Устройство для управления электродвигателем судовой лебедки

 

Использование: для автоматизации процесса измерений вертикальных структур гидрофизических характеристик морской среды с помощью погружаемых измерительных комплексов. Целью изобретения является улучшение динамики переходных процессов и повышение степени автоматизации управления электродвигателем судовой лебедки для минимизации динамической погрешности гидрофизических измерений. Сущность: в устройство для управления электродвигателем судовой лебедки введены сервисный коммутатор, задатчик режима программного зондирования и микропроцессорный контроллер, что обеспечивает программный синтез оптимальной для данного режима по динамике и реализуемым функциональным возможностям управления, архитектуры устройства. Происходящее при этом программное изменение скорости зондирования, обуславливает управляемость изменчивого по своей физической природе измеряемого гидрофизического процесса, что приводит к минимизации динамической погрешности измерений при существенном повышении степени их автоматизации. 9 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводу судовых лебедок, и может быть использовано для автоматизации процесса измерения вертикальных структур гидрофизических характеристик морской среды с помощью погружаемых измерительных комплексов.

Известна система для передачи телеизмерительной информации, приемная сторона которой содержит устройство для управления электроприводом судовой лебедки, содержащее первый и второй блоки дифференцирования, измеритель скорости двигателя, ограничитель скорости зондирования, первый, второй и третий цифроаналоговые преобразователи (ЦАП), первый, второй и третий регуляторы скорости изменения температуры, скорости зондирования и скорости вращения двигателя соответственно, коммутатор, блок выбора режимов, задатчик уставки, гидрологическую лебедку, тиристорный электропривод, блок силовой коммутации, задатчик сигналов управления, блок контроля глубины погружения, задатчик кодов, первое и второе оперативные запоминающие устройства (авт. св. СССР N 1515940, кл. G08 C 19/28, 1987).

Отличаясь расширенными функциональными возможностями по реализации автоматического управления скоростью зондирования, известное устройство управления электроприводом судовой лебедки тем не менее не обеспечивает существенной минимизации динамической погрешности измерений путем регулирования скорости зондирования в основном режиме автоматического управления. Это объясняется релейным характером изменения первой производной температуры по времени (скорости изменения температуры), что приводит лишь к снижению скорости зондирования в зоне резкого изменения гидрофизических параметров (термоклине), но не оказывает существенного регулирующего воздействия на скорость зондирования для ограничения минимальной динамической погрешности измерений на приемлемом уровне. Последнее обстоятельство является недостатком известного устройства, т.к. в условиях непрерывного дрейфа судна, морских волнений и воздействия гидродинамических усилий на систему кабель - трос гидрофизический зонд датчики картина распределения параметра по глубине в термоклине будет существенно искажена даже при зондировании на минимальной скорости. Кроме того, известное устройство не обеспечивает сохранения управляемости электродвигателя гидрологической лебедки (возможность плавного регулирования частоты вращения двигателя) в случаях нарушения целостности проводников связи датчиков измеряемых параметров внутри кабеля-троса во всех автоматических режимах, регуляторы которых замкнуты по этим параметрам.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для управления электродвигателем судовой лебедки, содержащее блок изменения частоты вращения двигателя (БИЧВД) и подключенный к его первому входу задатчик частоты вращения двигателя, датчик глубины погружения аппарата, датчики тока и частоты вращения двигателя, реле скорости, первый вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения двигателя, второй вход БИЧВД подключен к выходу датчика тока, а выход этого блока является выходом устройства и предназначен для подключения к якорной цепи электродвигателя, два задатчика, два регулятора скорости изменения глубины и температуры (РСИГ и РСИТ), два идентичных измерителя скорости изменения глубины (ИСИГ) и температуры (ИСИТ) соответственно, два логических элемента 2ИЛИ-НЕ, логический элемент 3И, инвертор, коммутатор и датчик температуры, причем входы измерителей соединены с выходами соответствующих датчиков глубины и температуры, аналоговые выходы с вторыми входами соответственно РСИГ и РСИТ, первые входы которых соединены с выходами соответственно первого и второго задатчиков, третий вход РСИГ соединен с выходом реле скорости, второй вход которого соединен с релейным выходом ИСИГ, выходы обоих регуляторов соединены с аналоговыми входами коммутатора, аналоговые выходы которого соединены соответственно с третьим и четвертым входами БИЧВД, релейный выход ИСИТ соединен с входом инвертора, выход которого соединен с первым входом логического элемента 3И, второй и третий входы которого соединены с соответствующими релейными выходами первого и второго задатчиков и с соответствующими входами первого логического элемента 2ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с первым входом второго логического элемента 2ИЛИ-НЕ, второй вход которого соединен с выходом логического элемента 3И и с первым входом управления коммутатора, второй вход управления которого соединен с выходом второго логического элемента 2ИЛИ-НЕ, а выход датчика вращения соединен с пятым входом БИЧВД. Каждый из измерителей ИСИГ или ИСИТ содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП), два регистра, арифметико-логическое устройство (АЛУ), цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) и компаратор, последовательно соединенные задающий генератор (ЗГ), делитель частоты и первый инвертор, а также последовательно соединенные второй инвертор и формирователь импульсов, причем информационные входы каждого из регистров соединены с соответствующими выходами АЦП и АЛУ, при этом один из информационных входов АЛУ также соединен с указанным выходом АЦП, а другой с входом первого регистра, выход второго регистра соединен с входом ЦАП, выход которого соединен с входом компаратора, входы синхронизации первого и второго регистров соединены с выходами формирователя импульсов и второго инвертора соответственно, выход первого инвертора соединен с входом управления АЦП, управляющий выход которого соединен с входом второго инвертора. Причем входом измерителя является вход АЦП, аналоговым выходом выход ЦАП, а релейным выходом выход компаратора (авт. св. СССР N 1568189, кл. H 02 P 5/06, 1988).

Недостатком известного устройства является низкое качество переходных процессов электропривода при движении зонда в слоях с резким изменением вертикального градиента температуры (в термоклине) вследствие инерционности датчика температуры и воспроизведения высокочастотных шумовых флуктуаций измерителями скорости изменения параметров при формировании первой производной параметра в процессе дифференцирования. Последнее неизбежно вследствие реализации упомянутых измерителей по структурам нескорректированного дифференциатора, который воспроизводит не только производные измеряемого параметра, но также и мгновенные значения высокочастотных шумовых составляющих, генерируемых в условиях сильных энергетических наводок и длинных линий.

В режиме измерения градиента температуры начало стабилизации минимальной скорости зондирования может сопровождаться динамическими рывками кабеля-троса, что связано с самопроизвольными переключениями контура регулирования скорости измерения глубины по причинам, изложенным выше (из-за несанкционированного переключения логики управления коммутатора вследствие наличия на выходе измерителей неконтролируемых продифференцированных флуктуаций).

Таким образом, имеет место ухудшение динамических характеристик процесса управления электродвигателем судовой лебедки. Учитывая также собственную инерционность электропривода и влияние вышеизложенных факторов, очевидным является и запаздывание системы регулирования в зоне термоклина, что может привести к ускоренному прохождению аппаратом части исследуемой зоны без съема информации, а следовательно к потере ее. Отсюда следует возрастание динамической погрешности измерений.

