RU2565019C1

RU2565019C1 - Multibeam fault-tolerant system for automatic control of equipment of navigational hydraulic structures

Info

Publication number: RU2565019C1
Application number: RU2014127441/13A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Борисович Самойлов; Игорь Ильясович Коблев; Виктор Васильевич Тарасов; Алексей Борисович Гедройц; Михаил Юрьевич Варшавский; Александр Евгеньевич Веремюк; Михаил Владимирович Радаев; Михаил Михайлович Дикарев; Виктория Николаевна Прокофьева
Original assignee: Вячеслав Борисович Самойлов; Виктор Васильевич Тарасов; Михаил Юрьевич Варшавский; Александр Евгеньевич Веремюк; Михаил Михайлович Дикарев
Priority date: 2014-07-07
Filing date: 2014-07-07
Publication date: 2015-10-10

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.

SUBSTANCE: multibeam fault-tolerant system for automatic control of equipment of navigational hydraulic structures comprises a first set of sensors (KD), a set of electric motors of actuating mechanisms (KEIM) and a set of traffic lights (KSV), connected to first (K) and second (K2) controllers. The system is provided with a second set of sensors (KD2) connected to K and K2, a first set of converter amplifiers (KUP) connected to the KEIM and K, and a second KUP2 connected to the KEIM and K2. The system is also provided with a first set of local panels (KMP) connected to K, a second KMP2 connected to K2, a first set of sensors of the electric motors of actuating mechanisms (KDEIM) connected to KUP, a second KDEIM2 connected to KUP2. The system also includes a first process conditions computer (VTS) connected to K and K2, a second VTS2 connected to K, K2 and VTS, an information-diagnostic computer (IDV) connected to VTS and VTS2, as well as video surveillance system (STVN) connected to VTS, VTS2 and IDV. Outputs of the traffic lights are connected to inputs of K and K2, and outputs of K and K2 are connected to inputs of the traffic lights.

EFFECT: invention improves reliability of the automatic control system.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области автоматики, а именно к системам автоматического управления оборудованием (воротами, затворами, предохранительными устройствами и светофорами) судоходного гидротехнического сооружения, например шлюза.The invention relates to the field of automation, and in particular to systems for the automatic control of equipment (gates, gates, safety devices and traffic lights) of a navigable hydraulic structure, for example, a lock.

Из уровня техники известна система автоматического управления оборудованием судоходного гидротехнического сооружения, содержащая комплект датчиков, комплект электродвигателей исполнительных механизмов и комплект светофоров, соединенных с контроллером (см. а.с. SU 1745816, кл. Е02С 1/00, опубл. 07.07.1992). Недостатком известного устройства является то, что выход из строя любого аппаратного или программного элемента приводит к остановке процесса шлюзования и задержке судопропуска до выяснения причин и устранения неисправности.The prior art system for automatic control of equipment of a navigable hydraulic structure containing a set of sensors, a set of electric motors for actuators and a set of traffic lights connected to the controller (see AS SU 1745816, class Е02С 1/00, publ. 07.07.1992) . A disadvantage of the known device is that the failure of any hardware or software element leads to a halt in the locking process and a delay in the passage to determine the causes and eliminate the malfunction.

Задачей изобретения является устранение указанного недостатка и обеспечение штатного функционирования системы при возникновении любой ее неисправности. The objective of the invention is to eliminate this drawback and ensure the regular functioning of the system in the event of any malfunction.

