RU106972U1 - Распределенная сетевая система управления - Google Patents

Abstract

Распределенная сетевая система управления, содержащая как минимум один основной сетевой узел, имеющий возможность связи с датчиками параметров и исполнительными механизмами агрегата объекта, а также связанные с сетевым узлом основной и дублирующий коммутационные контроллеры, причем сетевой узел и коммутационные контроллеры имеют возможность соединения с источником питания, отличающаяся тем, что система оснащена как минимум одним резервным сетевым узлом, имеющим возможность связи с датчиками параметров и исполнительными механизмами агрегата объекта, а также связанными с резервным узлом основным и дублирующим коммутационным контроллерами, связанными основной и дублирующей шинами соответственно с основным и дублирующим контроллерами основного сетевого узла, резервный сетевой узел и его коммутационные контроллеры имеют возможность соединения с источником питания, при этом основной сетевой узел и его коммутационные контроллеры имеют возможность соединения с источником питания через нормально замкнутый ключ, а резервный сетевой узел и его коммутационные контроллеры - через нормально разомкнутый ключ, основной сетевой узел имеет возможность соединения с исполнительными механизмами через нормально замкнутый ключ, а резервный сетевой узел - через нормально разомкнутый ключ, при этом система дополнительно оснащена блоком обнаружения электромагнитного излучения и блоком логики, первый вход которого соединен с блоком обнаружения электромагнитного излучения, второй вход - с управляющим выходом резервного сетевого узла, а выходы блока логики связаны с ключами.

Description

Полезная модель относится к области распределенных сетевых систем управления и может быть использована для обеспечения синхронизации работы агрегатов объекта с обеспечением защиты узлов системы от действия электромагнитного излучения (ЭМИ) различного происхождения.

Задачи синхронизации по управлению и по данным узлов сетевых распределенных систем возникают при эксплуатации объектов автотранспорта, авиации, энергетики, например в системах автоматического управления газотурбинными двигателями, в системах рулевого управления автомобиля и при эксплуатации других объектов, при функционировании которых недопустимо, чтобы их исполнительные устройства получали не скоординированные, не синхронизированные между собой команды управления.

В настоящее время стала актуальной проблема обеспечения стойкости таких систем управления к воздействию ЭМИ искусственного и естественного происхождения. В природе источником ЭМИ являются импульсные токи, сопровождающие нестационарные природные явления - магнитные бури, удары молнии, электростатические разряды. В технике источниками ЭМИ являются электромагнитные поля радиопередающих и радиолокационных станций (РЛС), высоковольтные линии электропередач, импульсные электротехнические устройства, в том числе, электромагнитное оружие. Источником наиболее мощного ЭМИ является ядерный взрыв.

Известна система электропитания РЛС, состоящая из ввода внешней сети, блока защиты от перенапряжений первичной цепи, защитно-распределительного блока, обеспечивающего защиту цепей от токов короткого замыкания, устройства защиты от электромагнитного оружия с блоком индикации и с индивидуальными широкополосными фильтрами для каждой из нагрузок, первых преобразователей, питающих передающее устройство, второго преобразователя, питающего приводы РЛС, третьего преобразователя, подключенного к аккумулятору, питающему электронно-вычислительную машину РЛС, последовательно включенных четвертых и пятых прямоходовых преобразователей, питающих аппаратуру РЛС, шестых и седьмых резонансных преобразователей, питающих приемное устройство, и восьмых резонансных преобразователей, питающих формирователь эталонных сигналов, входы первых, второго, третьего, четвертых прямоходовых и шестых резонансных преобразователей подключены к выходам устройства защиты от электромагнитного оружия, входы пятых прямоходовых преобразователей подключены к выходам четвертых, а входы седьмых и восьмых резонансных преобразователей - к выходам шестых резонансных преобразователей, цепь управления соединяет защитно-распределительный блок и устройство защиты от электромагнитного оружия.

Для электропитания системы может быть использована подстанция, имеющая на выходе трехфазное напряжение 380 В, 50 Гц, которое подается через блок защиты от перенапряжений первичной сети на вход защитно-распределительного блока или резервный источник питания (аккумулятор). В систему электропитания включен помехоподавляющий фильтр для защиты системы от электромагнитных импульсов микросекундной длительности.

При возникновении в первичной сети импульсов наносекундной длительности, вызванных применением электромагнитного оружия, узел индикации устройства защиты от электромагнитного оружия информирует обслуживающий персонал о наличии и уровне этих импульсов, что позволяет при необходимости перевести работу системы на резервный источник питания.

(см. патент РФ №2399138, кл. Н02J 1/06, 2010 г.).

