CN104865504B - 一种远距离测发控绝缘监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种远距离测发控绝缘监测装置，该装置包括前端监测子系统、前端通道选择电路、前端电源模块、后端监测子系统、后端通道选择电路、后端电源模块和以太网通信模块。其中，在前端和后端监测子系统之间采用光纤通信模块进行通信，可以实现远距离的测控；而且本发明中选择对母线与机壳之间限流电阻的电压进行采集，通过对该电压的监测实现绝缘监测，便于采样实现和远距离传输；在监测通道切换中，通过前端中心处理模块实现前后端切换指令互斥，在前后端切换通道序号不相同时，保持监测通道状态不变，从而避免了不同通道的母线搭接而发生“串电”。

Description

一种远距离测发控绝缘监测装置

技术领域

本发明涉及航天测发控技术领域，特别涉及一种远距离测发控绝缘监测装置。

背景技术

在航天测发控技术领域中，测发控系统设备内部往往设计有多种直流供电母线，以满足测发控系统中各种负载的用电需要。如果某种直流母线正负端同时搭壳，将造成正负母线通过机壳连通，发生短路事故。因此，在测发控系统工作过程中，各直流正负母线与机壳之间保持绝缘对于发射的安全性至关重要。

测发控系统按照设备放置地点分为前端和后端两个部分。前端设备放置于发射塔架附近，向被测对象提供各种直流供电电源，并对各直流正负母线与机壳的绝缘情况进行监测；测发控系统后端设备放置于远控测试间，作为整个测发控系统的指挥和控制中心，除了向前端设备发送测发控指令外，还需掌握前端设备中各直流正负母线与机壳之间的绝缘情况，以便做出发射决策。为了实现对前端各直流正负母线与机壳之间的绝缘监测，需要在各直流正负母线与机壳之间分别跨接限流电阻和微安表，通过测试人员观察正负通道2只微安表电流值是否一致的方式来确定绝缘情况，并以口令传达的方式向后端人员汇报，此种测试方法的自动化程度较低。

因此，为了提高测发控系统的安全性，同时兼顾提高测试过程的自动化程度，需要对各直流母线正负通道与机壳之间的绝缘情况进行远距离自动监测。

专利“直流系统绝缘监测装置及方法”(中国专利公开号：CN103472309A)发明了一种直流系统绝缘监测装置及方法，能够实现对直流系统发生交流串入时的绝缘监测及定位。专利“一种电动汽车电池箱绝缘监测报警系统”(中国专利公开号：CN103472309A)发明了针对电池箱的绝缘监测报警系统，能够监测电池正负极与电池箱体的绝缘情况。上述文献中，获取绝缘情况的技术手段类似，但均只能对一种直流母线与机壳的绝缘情况进行监测，且采用的RS485总线或CAN总线方式与上位机通信，传输距离过短，不能满足测发控系统远距离数据传输的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种运距离测发控绝缘监测装置，该发明能够对远距离测发控系统各直流母线正负端与机壳之间的绝缘情况进行远距离自动监测，提高了测发控系统工作的安全性。

本发明的上述目的通过以下方案实现：

一种远距离测发控绝缘监测装置，包括前端监测子系统和后端监测子系统，所述前端监测子系统包括前端开关量输入模块、前端中心处理模块、开关量输出模块、模拟量采集模块和前端通信模块；所述后端监测子系统包括后端开关量输入模块、后端中心处理模块和后端通信模块，其中：

前端开关量输入模块：接收外部输入的前端监测通道序号m，并将所述序号m发送到前端中心处理模块；其中，m＝1，2，…，M，M为待检测的母线通道数；

前端中心处理模块：接收前端开关量输入模块发送的前端监测通道序号m，并接收前端通信模块转发的后端监测通道序号n，然后根据设定的判决方法确定监测通道序号P，并发送到开关量输出模块，其中，n＝1，2，…，M，P＝0，1，2，…,M；接收模拟量采集模块发送的采集电压值V₊和V_-，其中，V₊和V_-分别为第P根母线的正端限流电阻和负端限流电阻上的电压值；并发送所述监测通道序号P、电压值V₊、V_-到前端通信模块；