Технический результат заключается в повышении надежности работы автоматической системы управления.The technical result is to increase the reliability of the automatic control system.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что многоуровневая отказоустойчивая система автоматического управления оборудованием судоходного гидротехнического сооружения, содержащая первый комплект датчиков, соединенных с первым контроллером, комплект электродвигателей исполнительных механизмов и комплект светофоров, соединенных с первым контроллером, отличающаяся тем, что снабжена вторым контроллером, соединенным с первым комплектом датчиков, вторым комплектом датчиков, соединенным с первым и вторым контроллерами, первым комплектом усилителей-преобразователей, соединенным с комплектом электродвигателей исполнительных механизмов и первым контроллером, вторым комплектом усилителей-преобразователей, соединенным с комплектом электродвигателей исполнительных механизмов и вторым контроллером, первым комплектом местных пультов, соединенным с первым контроллером, вторым комплектом местных пультов, соединенным со вторым контроллером, первым комплектом датчиков электродвигателей исполнительных механизмов, соединенных с первым комплектом усилителей-преобразователей, вторым комплектом датчиков электродвигателей исполнительных механизмов, соединенных со вторым комплектом усилителей-преобразователей, первым вычислителем технологических состояний, соединенным с первым и вторым контроллерами, вторым вычислителем технологических состояний, соединенным с первым контроллером, вторым контроллером и первым вычислителем технологических состояний, информационно-диагностическим вычислителем, соединенным с первым и вторым вычислителями технологических состояний, а также системой технологического видеонаблюдения, соединенной с первым вычислителем технологических состояний, вторым вычислителем технологических состояний и информационно-диагностическим вычислителем, причем выходы светофоров подключены ко входам первого и второго контроллеров, а выходы первого и второго контроллеров подключены ко входам светофоров. The problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that a multi-level fault-tolerant system for automatically controlling the equipment of a navigable hydraulic structure containing a first set of sensors connected to the first controller, a set of electric motors for actuators and a set of traffic lights connected to the first controller, characterized in that it is equipped with a second a controller connected to the first set of sensors, a second set of sensors connected to the first and second by controllers, the first set of amplifiers-converters connected to the set of actuators electric motors and the first controller, the second set of amplifiers-converters connected to the set of actuators electric motors and the second controller, the first set of local controls connected to the first controller, the second set of local remotes connected with a second controller, the first set of sensors of actuator electric motors connected to the first computer a converter amplifier design, a second set of actuator motor sensors connected to a second set of converter amplifiers, a first process state calculator connected to a first and second controller, a second process state calculator connected to a first controller, a second controller and a first process state calculator, information-diagnostic computer connected to the first and second computer process conditions, and t kzhe technological surveillance system, connected to the first calculator technological conditions, the second calculator technological conditions and diagnostic information calculator, and the traffic signal outputs are connected to inputs of the first and second controllers, and the outputs of the first and second controllers are connected to the inputs of the traffic lights.

Все соединения, за исключением силовых, предпочтительно осуществлены посредством промышленной вычислительной сети.All connections, with the exception of power, are preferably made through an industrial computer network.

На чертеже схематично представлена предлагаемая система автоматического управления.The drawing schematically shows the proposed automatic control system.

Многоуровневая отказоустойчивая система автоматического управления оборудованием судоходного гидротехнического сооружения содержит четыре уровня управления. В состав первого уровня входят:The multi-level fail-safe system of automatic control of the equipment of a navigable hydraulic engineering structure contains four levels of control. The first level includes:

- первый комплект датчиков КД - 1,- the first set of sensors KD - 1,

- второй комплект датчиков КД2 - 2,- the second set of sensors KD2 - 2,

- первый комплект датчиков электродвигателей исполнительных механизмов КДЭИМ - 3,- the first set of sensors for electric motors of actuators KDEIM - 3,

- второй комплект датчиков электродвигателей исполнительных механизмов КДЭИМ2 - 4,- the second set of sensors of electric motors of actuators KDEIM2 - 4,

- комплект электродвигателей исполнительных механизмов КЭИМ - 5,- a set of electric motors of actuators KEIM - 5,

- комплект светофоров КСВ - 6.- set of traffic lights KSV - 6.

