Резервированная система автоматического управления

) (И) РЕСПУБЛИК ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛВСТВУ с целью повышения надежности системы, она содержит устройство контроля управляющего сигнала, блок перестройки структуры резервного регулятора, управляющий выход основного регулятора соединен с первым входом устройства контроля управляющего сигнала, второй вход которого соединен с выходом задатчика, а выход - .с третьим входом элемента ИЛИ, вход блока перестройки структуры резервного регулятора соединен с вторым выходом резервного регулятора, а выход - с третьим входом блока переключателей, третий выход которого соединен с четвертым входом резервного ЕР регулятора.2. Система по п. 1, о т л ича ющ а я с я тем, что устройство контроля управляющего сигнала содержит фильтр, дифференцирующий усилитель, д усилитель-инвертор, сумматор, первый и второй пороговые элементы, причем первый вход устройства соединен последовательно через фильтр и дифференцирующий усилитель с входом первого порогового -элемента и через сумматор - с входом второго порогового элемента, второй вход устройства через усилитель-инвертор соединен с вторым входом сумматора, выходы поро-говых элементов соединены с выходом устройства.3 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54)(57) 1. РЕЗЕРВИРОВАННАЯ СИСТЕМААВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ, содержащая основной регулятор, первый информационный вход которого соединенс выходом задатчика, информационныйвыход - с первым входом элементаИЛИ, а управляющий выход - с первым входом блока переключателей,первый выход которого соединен спервым входом исполнительного органа,второй вход - с вторым выходом блокапереключателей, второй вход которого соединен с выходом задатчика,выход датчика соединен с вторыминформационным входом основногорегулятора, третьим входом резервногорегулятора и входом блока пороговых элементов, выход которого соединен с вторым входом элемента ИЛИ,выход которого соединен с управляющим входом блока переключателей,о т л и ч а ю щ а я с я тем, что,Ш Ь 05 В 9/03; Н 05 К 10/00Изобретение относится к автоматике, в частности к системам управления,с цифровыми вычислительными устройствами в контуре управления сложными объ ектами и техническими процессами, 5Известны системы автоматического управления, с цифровыми управляющими вычислительными машинами, которые для обеспечения надежности резервированы регуляторами, построенными на 10 основе более простых и надежных элементов. В случае отказа вычислительной машины такие системы обеспечивают, хотя с худшим качеством, управление от резервного регулятора. Управляю щие сигналы вычислительной машины подаются как на исполнительный механизм, так и на вход резервного регулятора, причем на вход регулятора подается такой сигнал, чтобы его вы ходной сигнал был равен сигналу на входе исполнительного механизма для обеспечения перехода управления с вычислительной машины на резервный регулятор без скачкообразных возму щений 1.Недостаток устройства - дополнительная вычислительная нагрузка на вычислительную машину. Кроме того, при возникновении неконтролируемого З 0 отказа вычислительной машины (например, вследствие ошибки в математическом обеспечении) возможна выдача недопустимого управляющего сигнала, приводящего к выходу регулируемого параметра за допустимые значения,Наиболее близкой к предлагаемой является система автоматического ,управления, содержащая датчик, управляющую вычислительную машину, ана логовый резервный регулятор, задатчик, размыкающие и замыкающие контакты, блок переключателей, блок управления аналогового регулятора, исполнительный механизм и исполнительный 45 орган. Блок переключателей соединен: с управряющей вычислительной машиной и аналоговым регулятором. Вход обратной связи аналогового регулятора через размыкающие контакты соединен 50 с выходом управляющей вычислительной машины, а через замыкающие контакты с блоком управления аналогового регулятсра. Вход исполнительного механизма соединен через размыкающие 55 контакты с аналоговым выходом управляющей вычислительной машины, а через замь 1 кающие контакты с выходом блока управления аналогового регулятора. Датчик, преобразующий измерительную величину управляемого параметра в токовый сигнал, и задатчик соедине- ны с управляющей вычислительной машиной и аналоговым регулятором 2 .