Главная → Примеры внедрения → Задачи и перспективы автоматизации изделий РКТ
Задачи и перспективы автоматизации изделий РКТ
В. А. Лисейкин, В.В. Милютин (НИИХИММАШ, г. Сергиев Посад),
В. В. Алехин (ООО "Компьютерные комплексы", г.Москва),
И. А. Потапов, С.В. Фролов (НПП "МЕРА", г. Королев),
И. С. Теплинский(32 ГНИИИ МО РФ),
В. Г. Свиридов (ЦАТИ, г. Москва)
Аннотация
В статье представлены результаты новых разработок интегрированных
информационно-управляющих систем для испытаний изделий
ракетно-космической техники, выполненных в НИИХИММАШ (ведущего
предприятия отрасти по стендовым испытаниям). Разработки могут найти
применение в машиностроении и в научных исследованиях.
Испытания занимают важное место в процессе создания ракетно-космической
техники (РКТ), как и других сложных изделий машиностроения. Системы
автоматизации таких испытаний имеют сотни и тысячи параметров измерения и
управления, характеризующих тепловые, пневматические, гидравлические,
химические, электрические явления. Информативность информационных
потоков составляет при одном испытании несколько мегабайт в секунду.
В настоящее время следующие обстоятельства в ракетной отрасли
существенно влияют на средства автоматизации испытательных стендов:
- участие в международной кооперации и выполнение заказов других стран на создание ЖРД, ракетных блоков, стендовых систем;
- сокращение числа создаваемых изделий, значительное усложнение программ каждого их испытания;
- тенденция испытаний летных изделий, а не специальных стендовых моделей изделий, обусловленная финансовыми проблемами отраслевых КБ.
Эти обстоятельства вызывают ужесточение требований к надежности и безопасности стендового оборудования.
В отношении средств автоматизации стендовых испытаний РКТ это
выражается в том, что наряду с традиционными способами повышения их
надежности, в первую очередь резервированием /1,2/, активно развиваются
методы технической диагностики и аварийной защиты изделий, анализ
нештатных ситуаций программными средствами экспертных систем.
В этих методах используется все больше измеряемых параметров
изделий РКТ, оборудования испытательных стендов и сигналов управления
ими. В связи с этим естественным является переход к интегрированным
стендовым информационно-управляющим системам (ИИУС), реализующим в
единой идеологии функции управления, измерения, диагностики и аварийной
защиты. Некоторые предприятия отрасли (РКК "Энергия", НИИХИММАШ, КБХА)
приступили к созданию таких систем для конкретных изделий /3/.
Важным моментом в идеологии создания ИИУС является выбор
системных стандартов. В результате коллективного анализа, проведенного
специалистами ведущих предприятий отрасли, выбрана система открытых
международных стандартов, известная под названием VXI-технологии.
VXI-технология включает в себя крейты и модули с интерфейсами
VXI, PXI, SCXI и соответствующие сетевые, коммутационные и программные
средства. , перекрывая широкий диапазон требований по канальности
систем (от десятков до тысяч параметров), информативности (от единиц до
десятков тысяч измерений в секунду на параметр), точности измерений (от
единиц до долей процента).
Выбор этих стандартов обусловлен тем, что они получили широкое
распространение и поддерживаются очень многими производителями в мире,
начинают осваиваться в России /4/, хотя изначально создавались в США с
ориентацией на запросы аэрокосмической отрасли.
Подразделение информационно-управляющих систем (ИУС) НИИХИММАШ
имеет многолетний опыт разработки, создания и эксплуатации надежных и
быстродействующих систем измерения, регулирования параметров изделия и
стенда, дискретного управления и аварийной защиты, обеспечивающих
стендовые испытания изделий РКТ.
В этом опыте сконцентрированы решения серьезных теоретических и
технических проблем построения резервированных систем автоматизации
высокого быстродействия, обработки и представления информации в реальном
масштабе времени, обеспечения взрывозащиты каналов измерения при
сохранении их метрологических характеристик, устойчивости к отказам.
Ниже представлены направления технической политики НИИХИММАШ по
стендовым ИИУС и примеры конкретных систем на базе VXI -технологии,
созданных в кооперации с НПП "МЕРА" (г. Королев), ООО "Компьютерные
комплексы", (г.Москва), 32 ГНИИИ МО РФ(г. Мытищи), ЦАТИ, г. Москва.
|
1. Освоение новых технологий при разработке стендовых систем измерения (стенд №1 Красмашзавода, ИС-102 НИИХИММАШ) Особенности и преимущества:
 |
|
|
2. Разработка документации, ПМО и участие в отработке новых модулей отечественных производителей |
|
Модуль измерения БМП M3408 (PXI MX-208) (НПП "Мера", г. Королев):
|
Универсальный контроллер СИКОН ТС1755 (совместно с ООО "Компьютерные комплексы", г. Москва)
|
|
3. Разработка, создание, внедрение и сопровождение систем управления на стендах НИИХИММАЩ и отрасли
|
|
Система управления и аварийной защиты для испытаний блока 11С54 РН "Союз":
|
|
Система измерения и регулирования при испытаниях двигателя 11Д58 на стенде РКК "Энергия":
|
|
Основной особенностью этих структур является соединение в одном крейте
модулей, обеспечивающих выполнение всех перечисленных ранее задач. До
сих пор эти задачи реализуются в основном самостоятельно в соответствии с
принятой в отрасли организацией управления, разработки и производства.
