CN110360900A - 运载火箭地面发射支持系统远程控制装置 - Google Patents

Abstract

一种运载火箭地面发射支持系统远程控制装置，包括位于前端的前端控制单元、前端显示单元、数据采集单元、及配电单元；位于后端设备的远程控制单元、应急控制单元及远端显示单元；以及连接两者的通信设备。该装置能够实现对发射支持系统的远程自动控制，同时在自动控制链路之外还提供了手动控制链路，进一步提高了系统的任务可靠性。

Description

运载火箭地面发射支持系统远程控制装置

技术领域

本发明涉及航天航空领域，特别涉及一种运载火箭地面发射支持系统远程控制装置。

背景技术

运载火箭地面发射支持系统指完成火箭转运、起竖、加注和点火后发射阵地设备保护的设施。

目前，为了降低对发射场地的要求，提高发射频率，我国民营航天发射领域目前开始采用“三平”(水平总装、水平测试和水平转运起竖发射)模式执行发射任务，在这种模式下，基于降低人员风险考虑，系统要求从加注开始，发射场就处于无人值守的全自动发射状态，所有现场设备均由远程控制组合进行监视和控制，一旦出现火箭未能如期点火的情况，还可以远程自动控制推进剂泄出，终止发射流程。

这种发射模式对发射支持系统及其远程控制设备的可靠性也提出了很高的要求，因为这时燃油已经加注，如果由于发射支持系统的故障导致发射延期或者失败，带来的风险和损失都非常大。

目前设备可靠性的提高主要依靠元器件等级的提高和可靠性试验验证的保证，这会使设备的成本大大增加，而且通过这种方式，可靠性的提高达到一定程度后，就很难再提高了。发射支持系统作为一种发射保障设备，在降低整体发射成本的大前提下，设备可靠性要求的提高和成本控制之间产生矛盾，这一矛盾一直是航天产品大批量民用化的主要障碍。

发明内容

针对现有技术的不足，本公开提供一种基于冗余设计的运载火箭发射支持系统远程控制装置，在实现“三平”发射模式对发射支持系统的上述远程控制需求的同时，可以在增加有限成本的情况下，显著提升发射支持系统的任务可靠性。

本公开提供一种运载火箭地面发射支持系统远程控制装置，包括前端设备和后端设备，以及连接两者的通信设备；其中，

前端设备包括：前端控制单元、前端显示单元、数据采集单元、及配电单元，后端设备包括：远程控制单元、应急控制单元及远端显示单元；

前端控制单元用于在前端通过所述前端显示单元控制发射支持系统的各项操作，所述数据采集单元用于采集发射支持系统的数据信息，并经前、后端控制单元发送给前端和远端显示单元显示；

远程控制单元用于在后端通过所述远端显示单元控制发射支持系统的各项操作，所述应急控制单元用于直接向所述前端控制单元发送控制指令，以便所述控制单元控制发射支持系统执行相应操作；

配电单元用于完成发射支持系统配电。

优选地，前端控制单元包括电气控制组合1、PLC3和控制执行机构4，前端显示单元包括前端监控及自动控制界面6，数据采集单元包括数据采集传感器5，配电单元包括电机控制组合2，其中：

所述电气控制组合1为计算机组合，与所述前端显示单元、数据采集单元及PLC3相连，用于完成发射支持系统的数据采集和上传，数字量模拟量的输入/输出控制，以及远端控制指令的接收和前端自动控制功能；

所述PLC3接收来自所述电气控制组合1或应急控制单元的控制指令，控制所述控制执行机构4完成控制输出；

所述前端监控及自动控制界面6为所述电气控制组合1的显示和输入终端，用于在前端完成发射支持系统的数据显示、流程监视和指令输入；

所述电机控制组合2为发射支持系统各个子系统和设备提供各自所需要的电源，同时提供部分手动控制和应急断电功能。

优选地，所述远程控制单元包括远程控制组合8，应急控制单元包括应急控制面板9，远端显示单元包括远端监控及自动控制界面10，其中：

所述远程控制组合8为计算机组合，经过所述连接前后端设备的通信设备与电气控制组合1相连，主要完成发射支持系统的自动控制和远程监控；

所述应急控制面板9提供手动控制按钮，包含指令编译和远程传输装置，经过所述连接前后端设备的通信设备与PLC3相连，在按下按钮时能够直接向PLC3发送控制指令；

所述远端监控及自动控制界面10为所述远程控制组合8的显示和输入终端，用于在远端完成发射支持系统的数据显示、流程监视和指令输入。

优选地，连接所述前后端设备的通信设备为网络交换机、串口、CAN或者1553B总线中的一种。

优选地，所述通信设备包括后端网络交换机11和前端网络交换机7，所述远程控制组合8和应急控制面板9分别经所述后端网络交换机11、光缆和前端网络交换机7连接至前端的所述电气控制组合1和PLC3。