开关量输出模块：接收前端中心处理模块发送的监测通道序号P，如果P＝0，则将所有的M个母线绝缘监测电路断开；如果P≠0，则只将第P个母线绝缘监测电路接通；

模拟量采集模块：在已接通的第P根母线绝缘监测电路中，采集所述母线正端限流电阻和负端限流电阻上的电压值，即电压值V₊和V_-；并转发所述电压值V₊和V_-到前端中心处理模块；其中，母线正端限流电阻为设置在母线正端与机壳之间的采样电阻，母线负端限流电阻为设置在母线负端与机壳之间的采样电阻；

前端通信模块：接收后端通信模块转发的后端监测通道序号n，并转发给前端中心处理模块；并接收前端中心处理模块发送的监测通道序号P、监测电压值V₊和V_-，并转发到后端通信模块；

后端开关量输入模块：接收外部输入的后端监测通道序号n，并将所述序号n发送到后端中心处理模块；其中，n＝1，2，…，M；

后端中心处理模块：接收后端开关量输入模块发送的后端监测通道序号n，并转发到后端通信模块；接收后端通信模块转发的监测通道序号P、监测电压值V₊和V_-；

后端通信模块：接收前端通信模块转发的的监测通道序号P、监测电压值V₊和V_-，并转发到后端中心处理模块；接收后端中心处理模块转发的后端监测通道序号n，并转发到前端通信模块。

在上述的远距离测发控绝缘监测装置中，前端中心处理模块根据设定的判决方法确定监测通道序号P，并发送到开关量输出模块，具体过程如下：如果前端中心处理模块在设定的监测时刻只接收到前端监测通道序号m，则确定监测通道序号P＝m，并发送所述监测通道序号P到开关量输出模块；如果前端中心处理模块在设定的监测时刻只接收到后端监测通道序号n，则确定监测通道序号P＝n，并发送所述监测通道序号P到开关量输出模块；如果在设定的监测时刻同时接收到前端监测通道序号m和后端监测通道序号n，则对两个通道序号进行比较，其中，如果m＝n，则并发送所述监测通道序号P＝m＝n到开关量输出模块，如果m≠n，则P＝0，将所有的母线绝缘监测电路断开。

在上述的远距离测发控绝缘监测装置中，前端通信模块和后端通信模块均为光纤通信模块，两个模块之间通过光纤连接进行通信。

上述的远距离测发控绝缘监测装置还包括前端通道选择电路和后端通道选择电路，所述各选择电路包括M个开关，其中：前端开关量输入模块通过对前端通道选择电路的M个开关的状态进行采集，得到外部输入的前端监测通道序号m；后端开关量输入模块通过对后端通道选择电路的M个开关的状态进行采集，得到外部输入的后端监测通道序号n。

上述的远距离测发控绝缘监测装置还包括以太网通信模块，其中，后端中心处理模块通过所述以太网通信模块发送监测通道序号P、监测电压值V₊和V_-到外部设备。

上述的远距离测发控绝缘监测装置还包括前端电源模块和后端电源模块，其中：前端电源模块为前端中心处理模块、前端开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量采集模块和前端通信模块供电；后端电源模块为后端中心处理模块、后端开关量输入模块、后端以太网通信模块和后端通信模块供电。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

(1)、本发明在前端和后端监测子系统之间采用光纤通信模块进行通信，可以实现远距离的测控；而且本发明中选择对母线与机壳之间限流电阻的电压进行采集，通过对该电压的监测实现绝缘监测，便于采样实现和远距离传输；

(2)、本发明通过通道选择电路实现对监测通道的切换，实现分时选通监测，监测切换更灵活；且在监测通道切换中，通过前端中心处理模块实现前后端切换指令互斥，在前后端切换通道序号不相同时，则将所有的母线绝缘监测电路断开，从而避免了不同通道的母线搭接而发生“串电”，提高了测试的安全性；

