CN109539905A - 一种智能火工品时序指令等效器及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能火工品时序指令等效器及其检测方法，包括面板开关、PLC主控模块、PLC扩展功能模块、信号调理模块和供电模块，面板开关用于在PLC主控模块未连接测发控系统的情况下完成手动控制指令的操作以满足火工品等效器的单机自检测试；PLC主控模块用于接收测发控系统的远程控制指令或面板开关的输入信号并执行嵌入式PLC程序进而通过内部总线控制PLC扩展功能模块输出时序指令信号供火工品等效器采集；PLC扩展功能模块用于在PLC主控模块控制下完成PLC程序的执行；信号调理模块用于完成接口信号的调理并将PLC扩展功能模块输出的时序指令信号转换为火工品等效器可接收的信号进而完成对火工品等效器的自动检测；供电模块用于提供整个设备的工作电源。

Description

一种智能火工品时序指令等效器及其检测方法

技术领域

本发明涉及时序指令信号测试设备领域，特别涉及一种智能火工品时序指令等效器及其检测方法，可作为火工品等效器的自检设备。

背景技术

运载火箭火工品等效器是一种时序指令信号测试设备，用于等效箭上火工品负载，接收并显示火箭时序指令系统发送的时序信号，以达到对电爆电路工作情况的检查和监测，包括发动机点火、级间分离、整流罩分离、星箭分离等。火工品等效器在参与系统试验之前，须进行设备的自检测试，确保设备的各项功能、性能指标正常，包括软、硬件工作的协调性、可靠性。

以往，火工品等效器的自检测试通常是由人工手动加激励信号来完成。手动自检测试一般需要2～3人，每次只能对单个通路进行加激励信号测试，完成整个设备的自检需要人工多次重复性的干预，需要耗费大量的人力、时间，且最终只是完成了设备的功能检查，无法有效验证设备的测试精度、工作稳定性等性能指标，无法满足设备自检智能化、测试覆盖性等要求。

目前运载火箭领域使用的火工品等效器，只是解决了测试箭上时序指令信号的需求，但未提出针对火工品等效器自身的检测方法或装置。

为满足目前日益增长的卫星发射需求，运载火箭正往快速发射的方向发展，运载火箭的测试、发射周期也越来越短，发射保障人数也越来越少。以往的设备自检工作模式已经无法满足地面设备自检测试的快速性和全面性要求。因此，我们提出设计一种智能火工品时序指令等效器，可满足火工品等效器的自动检测。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种智能火工品时序指令等效器及其检测方法，解决运载火箭火工品等效器的自检手段落后、测试覆盖性低、无网络功能等问题，提高自检设备的智能化、网络化、通用化，满足测试覆盖性要求。

为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明公开了一种智能火工品时序指令等效器，包括面板开关、PLC主控模块、PLC扩展功能模块、信号调理模块和供电模块，其中：

所述面板开关与所述PLC主控模块连接，用于在所述PLC主控模块未连接外部测发控系统网络的情况下完成设备手动控制指令的操作以满足火工品等效器的单机自检测试；

所述PLC主控模块分别与所述面板开关、外部测发控系统和PLC扩展功能模块连接，用于接收外部测发控系统的远程控制指令或所述面板开关的输入信号并执行嵌入式PLC程序进而通过内部总线控制所述PLC扩展功能模块输出时序指令信号供外部若干火工品等效器采集；

所述PLC扩展功能模块分别与所述PLC主控模块和信号调理模块连接，用于在所述PLC主控模块控制下完成PLC程序的执行；

所述信号调理模块分别与所述PLC扩展功能模块和外部若干火工品等效器连接，用于完成时序指令等效器与火工品等效器之间的信号隔离和调理并将所述PLC扩展功能模块输出的时序指令信号转换为外部若干火工品等效器可接收的信号进而完成对火工品等效器的自动检测；

所述供电模块与所述PLC主控模块、PLC扩展功能模块和信号调理模块电性连接，用于提供所述PLC主控模块、PLC扩展功能模块和信号调理模块的工作电源。

进一步的，所述PLC主控模块为小型一体式可编程逻辑控制器，用于装载嵌入式PLC程序实现时序指令信号的高精度时间控制和测试的自动化。

优选的，所述PLC主控模块为西门子S7-1200系列的CPU1214CDC/DC/DC模块。

进一步的，所述信号调理模块为时序信号调理板，用于实现所述PLC主控模块和PLC扩展功能模块与外部若干火工品等效器的电气隔离同时保证时序指令等效器输出端口的负载驱动能力。