优选地，所述远程控制组合8为包括DI、DO端口和总线数据传输卡的便携式计算机组合，用于运行发射支持系统远端监控系统软件，完成发射支持系统远程监控和自动控制。

优选地，所述电气控制组合1为包括DI、DO、AD、DA、串口通讯卡和总线数据传输卡的计算机组合，用于运行发射支持系统前端控制系统软件，完成前端控制系统的数据采集和上传、数字量模拟量的输入和输出控制、远端控制指令的接收和前端自动控制功能。

优选地，所述运载火箭地面发射支持系统远程控制装置还包括视频监控设备，用于在通过所述应急控制单元发出控制指令时对发射支持系统相关设备动作情况的监控。

优选地，所述视频监控设备包括安装在发射场的视频采集设备和监控室内的视频显示终端。

可见，本装置一方面由前端显示单元提供了工作人员在前端操作时发射支持系统的控制指令输入功能，另一方面由远端显示单元和远程控制单元提供了人员撤离前端后对发射支持系统的远程自动控制功能；同时还在8→11→7→1→3→4的自动控制链路之外提供了9→11→7→3→4手动控制链路，该手动控制链路避开了远程控制组合和电气控制组合两个可靠性较低的复杂部件，本身可靠性较高，通过这样的双冗余设计，能够进一步提高发射支持系统远程控制装置、乃至整个发射支持系统的任务可靠性。与现有技术相比，本公开的有益效果是：能够完成对运载火箭地面发射支持系统的前端控制和远程自动控制，同时通过控制指令传输链路的冗余设计，提高了系统的任务可靠性。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1显示示例性实施例的运载火箭地面发射支持系统远程控制装置的组成和信号走向示意图。

图2显示示例性实施例的运载火箭地面发射支持系统远程控制装置工作过程示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施例。虽然附图中显示了本公开的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

附图1中给出了示例性实施例的运载火箭地面发射支持系统远程控制装置的组成图，包括：位于监控大厅的后端设备和位于发射阵地的前端设备，以及连接两者的通信设备。其中，

前端设备包括：前端控制单元、前端显示单元、数据采集单元、及配电单元。其前端控制单元用于在前端通过前端显示单元控制发射支持系统的各项操作；数据采集单元用于采集发射支持系统的数据信息，并经前、后端控制单元发送给前端和远端显示单元显示；配电单元用于完成发射支持系统配电。

后端设备包括：远程控制单元、应急控制单元及远端显示单元。其远程控制单元用于在后端通过远端显示单元控制发射支持系统的各项操作；应急控制单元用于直接向所述前端控制单元发送控制指令，以便所述控制单元控制发射支持系统执行相应操作。

作为优选实施方式，本实施例中的前端控制单元包括电气控制组合1、PLC3和控制执行机构4，前端显示单元包括前端监控及自动控制界面6，数据采集单元包括数据采集传感器5，配电单元包括电机控制组合2，其中：

电气控制组合1为计算机组合，与前端显示单元、数据采集单元及PLC3相连，用于完成发射支持系统的数据采集和上传，数字量模拟量的输入/输出控制，以及远端控制指令的接收和前端自动控制功能；

PLC3接收来自电气控制组合1或应急控制单元的控制指令，控制所述控制执行机构4完成控制输出；

前端监控及自动控制界面6为电气控制组合1的显示和输入终端，用于在前端完成发射支持系统的数据显示、流程监视和指令输入；

电机控制组合2为发射支持系统各个子系统和设备提供各自所需要的电源，同时提供部分手动控制和应急断电功能。该组合也可以包含无线控制模块，实现在紧急情况下由远程控制实现发射支持系统断电。

作为优选实施方式，本实施例中的远程控制单元包括远程控制组合8，应急控制单元包括应急控制面板9，远端显示单元包括远端监控及自动控制界面10。其中：

远程控制组合8为计算机组合，经过连接前后端设备的通信设备与电气控制组合1相连，主要完成发射支持系统的自动控制和远程监控；

应急控制面板9提供手动控制按钮，包含指令编译和远程传输装置，经过连接前后端设备的通信设备与PLC3相连，在按下按钮时能够直接向PLC3发送控制指令；

远端监控及自动控制界面10为远程控制组合8的显示和输入终端，用于在远端完成发射支持系统的数据显示、流程监视和指令输入。

本公开中，连接所述前后端设备的通信设备可以是网络交换机、串口、CAN或者1553B总线中的一种。

作为优选实施方式，本实施例中通信设备包括后端网络交换机11和前端网络交换机7，远程控制组合8和应急控制面板9分别经后端网络交换机11、光缆和前端网络交换机7连接至前端的电气控制组合1和PLC3。

