CN112286127A - 一种火箭系统地面试验用的简控台 - Google Patents

Abstract

一种火箭系统地面试验用的简控台设计，可应用于火箭研发过程中的各类地面试验，如匹配试验、分离试验、系统综合试验等。简控台能够产生多种类型信号，通过逻辑控制和外围电路转换，实现信号输出和外界信号监控。简控台原理简单，实现方式多样，成本低，更改灵活，适应性强，能够很方便的应用于多种类型的电气系统试验中，节约经济成本和时间成本。

Description

一种火箭系统地面试验用的简控台

技术领域

本发明应用于运载火箭电气系统测试、分离试验等，属于航天运载技术领域。

背景技术

运载火箭电气系统一般包括控制系统、遥测系统、外测系统、安全系统等，涉及到控制 科学、射频、机电、通信，甚至火工品、热能等领域，属于多学科交叉的复杂系统。在火箭 研制过程中需要进行各类试验，与电气相关的试验比如系统综合试验、匹配试验、分离点火 试验、半实物仿真试验等。

在不同的试验中，不是必须将所有的箭上、地面设备及电缆参与试验，与具体的试验设 计目的有关。试验中通常需要测试设备对箭上设备供电、通讯、指令输出和采集等，其中， 指令输出和采集通常采用开入、开出的形式完成。不同试验对开入量、开出量需求的形式和 数量不一样，比如28V+、28V-、无源触点等形式。这给试验设备的设计带来难度，尤其是试 验测试设备难以重复利用，同一型号的不同试验、或者不同型号的试验之间由于需求不同， 导致每次试验都需要重新设计参试设备，使用一次之后基本可以报废，造成人力、物力、财 力、时间等资源浪费。

基于多种电气相关试验的共性需求，本发明设计了一种简易控制装置(下称“简控台”)， 使用该装置能够完成多种类型开出信号的输出、多种开入信号检测，完成多种逻辑控制，并 且预留出足够的开入、开出通路，能够实现大多数电气系统试验的需求。针对不同电气试验 的需要，仅需进行简单的线路更改即可完成，实现了设备的复用。设备操作简单、更改方便、 利用率高，能够节省试验成本，降低试验设计难度。

发明内容

本发明的技术解决问题是：

火箭电气系统不同类型的地面试验，对控制信号的类型、数量需求有差异，为了解决火 箭电气系统参与不同试验的需求，设计一种通用型的简控台，融合了多种形式信号的开出、 开入检测、逻辑控制等功能，满足大部分箭上信号使用要求。简控台用简单的电路形式解决 了多种信号输出，并且逻辑控制更改非常方便，输出信号类型、逻辑关系、监测信号形式等 可以根据需求进行更改，适用于各种类型地面试验。

本发明的技术解决方案是：

简控台采用“控制核心+外围电路”的形式实现。其中控制核心能够采用软件实现电路输 出的逻辑关系，实现监控信号可视化。外围电路则是实现信号的放大输出。

以“PLC+电磁继电器电路”为架构，设计简控台实例，采用工业用的PLC作为控制核心，搭载外围继电器电路，实现简控台功能。

其中，PLC上运行控制软件(即梯形图)，逻辑控制在梯形图中实现，由设计人员编制并 烧写在PLC中。PLC的输出进入到外围电磁继电器电路中，控制继电器触点的闭合/断开， 实现信号输出。外界输入的信号进入到电磁继电器电路，经过转换后输入到PLC中，实现信 号监控。

整个系统由普通的直流电源供电，使用普通台式机作为人机交互终端，在台式机上编写 PLC的控制逻辑关系(梯形图)，通过网线将指令输出给PLC，控制DO模块。PLC的DO输出到继电器外围电路，控制继电器接通或断开，输出其他设备。由其他设备开入的信号，经过继电器外围电路的转换，输入到DI模块中，PLC读取到开入状态后，将状态显示在软件界面上。外围电路使用继电器搭建，接线方便，容易更改。