В результате анализа выполнения известной системы необходимо отметить, что она обеспечивает защиту от ЭМИ искусственного и естественного происхождения, однако она весьма сложна конструктивно, использование в качестве защитных элементов широкополосных фильтров снижает эффективность защиты, так как обеспечивает защиту только от ЭМИ имеющих параметры, укладывающиеся в полосу пропускания фильтров. Данная система не является эффективной от защиты импульсов наносекундной длительности вследствие ее инерционности. Кроме того, при обнаружении ЭМИ осуществляется отключение всех механизмов РЛС, питание которых с целью сохранения в них информации осуществляется в течение определенного времени от аккумулятора. Кроме того, выполнение системы не обеспечивает диагностирования состояния ее узлов и агрегатов после окончания действия ЭМИ.

Известно устройство питания нагрузки, содержащее преобразователь переменного тока в постоянный, аккумуляторные батареи, коммутационные аппараты и блок управления. Блок управления осуществляет контроль состояния аккумуляторных батарей и управляет коммутационными аппаратами. Каждая отдельно взятая аккумуляторная батарея подключена в точке между двух последовательно соединенных коммутационных аппаратов и образует с каждым из них последовательное соединение либо с входной цепью питания нагрузки, либо с выходной цепью преобразователя.

В процессе работы устройства коммутационные аппараты, соединяющие аккумуляторные батареи с выходом преобразователя и входом питания нагрузки, включаются и отключаются так, что исключается прямое соединение выхода преобразователя с входом питания нагрузки. Аккумуляторная батарея подключается либо только к выходу преобразователя, либо только к входу питания нагрузки. Для того чтобы при отключении одной аккумуляторной батареи от входа нагрузки питание нагрузки не прерывалось, вторая аккумуляторная батарея перед отключением первой также подключается своим коммутационным аппаратом к входу питания нагрузки и отключается от выхода преобразователя. Затем циклы коммутации обеих аккумуляторных батарей повторяются. Управление коммутационными аппаратами осуществляет блок управления. Одновременно блок управления осуществляет контроль состояния аккумуляторных батарей и определяет оптимальные условия их подзаряда, регулируя длительность и ток заряда для каждой аккумуляторной батареи при их подключении к преобразователю. Таким образом, питание нагрузки всегда осуществляется от аккумуляторных батарей без непосредственной связи с выходом преобразователя и это обеспечивает защиту от ЭМИ. Кроме того, аккумуляторные батареи постоянно подзаряжаются, что обеспечивает длительную работу нагрузки.

(см. патент РФ №2396662, кл. Н02J 1/02, 2010 г.).

В результате анализа выполнения данного устройства необходимо отметить, что оно не обеспечивает надежной защиты от ЭМИ, так как для него характерно низкое быстродействие узлов отключения нагрузки, в то время, как длительность ЭМИ может составлять несколько микросекунд, а наличие в устройстве аккумуляторных батарей, значительно увеличивает вес и габариты системы, особенно при управлении объектами с большим количеством работающих в едином цикле агрегатов, что существенно ограничивает область ее применения.

Известна распределенная сетевая система управления, состоящая из сетевых узлов, каждый из которых имеет возможность связи со своей группой датчиков и своей группой исполнительных механизмов, все сетевые узлы связаны в единую систему через контроллеры основной системной шиной. Система оснащена дополнительными контроллерами, контроллерами основной и дублирующей коммуникационных шин, основным и дублирующим блоками памяти контрольных точек, дополнительные коммуникационные контроллеры связаны друг с другом дублирующей системной шиной и каждый из них связан с одним из сетевых узлов. Контроллеры основной и дублирующей коммуникационных шин связаны соответственно с основной и дублирующей системными шинами и через них с контроллерами, обеспечивающими синхронизацию работы сетевых узлов. Контроллеры основной и дублирующей коммуникационных шин также связаны друг с другом синхронизирующей шиной, при этом контроллер основной коммуникационной шины связан с основным блоком памяти контрольных точек, а контроллер дублирующей коммуникационной шины - с дублирующим блоком памяти контрольных точек.

В процессе работы системы сетевые узлы считывают информацию со своих групп датчиков и выдают управляющие воздействия на свои группы исполнительных механизмов, а также посредством контроллеров обмениваются сообщениями по основной и дублирующей шинам данных в соответствии с жестким временным расписанием. При возникновении отказа в одном или нескольких узлах сети (например, вследствие воздействия электромагнитного импульса или сбоя по питанию), отказавшие узлы выполняют операцию перезагрузки, после чего получают от работающих узлов сети разрешение на вхождение в сеть.

