Аннотация

В дипломном проекте разрабатывается закон управления системы

поддержания избыточного давления разгонного блока, позволяющий

автоматически регулировать избыточное давление в баке окислителя в

заданном интервале в каждом режиме работы, исключить оператора из контура

управления; в особых случаях, когда это необходимо, перейти в ручной режим

управления.

В специальной части дипломного проекта определён состав и назначение

системы поддержания избыточного давления в баке окислителя, описаны

режимы её работы. Для того, чтобы понять от каких параметров зависит

динамика роста или падения давления в баке при заправке, сливе кислорода,

при «сухой» стоянке и наддуве наземных магистралей была разработана

математическая модель этих процессов. Было проведено моделирование

разработанных моделей заправки и слива жидкого кислорода из бака, были

получены зависимости давления в баке от времени. Даётся описание процесса

разработки закона управления в соответствии с правилами. Для имитации

изменения давления при отработке закона управления был разработан

имитатор. Описан процесс отработки закона управления на стенде, приведены

полученные результаты и их анализ.

В конструктивно-технологической части изучены основные операций,

проводимые при подготовке РБ к пуску, их продолжительности и назначения.

Так же был проведён анализ процесса создания, тестирования и применения

законов управления по технологии «Контур».

В разделе «Охрана труда» перечислены вредные и опасные факторы

сопровождающие запуск ракет космического назначения.

В экономической части представлена стоимость проекта и проведены

расчеты, насколько экономически эффективным окажется данный проект.

Введение

В настоящее время одним из основных направлений развития космонавтики

является полностью автоматизированная система подготовка ракет космического

назначения (РКН) к пуску, проходящая без участия обслуживающего персонала.

В случае успешной разработки и внедрения данной системы появится высокая

степень автоматизации предпусковых и пусковых операций обеспечивающая

высокую надежность, качество выполнения и безопасность проведения операций

с минимальным количеством обслуживающего персонала. Но на данном этапе нас

интересует разработка закона управления (ЗУ) системы поддержания

избыточного давления (СПИД) разгонного блока.

Сейчас для выведения космических аппаратов различного назначения на

различные орбиты и межпланетные траектории широко используются разгонные

блоки «ДМ-SLБ» в составе ракеты космического назначения «Зенит». Разгонный

блок (РБ) "ДМ-SLБ" создан на основе успешно используемого в программе

"Морской старт" блока ДМ-SL разработки и изготовления РКК "Энергия" им.

С.П. Королева и является его адаптированным вариантом для программы

"Наземный старт".

Подготовка разгонного блока к пуску осуществляется Комплексом

автоматизированного управления (КАУ). Процесс подготовки к пуску и пуска

занимает от 3 до 4 дней и содержит множество операций различной длительности

и сложности. Часть из них осуществляется автоматически - часть вручную

операторами-технологами. Одними из наиболее ответственных операций

являются заправка бака жидким кислородом и слив жидкого кислорода при

отмене пуска.

В процессе подготовки к пуску разгонного блока на стартовом комплексе, а

также в процессе отмены пуска необходимо обеспечивать работу системы

поддержания избыточного давления в баке окислителя. В настоящее время

управление и контроль этой системы вручную осуществляет оператор-технолог.

8

При этом не всегда удаётся вовремя отследить изменение параметров системы,

чтобы выдать управляющие воздействие.

Разрабатываемый закон управления

Разрабатываемый закон управления (ЗУ) позволит полностью исключить человека из контура управления, давая ему возможность включать и выключать систему, контролировать параметры по мнемосхеме.

Целью данной работы является разработка закона управления системой поддержания избыточного давления в баке окислителя разгонного блока ДМ-SLБ и моделирование её работы при реализации разработанного закона управления.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• Провести анализ общего технологического процесса подготовки РБ к пуску в составе РКН

• Провести анализ процесса поддержания избыточного давления в баке О РБ;

• Разработать математическую модель, описывающую закон изменения давления в баке О при подготовке РБ к пуску.

• Провести моделирование изменения давления в баке О РБ;

• Провести анализ процесса создания, тестирования и применения законов управления по технологии «Контур»

• Разработать закон управления СПИД РБ средствами технологии «Контур»;

• Разработать имитатор объекта регулирования (давление в баке О) средствами технологии «Контур»;

• Провести отработку закона управления СПИД РБ с имитатором на стенде;

• Провести анализ результатов моделирования;

Разрабатываемый закон управления даст возможность:

• Автоматически регулировать избыточное давление в баке окислителя в заданном интервале в каждом режиме работы;

• Сигнализировать о падении давления ниже 0.3 кгс/см2 и повышения свыше 2.3 кгс/см2;

• Исключить оператора из контура управления;

• Позволит оператору только включать и выключать систему;

• Позволит оператору контролировать параметры по мнемосхеме;

• В особых случаях, когда это необходимо, перейти в ручной режим управления.