В известной системе автоматическоепереключение с режима управления отуправляющей вычислительной машины нааналоговый регулятор происходит нетолько при отказе управляющей вычислительной машины, но и при выходерегулируемого параметра за допустимыеграничные значения,Однако контроль параметра и формирование сигнала по его отклонениямвозложены на вычислительную машину,при этом не контролируется сигналс ее выхода. Такое техническое решение не обеспечивает надежность привозникновении ряда неконтролируемыхотказов управляющей вычислительноймашины, связанных, например, с ошибками в программном обеспечении. Неконтролируемые отказы в управляющей вычислительной машине могут привестик выдаче на исполнительный орган недопустимого управляющего воздейст" вия или к отсутствию контроля управляемого параметра по выходу за допустимые пределы. Система практически не может применяться для управления потенциально опасными объектами, например энергетическими ядерными реакторами, так как допускает выдачу такого управляющего сигнала, который может вывести регулируемый пара-.метр за пределы регламентируемых значений и привести к катастрофическим последствиям.Цель изобретения - повышение надежности системы с вычислительным блоком в контуре управления путем обеспечения контроля величины и скорости изменения управляющего сигнала, а также перехода на резервныйрегулятор без скачкообразного возмущенияПоставленная цель достигается тем,что в резервированную систему управления, содержащую основной регулятор, первый информационный вход которого соединен с выходом задатчика, информационный выход - с первым входом элемента ИЛИ, а управляющий выход - с первым входом блока переключателей, первый выход которого цсоединен с первым входом исполнительного органа,3 1113 второй вход - с вторым выходом блока переключателей, второй вход которого соединен с выходом задатчика; выход датчика соединен с вторым информационным входом основного регулятора, третьим входом резервного регулятора и входом блока пороговых элементов, выход которого соединен с вторымвходом элемента ИЛИ, выход которого соединен с управляющим входом блока переключателей, введены устройство контроля управляющего сигнала, блок перестройки структуры резервного регулятора, управляющий выход основного регулятора соединен с первым15 входом устройства контроля управляющего сигнала, второй вход которого соединен с выходом задатчика, а выходс третьим входом элемента ИЛИ, вход блока перестройки структуры резерв 20 ного регулятора соединен с вторым выходом резервного регулятора, а выход - с третьим входом блока переключателей, третий выход которого соединен с четвертым входом резервного регулятора.Устройство контроля управляющего сигнала содержит фильтр, дифференцирующий усилитель, усилитель-инвертор, сумматор, первый и второй пороговые элементы,. причем первый вход устройства соединен последова-. тельно через фильтр и дифференцирующий усилитель с входом первого порогового элемента и через сумматор с входом второго порогового элемента,З 5 второй вход устройства через усилитель-инвертор соединен с вторым входом сумматора, выходы пороговых элементов соединены с выходом устройства.40На фиг. 1 приведена функциональная блок-схема предлагаемой резервированной системы автоматического управления на фиг.2 - схема устройства1контроля управляющего сигнала; на 45 фиг.3 - вариант блок-схемы резервного регулятора с блоком перестройки структуры.Резервированная система автоматического управления (фиг 1) содер жит вычислительный блок 1 (основной регулятор), резервный регулятор 2 датчик 3 задатчик 4, пороговый элемент 51 элемент ИЛИ 6 блок переключателей 7, устройство 8 контроля 55 управляющего сигнала, блок 9 перестройки структуры резервного регулятора. Блок 7 переключателей содержит 778 4входы 10,11 и 12 и выходы 1314 и 15, а резервйый регулятор 2 - выходы 16,17 и 18.Блок 8 содержит сглаживающий фильтр 19, дифференцирующий усилитель 20, пороговый элемент 21 усилитель-инвертор 22 сумматор 23 и по" роговый элемент 24, а также вход 25 для подключения электрической цепи. Регулятор 2 может содержать ограничитель 26 входного сигнала, интегратор 27 усилитель 28,исполнительный орган 29 и сумматор 30.Принцип работы системы состоит . в следующем.