(3)、本发明将人工绝缘监测和口令传达的传统测试方式改为自动采集和远距离传输的方式，提高了测试的自动化程度。

附图说明

图1为本发明的远距离测发控绝缘监测装置的组成框图；

图2为本发明的开关量输入模块和通道选择电路的电路示意图；

图3为本发明实施例中M1母线和M2母线的监测通道电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

本发明提供了一种远距离测发控绝缘监测装置，作为测发控系统的一个有机组成部分，在测发控系统的前端和后端，通过操作人员对绝缘监测通道进行切换，可以对远距离测发控系统中各直流母线正负通道的绝缘情况进行监测，防止短路事故的发生，提高测发控系统工作的安全性。

如图1所示的装置组成框图，按照测发控系统的前后端结构，本发明的远距离测发控绝缘监测装也相应的分为前端和后端两个部分。其中，前端包括前端监测子系统、前端通道选择电路和前端电源模块，后端包括后端监测子系统、后端通道选择电路、后端电源模块和以太网通信模块。其中，前端监测子系统包括前端开关量输入模块、前端中心处理模块、开关量输出模块、模拟量采集模块和前端通信模块；后端监测子系统包括后端开关量输入模块、后端中心处理模块、后端通信模块和以太网通信模块。

在本发明中，前端通道选择电路和后端通道选择电路用于在前后端实现人机交互，每个通道选择电路包括M个开关，操作人员通过扳动切换开关实现监测通道选择。其中，前端开关量输入模块通过对前端通道选择电路的M个开关的状态进行采集，得到外部输入的前端监测通道序号m；后端开关量输入模块通过对后端通道选择电路的M个开关的状态进行采集，得到外部输入的后端监测通道序号n。其中，m＝1，2，…，M，n＝1，2，…，M，M为待检测的母线通道数。在本实施例中，采用远距离测发控绝缘监测装置对两个母线通道进行监测，即M＝2。

在本发明中，前端中心处理模块的功能主要包括：(1)、通道切换和互斥；(2)、监测通道状态采集；其中：

在通道切换和互斥操作中：前端中心处理模块接收前端开关量输入模块发送的前端监测通道序号m，并接收前端通信模块转发的后端监测通道序号n，然后根据如下的判决方法确定监测通道序号P，并发送到开关量输出模块，其中，P＝0，1，2，…,M。其中，如果前端中心处理模块在设定的监测时刻只接收到前端监测通道序号m，则确定监测通道序号P＝m，并发送所述监测通道序号P到开关量输出模块；如果前端中心处理模块在设定的监测时刻只接收到后端监测通道序号n，则确定监测通道序号P＝n，并发送所述监测通道序号P到开关量输出模块；如果在设定的监测时刻同时接收到前端监测通道序号m和后端监测通道序号n，则对两个通道序号进行比较，其中，如果m＝n，则并发送所述监测通道序号P＝m＝n到开关量输出模块，如果m≠n，则P＝0，即如果前端和后端选择接通不同的母线监测通道，则将所有的M个母线绝缘监测电路断开，这样可以避免“串电”事故的发生，提高了测试的安全性。

在监测通道状态采集过程中：前端中心处理模块接收模拟量采集模块发送的采集电压值V₊和V_-，其中，V₊和V_-分别为第P根母线的正端和负端与机壳之间的电压值；并发送该监测通道序号P、电压值V₊、V_-到前端通信模块。

在本发明中，开关量输出模块接收前端中心处理模块发送的监测通道序号P，如果P＝0，则将所有的M个母线绝缘监测电路断开；如果P≠0，则只将第P个母线绝缘监测电路接通。然后，模拟量采集模块在已接通的第P根母线绝缘监测电路中，采集所述母线正端限流电阻和负端限流电阻电压值，即电压值V₊和V_-；并转发所述电压值V₊和V_-到前端中心处理模块。其中，母线正端限流电阻为设置在母线正端与机壳之间的采样电阻，母线负端限流电阻为设置在母线负端与机壳之间的采样电阻。