ЗУ должен обеспечивать поддержание избыточного давления в баке окислителя в заданных диапазонах:

• 0.9 – 1.3 атм в «сухом» режиме;

• 0.6 – 0.7 атм в режиме наддува магистралей;

• 0.6 – 1.3 атм в режиме заправки бака окислителя;

• 0.9 – 2.3 атм в режиме слива окислителя из бака;

1. Назначение спид рб

Заправка переохлаждёнными криогенными жидкостями имеет свои особенности, заключающиеся, во-первых, в уменьшении давления насыщенных паров криогенной жидкости по мере её охлаждения, в во-вторых, в образовании по высоте бака значительного температурного расслоения заправляемой криогенной жидкости за счёт тепла, аккумулированного конструкцией бака, и заправки через заправочный клапан, располагаемый обычно внизу бака [5]. Поэтому во избежание смятия бака из-за создающегося в нём разрежения и попадания атмосферного воздуха, способного нарушить состав заправляемой жидкости, баки заправляют с закрытыми дренажно-предохранительными клапанами при постоянном избыточном давлении наддува неконденсируемым газом. Нежелательное для работы двигательной установки температурное расслоение устраняют путём перемешивания жидкости в процессе заправки или после неё. Жидкость перемешивают пропусканием через неё неконденсируемого сжатого газа (так называемое барботирование) или подачей заправляемой жидкости сверху через специальный коллектор.

Чтобы избежать нагрева или переохлаждения бака из-за колебаний температуры внешней среды необходимо обеспечить его изоляцию. Эту функцию выполняет экранно-вакуумная теплоизоляция (ЭВТИ), которая очищается и вентилируется по специальной технологии. При «сухой» стоянке РКН на СК (примерно 5 дней) температура окружающего воздуха может сильно изменяться. В результате давление в баке снижается или, наоборот, повышается.

Конструкция бака представляет собой шар-баллон из алюминиевого сплава толщиной примерно 1.4 мм. Эта конструкция неустойчива. Бак работает на растяжение, а при колебаниях температуры давление внутри может снижаться и бак может смяться вовнутрь. И, наоборот, давление может превысить предел прочности материала и бак может лопнуть.

В общем технологическом процессе подготовки РБ в составе РКН к пуску существуют операции, где алгоритм работы СПИД РБ и величины поддерживаемого давления достаточно сильно отличаются.

1. Основные понятия и определения технологии «Контур»

В технологии «Контур» приняты следующие понятия и определения [6]:

Закон управления – функция, однозначно определяющая на всем протяжении технологического процесса текущее положение органов управления в зависимости от текущего значения датчиков, таймеров и некоторой истории изменения состояния процесса. Т.е. ЗУ – задаваемая технологом-проектантом (формулирующим закон) информация о целесообразном изменении режимов оборудования в зависимости от состояния технологического процесса и истории изменения этого состояния.

Материально необходим инструмент (орган), обеспечивающий неукоснительное выполнение (реализацию) закона управления. Таким инструментом является АСУ ТП. Функционирование этого инструмента определяется алгоритмом управления. Алгоритм управления определяет способ реализации закона управления на конкретных образующих АСУ ТП технических средствах, т.е. алгоритм есть совокупность способа пошагового представления закона управления (интерпретирующего его акции в языке функционирования технических средств АСУ ТП) и процесса реализации закона управления техническими средствами. Иными словами, алгоритм управления представляет собой описание того, как выполняется задача (закон) управления в терминах и определениях конкретной системы управления. Чтобы задать алгоритм выполнения чего-либо, надо знать с помощью каких средств будут выполняться операции. Конкретный (непроизвольный) ЗУ отличается на принципиальном уровне от реализующего его алгоритма не формой, а содержанием: в ЗУ есть только информация, что должна делать СУ, чтобы обеспечить необходимое управление протеканием технологического процесса. Есть ЗУ и есть средства его реализации. Вне технологии «Контур» ЗУ является исходными данными для разработки алгоритма управления.

Закон управления определяет, что делает система, вторым по значимости фактором при определении АСУ ТП является человек.

Т. е., в отличие от традиционной технологии, создается не конкретная система, но средство, которое с относительно небольшими временными затратами позволяет информационно сформировать требуемую систему буквально накануне пуска объекта в эксплуатацию и позволяет существенно изменять реализуемые этой системой структуру и закон управления.

Естественная для восприятия оператора структурированная совокупность изобразительных элементов (знаков, текстов, условных обозначений) называется мнемосхемой.

Область экрана или весь экран, на котором размещена мнемосхема, называется "окно". Окно вложенных мнемосхем не превышает по размерам окна покрывающей мнемосхемы. Окна вложенных мнемосхем одного покрывающего значения не должны пересекаться между собой.

Мнемосхема, в которой имеются вложенные мнемосхемы, называется покрывающей.

Оператор - человек, осуществляющий управление технологическим процессом и контроль за состоянием объекта и процесса управления в строгом соответствии с указаниями в законе управления. Описание оператора - исчерпывается перечнем контролируемых им страт граф - модели закона управления, перечнем команд из этих страт, которые он может выдавать и перечнем мнемосхем.