В режиме управления от вычислительного блока при появлении на выходе вычислительного блока недопустимого управляющего сигнала, например с недопустимой скоростью изменения или недопустимой величины, в устройстве контроля управляющего сигнала вырабатывается сигнал пере-.ключения режима управления на резервный регулятор, при этом происходит перестройка структуры резервного регулятора.Для выполнения указанных функций устройство контроля управляющего сиг" нала содержит фильтр, дифференцирующий усилитель, усилитель-инвертор, сумматор и пороговые элементы, причем управляющий выходной сигнал вычислительного блока, проходя последовательно через фильтр, дифференцирующий усилитель и первый пороговый элемент, проверяется на отсутствие недопустимой скорости изменения, а проходя через сумматор и второй пороговый элемент - на отсутствие недопустимой величины, Наличие сумматора и соединенного с ним усилителяинвертора, на вход которого поступает сигнал задатчика, позволяет менять допускаемую величину управляющего сигнала в зависимости от величины сигнала задатчика. При управлении от вычислительного блока структура резервного регулятора перестраивается таким образом, что он не оказывает существенного влияния на вырабатываемый вычислительным блоком управляющий сипнал, в то же время при переключении в режим управления от резервного регулятора на его выходе не появляется скачкообразного изменения управляющего сигналами Это можно реализовать, например, пе 1113778рестраивая резервный регулятор врежиме управления от вычислительногоблока в апериодическое звено с такойпостоянной времени, чтобы управляющийсигнал, вырабатываемый вычислительным 5блоком, проходил через это звено безсущественных искажений.Таким образом, система блокируетпрохождение на исполнительный органнедопустимых управляющих сигналов,возникающих при.любых отказах вычислительного блока, а переход на резервный регулятор происходит без скачкообразных возмущений, что существенноповышает надежность и безопасностьсистемы управления.Система работает следующим образом,При управлении исполнительными органами от вычислительного блока 1 управляющий сигнал поступает на вхоп 10блока переключателей, далее (череззамкнутые контакты) на выход 13 блокапереключателей и через резервный регулятор 2 на выход 17 к исполнительным 25органам. Резервный регулятор 2 приэтом перестраивается в апериодическоезвено с малой постоянной времени и неоказывает существенного влияния на качество процессов управления, Сигналзадатчика 4 поступает на вход вычислительного блока и вход 11 блока переклю.чателей 7, в этом режиме он не проходит на выход 14 (контакты блока пере ключателей разомкнуты) . Сигнал датчика353 поступает в вычислительный блок 1резервный регулятор 2 (обратные связи)и на пороговый элемент 5. При выходерегулируемого параметра, измеряемогодатчиком 3, за допустимые значенияпоявляется сигнал на выходе пороговогоэлемента 5. Блок ИЛИ б выдает сигналв блок переключателей 7 на отключениевычислительного блока 1 и переход науправление от резервного регулятора2 при наличии на его входе любого иэтрех сигналов; выходного сигнала изблока пороговых элементов 5, сигналаиз вычислительного блока 1 о его отказе, сигнала из устройства 8 контроляуправляющего сигнала о недопустимойвеличине или скорости изменения управляющего сигнала. Управляющий сигнал,вырабатываемый вычислительным блоком1, проходит через фильтр 19, сглаживающий ступенчатое изменение сигнала циф 55ро-аналогового преобразователя вычислительного блока, поступает на дифференцирующий усилитель 20, с выхода которого на пороговый элемент 21 поступает сигнал, пропорциональный скорости изменения выходного управляющего сигнала. При увеличении скорости изменения сигнала выше допустимой, что может произойти, например, при неисправностях цифро-аналогового преобразователя на выходе вычислительного блока 1, пороговый элемент срабатывает, подключает электрическую цепь 25, и на выходе .устройства контроля появляется сигнал. Пороговый элемент 24 срабатывает, подключая электрическую цепь 25, при отклонении величины управляющего сигнала за допустимые значения. При этом допустимое значение величины управляющего сигнала формируется с обратным знаком усилителем-инвертором 22, на выход которого поступает сигнал задатчика 4. Коэффициент усиления усилителя-инвертора определяет степень допустимого превышения величины управляющего сигнала по сравнению с сигналом задатчика.