CN103822539A - 一种基于冗余架构的火箭地面测试控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于冗余架构的火箭地面测试控制系统，包括依次连接的前端发控PLC单元、光端机单元、后端交换机单元以及主控制微机；前端发控PLC单元包括两个冗余配置的前端PLC子系统以及至少两个总线站点，两个前端PLC子系统分别与一个总线站点连接，该总线站点与其他总线站点依次连接；两个前端PLC子系统均设有一个CPU模块和至少一个输入模块，两个CPU模块相互连接，所有输入模块同时接收同一路输入信号；每个总线站点均设有至少一个输出模块。本发明具有以下有益效果：本发明实现了火箭地面控制系统的冗余；提高了测试流程的可靠性；减少出现单点失效模式的可能性。

Description

一种基于冗余架构的火箭地面测试控制系统
技术领域
本发明涉及运载火箭地面测发控系统，具体涉及一种运载火箭地面测试流程的冗余控制系统。
背景技术
在现有技术中，运载火箭中对于火箭箭上控制系统、外安系统、捷联系统、遥测系统等各系统各单机产品的供配电以及状态控制都是通过地面测发控系统中的非冗余发控PLC或VXI控制矩阵来进行控制。控制指令只能通过单一的网络通路从后端到达前端控制设备，前端控制设备的执行机构也是单一非冗余配置。当单一的网络通路或者执行机构出现故障时，地面控制系统的指令无法到达箭上，会造成严重的后果。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺陷，一种基于冗余架构的火箭地面测试控制系统，具体的技术方案如下：
一种基于冗余架构的火箭地面测试控制系统，包括主控制微机，还包括依次连接的前端发控PLC单元、光端机单元以及后端交换机单元，主控制微机与后端交换机单元连接；
其中，主控制微机用于发送一控制指令；控制指令依次经由后端交换机单元和光端机单元输入到前端发控PLC单元；
前端发控PLC单元用于将控制指令输出到运载火箭，并接收来自运载火箭的反馈信号，再将反馈信号依次经由光端机单元和后端交换机单元发送到主控制微机；
前端发控PLC单元包括两个冗余配置的前端PLC子系统以及至少两个总线站点，两个前端PLC子系统分别与一个总线站点连接，该总线站点与其他总线站点依次连接；两个前端PLC子系统均设有一个CPU模块和至少一个输入模块，两个CPU模块相互连接，所有输入模块同时接收同一路输入信号；每个总线站点均设有至少一个输出模块；
光端机单元和后端交换机单元均为双路冗余架构。
作为优化方案，基于冗余架构的火箭地面测试控制系统还包括与后端交换机单元连接的后端发控PLC单元；后端发控PLC单元用于接收来自发射控制台的应急指令，并将应急指令转换为控制指令，再将控制指令发送至前端发控PLC单元。
作为优化方案，后端发控PLC单元包括两个冗余配置的后端PLC子系统，两个后端PLC子系统均设有数字输入模块和网络模块，数字输入模块用于接收应急指令，网络模块向前端发控PLC单元发送控制指令。
作为优化方案，基于冗余架构的火箭地面测试控制系统还包括与后端交换机单元连接的虚拟控制计算机，虚拟控制计算机用于向前端发控PLC单元发送地面电源加电及状态设置指令。
作为优化方案，光端机单元包括两个冗余配置的前端光端机、两个冗余配置的后端光端机以及传输光缆；两个前端光端机与传输光缆的一端连接，两个后端光端机与传输光缆的另一端连接。
作为优化方案，总线站点为profibus总线站点，前端PLC子系统通过profibus总线与总线站点连接。
作为优化方案，前端发控PLC单元包括三个总线站点，三个总线站点采用双冗余或三选二的方式输出。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明实现了火箭地面控制系统的冗余；
（2）提高了测试流程的可靠性；
（3）减少出现单点失效模式的可能性。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
图2为前端发控PLC单元的结构示意图；
图3为后端发控PLC单元的结构示意图。
