АРМ 4 концентрируется вся информация о технологическом оборудовании и операторы могут осуществлять управление в ручном, автоматическом и полуавтоматическом режимах.

Для передачи сигналов технологического оборудования и датчиков на БСД 7 и БКС 8 осуществляется коммутация сигналов от кабелей датчиков 9 и исполнительных элементов 10 технологических систем на кабели стоек БСД 8 и БКС 7 (см. фиг. 1).

Параллельно с этим, исполнительные элементы управления и диагностики (на БСД 7 и БКС 8, см. фиг. 1) запитываются по двум независимым фидерам от стойки БУВЭП 2. Фидер управления может отключаться в стойке БУВЭП 2 по аварийному сигналу от АРМ 4 оператора. Фидер диагностики в аварийной ситуации не отключается, позволяя системе ИУК АСУ следить за показателями технологически систем в любом случае.

При этом реализуется нормализация и гальваническая изоляция сигналов управления от датчиков 9 технологических систем.

При включении и выключении комплекса или отдельных его устройств исключена возможность выдачи управляющих воздействий на технологическое оборудование.

Аппаратное и программное обеспечение ИУК обеспечивает единое время для всех задач ИУК АСУ с помощью шлюза единого времени ШСЕВ 5.5.

При работе комплекса со средствами имитатора объекта управления исключена возможность выдачи управляющих воздействий на технологическое оборудование.

Организация и построение аппаратных и программных средств комплекса обеспечивают сохранение ее работоспособности при одиночном отказе или сбое в канале сети передачи данных и при одиночных отказах или сбоях в устройствах.

Выполнение блоков предлагаемого ИУК АСУ можно пояснить следующим образом. ИУК АСУ, по существу, представляет собой информационно-управляющую систему или программно - аппаратный комплекс мониторинга, анализа, оценки технического состояния и управления объектом - РКН. Поэтому основные узлы ИУК АСУ могут быть выполнены по технологии промышленных контроллеров, к периферийным выходам которых подключены цифровые или аналоговые цепи согласования с исполнительными устройствами и датчиками /см. Бунтов В.Д., Макаров СБ. Микропроцессорные системы Часть II. Микропроцессоры. Учебное пособие. - СПб.: Изд-во политехнического университета, 2008. - 199 с. (F2MC-16LX FAMILY 16-BIT MICROCONTROLLER МВ90590 SERIES HARDWARE MANUAL FUJITSU LIMITED)/.

Блоки устройства предлагается реализовывать по агрегатно-блочному принципу блок (модуль) - крейт (кассета) - стойка (пульт, шкаф) с широким применением унифицированных покупных устройств /Конструирование электронных устройств систем автоматизации и вычислительной техники С.Г. Григорьян, Феникс, 2007, ISBN: 978-5-222-11954-9/.

В качестве УПЭ 1 могут быть использованы щиты питания, которые производятся на предприятиях кооперации ЗАО «СКБ Орион» на основе продукции концерна ABB /www.enerq.ru/brand/abb; www.abb.ru/ProdactGuide - щиты первичного электропитания; www.emea-tdk-lambda.com - вторичные источники электропитания для монтажа в стойках/. Щиты строятся по модульному принципу с максимальным использованием типовых легко заменяемых элементов.

Стойка УЭП должна питаться от двух фидеров 220 В и должна быть включена всегда - должна находиться в режиме ожидания внешней команды для включения выходных фидеров, а через них - уже стоек УСО и потребителей низкого напряжения постоянного напряжения 27 В. Стойка УЭП должна быть способна сформировать 4 резервированных фидера питания постоянного напряжения 27 В мощностью до 1000 Вт каждый с возможностью регулирования в диапазоне от 24 до 32 В.

Блок управления электропитанием в БУВЭП 2 можно выполнить из трех контроллеров /F2MC-16LX FAMILY 16-BIT MICROCONTROLLER МВ90590 SERIES HARDWARE MANUAL FUJITSU LIMITED/, которые подключены с помощью двух коммутаторов Switch /www.inSAT.ru/Products/ к резервированной сети Ethernet системы АСП ДУ;

двух отдельных коммутаторов Swich /www.inSAT.ru/Products/;

микропроцессорного устройства контроля и управления электропитанием /F2MC-16LX FAMILY 16-BIT MICROCONTROLLER МВ90590 SERIES HARDWARE MANUAL FUJITSU LIMITED/ - предназначенного для сбора информации о состоянии питающей сети ~220 В, состоянии источников питания контроллеров, сигнализации о закрытом или открытом состоянии дверей, сигнализации о подключении кабелей, о состоянии оборудования, подключенного к сети ~220 В;

микропроцессорного устройства ввода и защиты электропитания ~220 В /F2MC-16LX FAMILY 16-BIT MICROCONTROLLER МВ90590 SERIES HARDWARE MANUAL FUJITSU LIMITED/ - предназначенного для ввода электропитания, защиты от перегрузок, формирования сигналов о состоянии входного электропитания ~220 В и узлов устройства;

устройства питания коммутаторов Switch /www.emea-tdk-lambda.com - вторичные источники электропитания для монтажа в стойках/;

устройства питан