Устройство имеет такие ограниченные возможности по автоматизации управления электродвигателем судовой лебедки, в режиме предварительного зондирования для первичного съема информации об исследуемой структуре, т.к. эта информация не реализуется для целей автоматического изменения скорости зондирования. Последнее необходимо для согласования режима управления судовой лебедкой с режимом измерений гидрофизических параметров, что обеспечивает поддержание постоянства динамической погрешности на некотором минимальном уровне. Очевидно, что в этих условиях на основании результатов предварительного зондирования устройство позволяет лишь производить ручную установку задания скорости изменения глубины и температуры. Это приводит к непроизводительным затратам времени, связанным с необходимостью визуального считывания информации с регистрирующих приборов и последующей периодической установкой соответствующих задатчиков.

Целью изобретения является улучшение динамики переходных процессов и повышение степени автоматизации управления электродвигателем судовой лебедки для минимизации динамической погрешности гидрофизических измерений.

Цель достигается тем, что известное устройство для управления электродвигателем судовой лебедки, содержащее блок измерения частоты вращения двигателя (БИЧВД) и подключенный к его первому входу задатчик частоты вращения двигателя, датчик глубины погружения аппарата, датчики тока и частоты вращения двигателя, реле скорости, первый вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения двигателя, второй вход БИЧВД подключен к выходу датчика тока, два задатчика и два регулятора скорости изменения глубины и температуры (РСИГ и РСИТ), основной коммутатор и датчик температуры, причем первый вход РСИТ соединен с выходом задатчика скорости изменения температуры, третий вход РСИТ соединен с выходом реле скорости, выходы обоих регуляторов соединены с аналоговыми входами основного коммутатора, аналоговые выходы которого соединены соответственно с третьим и четвертым входами БИЧВД, выход датчика частоты вращения соединен с пятым входом БИЧВД, а выход этого блока является выходом устройства и предназначен для подключения к якорной цепи электродвигателя, снабжено сервисным коммутатором, задатчиком программного режима зондирования и микропроцессорным контроллером (МПК), измерительные входы которого соединены с выходами датчиков глубины и температуры, первой и второй входы признаков режимов МПК соединены с выходами релейного состояния скорости изменения глубины и температуры упомянутого контроллера, третий, четвертый и пятый входы той же группы входов соединены с релейными выходами задатчиков скорости изменения температуры, глубины и программного режима зондирования соответственно, выходы аналоговых значений скорости изменения глубины и температуры МПК соединены со вторыми входами РСИГ и РСИТ соответственно, причем БИЧВД снабжен дополнительным входом блокирования, соединенным с выходом аварийного останова МПК, четыре выхода признаков режимов которого соединены с первым и вторым входами управления основного и сервисного коммутаторов по порядку следования их соответственно, первый аналоговый вход сервисного коммутатора соединен с выходом задатчика скорости изменения глубины, при этом второй аналоговый вход того же коммутатора соединен с выходом программного задания скорости изменения глубины МПК, оба аналоговых выхода сервисного коммутатора соединены с первым входом РСИГ, а выход контроля глубины МПК соединен со вторым входом реле скорости.

МПК содержит процессорный блок, блок памяти, три параллельных периферийных адаптера, три цифроаналоговых преобразователя, три задатчика уставок критических глубин погружения аппарата, три нуль-органа и два преобразователя уровня, дешифратор устройств ввода-вывода (УВВ) и многоканальную систему сбора данных (МССД), причем 9-разрядный канал данных процессорного блока соединен с каналами данных блока памяти и всех адаптеров поразрядно, 16-разрядный адресный канал процессорного блока соединен с каналом соответствующей разрядности блока памяти поразрядно, а с адресными входами всех адаптеров двумя младшими разрядами, шесть адресных входов дешифратора УВВ соединены с шестью разрядами младшего байта адресного канала процессорного блока, начиная с третьего по порядку следования поразрядно, выходы управления чтением и записью из памяти процессорного блока соединены с соответствующими входами блока памяти, аналогичные выходы процессорного блока для управления УВВ соединены со входами чтения и записи адаптеров и МССД соответственно, входы синхронизации и разрешения записи которой соединены с выходами синхронизации и состояния процессорного блока соответственно, выход сброса указанного блока соединен с соответствующими входами адаптеров, при этом порт РА первого адаптера соединен с цифровыми выходами МССД, три старших разряда порта РС того же адаптера соединены с адресными входами МССД, порты РА и РВ второго адаптера соединены с информационными входами первого и второго ЦАП, соединенных последовательно с первым и вторым нуль-органами, выходы которых соединены с двумя младшими разрядами порта РС указанного адаптера, порт РА третьего адаптера соединен с информационными входами третьего ЦАП, младшие разряды портов РВ и РС того же адаптера соединены с входами преобразователей уровня, немаскируемый вход прерывания процессорного блока соединен с выходом третьего нуль-органа, вход которого соединен с нулевым входом МССД, второй, третий и четвертый аналоговые входы МССД соединены с выходами задатчиков уставок критических минимальных и максимальных глубин погружения аппарата, а также с выходом задатчика уставки критической глубины приближения термоклина соответственно, при этом нулевой и первый входы МССД образуют измерительные входы МПК, младший полубайт порта РВ первого адаптера выходы признаков режимов МПК, пять разрядов порта РС второго адаптера по порядку следования их от младшего к старшему входы признаков режимов МПК, выходы первого, второго и третьего ЦАП выходы аналоговых значений скорости изменения глубины и температуры, а также программного задания скорости изменения глубины МПК соответственно, выходы релейного состояния которых организуются на выходах первого и второго нуль-органов, а выходы преобразователей уровня образуют выходы контроля глубины и аварийного останова МПК.

БИЧВД содержит последовательно соединенные регулятор частоты вращения двигателя и блок изменения тока или момента двигателя. Причем входы регулятора частоты вращения двигателя образуют первый и пятый входы БИЧВД. Блок изменения тока или момента двигателя содержит последовательно соединенные регулятор тока и реверсивный тиристорный преобразователь, причем три входа регулятора тока и дополнительный вход тиристорного преобразователя образуют второй, третий и четвертый входы БИЧВД, а также дополнительный вход блокирования указанного блока, выходом которого является выход тиристорного преобразователя.

Предложенное устройство существенно отличается от прототипа, т.к. введение сервисного коммутатора, задатчика режима программного зондирования и микропроцессорного контроллера позволяет значительно улучшить динамику электропривода и расширить функциональные возможности управления процессом глубоководного зондирования. Автоматическая коррекция генерации скорости изменения параметра (его первой производной), реализованная в алгоритме функционирования МПК, осуществляет селекцию мгновенных значений высокочастотных составляющих в функции частоты измеряемого параметра. При этом исключение самопроизвольного переключения контуров регулирования, имевшее место в прототипе, путем формирования признаков режимов в МПК с требуемой интенсивностью коммутации указанных контуров обеспечивает динамически устойчивый и плавный переход от регулирования скорости изменения температуры к регулированию скорости изменения глубины. Таким образом, к очередному такту формирования производной параметра все коммутации в контуре РСИГ завершены и аппарат проходит зону термоклина в режиме стабилизации скорости зондирования. Формирование признаков режимов в МПК осуществляется операцией маскирования соответствующих битов слова входных режимных признаков, которые образованы с дискретных выходов задатчиков режимов и выходов релейного состояния скорости изменения глубины и температуры самого МПК. Дополнительным фактором, обеспечивающим улучшение динамических характеристик электропривода, является установление временного интервала формирования режимных признаков, что исключает саму возможность самопроизвольного изменения этих признаков, а следовательно и рывки в системе двигатель-кабель-трос-зонд-среда. Последнее также обеспечивает высокую степень достоверности выполненных измерений и неискаженную картину распределения температуры по глубине.