В некоторых режимах работы управляемого объекта существует ограничение на скорость перемещения исполнительного органа. Для упрощения конструкции резервного регулятора это ограничение распространяется на всережимы работы объекта управления.Для ограничения скорости перемещения исполнительного органа регуляторсодержит развертывающее устройство,состоящее из ограничителя 26 входногосигнала и интегратора 27, При изменении заданного положения исполни -тельного органа задатчиком 4 навход усилителя 28 подается не скачкообразный сигнал, а линейно нарастающий или убывающий (в зависимости отзнака сигнала на входе ограничителя26). Скорость развертки сигналазаданного положения исполнительногооргана определяется величиной входного сигнала и постоянной времениинтегратора 27,Подключение вычислительного блока для управления исполнительным органом 29 позволяет оптимизировать технологические процессы, так как положение и скорость перемещения исполнительного органа 29 определяются не только задатчиком 4, но и параметрами технологического процесса, состоянием управляемого объекта и другими условиями, Для этих целей7 11 выходной аналоговый сигнал с вьгчисли тельного блока можно быпо бы подать непосредственно на сумматор 30 вместо сигнала с выхода интегратора 27. Однако при этом при передаче управления от вычислительного блока 1 резервному регулятору 2 не обеспечивается плавный переход, так как в момент переключения сигнал на выходе интегратора 27 может существенно отличаться от сигнала с выхода вычислительного блока, что приведет к резкому изменению положения исполнительного органа. Для обеспечения плавного перехода режима управления с вычислительного блока на резервный регулятор предлагается выходной сигнал вычислительного блока подать на вход резервного регулятора.Блок 9 перестройки структуры содержит конденсатор, который соединен с выходом 18 резервного регулятора и входом 12 блока переключателей. В режиме управления от вычислительного блока этот конденсатор (блок 9) отключается блоком переключателей (размыкаются вход 12 и выход 15)и вследствие уменьшения емкости уменьшается постоянная времени, а интегратор фактически перестраивается в апериодическое звено.Резервным регулятором может быть любой электрогидравлический или электромеханический регулятор, на вход которого подаются электрические сигналы. Например, в качестве резервного регулятора может быть использован канал регулятора АРМ, устанавливаемого в системе управления на атомных станциях, Подключение вычислительного блока в этом,13778случае позволяет оптимизировать процесс управления.Предлагаемая система управленияпо сравнению с известными системами защищена от большого числа отказов вычислительного блока, в том числе и возникающих из-за ошибок в программном обеспечении, Применение простых и надежных средств контроля 1 О управляющих сигналов вычислительногоблока, резервных регуляторов делает систему менее зависимой от вычислительного блока и позволяет строить более надежные и экономичные системы 15. автоматического управления, в томчисле и для ядерных реакторов. По сравнению с базовым объектом,в качестве которого выбрана современная система управления реактором .большой мощности атомной электростанции, предлагаемая система можетвыполнять дополнительные функциинапример оптимальное распределениеполя энерговыделений в реакторе.Известно, что повышение теплонапряженности реакторов атомной электростанции мощностью 2 млн.кВт толькона 1 Е в результате улучшения качества управления при сохранениинадежности реакторов дает экономический эффект, в несколько раз превышающий затраты на вычислительную машину БЭСМ.35Существующие системы управленияреакторами атомной электростанциине могут выполнять функции оптимального распределения поля энерговыделения в силу необходимости выполнениясложных вычислений по определениюуправляющих воздействий.1113 78 Составитель В. Максим Техред М,Тепер Редактор Л. Корректор И аменко раж .841го комитета СССРений и открытийРаушская наб., д. акаэ бб 18(39 Ти ВНИИХИ Государственно по делам изобрет 113035, Москва, Ж, дписн 4 илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проек