前端通信模块和后端通信模块用于实现前后端之间的远距离通信，两个模块之间通过光纤连接。其中，前端通信模块接收后端通信模块转发的后端监测通道序号n，并转发给前端中心处理模块。前端通信模块还接收前端中心处理模块发送的监测通道序号P、监测电压值V₊和V_-，并转发到后端通信模块。

后端开关量输入模块接收外部输入的后端监测通道序号n，并将所述序号n发送到后端中心处理模块。

后端中心处理模块接收后端开关量输入模块发送的后端监测通道序号n，并转发到后端通信模块；接收后端通信模块转发的监测通道序号P、监测电压值V₊和V_-；并通过通过以太网通信模块发送监测通道序号P、监测电压值V₊和V_-到外部设备。

后端通信模块接收前端通信模块转发的的监测通道序号P、监测电压值V₊和V_-，并转发到后端中心处理模块；接收后端中心处理模块转发的后端监测通道序号n，并转发到前端通信模块。

前端电源模块为前端中心处理模块、前端开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量采集模块和前端通信模块供电；后端电源模块为后端中心处理模块、后端开关量输入模块和后端通信模块供电。

实施例：

在本实施例中，通过远距离测发控绝缘监测装置实现对M1母线和M2母线的绝缘状态进行监测。

其中，前端电源模块和后端电源模块选用CS1D-PD024，该模块以24V电源作为输入，为其它模块提供直流5V和12V的供电电源。前端开关量输入模块和后端开关量输入模块均选用CS1W-ID211，用于接收通道选择电路发出的通道选择信号。开关量输出模块选用CS1W-0C211，用于控制M1母线和M2母线监测通道的切换。模拟量采集模块选用CS1W-AD081，在前端中心处理模块的控制下采集母线M1和M2两种直流母线的正负端限流电阻上的电压。前端和后端通信模块选用CS1W-CLK52-V1，最大通信距离可达到2km，用于在前端和后端之间实现光纤通信。

其中，前端开关量输入模块和前端通道选择电路如图2所示，其中，前端通道选择电路中的通道选择开关SA1切换至M1状态时，前端开关量输入模块采集到的监测通道序号n＝1，即选择对M1母线的绝缘状态进行监测。

前端开关量输入模块将监测通道序号n＝1发送到前端中心处理模块。其中，M1母线和M2母线的监测通道电路如图3所示，当前端中心处理模块判断出对母线M1进行监测时，开关量输出模块控制继电器K1线包加电，其触点K1/S1和K1/S2闭合，即将绝缘监测通道切换到母线M1通道。此时，如果正负母线对机壳的绝缘正常，电流将从M1母线的正端+M1依次流经限流电阻R1、继电器K1的触点K1/S1、微安表A1和A2、继电器K1的触点K1/S2、限流电阻R2后进入M1母线的负端-M1，其中，微安表A1和A2显示的电流值相等。设备机壳接在微安表A1和A2之间，当+M1或-M1通道与机壳发生搭接时，流经微安表A1和A2的电流由于被搭壳形成的通路旁路掉，等效电阻下降，微安表显示的电流示数不相等，即如果两个微安表的电流示数不相等，则可判定电流示数小的通道出现了搭壳故障，需要及时排查。此外，模拟量采集模块通过其C1和C2、C3和C4通道对限流电阻R1和R2上的电压进行采集，并将该电压反馈给前端中心处理模块，前端中心处理模块通过光纤通信模块将当前监测通道的状态(即M1通道)和绝缘电压发送给后端。同理，通过操作通道选择开关SA1切换至M2状态时，可实现对M2正负母线对机壳绝缘情况的监测。

以上所述，仅为本发明一个具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种远距离测发控绝缘监测装置，其特征在于：包括前端监测子系统和后端监测子系统，所述前端监测子系统包括前端开关量输入模块、前端中心处理模块、开关量输出模块、模拟量采集模块和前端通信模块；所述后端监测子系统包括后端开关量输入模块、后端中心处理模块和后端通信模块，其中：

