DE2724990A1

DE2724990A1 - Einrichtung zur feststellung einer fehlerhaften funktion eines steuerungssystems

Info

Publication number: DE2724990A1
Application number: DE19772724990
Authority: DE
Inventors: Charles Rufus Wesner
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1976-06-04
Filing date: 1977-06-02
Publication date: 1977-12-15
Also published as: IT1078895B; NO771955L; CA1089987A; ES459481A1; DK244477A; SE7706494L; NL7706074A; US4055135A; NO141641B; JPS52149797A; NO141641C; FR2353437B1; GB1532344A; FR2353437A1; SE416458B

Description

i-a+entanwälte Dipl.-Jng. Curt Wallach

D;pl.-Ing. Günther Koch

Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

7 7 L Q Q Π Dip'-'ng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 2. Juni 1977

Unser Zeichen: I5 g2k - Fk/Ne

Bezeichnung: Einrichtung zur Feststellung einer

fehlerhaften Funktion eines Steuerungssys tems

Anmelder: Sperry Rand Corporation

New York / USA

Vertreter: Dipl.-Ing. C. Wallach

Dipl.-Ing. G. Koch
Dr. T. Haibach
Dipl.-Ing. R. Feldkamp 8OOO München 2

Erfinder: Charles Rufus Wesner

Crozet, Va./USA

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Feststellung einer fehlerhaften Funktion eines Steuerungssystems und insbesondere auf eine derartige Einrichtung, die ein Alarmsignal abgibt, um eine Bedienungsperson bei fehlerhaften funktionen eines ScI₁If fs -Steuerungssystems zu warnen.

Seeschiffe verwenden Komplizierte Mechanismen zur Betätigung der Ruder, sie weisen häufig elektrohydraulisch^ Systeme zur Betätigung des Ruders in Abhängigkeit von Ee fehlssignalen auf, die durch Einstellung des Steuerrades erzeugt werden. Steuerrad-Winke lanzeiger und Ruder-Winkelanzeiger sind in vielen Fällen auf der Brücke vorgesehen, so daß der Steuermann diese Vierte vergleichen kann, doch tragen derartige Anzeigen nicht zu einer dauernden Überwachung oder frühzeitigen Warnung im Fall einer fehlerhaften Funktion bei. Weiterhin ist es auf Grund der unvermeidbaren Verzögerung zwischen der Einstellung des Steuerrades und dem Ansprechen des Ruders schwierig, festzustellen, wann eine derartige Verzögerung sich einem unannehmbaren Wert nähert. Während kritischer Manöver, bei denen das Auftreten einer fehlerhaften Funktion am gefährlichsten ist, ist außerdem eine Beobachtung der beiden Anzeigen äußerst unwahrscheinlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine zuverlässige Warnung abgibt, wenn eine fehlerhafte Funktion auftritt.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Einrichtung der eingangs genannten Art bei einem hydraulischen Schiffs-Steuerungssystem, das eine Anzahl von Pumpen aufweist, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Einrichtung Winkelmeßeinrichtungen zur Lieferung von Ruderbefehls- und Ruderstellungs-Winkelsignalen einschließt, die die momentane Stellung des Steuerrades bzw. des Ruders darstellen, daß ein Simulator vorgesehen ist, um ein simuliertes Ruderwinkelsignal zu liefern, das das erwartete Ansprechen des Ruders auf ein Ruderbefehlssignal darstellt, daß der Simulator einen einstellbaren Integrator zur Lieferung einer Zeitverzögerung, die der Zeitver-

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zögerung angenähert ist, die in den mechanischen Bauteilen des Steuerungssystems des Schiffes auftritt, und ein getrenntes Potentiometer einschließt, das jeder der Pumpen entspricht, um den Integrator einzeln an jede Pumpe anzupassen, und daß eine Vergleichsschaltung zum Vergleich der simulierten und der tatsächlichen Ruderwinkelsigna Ie sowie eine Schwellwertschaltung zur Betätigung einer Alarmeinrichtung vorgesehen sind, sobald der Unterschied zwischen den momentanen Werten der simulierten und der tatsächlichen Rudersignale einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.

Durch diese Ausgestaltung der Erfindung wird eine sofortige Warnung erzielt, wenn eine fehlerhafte Funktion des Steuerungssystems auftritt, ohne daß ein Vergleich von zwei Anzeigeeinrichtungen und eine empirische Abschätzung der angezeigten Werte erforderlich ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung noch näher erläutert.

In der Zeichnung ist ein Schaltbild einer Ausführungsform der Einrichtung dargestellt.

Das in der Zeichnung dargestellte Ausfuhrungsbeispiel ist insbesondere bei Verwendung in einem Nachlaufsystem für Seeschiffe geeignet, bei dem Ruderbefehle entweder durch eine manuelle oder eine automatische Steuerradeinheit erzeugt werden und bei dem die Steuerfläche ein Ruder 1st, das durch einen elektrohydraulischen Mechanismus betätigt wird.

Bei manuellen Steuerrad-Systemen werden elektrische Ruderbefehle durch ein Synchro oder durch ein Potentiometer erzeugt, die mechanisch durch das Steuerrad betätigt werden.