В состав второго уровня входят:The second level includes:

- первый комплект усилителей-преобразователей КУП - 7,- the first set of amplifiers-converters KUP - 7,

- второй комплект усилителей-преобразователей КУП - 8,- the second set of amplifiers-converters KUP - 8,

- первый контроллер К - 9,- the first controller K - 9,

- второй контроллер К2 - 10,- the second controller K2 - 10,

- первый комплект местных пультов КМП - 11,- the first set of local consoles KMP - 11,

- второй комплект местных пультов КМП2 - 12.- the second set of local KMP2 - 12 remote controls.

В состав третьего уровня входят:The third level includes:

- первый вычислитель технологических состояний ВТС - 13,- the first computer of technological conditions of the military-technical cooperation - 13,

- второй вычислитель технологических состояний ВТС2 - 14.- the second computer of technological conditions VTS2 - 14.

В состав четвертого уровня входят:The fourth level includes:

- информационно-диагностический вычислитель ИДВ - 15,- information and diagnostic calculator IDV - 15,

- система технологического видеонаблюдения СТВН - 16.- system of technological video surveillance STVN - 16.

Элементы системы соединены посредством промышленной вычислительной сети (ПВС) по схеме, представленной на чертеже, за исключением силовых соединений от КУП и КУП2 к КЭИМ.Elements of the system are connected by means of an industrial computer network (PVS) according to the scheme shown in the drawing, with the exception of power connections from the PMC and PMC2 to the KEIM.

На первом уровне осуществляются требуемые манипуляции оборудованием судоходного гидротехнического сооружения: перемещения ворот, затворов и предохранительных устройств с помощью КЭИМ 5, а также требуемые переключения сигналов КСВ 6. КЭИМ 5 осуществляет требуемые перемещения ворот, затворов и заградительных устройств вне зависимости от типа привода затвора, т.е. независимо от того, это электро- или гидропривод.At the first level, the required manipulations are carried out with the equipment of the navigational hydraulic engineering structure: moving the gates, shutters and safety devices using KEIM 5, as well as the required switching signals KSV 6. KEIM 5 performs the necessary movements of the gates, shutters and barrage devices, regardless of the type of shutter drive, t .e. regardless of whether it is an electric or hydraulic actuator.

Второй уровень с помощью К9 и К2 10 на базе информации от КД 1 и КД2 2 (в состав которых входят все датчики, применяемые в процессе шлюзования: датчики температуры, уровня бьефов, скорости и направления ветра, концевые выключатели, датчики фактических положений затворов, ворот и предохранительных устройств) осуществляет формирование управляющих воздействий, передаваемых на КУП 7 и КУП2 8 (выполненных в виде частотных преобразователей, устройств плавного пуска, магнитных пускателей и т.п.) и использующих информацию от КДЭИМ 3 и КДЭИМ2 4 (содержащих в своем составе инкрементальные энкодеры и датчики температуры, установленные на электродвигателях КЭИМ 5). КУП 7 и КУП2 8 в свою очередь непосредственно управляют движением КЭИМ 5, а К9 и К2 10 формируют управляющие сигналы для светофоров КСВ 6, информация о работе которых возвращается контроллерам К 9 и К2 10. Комплекты местных пультов КМП 11 и КМП2 12, представляющие собой программируемые или кнопочные терминалы, позволяют в ручном режиме управлять движением затворов по цепям КМП 11 - К 9 - КУП 7 - КЭИМ 5 и КМП2 12 - К2 10 - КУП2 8 - КЭИМ 5 без привлечения к процессу управления аппаратуры более высоких уровней, что актуально при производстве регламентных, ремонтных и пусконаладочных работ.The second level with the help of K9 and K2 10 based on information from KD 1 and KD2 2 (which includes all the sensors used in the locking process: temperature sensors, downstream levels, wind speed and direction, limit switches, sensors of the actual position of the shutters, gates and safety devices) carries out the formation of control actions transmitted to KUP 7 and KUP2 8 (made in the form of frequency converters, soft starters, magnetic starters, etc.) and using information from KDEIM 3 and KDEIM2 4 (containing incremental encoders and temperature sensors mounted on KEIM electric motors 5). KUP 7 and KUP2 8, in turn, directly control the movement of KEIM 5, and K9 and K2 10 generate control signals for traffic lights KSV 6, information about the operation of which is returned to the controllers K 9 and K2 10. Sets of local consoles KMP 11 and KMP2 12, which are programmable or push-button terminals allow you to manually control the movement of the gates along the KMP 11 - K 9 - KUP 7 - KEIM 5 and KMP2 12 - K2 10 - KUP2 8 - KEIM 5 circuits without involving higher levels of control equipment, which is relevant for production of routine, repair and uskonaladochnyh works.