前端开关量输入模块：接收外部输入的前端监测通道序号m，并将所述序号m发送到前端中心处理模块；其中，m＝1，2，…，M，M为待检测的母线通道数；

前端中心处理模块：接收前端开关量输入模块发送的前端监测通道序号m，并接收前端通信模块转发的后端监测通道序号n，然后根据设定的判决方法确定监测通道序号P，并发送到开关量输出模块，其中，n＝1，2，…，M，P＝0，1，2，…,M；接收模拟量采集模块发送的采集电压值V₊和V_-，其中，V₊和V_-分别为第P根母线的正端限流电阻和负端限流电阻上的电压值；并发送所述监测通道序号P、采集电压值V₊和V_-到前端通信模块；

开关量输出模块：接收前端中心处理模块发送的监测通道序号P，如果P＝0，则将所有的M个母线绝缘监测电路断开；如果P≠0，则只将第P个母线绝缘监测电路接通；

模拟量采集模块：在已接通的第P根母线绝缘监测电路中，采集所述母线正端限流电阻和负端限流电阻上的电压值，即采集电压值V₊和V_-；并转发所述采集电压值V₊和V_-到前端中心处理模块；其中，母线正端限流电阻为设置在母线正端与机壳之间的采样电阻，母线负端限流电阻为设置在母线负端与机壳之间的采样电阻；

前端通信模块：接收后端通信模块转发的后端监测通道序号n，并转发给前端中心处理模块；并接收前端中心处理模块发送的监测通道序号P、采集电压值V₊和V_-，并转发到后端通信模块；

后端开关量输入模块：接收外部输入的后端监测通道序号n，并将所述序号n发送到后端中心处理模块；其中，n＝1，2，…，M；

后端中心处理模块：接收后端开关量输入模块发送的后端监测通道序号n，并转发到后端通信模块；接收后端通信模块转发的监测通道序号P、采集电压值V₊和V_-；

后端通信模块：接收前端通信模块转发的监测通道序号P、采集电压值V₊和V_-，并转发到后端中心处理模块；接收后端中心处理模块转发的后端监测通道序号n，并转发到前端通信模块。

2.根据权利要求1所述的一种远距离测发控绝缘监测装置，其特征在于：前端中心处理模块根据设定的判决方法确定监测通道序号P，并发送到开关量输出模块，具体过程如下：如果前端中心处理模块在设定的监测时刻只接收到前端监测通道序号m，则确定监测通道序号P＝m，并发送所述监测通道序号P到开关量输出模块；如果前端中心处理模块在设定的监测时刻只接收到后端监测通道序号n，则确定监测通道序号P＝n，并发送所述监测通道序号P到开关量输出模块；如果在设定的监测时刻同时接收到前端监测通道序号m和后端监测通道序号n，则对两个通道序号进行比较，其中，如果m＝n，则发送所述监测通道序号P＝m＝n到开关量输出模块，如果m≠n，则P＝0，将所有的母线绝缘监测电路断开。

3.根据权利要求1所述的一种远距离测发控绝缘监测装置，其特征在于：前端通信模块和后端通信模块均为光纤通信模块，两个模块之间通过光纤连接进行通信。

4.根据权利要求1所述的一种远距离测发控绝缘监测装置，其特征在于：还包括前端通道选择电路和后端通道选择电路，所述各选择电路包括M个开关，其中：前端开关量输入模块通过对前端通道选择电路的M个开关的状态进行采集，得到外部输入的前端监测通道序号m；后端开关量输入模块通过对后端通道选择电路的M个开关的状态进行采集，得到外部输入的后端监测通道序号n。

5.根据权利要求1所述的一种远距离测发控绝缘监测装置，其特征在于：还包括以太网通信模块，其中，后端中心处理模块通过所述以太网通信模块发送监测通道序号P、采集电压值V₊和V_-到外部设备。

6.根据权利要求5所述的一种远距离测发控绝缘监测装置，其特征在于：还包括前端电源模块和后端电源模块，其中：前端电源模块为前端中心处理模块、前端开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量采集模块和前端通信模块供电；后端电源模块为后端中心处理模块、后端开关量输入模块、以太网通信模块和后端通信模块供电。