进一步的，所述信号调理模块包括输入匹配电路、隔离电路和驱动保护电路，其中：

所述输入匹配电路的输出端与所述隔离电路的输入端电性连接，用于完成所述隔离电路输入端的电流匹配并控制合适的电流驱动所述隔离电路输入端的LED；

所述隔离电路的输入端与所述输入匹配电路电性连接，其输出端与所述驱动保护电路电性连接，用于完成光电隔离；

所述驱动保护电路的输入端与所述隔离电路的输出端电性连接，用于利用内部二极管的单向导通特性防止负载端的电压波动对所述隔离电路产生影响。

进一步的，所述供电模块为两个独立的AC/DC电源变换器，一个为所述PLC主控模块和PLC扩展功能模块供电，另一个为所述信号调理模块的输出端供电，用于实现时序指令等效器与外部若干火工品等效器的电气隔离。

优选的，所述PLC扩展功能模块为西门子S7-1200系列数字量输出信号模块SM1222DQ 16×24VDC。

本发明另外公开了一种智能火工品时序指令等效器检测方法，利用上述智能火工品时序指令等效器进行检测，其步骤包括：

步骤一：设备上电后进行初始化；

步骤二：检测PLC主控模块和PLC扩展功能模块的工作状态，如果检测正常则执行步骤三，否则重复执行步骤二；

步骤三：接收远程控制指令或面板开关指令，如果为点火指令，则执行步骤四，否则执行步骤五；

步骤四：执行模拟点火程序，输出点火时序信号供火工品等效器采集自检；

步骤五：如果接收模拟起飞指令，则执行模飞程序，模拟火箭飞行中级间分离、星箭分离等时序指令信号供火工品等效器采集自检；否则返回步骤三，判断控制指令，执行相应程序。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1、本发明通过PLC技术完成火工品等效器自检测试的自动控制，由嵌入式PLC程序完成时序指令信号高精度的通断控制，避免人为手动测试带来的不可靠和测试覆盖性差等因素，实现设备自检的智能化；

2、本发明利用PLC的网络端口完成与测发控系统的以太网互联，可接收测发控系统发送的远程控制指令，实现火工品时序指令等效器的网络化功能；

3、本发明输出信号通路充足，可满足多种运载火箭型号火工品等效器的自检测试，并具有扩展功能，实现火工品时序指令等效器的通用化；

4、本发明实现了火工品等效器自检设备的智能化、网络化、通用化，为火工品等效器的单机及系统试验提供了高效的检测保障。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：

图1是本发明一种智能火工品时序指令等效器的系统框图；

图2是本发明一种智能火工品时序指令等效器中信号调理模块电路示意图；

图3是本发明一种智能火工品时序指令等效器检测方法的流程示意图。

具体实施方式

以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明公开了一种智能火工品时序指令等效器，包括面板开关、PLC主控模块、PLC扩展功能模块、信号调理模块和供电模块，其中：

所述面板开关与所述PLC主控模块连接，用于在所述PLC主控模块未连接外部测发控系统网络的情况下完成设备手动控制指令的操作以满足火工品等效器的单机自检测试；

所述PLC主控模块分别与所述面板开关、外部测发控系统和PLC扩展功能模块连接，是整个设备的中心控制单元，主要完成整个设备的自动控制和与远程控制终端的信息交互，用于接收外部测发控系统的远程控制指令或所述面板开关的输入信号并执行嵌入式PLC程序进而通过内部总线控制所述PLC扩展功能模块输出时序指令信号供外部若干火工品等效器采集；本实施例中，所述PLC主控模块具有扩展功能，可扩展若干所述PLC扩展功能模块，满足多状态任务的通用化需求。