Третий уровень, в состав которого входят ВТС 13 и ВТС2 14, содержащие в своем составе средства отображения и ввода информации (программируемые графические терминалы и т.п.), отвечает за выдачу разрешений на маневрирование воротами и затворами шлюза в зависимости от контролируемого ВТС 13 и ВТС2 14 состояния шлюза с учетом всех осуществленных в каждом технологическом состоянии блокировок. Соответствующая информация формируется по цепям КД 1 - К 9 - К2 10 - ВТС 13 - ВТС2 14 и КД2 2 - К 9 - К2 10 - ВТС 13 - ВТС2 14. Технологическое состояние шлюза определяется взаимным расположением шлюзуемого судна, наличием или отсутствием его швартовки, уровня воды в верхнем и нижнем бьефе и в камере, положением ворот и затворов шлюза, а также сигналов светофоров. Если предполагаемая к проведению операция маневрирования воротами и затворами является с точки зрения заложенной в вычислитель ВТС 13 программы допустимой, им формируется разрешающий сигнал, поступающий на К 9 и далее в конечном счете на КСВ 6 и КЭИМ 5 для маневра воротами и затворами. Эти разрешающие команды могут осуществляться как в автоматическом режиме, когда оператор на графическом терминале вводит одну команду, или же эта команда поступает с более высокого уровня, например «шлюзовать вверх», и далее процесс продолжается автоматически до подтверждения швартовки судна и затем до окончания шлюзования, так и в цикловом режиме, когда каждая последующая операцию требует подтверждения. Кроме того, система допускает управление в т.н. раздельном и специальном режимах, фактически это режимы ручного управления. Точно так же работают и цепи ВТС2 14 - К2 10 и далее в конечном счете на КСВ 6 и КЭИМ 5. Управляющие воздействия вне зависимости от выбранного режима управления могут быть заданы с терминалов ВТС 13 или ВТС2 14, или с более высоких уровней непосредственно на ВТС и ВТС2, за исключением некоторых специальных режимов, когда управляющие воздействия могут быть заданы с КМП 11 или КМП2 12.The third level, which includes the VTS 13 and VTS2 14, which contain information display and input tools (programmable graphic terminals, etc.), is responsible for issuing permissions for maneuvering the gate and gate locks depending on the controlled VTS 13 and VTS2 14 gateway status, taking into account all the locks implemented in each technological state. The relevant information is generated along the circuits КД 1 - К 9 - К2 10 - ВТС 13 - ВТС2 14 and КД2 2 - К 9 - К2 10 - ВТС 13 - ВТС2 14. The technological condition of the lock is determined by the relative position of the lockable vessel, the presence or absence of its mooring, water level in the upper and lower downstream and in the chamber, the position of the gate and gate locks, as well as traffic signals. If the operation to be performed for maneuvering the gates and shutters is acceptable from the point of view of the program included in the VTS 13 computer, it generates an enable signal that arrives at K 9 and then ultimately to KSV 6 and KEIM 5 for maneuvering with gates and shutters. These authorization commands can be carried out as in automatic mode, when the operator enters one command on the graphic terminal, or this command comes from a higher level, for example, “lock up”, and then the process continues automatically until the ship is moored and then until the lock is completed, and in cyclic mode, when each subsequent operation requires confirmation. In addition, the system allows control in the so-called separate and special modes, in fact these are manual control modes. The VTS2 14 - K2 10 circuits also work in the same way and ultimately ultimately to KSV 6 and KEIM 5. Control actions, regardless of the selected control mode, can be set from the VTS 13 or VTS2 14 terminals, or from higher levels directly to the VTS and VTS2, with the exception of some special modes, when control actions can be set with KMP 11 or KMP2 12.