(см. патент РФ на полезную модель №102339, кл. G05F 1/12, 2011 г.) - наиболее близкий аналог.

В результате анализа данной системы необходимо отметить, что ее недостатком является то, что механизм перезагрузки узлов позволяет восстановить работу системы лишь в случае сохранения узлами их физической работоспособности. Однако, при физическом отказе узлов под воздействием мощного ЭМИ система выходит из строя и не имеет возможности восстановления.

Техническим результатом настоящей полезной модели является повышение надежности функционирования распределенной сетевой системы управления в условиях воздействия ЭМИ.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в распределенной сетевой системе управления, содержащей как минимум, один основной сетевой узел, имеющий возможность связи с датчиками параметров и исполнительными механизмами агрегата объекта, а также связанные с сетевым узлом основной и дублирующий коммутационные контроллеры, причем сетевой узел и коммутационные контроллеры имеют возможность соединения с источником питания, новым является то, что система оснащена как минимум, одним резервным сетевым узлом, имеющим возможность связи с датчиками параметров и исполнительными механизмами агрегата объекта, а также связанными с резервным узлом основным и дублирующим коммутационным контроллерами, связанными основной и дублирующей шинами соответственно с основным и дублирующим контроллерами основного сетевого узла, резервный сетевой узел и его коммуникационные контроллеры имеют возможность соединения с источником питания, при этом, основной сетевой узел и его коммутационные контроллеры имеют возможность соединения с источником питания через нормально замкнутый ключ, а резервный сетевой узел и его коммутационные контроллеры - через нормально разомкнутый ключ, основной сетевой узел имеет возможность соединения с исполнительными механизмами через нормально замкнутый ключ, а резервный сетевой узел - через нормально разомкнутый ключ, при этом система дополнительно оснащена блоком обнаружения электромагнитного излучения и блоком логики, первый вход которого соединен с блоком обнаружения электромагнитного излучения, второй вход - с управляющим выходом резервного сетевого узла, а выходы блока логики связаны с ключами.

Сущность полезной модели поясняется графическими материалами, на которых представлена схема распределенной сетевой системы управления. На схеме представлена система, имеющая один основной и один резервный узлы, что не означает, что их количество не может быть иным.

Распределенная сетевая система управления состоит из одного или нескольких основных сетевых узлов 1 и одного или нескольких резервных сетевых узлов 1'. Количество основных и резервных сетевых узлов системы, как правило, одинаково и соответствует количеству агрегатов объекта, работа которых должна осуществляться в жестко завязанном временном цикле.

Основной сетевой узел (каждый основной сетевой узел) 1 связан со своей группой датчиков 2 (отслеживающих параметры одного из агрегатов объекта) и своей группой исполнительных механизмов 3 агрегата (управляемых данным основным сетевым узлом).

Резервный сетевой узел (каждый резервный сетевой узел) 1' также связан со своей группой датчиков 2, (отслеживающих параметры одного из агрегатов объекта) и своей группой исполнительных механизмов 3 агрегата (управляемых данным резервным сетевым узлом при неработающем основном сетевом узле).

Все сетевые узлы (1 и 1') связаны в единую систему через коммутационные контроллеры 4 основной системной шиной 5 и через коммутационные контроллеры 6 дублирующей системной шиной 7.

Таким образом, каждый агрегат объекта имеет возможность управления как основным сетевым узлом 1, так и резервным 1'.

Распределенная сетевая система оснащена блоком 8 обнаружения ЭМИ, связанным с первым входом блока логики 9, который управляет состоянием ключей 10, 11, 12 и 13. Второй вход блока логики 9 связан с управляющими выходами резервного сетевого узла (узлов) 1'. Ключи 11 и 13 являются нормально замкнутыми, а ключи 10 и 12 - нормально разомкнутыми.

Основной сетевой узел (узлы) 1 и связанные с ним (ними) коммутационные контроллеры 4 и 6 имеют возможность подключения к источнику питания (U_пит - не показан на схеме) через нормально замкнутый ключ (ключи) 11, а резервный сетевой узел (узлы) 1' и связанные с ним (ними) коммутационные контроллеры 4 и 6 имеют (имеют) возможность подключения к источнику питания (U_пит) через нормально разомкнутый ключ (ключи) 10.

Основной сетевой узел 1 (каждый основной сетевой узел 1) связан со своей группой исполнительных механизмов 3 через нормально замкнутый ключ (ключи) 13.

Резервный сетевой узел 1' (каждый резервный сетевой узел 1') связан со своей группой исполнительных механизмов 3 через нормально разомкнутый ключ (ключи) 12.