Расширение функциональных возможностей управления процессом зондирования достигается формированием программного задания скорости изменения глубины, который коммутируется с помощью сервисного коммутатора на вход РСИГ. При этом значение этого сигнала, определяющего требуемую скорость движения аппарата, устанавливается в соответствии со значениями критических глубин, вводимых в МССД МПК с выходов соответствующих задатчиков, а также глубин, представляющих наибольший интерес для исследований, устанавливаемых программно. Таким образом достигается автоматическое изменение скорости зондирования в соответствии с алгоритмом программного формирования скорости, реализуемым в МПК, при котором производится замедление либо ускорение аппарата на фиксированных глубинах, что также обеспечивает наиболее полную и достоверную картину распределения параметра по глубине (градиента). Соединение выходов контроля глубины и аварийного останова МПК с соответствующими входами реле скорости и блока изменения тока или момента двигателя обеспечивает дополнительные возможности устройства. Первая из них сохраняет управляемость электропривода в случае исчезновения сигнала обратной связи в контуре РСИГ по причинам нарушения целостности проводника связи, выхода из строя датчика глубины и т.д. При этом МПК переходит на программу обработки прерывания по наивысшему приоритету, по окончании которой к РСИГ подключается вспомогательная обратная связи по частоте вращения двигателя. Вторая обеспечивает возможность аварийного останова электропривода в случае достижения аппаратом критических минимальных и максимальных глубин, которые вводятся в МПК с помощью МССД с выходом соответствующих задатчиков путем воздействия на вход блокирования тиристорного преобразователя блока изменения тока или момента двигателя. Таким образом достигается снижение опасности потери аппарата на максимальной глубине погружения, либо поломки его или элементов лебедки при выходе аппарата из воды на некоторый минимальной критической глубине.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для управления электродвигателем судовой лебедки; на фиг.2 функциональная схема МПК; на фиг.3 блок-схема алгоритма программного управления МПК (головной модуль); на фиг.4 временные диаграммы функционирования устройства и график распределения температуры по глубине; на фиг.5-9 блок-схемы алгоритмов формирования производной измеряемого параметра ("DIF", "INTEGR") фрагментов "SPEED", "STOP", подпрограммы "CONTROC" (подчиненные модули).

Устройство для управления электродвигателем судовой лебедки содержит блок 1 изменения частоты вращения двигателя (БИЧВД) и подключенный к его первому входу задатчик 2 частоты вращения двигателя, датчик 3 глубины погружения аппарата, датчики 4 и 5 тока и частоты вращения двигателя, реле 6 скорости, первый вход которого соединен с выходом датчика 5 частоты вращения двигателя, второй вход БИЧВД 1 подключен к выходу датчика 4 тока, два регулятора 9 и 10 скорости изменения глубины и температуры (РСИГ и РСИТ), основной коммутатор 11 и датчик 12 температуры, причем первый вход РСИТ 10 соединен с выходом задатчика 8 скорости изменения температуры, третий вход РСИГ 9 соединен с выходом реле 6 скорости, выходы обоих регуляторов 9 и 10 соединены с аналоговыми входами основного коммутатора 11, аналоговые выходы которого соединены соответственно с третьим и четвертым входами БИЧВД 1, выход датчика 5 частоты вращения соединен с пятым входом БИЧВД 1, а выход этого блока является выходом устройства и предназначен для подключения к якорной цепи электродвигателя, сервисный коммутатор 13, задатчик 14 программного режима зондирования и микропроцессорный контроллер (МПК) 15, измерительные входы которого соединены с выходами датчиков 3 и 12 глубины и температуры, первый и второй входы признаков режимов МПК 15 соединены с выходами релейного состояния скорости изменения глубины и температуры упомянутого контроллера, третий, четвертый и пятый входы той же группы входов соединены с релейными выходами задатчиков 7, 8 и 14 скорости изменения температуры, глубины и программного режима зондирования соответственно, выходы аналоговых значений скорости изменения глубины и температуры МПК 15 соединены со вторыми входами РСИГ и РСИТ 9, 10 соответственно, причем БИЧВД 1 снабжен дополнительным входом блокирования, соединенным с выходом аварийного останова МПК 15, четыре выхода признаков режимов которого соединены с первым и вторым входами управления основного 11 и сервисного 13 коммутаторов по порядку следования их соответственно, первый аналоговый вход сервисного коммутатора 13 соединен с выходом задатчика 7 скорости изменения глубины, при этом второй аналоговый вход того же коммутатора соединен с выходом программного задания скорости изменения глубины МПК 15, оба аналоговых выхода сервисного коммутатора 13 соединены с первым входом РСИГ 9, а выход контроля глубины МПК 15 соединен со вторым входом реле 6 скорости.

МПК 15 содержит процессорный блок 16, блок 17 памяти, три параллельных периферийных адаптера 18-20, три цифроаналоговых преобразователя (ЦАП) 21-23, три задатчика 24-26 уставок критических глубин погружения аппарата, три нуль-органа 27-29 и два преобразователя уровня 30 и 31, дешифратор 32 устройств ввода-вывода (УВВ) и многоканальную систему 33 сбора данных (МССД), причем 8-разрядный канал данных процессорных блока 16 соединен с каналами данных блока 17 памяти и адаптеров 18-20 поразрядно, 16-разрядный адресный канал процессорного блока 16 соединен с каналом соответствующей разрядности блока 17 памяти поразрядно, а с адресными входами адаптеров 18-20 двумя младшими разрядами, шесть адресных входов дешифратора 32 УВВ соединены с шестью разрядами младшего байта адресного канала процессорного блока 16, начиная с третьего по порядку следования поразрядно, выходы управления чтением и записью из памяти процессорного блока 16 соединены с соответствующими входами блока 17 памяти, аналогичные выходы процессорного блока 16 для управления УВВ соединены со входами чтения и записи адаптеров 18-20 и МССД 33 соответственно, входы синхронизации и разрешения записи которой соединены с выходами синхронизации и состояния процессорного блока 16 соответственно, выход сброса указанного блока соединен с соответствующими входами адаптеров 18-20, при этом порт РА первого адаптера 18 соединен с цифровыми выходами МССД 33, три старших разряда порта РС того же адаптера соединены с адресными входами МССД 33, порты РА и РВ второго адаптера 19 соединены с информационными входами первого 21 и второго 22 ЦАП, соединенных последовательно с первым 27 и вторым 28 нуль-органами, выходы которых соединены с двумя младшими разрядами порта РС упомянутого адаптера 19, порт РА третьего адаптера 20 соединен с информационными входами третьего ЦАП 23, младшие разряды портов РВ и РС того же адаптера соединены с входами преобразователей 30, 31 уровня, немаскируемый вход прерывания процессорного блока 16 соединен с выходом третьего нуль-органа 29, вход которого соединен с нулевым входом МССД 33, второй, третий и четвертый аналоговые входы МССД 33 соединены с выходами задатчиков 24, 25 уставок критических минимальных и максимальных глубин погружения аппарата, а также с выходом задатчика 26 уставки критической глубины приближения термоклина соответственно, при этом нулевой и первый входы МССД 33 образуют измерительные входы МПК 15, младший полубайт порта РВ первого адаптера 18 - выходы признаков режимов МПК 15, пять разрядов порта РС второго адаптера режимов МПК 15, выходы первого, второго и третьего ЦАП 21-23 выходы аналоговых значений скорости изменения глубины и температуры, а также программного задания скорости изменения глубины МПК 15 соответственно, выходы релейного состояния которых организуются на выходах первого 27 и второго 28 нуль-органов, а выходы преобразователей 30 и 31 уровня образуют выходы контроля глубины и аварийного останова МПК 15.