本发明与现有技术相比的增益为：

(1)简控台搭建简便，使用灵活，更改方便，成本低。

(2)通过“控制核心”上的软件能够非常方便的更改信号形式、逻辑关系等，配合外围 电路，产生各类输出信号。

(3)适用范围广，重复性高，适应多种类型的火箭系统地面试验，能够有效降低试验成 本。

附图说明

图1为本发明的简控台构成框图。

图2为使用PLC实现的简控台示意图。

图3为电磁继电器搭建外围电路原理图。

图4为PLC控制软件界面实例。

图5为主令控制图实例。

图6为紧急断电控制图实例。

图7为简控台实例照片。

具体实施方式

简控台包含三部分，控制中心、外围电路和电源。

控制中心是指令的发起者和逻辑管理者，也是进行人机交互的环节，通常运行客户端软 件。由控制中心发出指令给外围电路。控制中心可以是工控机、PLC、嵌入式系统和FPGA 等等。

控制中心将指令发送给外围电路，由外围电路执行指令动作，起到对指令放大后输出的 作用，或者将信号进行隔离采集。可以使用继电器搭建，或者洞洞板、PCB板焊接等方式搭 建外围电路。

电源则起到供电作用，为控制中心、外围电路提供控制、驱动能源。可以是直流稳压电 源，或者AC/DC、DC/DC电源模块等。

以“PLC+电磁继电器电路”的形式为例，实现一种简控台方案。简控台的外围电路设计 见图3。

使用西门子SIMATIC S7-1500型号的PLC和一台计算机作为控制中心，在计算机上使用 TIAPortal软件编制梯形图，运行可视化的控制软件，软件界面如图4所示。计算机与PLC 之间通过网线连接通讯。计算机软件运行后，在界面上使用鼠标点击对应按钮，实现功能控 制。

梯形图示例见图5。

PLC的两个I/O模块DIO_BANK1和DIO_BANK2作为控制指令输出、状态回采监测的控制中心。外围电路使用电磁继电器搭建，PLC输出到电磁继电器线包，驱动继电器动作，实现信号转接、放大。

图3中，24V+和24V-为PLC工作用电，28VB+和28VB-为箭上用B电，28VH+和28VH- 为箭上用H电，均采用直流稳压电源供电。

其中，“B转电好”、“H转电好”、“调平好”、“脱落监视”、“开闭栓检测”、“-H带电监测”、“自毁监测”为箭上反馈信号，“-H带电监测”和“自毁监测”采用发光二极管串联限 流电阻的电路搭建，其他信号则直接接入DIO_BANK1的DI输入端。

开出量由I/O模块的DO端输出，包括“开栓DO”、“闭栓DO”、“主令DO”、“紧急断 电DO”、“转电DO”、“-H带电DO”，开出量到电磁继电器线包，驱动继电器闭合，将信号 输出到箭上。

此外，继电器电路还预留了其他开出控制，包括B供电、H供电、无源触点开关、28V+开出、28V-开出等。

根据以上原理图搭建电路，将所有的输入、输出信号焊接到与箭上对接的连接器上，或 者采用转接盒的方式与箭上连接。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (4)

1.一种火箭系统地面试验用的简控台，其特征在于：包含控制中心、外围电路、电源三部分。

2.根据权利要求1所述的简控台，控制中心属于人机交互的环节，运行软件，发出控制指令到外围电路。输出指令根据实际需要进行控制逻辑设计。控制中心的实现方式灵活，可以是PLC、含I/O板卡的工控机、嵌入式系统等。

所述外围电路接收控制中心的指令，对指令进行驱动放大，或者数字通讯命令协议转换等，输出给箭上系统。接收箭上的状态反馈、数字通讯命令下传等。实现方式可以是继电器、PCB板、洞洞板、面包板等试验板焊接、搭建，也可以是其他芯片实现协议转换电路。

所述电源为控制中心、外围电路提供能源，可以是DC/DC、AC/DC、直流稳压电源等。

所述简控台，将输入输出信号的导线焊接在对外输出连接器上，或者使用香蕉插头插接在转接盒上，完成与其他系统的电气对接。

3.根据权利要求1所述的简控台，其特征在于：在控制中心的人机交互界面上，按照被试电气系统需要设计逻辑控制关系、通讯协议、信号类型等。根据需求按照先后顺序发出测试指令，同时监控箭上反馈信号，判断其正确性。

4.根据权利要求1所述的简控台，其特征在于：简控台实现方便，方式灵活。根据不同型号火箭、同一型号火箭不同试验的测试具体需求，便于更改，适应性广。

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