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Bei automatischen Steuerradsystemen können elektrische Signale direkt von der Automatik-Einheit erzeugt werden. Bei beiden Arten von Systemen wird ein zweites den Ruderwinkel darstellendes elektrisches Signal mit dem Befehlssignal verglichen und die Differenz oder das Fehlersignal wird zur Betätigung des Federmechanismus verwendet.

Die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform ist insbesondere für ein System geeignet, bei dem ein Synchro zur Feststellung des Ruderwinkels verwendet v;ird. Der Synchro-Ausgang wird in diesem Fall demoduliert und dem Ruderwinkel-Eingang zugeführt. Ein Gleichspannungs-Befehlssignal, das den Steuerrad-Zustand darstellt, wird dem Ruderbefehlssignal-Eingangsanschluß zugeführt.

Wie es aus der Zeichnung zu erkennen ist, werden Ruderbefehlssignale einem Summiernetzwerk 11 zugeführt, das den Eingangskreis für einen Differentialverstärker 13 bildet, der e ine einstellbare Gegenkopplungsschleife 15 aufweist. Ein invertiertes simuliertes oder nachgebildetes Ruderwinkelsignal wird ebenfalls dem Summiernetzwerk 11 zugeführt, so daß der Verstärker 13 ein Ausgangssignal erzeugt, das die Differenz zwischen dem Ruderbefehl und den nachgebildeten oder simulierten Ruderwinkelsignalen darstellt, wie dies noch näher erläutert wird.

Der Verstärker 13 und die zugehörigen Netzwerke bilden eine Schaltung 17, die ein elektrisches Analogon des Ruderservos darstellt. Das Ausgangssignal von der Simulatorschaltung 17 stellt ein simuliertes oder nachgebildetes Ruderwinkel-Fehlersignal dar. Die veränderliche Impedanz in der Gegenkopplungsschleife 15 wird zur Eichung der Schaltung derart verwendet, daß sie einen maximalen Ausgang liefert, der die maximale Pumpen-Strömungsrate darstellt. Typischerweise kann dieser Ausgang in der Größenordnung von 10 Volt für einen Ruderfehler von 5 liegen. Der Ausgang der Ruderservo-Simulatorschaltung

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wird einer Rudermaschinen-Simulatorschaltung 19 zugeführt.

Wie es aus der Zeichnung zu erkennen ist, ist die Rudermaschinen-Simulatorschaltung an ein typisches System von größeren Schiffen angepaßt, bei denen Haupt- und Hilfs-Pumpsysteme zur Verfügung stehen. In manchen Fällen kann die zweite Pumpe lediglich eine redundante Einheit sein, die für den Fall zur Verfugung steht, daß das Haupt-Pumpsystem ausfällt. In anderen Fällen können beide Pumpen gleichzeitig verwendet werden, um eine schnellere Ruderwirkung zu erzielen, v/enn dies erwünscht ist.

Wie es aus der Zeichnung zu erkennen ist, wird das Ausgangssignal von der Ruderservo-Simulatorschaltung YJ zwei Ein-Aus-Schaltern 21 und 23 zugeführt, die entsprechend den Betriebsbedingungen der Haupt- bzw. Hilfs-Fumpen geöffnet oder geschlossen werden.

Die Ausgangssignale von den Schaltern 21 und 23 werden Pumpraten-Eichpotentiometern 25 und 27 zugeführt, deren Ausgangss ignale über ein Summiernetzwerk I9 einem integrierenden Verstärker J>\ zugeführt werden.

Der integrierende Verstärker bildet äie Einstellstößel in dem tatsächlichen Steuerungssystem nach, während die beiden Potentiometer die beiden Pumpen nachbilden, wie dies erläutert wurde. Die Potentiometer werden so eingestellt, daß sie die Änderungsgeschwindigkeit des Ausgangssignals der Simulatorschaltung 19 an die Änderungsgeschwindigkeit des tatsächlichen Rudersignals anpassen, das von dem Ruder selbst abgeleitet wird.

Es ist verständlich, daß eine schnelle Änderung der Steuerradstellung keine unmittelbare entsprechende Bewegung des Ruders und dessen Antriebssystem zur Folge hat, weil eine endliche Zeit erforderlich ist, um die mechanischen Bauteile zu bewegen. Durch Eichen des integrierenden Verstärkers und

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der zugehörigen Schaltungen 'Kann jedoch ein Ausgangssi gnc 1 erzeugt werden, das ein elektrisches Ana logon zur Ruderbewegung in sehr weitgelE nder Annäherung darstellt.

Das Aucgangssignai von der Rudermaschinen-Sinulatorschaltung 19 v:ird einer Maßstabs- und Invertierschaltung 33 zugeführt, die ein Maßstabspotentiometer 35» das zur Anpassung der Größe des Signals von dem integrierenden Verstärker 31 an die Größe des dem Verstärker 13 zugeführten Ruderbefehlssignals eingestellt wird, sowie einen invertierenden Verstärker 37 aufweist, der das Signal von dem Verstärker 31 invertiert, so daß sich die richtige Fhasenbeziehung ergibt und "die Schleife geschlossen wird".