上图中序号为：1-前端发控PLC单元、11-前端PLC子系统、12-总线站点、2-光端机单元、3-后端交换机单元、4-主控制微机、5-后端发控PLC单元、6-虚拟控制计算机。
具体实施方式
下面结合附图以实施例的方式详细描述本发明。
实施例1：
如图1所示，一种基于冗余架构的火箭地面测试控制系统，包括依次连接的前端发控PLC单元1、光端机单元2、后端交换机单元3以及主控制微机4。
其中，主控制微机4用于发送一控制指令，该控制指令依次经由后端交换机单元3和光端机单元2输入到前端发控PLC单元1；前端发控PLC单元1用于将控制指令输出到运载火箭，并接收来自运载火箭的反馈信号，再将反馈信号依次经由光端机单元2和后端交换机单元3发送到主控制微机4。
为了实现控制指令传输的冗余配置，如图2所示，前端发控PLC单元1包括两个冗余配置的前端PLC子系统11以及至少两个总线站点12，两个前端PLC子系统11分别与一个总线站点12连接，该总线站点12与其他总线站点12依次连接。
两个前端PLC子系统11均设有一个CPU模块和至少一个输入模块，两个CPU模块相互连接，所有输入模块同时接收同一路输入信号。在本实施例中，每个前端PLC子系统11均设有两个输入模块，两个前端PLC子系统11互为备份，两个CPU模块之间通过光纤连接，相互传递数据，当一个子系统因为故障停止运行后，自动切换到正常的子系统。在实际应用中，前端发控PLC单元1采用西门子S7-400H冗余型PLC，通过配置生成上述两个前端PLC子系统11。
每个总线站点12均设有至少一个输出模块。在本实施例中，前端发控PLC单元1包括三个总线站点12，上述总线站点12均为profibus总线站点12，前端PLC子系统11通过profibus总线与总线站点12连接，上述三个总线站点12采用双冗余或三选二的方式输出。在实际应用中，总线站点12采用S7-300系列的profibus总线站点12。
前端发控PLC单元1的工作流程及相应的技术原理如下：
首先，输入信号通过继电器隔离后同时送入两个前端PLC子系统11的输入模块，进入两个前端PLC子系统11的相同模块和相同通路；由于两个前端PLC子系统11的冗余配置，其中一个子系统出现故障，另一个子系统仍能正常工作，不会影响信号的正常传输。
其次，两个前端PLC子系统11分别通过profibus总线与总线站点12连接，能够确保一个子系统上的CPU模块损坏后，另一个正常的子系统与总线站点12之间仍可进行通信。
然后，三个总线站点12的输出模块Q0.1、Q8.1以及Q16.1分别连接有继电器K1、K2和K3，这三个继电器为三选二继电器，构成一个三选二表决电路，实现信号的三选二输出，可起到防止指令误发、漏发的作用。输出模块Q10.1和Q18.1分别连接有继电器K4和K5，构成一个双冗余输出电路，实现信号的双冗余输出。
由此可见，信号在前端发控PLC单元1内的整个通路均为冗余配置，单一的通路发生故障时，另一通路仍能正常工作。
光端机单元2和后端交换机单元3均为双路冗余架构。在本实施例中，光端机单元2包括两个冗余配置的前端光端机、两个冗余配置的后端光端机以及传输光缆；两个前端光端机与传输光缆的一端连接，两个后端光端机与传输光缆的另一端连接。前端光端机实现前端的电信号和光信号的转换，后端光端机实现后端的电信号和光信号的转换，前端光端机与后端光端机之间通过光信号传输。由于四个光端机采用冗余配置，若其中一个光端机出现故障，前后端的通信仍能正常进行。在实际应用中，上述光端机可选用TC公司的XXXX型号光端机。
在本实施例中，基于冗余架构的火箭地面测试控制系统还包括与后端交换机单元3连接的后端发控PLC单元5；后端发控PLC单元5用于接收来自发射控制台的应急指令，并将应急指令转换为控制指令，再将控制指令发送至前端发控PLC单元1。需要说明的是，发射控制台中具有一块应急控制面板，岗位操作人员可通过该面板向发控PLC发送系统内的应急指令，该应急指令是一个电信号，该硬件指令通路与虚拟控制计算机及主控微机的软件控制指令通路形成备保。