БИЧВД 1 может состоять, например, из последовательно соединенных регулятора 34 частоты вращения двигателя и блока 35 изменения тока или момента двигателя. Причем входы регулятора 34 частоты вращения тока или момента двигателя содержит последовательно соединенные регулятор 36 тока и реверсивный тиристорный преобразователь 37, три входа регулятора 36 тока и дополнительный вход тиристорного преобразователя 37 образуют второй, третий и четвертый входы БИЧВД 1, а также дополнительный вход блокирования указанного блока, выходом которого является выход тиристорного преобразователя 37 блока изменения тока или момента двигателя 35.

БИЧВД 1 соответствует техническим условиям ТУ 16.530.238-78, электропривод комплексный тиристорный постоянного тока ЭТУ 3601, в котором выход устройства защиты СИФУ тиристорного преобразователя 37 используется как вход блокирования БИЧВД 1.

Датчики глубины 3 и температуры 12 содержат мостовые усилители, выполненные по схеме, содержащей три резистора и операционный усилитель, при этом измерительные элементы обоих датчиков включены в цепи обратной связи усилителей (Р. Кофлин, Ф. Дрисколл, Операционные усилители и линейные интегральные схемы. М. Мир, 1979, с. 155, рис. 8.10(в)). Измерительный элемент датчика 12 температуры соответствует техническим условиям ТУ 25-02, 79 2248-80, термопреобразователь сопротивления ТПС-365-01. Процессорный блок 16 выполнен на микропроцессоре 1821 ВМ85А по структуре с однопользовательской системной шиной, совместимой с шиной процессора на БИС КР580. Здесь буферный регистр адреса выполнен на ИС КР 580 ИР82, а формирователь шины данных на ИС КР 580 ВА 86. Управляющие сигналы формирует ИС мультиплексора К 555 КП 11 (Проектирование микропроцессорной электронно-вычислительной аппаратуры. Справочник. В. Г. Артюхов, А.А. Бурнок и др. К. Техника, 1988, с. 57, рис. 2.35). Блок 17 памяти МПК 15 содержит ПЗУ и ОЗУ, которые для данной структуры с раздельной системной шиной выполняются аналогично ЗУ систем с процессором КР 580 и содержит адресный дешифратор на ИС К 155 ИД4, по две БИС РПЗУ К 573 РФ 5 и ОЗУ К 537 РУ8 (там же, с. 199, рис. 5.17 и с. 205 рис. 5.30).

Элементная база реализации: адаптеров 18-20-БИС КР 580 ВВ55, ЦАП 21-23-К572 ПА1, нуль-органов 27-29-К554САЗ, МССД33-АЦП К572 ПВ4, основной 11 и сервисный 13 коммутаторы КР 590 КН2 (В.С.Гутников. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Л. Энергоатомиздат, 1988, с. 217, рис. 7.7; с. 233, рис. 9.3; с. 223, рис. 8.1, с. 245, рис. 9.8(б), с. 280-281 таб. п. 7, рис. 3), задатчиков 24-26 уставок критических глубин погружения аппарата - переменный резистор СП-3-4 в М (Резисторы, Справочник, М. Энергоиздат, 1981, с. 220). Преобразователи уровня 30, 31 выполнены на микросхеме ИС, открытым коллектором типа К155 ЛН3 и преобразуют стандартный ТТЛ-сигнал в уровень, совместимый с системами УБСР-АИ (Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы. М. Радио и связь, 1987, с. 40, рис. 1,23).

Устройство работает следующим образом.

В режиме предварительного зондирования поддерживается постоянство скорости изменения глубины погружения аппарата Нос. Режим устанавливается включением задатчика 7 скорости изменения глубины при предварительно погруженном аппарате и применяется для первичного съема информации об исследуемой структуре. Задатчики 2, 8, 14 находятся в отключенном состоянии, и байт слова входных признаков Х_7-0 МПК 15 для указанного режима выглядит следующим образом: X_7-0 00001001₂ 09₁₆ (1) Здесь комбинация Х_7-0 определяет наличие сигнала Нос на выходе аналогового значения скорости изменения глубины МПК 15 и включенное состояние режима 1. В соответствии с блок-схемой алгоритма функционирования МПК (фиг. 3) указанное состояние байта X_7-0 09₁₆ приводит к формированию метки М1 FA₁₆ и выходу байта выходных признаков режимов Y_7-0, младший полубайт которого Y_3-0 осуществляет управление основным 11 и сервисным 13 аналоговыми коммутаторами. Последний осуществляет коммутацию либо сигнала задания скорости изменения глубины с выхода задатчика 7, либо сигнала программного задания скорости изменения глубины с соответствующего выхода МПК 15 на вход РСИГ 9. Коммутатор 11 в свою очередь осуществляет коммутацию выходов РСИГ 9 или РСИТ 10 с соответствующими входами регулятора 36 тока блока 35 изменения тока или момента двигателя. Таким образом, МПК 15 на основании анализа слова входных признаков режимов X_7-0 синтезирует требуемую для установленного режима архитектуру системы автоматического регулирования путем вывода байта выходных признаков Y_7-0, активными битами которого являются, уровень которых соответствует логическому нулю. Так, для режима 1 Y0 Y2 0 все остальные биты "1", следовательно слово Y_7-0 представляется как Y_7-0 11111010₂ FA₁₆. В рассматриваемом режиме МПК 15 создает замкнутую по скорости изменения глубины систему автоматического регулирования электроприводом, внешний контур содержит РСИГ 9, датчик 3 глубины с каналом формирования в МПК 15, а внутренний контур-датчик 4 тока и блок 35 изменения тока или момента двигателя.

Очевидно, что в режиме 1 непрерывно отрабатываются любые отклонения скорости изменения глубины от заданного значения, которые имеют место либо при качке, либо при произвольной ориентации кабеля-троса вследствие гидродинамических движений водных масс. При первичном съеме информации зондирующим измерительным комплексом фиксируется глубина залегания термоклина, критические минимальные и максимальные глубины зондирования H^ми_кр^н и H^ма_кр^кс, критическая глубина опережения термоклина, глубины слоев термоклина H₁ - H_n. Указанная информация используется в режимах 2 и 3 работы устройства.

При отсутствии поверхностных и внутренних волнений глубина изменяется практически по линейному закону, что обеспечивает неискаженную картину распределения температуры по глубине с хорошо выраженной зоной термоклина (фиг. 4 д T f(H) сплошная прямая линия, участки ).

В случае наличия волнений нарушается линейность изменения глубины по времени, а следовательно, и постоянство ее производной, что приводит к нарушению достоверности гидрофизических изменений градиента температуры Gt^o.

Возникающие рассогласования между заданным и измеренным значениями отрабатываются регулятором 9, выходной сигнал которого является заданием на ток двигателя регулятору 36 тока. РСИГ 9 и регулятор 36 тока соединены посредством основного коммутатора благодаря активному низкому уровню младшего бита Y₀ слова выходных признаков режимов МПК 15, поступающему на соответствующий вход управления упомянутого коммутатора. При подъеме судна на волне и уменьшении глубины погружения аппарата последующее за этим снижение скорости изменении глубины приводит к возрастанию задания на ток и вытравливанию троса, а следовательно к ускорению электропривода. При опускании судна на волне происходит заглубление аппарата и возрастание скорости изменения глубины выше установленного задания, что приводит к изменению полярности задания на ток и притормаживанию аппарата, выбиранию троса (фиг.4 г,д пунктирные линии).