Такое соединение обеспечивается высокой производительностью
крейтовых контроллеров, высокой надежностью измерительной аппаратуры и
наличием отдельного процессорного модуля - контроллера управления
СИКОН-ТС1775, реализующего наиболее ответственные задачи измерения,
управления и аварийной защиты в режиме жесткого реального времени.
Программируемый контроллер управления СИКОН-ТС1775 (совместная
разработка НИИХИММАШ и ООО "Компьютерные комплексы", г. Москва) выполнен
в стандарте PXI на микроконтроллере TriCore SAC TC-1775B фирмы Infineon
/5/, имеющем 32-разрядное RISC-ядро, сигнальный процессор и процессор
ввода/вывода. Модуль обеспечивает широкие возможности ввода/вывода
аналоговых, дискретных и частотных сигналов, выход на промышленные
сетевые интерфейсы - дублированные Ethernet и CANbus, а также аппаратные
средства поддержки построения резервированных (троированных) систем.
Очень показателен факт успешного сотрудничества НИИХИММАШ с НПП
"МЕРА" (г. Королев) для решения задач измерения быстроменяющихся
параметров (БМП). Так при создании для стенда №1 Химзавода Красмашзавода
информационно-измерительной системы было использовано 14 модулей М3408
измерения БМП, также выполненных в стандарте PXI. В настоящее время
фирма практически завершила разработку линейки измерительных PXI
-модулей, в основном закрывающих потребности испытательных стендов при
измерениях параметров испытаний изделий РКТ. К таким параметрам
относятся: медленноменяющие давления, измеряемые потенциометрическими,
вибрационно-частотными датчиками, статикодинамические давления,
измеряемые тензометрическими и пьезоэлектрическими датчиками, расходы
компонентов и число оборотов вращения насосных агрегатов, температуры,
измеряемые термометрами сопротивления и термопарами, виброускорения и
пульсации давления, измеряемые пьезоэлектрическими датчиками. Комплексы
измерительно-вычислительные MIC, разработанные и изготавливаемые НПП
"МЕРА" (в том числе MIC-500 PXI) внесены в Государственный реестр
средств измерений № 20859-04, разрешены к применению в Российской
федерации и имеют сертификат об утверждении типа, выданный Госстандартом
России. В настоящее время ведутся работы по признанию результатов
испытаний для целей утверждения типа в Республике Украина.
Метрологические характеристики созданных в НИИХИММАШ стендовых
ИИУС были подтверждены в ходе совместных и плодотворных работ с 32 ГНИИИ
МО РФ. В 2003 году была проведена большая работа по утверждению типа
средства измерения дублированная ИИС для стенда №1 Красмашзавода,
включающая около 300 медленноменяющихся (ММП) и 56 - быстроменяющихся
(БМП) параметров, различных типов (более десятка) с опросностью от 100
до 64000 измерений в секунду. При этом, несмотря на жесткие требования
заказчика по искрозащите и гальванической развязке измерительных
каналов, погрешность для ММП и БМП каналов составила 0.2 - 0.3%, а для
каналов БМП с усилителем заряда - 5%.
В настоящее время 32 ГНИИИ МО РФ проводит в НИИХИММАШ испытание
на утверждения типа новой троированной системы управления и аварийной
защиты для стендовых испытаний 3-ей ступени РН "Русь".
Заключение
В результате работ, проводимых авторами статьи можно сделать следующие выводы:
- Анализ опыта создания информационных технологий при
стендовых испытаниях РКТ, тенденций повышения требований их создателей к
этим испытаниям, роста уровня современных и перспективных устройств
электроники и вычислительной техники показывают техническую и
экономическую целесообразность:
- повышения степени унификации систем автоматизации относительно "медленных" задач тепловых и "быстрых" задач огневых испытаний РКТ;
- унификации технических средств сбора и регистрации медленноменяющихся и быстроменяющихся параметров;
- интеграции не только для простых, но и для сложных испытаний задач управления, измерения, диагностики и аварийной защиты;
- повышение роли служб метрологического обеспечения, в связи с более высокими требованиями к качеству и надежности измерений при решении задач управления и аварийной защиты в интегрированных ИИУС.
- В основу базовой структуры универсального программно-аппаратного комплекса для решения задач контроля, диагностики и аварийной защиты изделий и стендовых систем при отработке ЖРД, двигательных установок и при тепловой отработке космических аппаратов наиболее оптимально использование крейта PXI со встроенными РС-совместимым контроллером обработки данных и программируемым контроллером СИКОН-ТС1775 для решения задач "жёсткого" реального времени (управления, контроля, регулирования и т.п.). Для учёта специфических особенностей стендов и видов испытаний могут использоваться модули в стандарте Compact PCI/PXI ведущих фирм мира и России, перекрывая широкий диапазон требований по канальности системы (от десятков до тысяч параметров), информативности (от единиц до десятков тысяч измерений в секунду на параметр), точности измерений (от единиц до долей процента).
Литература
- В.А. Лисейкин, В.В. Милютин, Н.Д. Кабанов Опыт создания систем управления мощными энергетическими установками // Промышленные АСУ и контроллеры, №8, 2000г.
- В.В. Афонин, В.А. Лисейкин, В.Л. Зиновьев Синхронизация каналов троированных ПЛК жесткого РВ // Промышленные АСУ и контроллеры, №6, 2001г.
- Совместное решение НТС НИИХИММАШ и ведущих предприятий отрасли по вопросу выработки стратегии создания перспективных информационно-измерительных систем для стендовых испытаний изделий отрасли, НИИХИММАШ, 24.03.2001г.