Четвертый уровень содержит ИДВ 15, связанный по ПВС с ВТС 13, ВТС2 14 и СТВН 16, выполненный в виде промышленного компьютера со средством отображения информации (монитором), и обеспечивает регистрацию, архивирование данных и подготовку пакетов информации для передачи в межшлюзовую ПВС для связи и обмена информацией с другими шлюзами, в том числе с ИДВ диспетчера канала. Регистрация и архивирование данных осуществляется по всем заранее заданным параметрам процесса шлюзования и по условиям, в которых шлюзование осуществляется. Кроме того, в состав четвертого уровня входит СТВН 16, подключенная к ВТС 13, ВТС2 14 и ИДВ 15 и обеспечивающая получение оператором визуальной информации обо всех этапах шлюзования судна и ее автоматическую регистрацию и архивирование.The fourth level contains IDV 15, connected via the PVA to the VTS 13, VTS2 14 and STVN 16, made in the form of an industrial computer with a means of displaying information (monitor), and provides registration, data archiving and preparation of information packets for transmission to the inter-gateway PVA for communication and exchange of information with other gateways, including the IDV channel manager. Registration and archiving of data is carried out according to all predefined parameters of the gateway process and according to the conditions in which gateway is carried out. In addition, the fourth level includes STVN 16, connected to the BTC 13, VTS2 14 and IDV 15 and providing the operator with visual information about all stages of ship locks and its automatic registration and archiving.

В целом предлагаемая система автоматического управления работает следующим образом:In general, the proposed automatic control system works as follows:

При наличии технологической готовности всех устройств шлюза к началу процесса шлюзования, которая формируется по сигналам КД 1, КДЭИМ 3, КСВ 6 и К 9 и по второй цепи КД2 2, КДЭИМ2 4, КСВ 6 и К2 10 в ВТС 13 (ВТС2 14) и отображается на терминалах ВТС 13 (ВТС2 14), формируется соответствующая управляющая команда, например «шлюзовать вверх» или «шлюзовать вниз». Команда о начале шлюзования поступает в К9 и в К2 10, которые в свою очередь формируют управляющие воздействия на КСВ 6, КУП 7 (КУП2 8) и далее в КЭИМ 5, что приводит к изменению сигналов светофоров КСВ 6 и необходимому маневрированию затворами и воротами шлюза. При этом сигналы обо всех текущих параметрах процесса шлюзования от КД 1 и КДЭИМ 3 (КД2 2 и КДЭИМ2 4), в том числе о текущих положениях и скоростях ворот и затворов постоянно поступают на КУП 7 (КУШ 8) и К9 (К2 10) и далее на ВТС 13 (ВТС2 14), при этом контроллеры К 9 (К2 10) и ВТС 13 (ВТС2 14) отслеживают нахождение всех параметров системы в допустимых пределах. Одновременно эти параметры от ВТС 13 (ВТС2 14) поступают на ИДВ 15 для их регистрации и архивирования. В случае выхода любого из параметров шлюзования за допустимые пределы система останавливает процесс шлюзования в положении всех устройств, достигнутом к моменту останова. Если же в процессе шлюзования возникает неисправность любого из элементов (аппаратного или программного), система идентифицирует неисправный элемент, выдает сообщение о его неисправности на мониторы ВТС 13 (ВТС2 14) и в архив ИДВ 15, и автоматически переходит на управление по исправному каналу. СТВН 16 позволяет оператору визуально наблюдать процесс шлюзования, производить регистрацию и архивирование данных технологического видеонаблюдения. По окончании процесса шлюзования система сообщает о завершении процесса и переходит к состоянию ожидания следующей команды. Работа системы во всех других режимах является частным случаем работы системы в автоматическом режиме.In the presence of technological readiness of all gateway devices to the beginning of the gateway process, which is generated by the signals KD 1, KDEIM 3, KSV 6 and K 9 and the second circuit KD2 2, KDEIM2 4, KSV 6 and K2 10 in VTS 13 (VTS2 14) and displayed on the terminals of the BTC 13 (BTC2 14), the corresponding control command is generated, for example, “lock up” or “lock down”. The command to start locking occurs in K9 and K2 10, which in turn form control actions on KSV 6, KUP 7 (KUP2 8) and further on KEIM 5, which leads to a change in the signals of traffic lights KSV 6 and the necessary maneuvering by locks and gates of the gateway . At the same time, signals about all the current parameters of the locking process from KD 1 and KDEIM 3 (KD2 2 and KDEIM2 4), including the current positions and speeds of the gates and shutters, are constantly sent to KUP 7 (KUSH 8) and K9 (K2 10) and further on the VTS 13 (VTS2 14), while the controllers K 9 (K2 10) and VTS 13 (VTS2 14) monitor the location of all system parameters within acceptable limits. At the same time, these parameters from VTS 13 (VTS2 14) are received by IDV 15 for their registration and archiving. If any of the locking parameters exceeds the permissible limits, the system stops the locking process in the position of all devices reached by the time of the shutdown. If, in the process of locking, a malfunction of any of the elements (hardware or software) occurs, the system identifies the malfunctioning element, issues a message about its malfunction to the VTS 13 (VTS2 14) monitors and to the IDV 15 archive, and automatically switches to control via a working channel. STVN 16 allows the operator to visually observe the lock process, to register and archive technological video surveillance data. At the end of the gateway process, the system reports the completion of the process and goes to the wait state of the next command. The operation of the system in all other modes is a special case of the operation of the system in automatic mode.