Das Ausgangssignal von dem Maßstabspotentiometer 35 stellt ein nachgebildetes Ruderwinkelsignal dar, das das elektrische Analogen der Ruderbewegung ist, die erwartet werden kann, wenn alle elektrischen Schaltungen und mechanischen Systeme in dem Steuerungssystem und der Ruder-Fehlerdetektor in richtiger Weise arbeiten. Somit wirken die Ruderservo-Simulatorschaltung 17, die Rudermaschinen-Simulatorschaltung 19 und die Maßstabsund Invertierschaltung 33 als Analogrechner, der ein simuliertes oder nachgebildetes Signal liefert, das sehr weitgehend analog zur theoretischen Bewegung des Ruders in Abhängigkeit von einem vorgegebenen Ruderbefehlssignal ist.

Das nachgebildete Ruderwinkel-Signal von dem Maßstabspotentiometer 35 wird einer Vergleichsschaltung 39 über eine Leitung 41 zugeführt.

Das tatsächliche Ruderwinkel-Signal wird ebenfalls der Vergleichsschaltung 39 über eine Maßstabspotentiometer 43 zugeführt. Das tatsächliche Ruderwinkelsignal wird zusammen mit dem nachgebildeten Ruderwinkelsignal einem Summiernetzwerk 45 zugeführt. Diese Signale weisen eine derartige Phasenlage auf, daß ihre Differenz am Eingang des Vergleichsverstärkers auftritt. 709850/1094

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Der Ausgang der Vergleichsschaltung 59 wird einer Absolut-Sehwellwertscha Itung 49 zugeführt, in der zwei in operri chtung vorgespannte Dioden fU und 53 Dif fe rcnzsignale mit beliebiger Polarität einer einen geeichten Bezugswert aufweisenden Trigger Schaltung 'j-j zugeführt werden, '['ypisoherweise kann die Jchalturfr 5f) eine übliche ochnitt-Trigger-soh-ltung sein, deren ochwellwert mit Hili'e eines Alhrin-Liichpntent iome ter:: ^V derr.rt eingestellt v;ird, daß sich ein Auügangscignal an Alarmeinheiten ergibt, sobald die inorrientanen Werte des nachgebildeten Ruderv/inkelsignalr, und des tatsäclil 1 chen Ruderwinkelsignal.s sich Min mehr als einen vergegebenen Betrag unterscheiden.

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- AO-Leerseite

Claims

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F a t e π t a η ο p r ü c h e :

1. Hinrichtung zur restate llung einer fehlerhaften Funktion eines hydraulischen Sehif fs-Steuerungssysterr.s mit einer Anzahl von Pumpen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung W inke lme ße inr i chtungen zur Lieferung von F.uderbefehls- und Ruderstellungs-Winke lsignalen einschließt, die die riornentane Stellung des Steuerrades bzv;. des huders darstellen, daß ein Simulator (17, 19, 33) vorgesehen ist, um ein simuliertes Ruderwinkelsignal zu liefern, das das erwartete Ansprechen des Ruders auf ein Ruderbefehlssignal darstellt, daß der Simulator einen einstellbaren Integrator (31) zur Lieferung einer Zeitverzögerung, die der Zeitverzögerung angenähert ist, die in den mechanischen Bauteilen des Steuerungssystems des Schiffes auftritt, und ein getrenntes Potentiometer (25, 27) einschließt, das jeder der Pumpen entspricht, um den Integrator einzeln an jede Pumpe anzupassen, und daß eine Vergleichsschaltung [ZO) zum Vergleich der simulierten und der tatsächlichen huderwinke!signale sowie eine Schwellv;ertschaltung (49) zur Betätigung einer Alarmeinriehtung vorgesehen sind, sobald der Unterschied zwischen den momentanen 'Werten der simulierten und der tatsächlichen Rudersignais einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.

einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennze ich net, daß das Steuerungssystem ein Nachlaufsystem ist, bei dem das Ruder auf die momentane Differenz zwischen dem Steuerrad-rBefehl und dem tatsächlichen Ruderwinkel anspricht, daß der Simulator (17, 19, 33) eine in geschlossener Schleife betriebene Schaltung mit einem Eingangs-Differentialverstärker (13) ist, der zum Empfang von Ruderbefehlssignalen und simulierten Ruderwinkelsignalen von dem Integrator (31) angeschaltet ist und daß der Aus-

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gang des Differentialverstärkers (13) mit dem Integrator über die Potentiometer (25, 27) gekoppelt ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung (39) ein Summiernetzwerk (45) einschließt, das zum Empfang der simulierten und der tatsächlichen Ruderwinkelsignale angeschaltet ist und die resultierende Differenz einem Ve-rgleichsverstärker (47) zufuhrt.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennze lehnet, daß die Schwellwertschaltung (49) eine Triggerschaltung (5-3) einschließt, die ein Alarmsignal liefert, sobald der Ausgang des Vergleichsverstärkers (47) einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.

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