所述PLC扩展功能模块分别与所述PLC主控模块和信号调理模块连接，用于在所述PLC主控模块控制下完成PLC程序的执行；

所述信号调理模块分别与所述PLC扩展功能模块和外部若干火工品等效器连接，是整个设备的后端输出接口，用于完成时序指令等效器与火工品等效器之间的信号隔离和调理并将所述PLC扩展功能模块输出的时序指令信号转换为外部若干火工品等效器可接收的信号进而完成对火工品等效器的自动检测；

所述供电模块与所述PLC主控模块、PLC扩展功能模块和信号调理模块电性连接，用于提供所述PLC主控模块、PLC扩展功能模块和信号调理模块的工作电源，完成整个时序指令等效器的供电功能。

进一步的，所述PLC主控模块为小型一体式可编程逻辑控制器，用于装载嵌入式PLC程序实现时序指令信号的高精度时间控制和测试的自动化。本实施例中，所述PLC主控模块自带数字量输入端口和数字量输出端口，其中数字量输出类型为固态继电器，具有开关延迟短、无机械寿命的特点，满足时序指令信号特性的需求。所述PLC主控模块支持以太网通讯，可与测发控系统实现网络互联，可实现远程监测和控制，为火工品等效器的自检提供多功能的测试途径。优选的，所述PLC主控模块为西门子S7-1200系列的CPU1214C DC/DC/DC模块，该模块为小型一体式PLC模块，板载14点输入和10点输出，数字量输出类型为固态继电器，提供PROFINET端口，既可接收本设备面板开关指令，又可通过以太网接收测发控系统远程控制指令，实现设备的网络化功能。

进一步的，所述信号调理模块为时序信号调理板，用于实现所述PLC主控模块和PLC扩展功能模块与外部若干火工品等效器的电气隔离同时保证时序指令等效器输出端口的负载驱动能力。具体的，所述信号调理模块采用MOSFET型光电耦合器隔离PLC系统(PLC主控模块和PLC扩展功能模块)内部供电电压和时序指令信号输出端电压，将24V脉冲电压信号转换至28V时序指令信号，并具有同时驱动多路火工品等效器采集通路的能力。

进一步的，所述供电模块为两个独立的AC/DC电源变换器，输入电压为日常的交流220V，输出能力分别为24V/3A、28V/5A，一个为所述PLC主控模块和PLC扩展功能模块供电，另一个为所述信号调理模块的输出端供电，用于实现时序指令等效器与外部若干火工品等效器的电气隔离，保证整个设备工作的可靠性。

本实施例中，所述PLC扩展功能模块作为CPU模块板载数字I/O的扩展，通过总线连接器与PLC主控模块拼装在同一根导轨上，从而共同组成PLC系统，满足大量的时序指令信号需求。所述PLC扩展功能模块的数字量输出类型与PLC主控模块一致，均为固态继电器，可保证输出信号特性的一致性。优选的，所述PLC扩展功能模块为西门子S7-1200系列数字量输出信号模块SM1222 DQ 16×24VDC，输出类型为固态继电器，开关接通延迟小于50μs，单个模块具有16个输出端口，根据系统需求可扩展不多于8个信号模块。

如图2所示，所述信号调理模块包括输入匹配电路、隔离电路和驱动保护电路，其中：

所述输入匹配电路的输出端与所述隔离电路的输入端电性连接，用于完成所述隔离电路输入端的电流匹配并控制合适的电流驱动所述隔离电路输入端的LED；

所述隔离电路的输入端与所述输入匹配电路电性连接，其输出端与所述驱动保护电路电性连接，用于完成光电隔离；

所述驱动保护电路的输入端与所述隔离电路的输出端电性连接，用于利用内部二极管的单向导通特性防止负载端的电压波动对所述隔离电路产生影响。

如图3所示，本发明另外公开了一种智能火工品时序指令等效器检测方法，利用上述智能火工品时序指令等效器进行检测，其步骤包括：

步骤一：设备上电后进行初始化；

步骤二：检测PLC主控模块和PLC扩展功能模块的工作状态，如果检测正常则执行步骤三，否则重复执行步骤二；

步骤三：接收远程控制指令或面板开关指令，如果为点火指令，则执行步骤四，否则执行步骤五；

步骤四：执行模拟点火程序，输出点火时序信号供火工品等效器采集自检；

步骤五：如果接收模拟起飞指令，则执行模飞程序，模拟火箭飞行中级间分离、星箭分离等时序指令信号供火工品等效器采集自检；否则返回步骤三，判断控制指令，执行相应程序。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种智能火工品时序指令等效器，其特征在于，包括面板开关、PLC主控模块、PLC扩展功能模块、信号调理模块和供电模块，其中：