Если произошел отказ одновременно в двух каналах четвертого и третьего уровней, система позволяет осуществлять судопропуск путем использования устройств первого и второго уровней. Если же при этом произошел отказ одного из каналов первого и второго уровней, система позволяет осуществлять судопропуск по исправным каналам первого и второго уровней.If a failure occurs simultaneously in two channels of the fourth and third levels, the system allows ship passage by using devices of the first and second levels. If, however, one of the channels of the first and second levels fails, the system allows ship passage through serviceable channels of the first and second levels.

Такое построение системы с резервированием и многоуровневым контролем позволяет значительно повысить отказоустойчивость и надежность предлагаемого устройства.This construction of the system with redundancy and multi-level control can significantly increase the fault tolerance and reliability of the proposed device.

Claims

A multi-level fail-safe system for automatically controlling the equipment of a navigational hydraulic structure, comprising a first set of sensors connected to the first controller, a set of actuator electric motors and a set of traffic lights connected to the first controller, characterized in that it is equipped with a second controller connected to the first set of sensors, a second set of sensors connected to the first and second controllers, the first set of amplifiers-converters connected with a set of actuators electric motors and a first controller, a second set of amplifiers-converters connected to a set of actuators electric motors and a second controller, a first set of local remotes connected to a first controller, a second set of local remotes connected to a second controller, a first set of sensors of actuating electric motors mechanisms connected to the first set of amplifiers-converters, the second set of electric sensors Ateliers of actuators connected to the second set of amplifiers-converters, the first computer of technological states connected to the first and second controllers, the second computer of technological states connected to the first controller, the second controller and the first computer of technological states, an information-diagnostic computer connected to the first and a second computer of technological conditions, as well as a technological video surveillance system connected to the first computer a processor of technological conditions, a second computer of technological conditions and an information-diagnostic computer, the outputs of traffic lights connected to the inputs of the first and second controllers, and the outputs of the first and second controllers connected to the inputs of traffic lights.