作为优选实施方式，远程控制组合8为包括DI、DO端口和总线数据传输卡的便携式计算机组合，用于运行发射支持系统远端监控系统软件，完成发射支持系统远程监控和自动控制。

作为优选实施方式，电气控制组合1为包括DI、DO、AD、DA、串口通讯卡和总线数据传输卡的计算机组合，用于运行发射支持系统前端控制系统软件，完成前端控制系统的数据采集和上传、数字量模拟量的输入和输出控制、远端控制指令的接收和前端自动控制功能。

此外，本实施例中的运载火箭地面发射支持系统远程控制装置还可以包括视频监控设备，用于在通过所述应急控制单元发出控制指令时对发射支持系统相关设备动作情况的监控。具体包括安装在发射场的视频采集设备和监控室内的视频显示终端。

附图1中还给出了示例性实施例的运载火箭地面发射支持系统远程控制装置工作过程中的信号流向：

远程控制组合8发出的控制指令通过后端网络交换机11、光缆和前端交换机7传给前端电气控制组合1，电气控制组合1再通过前端PLC3控制各类控制执行机构4完成控制输出；

前端电气控制组合1采集到现场的各类传感器5的状态和位置信息通过前端网络交换机7、光缆和后端交换机11传给远程控制组合8，实时显示在远端自动控制界面10；

应急控制面板9发出的控制指令通过后端网络交换机11、光缆和前端交换机7传给PLC3，控制各类控制执行机构4完成控制输出。

例如，配电系统可以、应急控制面板及前端设备中的PLC可以彼此配合，从而提供三重冗余保护。具体地，一方面，后端设备可以直接通过通信模块向PLC发送指令信息，从而PLC直接控制相应设备终止当前操作。且被终止的设备可以由数据采集传感器采集信息并直接发送给配电系统的接收器，从而配电系统的控制器根据该信息判断，上述设备的操作是否已被终止。在上述设备的操作并未被终止时，配电系统的控制器可以控制该设备断电，以通过断电的方式终止设备的动作，为火箭安全发射提供进一步的冗余保护。

进一步地，应急控制面板可以直接给配电系统发送信号，配电系统通过其控制器直接对火箭发射当前动作对应设备进行断电保护。相应地，配电系统可以通过其控制器分别电连接各个发射支持设备的电开关。后端设备可以设置多个应急按钮，每个应急按钮分别对应不同的火箭发射支持系统设备，例如，这些按钮可以标记为1，2，3…，这些数字依次对应相应的支持设备，控制器根据编号区分待断电的支持设备，更好的避免配电系统的误断电情况。

附图2给出了示例性实施例中运载火箭地面发射支持系统远程控制装置的工作过程。

如附图2所示，火箭转运到发射阵地后，发射支持系统开始执行转运起竖车调平、火箭起竖、发射台调平、火箭下放到发射台、抱臂打开、锁紧防风装置和起竖臂预倒等，这些工作的执行过程均采用工作人员现场保障的模式，人员在现场可以通过前端监控及自动控制界面6输入控制指令，随时手动干预控制流程。

之后，从火箭加注后二次调平开始，处于无人值守状态，进入远程控制模式，这时从二次调平、到解除防风装置、再到火箭起飞后脐带臂快倒等控制动作均由远程控制组合8自动依序完成。由于该阶段火箭已经完成推进剂加注，发射支持系统远程控制设备出现故障而导致发射失败的风险和损失很大，因此对这三个控制动作增加了手动冗余控制措施：8→11→7→1→3→4的自动控制链路出现故障时，可以通过9→11→7→3→4手动控制链路下发控制指令，完成控制功能。即一旦发现控制指令不能下达的异常情况，可以从应急控制面板发出应急控制指令。

由于发射支持系统需要执行的各个动作之间相对独立，因此，为了提高故障情况下的处理效率，本实施例采用了在应急控制面板9上设置多个动作按钮的方式，分别对应每个需要远程控制执行的动作，自动控制链路执行到哪个动作出现了故障，就在应急控制面板9上按下哪个按钮，通过可靠性更高的手动控制链路重新发出指令。也可以只设置一个按钮，在按下按钮后由应急控制面板9与远程控制组合8之间的通信自动获取当前所处的动作阶段，进而下达相应指令。

本装置一方面由前端监控及自动控制界面6提供了工作人员在前端操作时发射支持系统的控制指令输入功能，另一方面由远端监控及自动控制界面10和远程控制组合8所在的远程控制单元提供了人员撤离前端后的发射支持系统远程自动控制功能，同时还在8→11→7→1→3→4的自动控制链路之外提供了9→11→7→3→4手动控制链路，该手动控制链路避开了远程控制组合和电气控制组合两个可靠性较低的复杂部件，本身可靠性较高；通过这样的双冗余设计，能够明显提高发射支持系统远程控制装置、乃至整个发射支持系统的任务可靠性。与现有技术相比，本公开的有益效果是：能够完成发射支持系统的前端控制和远程自动控制，同时通过控制指令传输链路的冗余设计，提高了系统的任务可靠性。