Результатом подобного регулирующего воздействия системы является стабилизация скорости зондирования и возможность съема первичной информации об исследуемой гидрофизической структуре с некоторой средней динамической погрешностью, а также восстановление картины термоклина, близкой к реальной (фиг. 4 д сплошные кривые на участках подъема и опускания судна на волне). В режиме 2 скоростного зондирования поддержание постоянства скорости зондирования осуществляется только в зоне термоклина. Неисследуемую часть гидрофизической структуры вне термоклина аппарат проходит на максимально допустимой скорости вне зависимости от величины задания скорости, установленной задатчиком 7. Таким образом сокращаются непроизводительные затраты времени, что имеет место в режиме 1, вследствие необходимости установки минимальной скорости зондирования на всем протяжении зондируемой структуры. Минимальная скорость зондирования обеспечивает в свою очередь меньшую изменчивость измеряемого процесса и меньшую динамическую погрешность при медленно изменяющемся вертикальном градиенте температуры. Режим устанавливается включением задатчика 8 скорости изменения температуры. Режим устанавливается включением задатчика 8 скорости изменения температуры. При этом задатчики 2, 14 отключены, а задатчик 7 скорости изменении глубины остается в прежнем (включенном) положении, что определяет следующий байт слова входных признаков X_7-0 МПК 15 для указанного режима: X_7-0 00001101₂ OD₁₆ (2) комбинация Х0 Х2 Х3 1 соответствует наличию сигнала на выходе аналогового значения скорости изменения глубины МПК 15 (движение аппарата) и включенному состоянию задатчиков 7, 8. В соответствии с блок-схемой алгоритма функционирования МПК 15 (фиг.3) данный тип байта Х_7-0 OD₁₆ обусловливает формирование режимной метки М2 F9₁₆ и вывод байта выходных признаков режимов Y_7-0. Последний соответствует метке М2 и представляется как Y_7-0 11111001₂ F9₁₆, биты Y1 Y2 0 младшего полубайта Y_3-0 которого на основании изложенного для режима 1 являются активными по типу воздействия на управляющие входы коммутаторов 11, 13. Указанные коммутаторы переключают внешние контура системы, заменяя РСИГ 9 на РСИТ 10. Таким образом МПК 15 изменяет конфигурацию архитектуры системы автоматического регулирования путем замены контура регулирования скорости изменения глубины на контур регулирования скорости изменения температуры. Следовательно в режиме 2 при движении аппарата вне зоны термоклина (отсутствие существенного сигнала скорости изменения температуры t^°ʹ_oc) МПК 15 синтезирует замкнутую по t^°ʹ_oc систему автоматического регулирования электроприводом, внешний контур которой содержит РСИТ 10, датчик 12 температуры с каналом формирования t^°ʹ_oc в МПК 15, при этом внутренний токовый контур остается без изменений.

Движение аппарата за пределами диапазона глубин H^t°_кр-H_п (вне термоклина) в рассматриваемом режиме сопровождается малыми приращениями температуры, а следовательно незначительными величинами сигнала t^°ʹ_oc с выхода аналоговых значений скорости изменения температуры МПК 15. Таким образом, на указанных участках зондируемой гидрофизической структуры система работает с минимальной обратной связью по скорости изменения температуры t^°ʹ_oc, вследствие чего выходной сигнал регулятора 10 определяет максимальное значение на ток двигателя с допустимым ограничением. При этом аппарат проходит зону вне термоклина на максимально допустимой скорости. При достижении аппаратом зоны термоклина появляется существенный сигнал скорости изменения температуры t^°ʹ_oc с соответствующего выхода аналогового значения ПМК 15. Одновременно изменяется состояние бита XI, а следовательно и байта входных признаков режимов: X_7-0 00001111₂ 0F₁₆ (3) Снижение задания на ток с выхода РСИТ приводит к торможению электропривода, а последующее за этим переключение коммутаторов 11, 13, вызванное изменением состояния байта входных признаков X_7-0, переводит систему в режим 1 стабилизации скорости изменения глубины . Последнее обусловлено тем, что МПК 15 на основании анализа байта X_7-0 и в соответствии с алгоритмом функционирования формирует байт выходных признаков Y_7-0 FA₁₆, соответствующий режиму 1 (фиг. 3). Таким образом, при нахождении аппарата в зоне термоклина работа устройства аналогична изложенному для режима 1. При этом МПК 15 восстанавливает конфигурацию архитектуры системы автоматического регулирования для режима 1 с контуром регулирования скорости изменения глубины. Минимальная динамическая погрешность измерений, а также картина распределения по глубине исследуемого гидрофизического параметра в режиме 2 совпадают или близки аналогичным характеристикам режима 1. При выходе аппарата из зоны термоклина по изложенным выше причинам происходит ускорение электропривода. Аппарат вновь движется с максимально допустимой скоростью.

В рассмотренных режимах 1, 2 достигнуто существенное улучшение динамики процесса регулирования в сложной системе двигатель-кабель-аппарат-исследуемая гидрофизическая структура. Автоматическая коррекция генерации первой производной измеряемого параметра, реализуемая введением программных модулей DIF и INTEGR в структуру основного алгоритма функционирования, позволяет осуществить функцию скорректированного цифрового дифференциатора и исключить спектр "ложных" производных (фиг.5, 6). Последнее осуществляется, как будет показано ниже, в МПК 15 при выполнении программного блока селекции высокочастотных составляющих вводимых параметров Н, t^o. Таким образом устраняется несанкционированное изменение архитектуры системы вследствие неизбежного в этом случае самопроизвольного изменения режимных признаков, что является существенным недостатком устройств с "жесткой" логикой. Кроме того, режимы измерений информационно-измерительной аппаратуры гидрофизических зондов остаются неизменными. В условиях сильной изменчивости измеряемого физического процесса распределения температуры, имеющей пространственный градиент G_t для датчика с постоянной времени τ_д, который движется со скоростью Н', динамическая погрешность, равная Δ_∂= G_t°τ_∂Hʹ (4) при постоянстве τ_∂ и скорости Н' может достигать значений, в десятки раз превышающих основную инструментальную погрешность зондирующих комплексов. Последнее совершенно недопустимо при построении пространственного распределения температуры, так как может привести к искажению реальной картины тонкой вертикальной структуры и в конечном счете к потере информации. Поэтому с целью ограничения погрешности Δ_∂ на некотором минимальном уровне, как это следует из выражения (4), скорость изменения глубины Н' (скорость зондирования) должна изменяться обратно пропорционально градиенту G_t198. Последнее хорошо иллюстрируется диаграммами фиг.4 в,г, где очевидно, что при подъеме судна на волне и увеличении скорости изменения температуры t^q'_oc стабилизирующее действие устройств приводит к ускорению электропривода при снижении , а при опускании судна на волне и уменьшении скорости изменения температуры к торможению электропривода при возрастании . При этом достигается существенно меньшая динамическая погрешность измерений в сравнении с режимами 1, 2. Таким образом, режим измерений гидрофизических параметров становится управляемым и хорошо согласуется со структурой их изменчивости. Указанные соображения положены в основу работы 3-го (программного) режима управления электроприводом судовой лебедки. При этом в диапазоне значений глубин залегания термоклина H^t°_кр-H_п, установленных по результатам измерений в режимах 1, 2 в соответствии со значениями скоростей, записанных в памяти МПК 15, формируется программное задание скорости , ограничивающее Δ_∂ на заданном уровне. Формирование программы скоростей, обеспечивающих миниминизацию Δ_∂ на любом из участков диапазона H^t°_кр-H_п, а следовательно и стабилизацию Δ_∂ на всем протяжении термоклина реализуется подпрограммой "SPEED" общего алгоритма функционирования МПК 15 (фиг.3).