如图3所示，后端发控PLC单元5包括两个冗余配置的后端PLC子系统，两个后端PLC子系统均设有电源模块、CPU模块、数字输入模块、数字输出模块和网络模块。数字输入模块用于接收发射控制台发送的应急指令，应急指令通过CPU模块和网络模块将应急指令发送到前端发控PLC；数字输出模块用于对运载火箭发射场外围系统发送指令；网络模块用于与主控制微机、虚拟控制计算机以及前端发控PLC的通信。在后端发控PLC单元5中，单个子系统的模块故障或者失效均不会影响到系统的工作状态。
在本实施例中，基于冗余架构的火箭地面测试控制系统还包括与后端交换机单元3连接的虚拟控制计算机6，虚拟控制计算机6用于向前端发控PLC单元1发送地面电源加电及状态设置指令。在实际操作中，这里的虚拟控制计算机6是与主控制微机4相互配合工作的，虚拟控制计算机6在测试开始时对火箭地面发射控制系统中使用的地面电源下达加电及状态设置指令，该指令通过网络进入前端发控PLC，前端发控PLC单元1中的数字量输出模块Q10和Q18会同时动作，向地面电源发送电平信号以启动地面电源，还可通过其他指令对地面电源的电压进行设置；主控制微机4则是在测试项目开始后根据测试流程需要下达控制指令，主控微机依照基本相同的原理与通道向前端发控PLC1单元发送指令，对运载火箭进行配电及状态控制等操作，控制测试项目的进程。在本实施例中，主控制微机4和虚拟控制计算机6为了冗余通信，内部均设有双网口网卡，该网卡的型号可以为CP1623，主控制微机4和虚拟控制计算机6下达的指令同时通过网卡的两个网口输出。
以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于冗余架构的火箭地面测试控制系统，包括主控制微机，其特征在于，还包括依次连接的前端发控PLC单元、光端机单元以及后端交换机单元，所述主控制微机与所述后端交换机单元连接；
其中，所述主控制微机用于发送一控制指令；所述控制指令依次经由所述后端交换机单元和所述光端机单元输入到所述前端发控PLC单元；
所述前端发控PLC单元用于将所述控制指令输出到运载火箭，并接收来自运载火箭的反馈信号，再将所述反馈信号依次经由所述光端机单元和所述后端交换机单元发送到主控制微机；
所述前端发控PLC单元包括两个冗余配置的前端PLC子系统以及至少两个总线站点，两个前端PLC子系统分别与一个总线站点连接，该总线站点与其他总线站点依次连接；两个前端PLC子系统均设有一个CPU模块和至少一个输入模块，两个CPU模块相互连接，所有输入模块同时接收同一路输入信号；每个总线站点均设有至少一个输出模块；
所述光端机单元和所述后端交换机单元均为双路冗余架构。
2.根据权利要求1所述的一种基于冗余架构的火箭地面测试控制系统，其特征在于，还包括与所述后端交换机单元连接的后端发控PLC单元；所述后端发控PLC单元用于接收来自发射控制台的应急指令，并将所述应急指令转换为控制指令，再将所述控制指令发送至前端发控PLC单元。
3.根据权利要求2所述的一种基于冗余架构的火箭地面测试控制系统，其特征在于，所述后端发控PLC单元包括两个冗余配置的后端PLC子系统，两个后端PLC子系统均设有数字输入模块和网络模块，所述数字输入模块用于接收所述应急指令，所述网络模块向所述前端发控PLC单元发送控制指令。
4.根据权利要求1所述的一种基于冗余架构的火箭地面测试控制系统，其特征在于，还包括与所述后端交换机单元连接的虚拟控制计算机，所述虚拟控制计算机用于向所述前端发控PLC单元发送地面电源加电及状态设置指令。
5.根据权利要求1所述的一种基于冗余架构的火箭地面测试控制系统，其特征在于，所述光端机单元包括两个冗余配置的前端光端机、两个冗余配置的后端光端机以及传输光缆；两个前端光端机与所述传输光缆的一端连接，两个后端光端机与所述传输光缆的另一端连接。
6.根据权利要求1所述的一种基于冗余架构的火箭地面测试控制系统，其特征在于，所述总线站点为profibus总线站点，所述前端PLC子系统通过profibus总线与所述总线站点连接。
7.根据权利要求1所述的一种基于冗余架构的火箭地面测试控制系统，其特征在于，所述前端发控PLC单元包括三个总线站点，所述三个总线站点采用双冗余或三选二的方式输出。
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