所述面板开关与所述PLC主控模块连接，用于在所述PLC主控模块未连接外部测发控系统网络的情况下完成设备手动控制指令的操作以满足火工品等效器的单机自检测试；

所述PLC主控模块分别与所述面板开关、外部测发控系统和PLC扩展功能模块连接，用于接收外部测发控系统的远程控制指令或所述面板开关的输入信号并执行嵌入式PLC程序进而通过内部总线控制所述PLC扩展功能模块输出时序指令信号供外部若干火工品等效器采集；

所述PLC扩展功能模块分别与所述PLC主控模块和信号调理模块连接，用于在所述PLC主控模块控制下完成PLC程序的执行；

所述信号调理模块分别与所述PLC扩展功能模块和外部若干火工品等效器连接，用于完成时序指令等效器与火工品等效器之间的信号隔离和调理并将所述PLC扩展功能模块输出的时序指令信号转换为外部若干火工品等效器可接收的信号进而完成对火工品等效器的自动检测；

所述供电模块与所述PLC主控模块、PLC扩展功能模块和信号调理模块电性连接，用于提供所述PLC主控模块、PLC扩展功能模块和信号调理模块的工作电源。

2.根据权利要求1所述的一种智能火工品时序指令等效器，其特征在于，所述PLC主控模块为小型一体式可编程逻辑控制器，用于装载嵌入式PLC程序实现时序指令信号的高精度时间控制和测试的自动化。

3.根据权利要求2所述的一种智能火工品时序指令等效器，其特征在于，所述PLC主控模块为西门子S7-1200系列的CPU1214C DC/DC/DC模块。

4.根据权利要求1所述的一种智能火工品时序指令等效器，其特征在于，所述信号调理模块为时序信号调理板，用于实现所述PLC主控模块和PLC扩展功能模块与外部若干火工品等效器的电气隔离同时保证时序指令等效器输出端口的负载驱动能力。

5.根据权利要求1所述的一种智能火工品时序指令等效器，其特征在于，所述信号调理模块包括输入匹配电路、隔离电路和驱动保护电路，其中：

所述输入匹配电路的输出端与所述隔离电路的输入端电性连接，用于完成所述隔离电路输入端的电流匹配并控制合适的电流驱动所述隔离电路输入端的LED；

所述隔离电路的输入端与所述输入匹配电路电性连接，其输出端与所述驱动保护电路电性连接，用于完成光电隔离；

所述驱动保护电路的输入端与所述隔离电路的输出端电性连接，用于利用内部二极管的单向导通特性防止负载端的电压波动对所述隔离电路产生影响。

6.根据权利要求1所述的一种智能火工品时序指令等效器，其特征在于，所述供电模块为两个独立的AC/DC电源变换器，一个为所述PLC主控模块和PLC扩展功能模块供电，另一个为所述信号调理模块的输出端供电，用于实现时序指令等效器与外部若干火工品等效器的电气隔离。

7.根据权利要求1所述的一种智能火工品时序指令等效器，其特征在于，所述PLC扩展功能模块为西门子S7-1200系列数字量输出信号模块SM1222 DQ 16×24VDC。

8.一种智能火工品时序指令等效器检测方法，其特征在于，利用上述权利要求1-7中任意一项所述智能火工品时序指令等效器进行检测，其步骤包括：

步骤一：设备上电后进行初始化；

步骤二：检测PLC主控模块和PLC扩展功能模块的工作状态，如果检测正常则执行步骤三，否则重复执行步骤二；

步骤三：接收远程控制指令或面板开关指令，如果为点火指令，则执行步骤四，否则执行步骤五；

步骤四：执行模拟点火程序，输出点火时序信号供火工品等效器采集自检；

步骤五：如果接收模拟起飞指令，则执行模飞程序，模拟火箭飞行中级间分离、星箭分离等时序指令信号供火工品等效器采集自检；否则返回步骤三，判断控制指令，执行相应程序。