上述技术方案只是本发明的示例性实施例，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施例所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (9)

1.一种运载火箭地面发射支持系统远程控制装置，其特征在于，包括前端设备和后端设备，以及连接两者的通信设备；

其中前端设备包括：前端控制单元、前端显示单元、数据采集单元、及配电单元，后端设备包括：远程控制单元、应急控制单元及远端显示单元；

所述前端控制单元用于在前端通过所述前端显示单元控制发射支持系统的各项操作，所述数据采集单元用于采集发射支持系统的数据信息，并经前、后端控制单元发送给前端和远端显示单元显示；

所述远程控制单元用于在后端通过所述远端显示单元控制发射支持系统的各项操作，所述应急控制单元用于直接向所述前端控制单元发送控制指令，以便所述控制单元控制发射支持系统执行相应操作；

所述配电单元用于完成发射支持系统配电。

2.根据权利要求1所述的运载火箭地面发射支持系统远程控制装置，其特征在于，所述前端控制单元包括电气控制组合(1)、PLC(3)和控制执行机构(4)；

所述前端显示单元包括前端监控及自动控制界面(6)；

所述数据采集单元包括数据采集传感器(5)；

所述配电单元包括电机控制组合(2)；

其中，所述电气控制组合(1)为计算机组合，与所述前端显示单元、数据采集单元及PLC(3)相连，用于完成发射支持系统的数据采集和上传，数字量模拟量的输入/输出控制，以及远端控制指令的接收和前端自动控制功能；

所述PLC(3)接收来自所述电气控制组合(1)或应急控制单元的控制指令，控制所述控制执行机构(4)完成控制输出；

所述前端监控及自动控制界面(6)为所述电气控制组合(1)的显示和输入终端，用于在前端完成发射支持系统的数据显示、流程监视和指令输入；

所述电机控制组合(2)为发射支持系统各个子系统和设备提供各自所需要的电源，同时提供部分手动控制和应急断电功能。

3.根据权利要求2所述的运载火箭地面发射支持系统远程控制装置，其特征在于，所述远程控制单元包括远程控制组合(8)，应急控制单元包括应急控制面板(9)，远端显示单元包括远端监控及自动控制界面(10)，其中，

所述远程控制组合(8)为计算机组合，经过所述连接前后端设备的通信设备与电气控制组合(1)相连，主要完成发射支持系统的自动控制和远程监控；

所述应急控制面板(9)提供手动控制按钮，包含指令编译和远程传输装置，经过所述连接前后端设备的通信设备与PLC(3)相连，在按下按钮时能够直接向PLC(3)发送控制指令；

所述远端监控及自动控制界面(10)为所述远程控制组合(8)的显示和输入终端，用于在远端完成发射支持系统的数据显示、流程监视和指令输入。

4.根据权利要求1所述的运载火箭地面发射支持系统远程控制装置，其特征在于，连接所述前后端设备的通信设备为网络交换机、串口、CAN或者1553B总线中的一种。

5.根据权利要求4所述的运载火箭地面发射支持系统远程控制装置，其特征在于，所述通信设备包括后端网络交换机(11)和前端网络交换机(7)，所述远程控制组合(8)和应急控制面板(9)分别经所述后端网络交换机(11)、光缆和前端网络交换机(7)连接至前端的所述电气控制组合(1)和PLC(3)。

6.根据权利要求3所述的运载火箭地面发射支持系统远程控制装置，其特征在于，所述远程控制组合(8)为包括DI、DO端口和总线数据传输卡的便携式计算机组合，用于运行发射支持系统远端监控系统软件，完成发射支持系统远程监控和自动控制。

7.根据权利要求2所述的运载火箭地面发射支持系统远程控制装置，其特征在于，所述电气控制组合(1)为包括DI、DO、AD、DA、串口通讯卡和总线数据传输卡的计算机组合，用于运行发射支持系统前端控制系统软件，完成前端控制系统的数据采集和上传、数字量模拟量的输入和输出控制、远端控制指令的接收和前端自动控制功能。

8.根据权利要求1所述的运载火箭地面发射支持系统远程控制装置，其特征在于，还包括视频监控设备，用于在通过所述应急控制单元发出控制指令时对发射支持系统相关设备动作情况的监控。

9.根据权利要求8所述的运载火箭地面发射支持系统远程控制装置，其特征在于，所述视频监控设备包括安装在发射场的视频采集设备和监控室内的视频显示终端。