Режим 3 программного изменения скорости зондирования устанавливается включением задатчика 14 программного зондирования, при этом задатчики 7, 8 скорости изменения глубины и температуры остаются во включенном состоянии аналогично режиму 2. Байт слова входных признаков X_7-0, задающий конфигурации системы, представлен в следующем формате: X_7-0 00011101₂ 1D₁₆ (5)
Указанный формат X_7-0 справедлив для случая нахождения зонда вне зоны термоклина (фиг.4), вследствие чего МПК 15 формирует режимную метку М3 F5₁₆. Через соответствующий порт выставляется байт выходных признаков режимов Y_7-0 11110101₂ F5₁₆, который определяет архитектуру системы аналогичную режиму 2 для такого же случая (нахождение зонда вне термоклина). РСИГ 9 подготавливается к последующему включению в работу с видоизмененной цепью задания скорости зондирования. Выход задатчика 7 скорости зондирования отключается и заменяется программным заданием с соответствующего выхода МПК 15. Далее аналогично работе в режиме 2 вне зоны термоклина происходит ускоренное движение зонда вследствие малости приращений температуры и возрастания задания на ток с выхода РСИТ 10. По достижении термоклина и появлении сигнала скорости изменения температуры изменяется байт входных признаков режима X_7-0, где бит XI устанавливается в состояние высокого уровня, и формат слова выглядит следующим образом:
X_7-0 00011111₂ 1F₁₆ (6) На основании анализа байта X_7-0 МПК 15 формирует байт выходных признаков: Y_7-0 11110110₂ F6₁₆.

Таким образом, МПК 15 посредством коммутатора 11 выключает из работы РСИТ 10 и воссоздает архитектуру системы, аналогичную режимам 1 или 2 (в зоне термоклина) с РСИГ 9 в качестве основного регулирующего контура, но с заданием скорости зондирования, изменяющимся программно в соответствии с программой скоростей. При этом по результатам предыдущих измерений в режимах 1, 2 для значений глубин H^t°_кр-H_п в память МПК 15 записаны такие значения заданий скорости зондирования, при которых регулирование последней в соответствии с (4) позволяет снизить влияние сильных изменений градиента температуры G_t^o<D>, вызванных изменчивостью и нестационарностью гидрофизических процессов. Таким образом, вследствие подобной адаптации скорости зондирования Н' к режиму измерений удается стабилизировать и поддерживать практически неизменной динамическую погрешность Δ_∂ на некотором минимальном приемлемом уровне. На фиг.4 б показаны возможные варианты программного изменения скорости зондирования в диапазоне глубин H^t°_кр-H_п при снижении задания . При выходе зонда из термоклина вновь изменяется состояние бита XI (вследствие исчезновения сигнала скорости изменения температуры), восстанавливается состояние байта X_7-0 входных признаков режима, а следовательно и байта выходных признаков Y_7-0. Аппарат вновь находится в ускоренном (разгонном) состоянии до очередного термоклина, если последний существует на оставшийся части зондируемой вертикали.

В режиме (4) поддержания постоянства частоты вращения электродвигателя лебедки задатчиком 2 устанавливается требуемое значение частоты вращения. Задатчики 7, 8, 14 отключены и МПК 15 в данном режиме не оказывает влияния на архитектуру работающей части системы, которая в данном случае представляет собой обычную двухконтурную систему подчиненного регулирования, замкнутую по частоте вращения двигателя. Выходы регуляторов РСИГ 9 и РСИТ 10 отключены от соответствующих входов БИЧВД 1 посредством ключей коммутаторов 11, на управляющих входах которого присутствуют высокие уровни Y0, Y1. Режимная метка, формируемая МПК 15 М4 FF₁₆, обеспечивает байт выходных признаков режимов Y_7-0 11111111₂, что также приводит к размыканию цепи задания РСИГ 9, при этом байт входных признаков представлен в формате: X_7-0 00000000₂ 00₁₆ (или 01₁₆ для погруженного аппарата). Режим применяется для различных наладочных работ (регулировки БИЧВД 1, укладки кабеля-троса и т.д.), а также как резервный в случае невозможности функционирования устройства в остальных трех режимах (например, из-за возможных неисправностей). Последнее актуально вследствие длительности океанологических экспедиций и автономности их существования.

Рассмотрим работу МПК 15 (фиг.2). Функционирование контроллера во всех 4-х режимах управления электроприводом судовой лебедки осуществляется на основании обобщенного алгоритма синтеза архитектуры САР и организации вычислительной процедуры формирования сигналов скорости изменения температуры t^°ʹ_oc и скорости изменения глубины (фиг.3). Сервисными функциями является реализация программы скоростей (подпрограмма "SPEED"), а также контроль управляемости электропривода в случае исчезновения сигнала глубины Н (например, обрыв проводника связи) и останов электропривода при достижении зондом критических глубин H^ми_кр^н, H^vf_кр^rc.. В соответствии с тактирующими импульсами с выхода синхронизации процессорного блока 16 запускается в работу МССД 33, время преобразования которой составляет 80 тактов. Номер аналогового ввода определяется программно во фрагменте 2 алгоритма (фиг.3) установкой внутреннего регистра процессорного блока 16 в режим адресного счетчика. Далее 3-разрядный код адреса выставляется процессорным блоком 16 на шину данных (ШД) МПК 15 и считывается им посредством первого адаптера 18 с трех старших разрядов порта С (РС 7 РС 5 фиг.2). При этом процессор 16 обращается к МССД 33 как к УВВ с помощью сигнала управления вводом-выводом . Результат аналого-цифрового преобразования сигналов датчиков глубины 3 или температуры 12 поступает на информационные входы порта А первого адаптера 18, откуда считывается процессорным блоком 16 в ШД МПК 15. Под воздействием фрагментов 2, 3 алгоритма процессор 16 осуществляет выборку аналоговых значений Н, t^o[n] и преобразование их в измеряемую частоту F_x. Результатом подобного преобразования является приведение кода X[n] соответствующего выбранному аналоговому значению измеряемого параметра, к коду, соответствующему его частотной форме. Указанное преобразование в упрощенной форме можно представить как:

Здесь К_т временной коэффициент преобразования кода, отнесенный к интервалу времени Δt, в течение которого осуществляется ввод преобразование параметра, формирование его производной, установка признаков режима, выполнение сервисных программ. Длительность интервала Δt должна превышать 80 тактов аналого-цифрового преобразования МССД 33. Выражение (7) реализуется стандартной подпрограммой умножения двух однобайтовых слов с размещением результата (двухбайтного слова) в любой из регистровых пар микропроцессора 16. Фрагменты 4; 5.1 и 5.2 осуществляют частотную коррекцию головного модуля измеряемого параметра с последующим дифференцированием. Указанные фрагменты реализуют алгоритм скорректированного дифференциатора, при котором в заданной полосе частот полезного сигнала ослабляется действие высокочастотных составляющих, путем интегрирования последних. Фрагмент (4) проверки условия F_к ≥ F_x осуществляет контроль за соотношением кодов частот измеряемого параметра и некоторого критического F_к его значения. При этом дифференцирование имеет место для значений F_x, удовлетворяющих поставленному условию, что соответствует переходу к выполнению фрагмента 5.1 алгоритма (подпрограмма DIF). Для всех значений F_x, превышающих F_к, имеет место операция интегрирования и переход к фрагменту 5.2 (подпрограмма INTEGR). Подпрограмма DIF (фиг.5) реализует математическую модель для сигналов дискретного времени, представленную линейным разностным уравнением вида:
Y[n] K₁X[n] T₁X[n-1] (8)
Здесь K₁= T₁/Δt коэффициент преобразования; T₁ постоянная дифференцирования; X[n-1] цифровой эквивалент измеряемого параметра в предшествующий момент времени; X[n] в последующий.