Количество основных и резервных сетевых узлов может быть различным и зависит от количества управляемых работающих в режиме единого цикла агрегатов объекта.

Конструктивно система реализована на базе известных средств. В качестве основных и резервных сетевых узлов (их выполнение, как правило, одинаково) могут быть использованы узлы, аналогичные по конструкции, представленной в описании полезной модели РФ №95205. В качестве контроллеров шин могут быть использованы микроконтроллеры 1986ВЕ91 фирмы Миландр (г.Зеленоград). Блок 8 обнаружения ЭМИ может быть выполнен на оптопаре диодной 3ОД101Б, блок логики 9 может быть выполнен на транзисторах 2Т630Б и реле РЭС52.

Распределенная сетевая система управления работает следующим образом.

В процессе нормального функционирования системы и управляемого ей объекта нормально замкнутые ключи 11 обеспечивают подачу питания (U_пит) к основным сетевым узлам 1 и коммутационным контроллерам 4 и 6, а нормально замкнутые ключи 13 обеспечивают подключение исполнительных механизмов 3 к основным сетевым узлам 1. При этом контроллеры 4 и 6 обеспечивают информационный обмен между основными сетевыми узлами, а контроллеры резервных узлов находятся в обесточенном состоянии.

При обнаружении ЭМИ блок 8 формирует управляющий сигнал, который поступает на первый вход блока логики 9, последний сначала выдает сигнал на размыкание ключей 11 и 13, что обеспечивает обесточивание коммутационных контроллеров 4 и 6 основного узла и основных сетевых узлов 1 и отключение их от управления исполнительными механизмами 3, а затем с заданной задержкой, обеспечивающей завершение действия ЭМИ, выдает сигнал на замыкание ключей 10 и 12, что обеспечивает включение в работу резервных сетевых узлов 1' и связанных с ними коммутационных контроллеров 4 и 6. Длительность задержки определяется выбором номинальных значений элементов схемы и составляет 100-200 миллисекунд. При этом основные и резервные сетевые узлы находятся в обесточенном состоянии, а исполнительные механизмы остаются в положениях, предшествующих моменту обнаружения ЭМИ. После завершения действия задержки управление агрегатами объекта осуществляется резервным сетевым узлом (узлами).

В процессе работы резервные сетевые узлы 1' формируют управляющий сигнал и передают его на второй вход блока логики 9. В соответствии с данным сигналом обеспечивается замыкание ключей 11 и подключение питания к основным сетевым узлам 1 и связанным с ними коммутационным контроллерам 4 и 6. Основные сетевые узлы 1 выполняют режим перезагрузки и тестирования. Результаты тестирования посредством коммуникационных контроллеров 4 и 6 по шинам 5 и 7 передаются в резервные сетевые узлы 1'. При положительных результатах тестирования резервные сетевые узлы 1' могут выдать на блок логики 9 сигналы на подключение исполнительных механизмов 3 к тем основным сетевым контроллерам 1, которые успешно прошли тестирование и, соответственно, на отключение исполнительных механизмов 3 от резервных сетевых узлов 1', а также на обесточивание резервных сетевых узлов 1'. При отрицательных результатах тестирования резервные сетевые узлы 1' обеспечивают продолжение работы системы.

Claims (1)

1. Распределенная сетевая система управления, содержащая как минимум один основной сетевой узел, имеющий возможность связи с датчиками параметров и исполнительными механизмами агрегата объекта, а также связанные с сетевым узлом основной и дублирующий коммутационные контроллеры, причем сетевой узел и коммутационные контроллеры имеют возможность соединения с источником питания, отличающаяся тем, что система оснащена как минимум одним резервным сетевым узлом, имеющим возможность связи с датчиками параметров и исполнительными механизмами агрегата объекта, а также связанными с резервным узлом основным и дублирующим коммутационным контроллерами, связанными основной и дублирующей шинами соответственно с основным и дублирующим контроллерами основного сетевого узла, резервный сетевой узел и его коммутационные контроллеры имеют возможность соединения с источником питания, при этом основной сетевой узел и его коммутационные контроллеры имеют возможность соединения с источником питания через нормально замкнутый ключ, а резервный сетевой узел и его коммутационные контроллеры - через нормально разомкнутый ключ, основной сетевой узел имеет возможность соединения с исполнительными механизмами через нормально замкнутый ключ, а резервный сетевой узел - через нормально разомкнутый ключ, при этом система дополнительно оснащена блоком обнаружения электромагнитного излучения и блоком логики, первый вход которого соединен с блоком обнаружения электромагнитного излучения, второй вход - с управляющим выходом резервного сетевого узла, а выходы блока логики связаны с ключами.