Подпрограмма DIF осуществляет операции умножения для получения членов выражения (8) с последующим их сложением при одновременном сохранении требуемого знака. С этой целью в ОЗУ блока памяти 17 резервируется область переменных и постоянных величин, вершиной которой является адрес кода измеряемого параметра X[n] Подпрограмма размещает указанный адрес в регистровой паре микропроцессора 16 и далее, увеличивая адрес операцией инкрементирования регистров HL, выбирает из ОЗУ блока 17 все члены выражения (8) с требуемой последовательностью, производя над ними перечисленные выше арифметические действия.

Подпрограмма INTEGR функционирует на основании линейного разностного уравнения вида
Y[n] K₂Y[n-1] K₃X[n-1] (9)
Здесь K₂= T₂Δt/K и K₃= T₂Δt численные коэффициенты; T₂ постоянная интегрирования; К коэффициент пропорциональности интегратора; Y[n-1] - значение функции в предшествующий момент времени; Y[n] текущее значение функции. Построение алгоритма INTEGR (фиг.6) по функциональному назначению шагов, организации памяти и выборки данных, последовательности выполняемых арифметических действий аналогично подпрограмме DIF и не требует специального рассмотрения.

По окончании формирования требуемых координат регулирования в обеих подпрограммах производится перемещение кодов X[n] и вычисленного значения функции Y[n] в ячейки ОЗУ блока памяти 17, содержащие коды X[n-1] и Y[n-1] вследствие чего данные подготавливаются для выполнения следующих вычислительных процедур (8) и (9) после очередного ввода X[n] Результат выполнения фрагментов 5.1 и 5.2 головного модуля представляет собой производную измеряемого параметра (Н или t^o) по времени (скорость его изменения) и выводится по команде микропроцессора 16 из портов А и В второго адаптера 19 с одновременным сохранением его в соответствующих ячейках ОЗУ. Распределение производных и по указанным портам производится программно в зависимости от вида измеряемого параметра. ЦАП 21 и 22, подключенные к указанным портам адаптера 19, преобразуют цифровые коды в аналоговые величины координат регулирования. Нуль-органы 27 и 28 формируют дискретные сигналы наличия указанных координат, и их выводы образуют младшие разряды Х0, Х1 слова выходных признаков режимов Х0 Х7. Байт слова выходных признаков режимов Y0 Y7 выводится из порта В первого адаптера 18, при этом разряды неиспользуемого полубайта Y4 Y7 приведены в состояние высокого уровня.

Выполнение программы скоростей МПК 15 (фрагмент 13 фиг.3, программа SPEED фиг. 7) осуществляется в соответствии с алгоритмом SPEED по окончании необходимых коммуникаций в САР в режиме (3) программного изменения скорости зондирования. При этом производится последовательное изменение скорости изменения глубины посредством изменения величины программного задания скорости в порядке, соответствующем изложенному выше (для режима (3)). Программа SPEED загружает аккумулятор микропроцессора 16 измеренным значением глубины Н, хранящимся по определенному адресу ОЗУ блока памяти 17, и далее, производя сравнение со значениями глубин H₁-H_n, осуществляет формирование требуемых значений заданий скорости (фиг.7).

Сервисные подпрограммы управления функционируют во всех трех режимах и осуществляют формирование сигналов останова электропривода St, контроля наличия сигнала глубины U_сн, а также сигнала снижения скорости зондирования при приближении к термоклину.

По окончании всех операций формирования признаков режимов, организации вычислительных процедур, выполнения сервисных подпрограмм и фрагментов программы, МПК 15 производит вывод полубайта Y0 Y4. Последнее, как было рассмотрено выше, синтезирует САР требуемой конфигурации через программно формируемый интервал времени Δt. Продолжительность указанного интервала определяется продолжительностью вычислительных процедур с учетом времени установления признаков режимов. Введение программируемого интервала времени Δt перед очередным вводом параметров в МПК 15 с выходов датчиков 3, 12 позволяет существенно повысить динамическую устойчивость САР вследствие исключения возможных случайных изменений кода выходных признаков режимов, которые могут привести к самопроизвольным коммутациям контуров регулирования. Подпрограмма STOP (фиг. 8) осуществляет ввод сигналов уставок критических минимальной и максимальной глубин H^ми_кр^н и H^ма_кр^кс, а также сигнала уставки критической глубины приближения к термоклину H^t°_кр и сравнение их с текущим значением глубины. С этой целью МПК 15 устанавливает счетчик адресных входов МССД 33 и выставляет адрес аналогового канала из порта В первого адаптера 18. В соответствии с установленным адресом производится выборка аналоговых сигналов уставок с выходов соответствующих задатчиков 24-26 на протяжении 80 тактов синхроимпульсов с выхода CLKO процессорного блока 16. При этом каналами ввода МССД 33 являются каналы 2, 3, 4 (фиг.4 а). Цифровые коды уставок глубины выводятся с соответствующих выходов МССД 33 в порт А адаптера 18. Одновременно с этим устанавливается счетчик адресов уставок в ОЗУ блока памяти 17. Сочетанием операций инкремента счетчика адресов уставок и декремента счетчика каналов подпрограмма STOP осуществляет ввод в МПК 15 и размещение в ОЗУ блока памяти 17 уставок критических глубин. Далее, сравнивая текущее значение глубины с критическими уставками при последовательном декрементировании счетчика адресов уставок, подпрограмма формирует сигнал останова электропривода St и снижения скорости зондирования (фиг.4 б, е). Сигналы аварийного останова St и снижения скорости зондирования выводятся с выходов преобразователя уровня 31 и ЦАП 23, при этом микропроцессор 16 формирует сигнал St и выводит его через младший разряд РСО порта С третьего адаптера 20. Подпрограмма контроля глубины "CONTROL" осуществляет контроль наличия сигнала глубины Н с выхода датчика 3 (фиг 9, фиг.4 е). Подпрограмма производит формирование сигнала включения U_сн реле скорости 6, что позволяет сохранить управляемость электроприводом при исчезновении сигнала глубины Н путем подключения датчика 5 частоты вращения двигателя к третьему входу РСИГ 9. Сигнал включения реле скорости 6 U_сн выводится микропроцессором 16 через младший разряд порта В третьего адаптера 20 и далее через преобразователь уровня 30 на вход управления упомянутого реле. Подобное резервирование по цепи обратной связи осуществляется для первых 3-х режимов, где сигнал скорости изменения глубины является основной координатой регулирования, а РСИГ 9 ведущим функциональным контуром регулирования САР. Исчезновение сигнала глубины Н с выхода датчика 3 может привести к потере управляемости электропривода, самопроизвольным коммутациям структуры САР, и как следствие к возникновению аварийной ситуации. При этом МПК 15 включением реле 6 скорости в режимах (1, 2) синтезирует структуру с задатчиком 7, РСИГ 9, датчиком 5 частоты вращения двигателя во внешнем контуре регулирования, структура внутреннего токового контура остается без изменения. В режиме (3) программного изменения скорости зондирования, в случае исчезновения сигнала глубины подпрограмма "CONTROL" осуществляет переключение цепи задания РСИГ 9 с программного задания от МПК 15 на задание от задатчика 7 скорости изменения глубины. Последнее осуществляется с целью сохранения в САР, работающей в режиме (3) при отсутствии с выхода программного задания МПК 15, по причине исчезновения сигнала Н. С этой целью подпрограмма содержит блок идентификации режима (3) по формату байта входных признаков (Х_7-0 1D₁₆) и формирования байта выходных признаков режима (1) (Y_7-0 FA₁₆). При этом МПК 15 в соответствии с рассмотренным выше обеспечивает архитектуру САР, соответствующую режиму (1), но с обратной связью по частоте вращения двигателя. Передача управления от головного модуля подпрограмме "CONTROL" осуществляется аппаратным прерыванием, с выхода третьего нуль-органа 29 на вход немаскируемого прерывания TRAP процессорного блока 16, в случае отсутствия сигнала глубины Н на входе упомянутого нуль-органа. В отличие от подпрограмм DIF и INTEGR (фиг. 5.5) указанная подпрограмма осуществляет безусловную передачу управления, а прерывание носит асинхронный характер и может произойти на любой части головного модуля (фиг.3).

Устройство обеспечивает высокие динамические характеристики управления электроприводом судовой лебедки при автоматическом (программном) изменении режимов управления с высокой степенью адаптации последних к режимам измерения гидрофизических параметров. Введение в структуру устройства программируемого микропроцессорного контроллера обеспечивает оптимальную для данного режима измерений архитектуру САР, позволяет осуществить автоматическую коррекцию вычисляемых координат регулирования, исключает несанкционированное изменение конфигурации САР. МПК в соответствии с представленным программным обеспечением сохраняет высокую степень живучести устройства вследствие резервируемости цепей обратных связей и обеспечение возможности автоматической замены режимов, что особо важно в условиях длительного автоматического существования океанологических экспедиций.

Введение дополнительных координат регулирования в устройство, отражающих комплексный характер гидрофизических измерений, таких как соленость, электропроводность, скорость распространения звука в воде и др. возможно при установке второй МССД и организации таким образом дополнительных измерительных входов МПК. Некоторое снижение быстродействия системы из-за необходимости побайтного вывода информации на обеих МССД не оказывает заметного влияния на динамические характеристики электропривода и погрешность измерений, при существенном расширении возможностей устройства.

Дополнительные функциональные возможности управления, реализованные в устройстве, обеспечивают высокую степень автоматизации проводимых гидрологических исследований и их производительность, что обусловливает экономическую эффективность океанологических экспедиций.

Формула изобретения

Устройство для управления электродвигателем судовой лебедки, содержащее блок изменения частоты вращения двигателя (БИЧВД) и подключенный к его первому входу задатчик частоты вращения двигателя, датчик глубины погружения аппарата, датчики тока и частоты вращения двигателя, реле скорости, первый вход которого соединен с выходом датчика частоты вращения двигателя, второй вход БИЧВД подключен к выходу датчика тока, два задатчика и два регулятора скорости изменения глубины и температуры (РСИГ и РСИТ), основной коммутатор и датчик температуры, причем первый вход РСИТ соединен с выходом задатчика скорости изменения температуры, третий вход РСИГ соединен с выходом реле скорости, выходы обоих регуляторов соединены с аналоговыми входами основного коммутатора, аналоговые выходы которого соединены с входами обратной связи по скорости изменения глубины и температуры БИЧВД, а выход этого блока является выходом устройства и предназначен для подключения к якорной цепи электродвигателя, отличающееся тем, что оно снабжено сервисным коммутатором, задатчиком программного режима зондирования и микропроцессорным контроллером (МПК), измерительные входы которого соединены с выходами датчиков глубины и температуры, первый и второй входы признаков режимов работы электродвигателя МПК соединены с выходами релейного состояния скорости изменения глубины и температуры упомянутого контроллера, третий, четвертый и пятый входы той же группы входов соединены с релейными выходами задатчиков скорости изменения температуры, глубины и программного режима зондирования соответственно, выходы аналоговых значений скорости изменения глубины и температуры МПК соединены с вторыми входами РСИГ и РСИТ соответственно, причем БИЧВД снабжен дополнительным входом блокирования, соединенным с выходом аварийного останова электродвигателя МПК, четыре выхода признаков режимов работы электродвигателя которого соединены с первым и вторым входами управления основного и сервисного коммутаторов по порядку следования их соответственно, первый аналоговый вход сервисного коммутатора соединен с выходом задатчика скорости изменения глубины, при этом второй аналоговый вход того же коммутатора соединен с выходом программного задания скорости изменения глубины МПК, оба аналоговых выхода сервисного коммутатора соединены с первым входом РСИГ, а выход контроля глубины МПК соединен с вторым входом реле скорости, при этом МПК содержит процессорный блок, блок памяти, три параллельных периферийных адаптера, три цифроаналоговых преобразователя (ЦАП), три задатчика уставок критических глубин погружения аппарата, три ноль-органа и два преобразователя уровня, дешифратор устройств ввода-вывода (УВВ) и многоканальную систему сбора данных (МССД), причем 8-разрядный канал данных процессорного блока соединен с каналами данных блока памяти и всех адаптеров поразрядно, 16-разрядный адресный канал процессорного блока соединен с каналом соответствующей разрядности блока памяти поразрядно, а с адресными входами всех адаптеров двумя младшими разрядами, шесть адресных входов дешифратора УВВ соединены с шестью разрядами младшего байта адресного канала процессорного блока, начиная с третьего по порядку следования поразрядно, выходы управления чтением и записью из памяти процессорного блока соединены с соответствующими входами блока памяти, аналогичные выходы процессорного блока для управления УВВ соединены с входами чтения и записи адаптеров и МССД соответственно, входы синхронизации и разрешения записи которой соединены с выходами синхронизации и состояния процессорного блока соответственно, выход сброса указанного блока соединен с соответствующими входами адаптеров, при этом порт РА первого адаптера соединен с цифровыми выходами МССД, порты РА и РВ второго адаптера соединены с информационными входами первого и второго ЦАП, соединенных последовательно с первым и вторым нуль-органами, выходы которых соединены с двумя младшими разрядами порта РС указанного адаптера, порт РА третьего адаптера соединен с информационными входами третьего ЦАП, младшие разряды портов РВ и РС того же адаптера соединены с входами преобразователей уровня, немаскируемый вход прерывания процессорного блока соединен с выходом третьего нуль-органа, вход которого соединен с нулевым входом МССД, второй, третий и четвертый аналоговые входы МССД соединены с выходами задатчиков уставок критических минимальных и максимальных глубин погружения аппарата, а также с выходом задатчика уставки критической глубины приближения термоклина соответственно, при этом нулевой и первый входы МССД образуют измерительные входы МПК, младший полубайт порта РВ первого адаптера выходы признаков режимов работы электродвигателя МПК, пять разрядов порта РС второго адаптера по порядку следования их от младшего к старшему входы признаков режимов работы электродвигателя МПК, выходы первого, второго и третьего ЦАП выходы аналоговых значений скорости изменения глубины и температуры, а также программного значения скорости изменения глубины МПК соответственно, выходы релейного состояния которых организуются на выходах первого и второго нуль-органов, а выходы преобразователей уровня образуют выходы контроля глубины и аварийного останова электродвигателя МПК.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9