CN201110880Y - 一种卫星地面供配电测试系统 - Google Patents

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马楠
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一种卫星地面供配电测试系统包括接口电缆、外围调理电路、可编程控制器、现场总线、本地测控计算机，星上模拟量输出信号和星上数字量输出信号通过接口电缆经外围调理电路输入至可编程控制器，同时可编程控制器将数字量控制信号经外围调理电路通过接口电缆反馈至卫星，本地测控计算机通过现场总线对可编程控制器进行控制并实现对供配电信号的广播功能。通过将可编程控制技术引入卫星地面供配电测试系统，并统一了地面供配电测试系统的接口，实现了测试系统的小型化，降低了成本和操作难度，缩短了测试周期，通过采用现场总线和网络通信技术实现了卫星供配电综合测试的远端控制和测试现场的无人值守。

Description

一种卫星地面供配电测试系统
技术领域
本实用新型涉及一种卫星地面供配电测试系统，尤其涉及一种基于可编程控制器的卫星地面供配电测试系统。
背景技术
卫星电性能综合测试是指对卫星规定的工作性能和功能做全面的检测，对各分系统电气连接接口之间的匹配性和电磁兼容性进行多项复杂的综合检查。卫星供配电测试系统作为卫星综合测试系统的重要测试系统之一，能够实现对卫星在各阶段和不同试验场合的卫星电性能综合测试任务，它主要通过分离电连接器与卫星界面接口以有线方式对卫星的重要参数进行测量、状态监视、供配电控制和分离电连接器的电脱离控制。
由于卫星的种类较多，加之不同型号卫星界面接口的特殊性，目前对卫星电性能综合测试只能采用一颗卫星配套一套供配电测试系统的方式，现有的有线台式供配电测试系统采用大机柜式设计，体积庞大，如图1所示，不仅给转场运输带来了很大的困难，而且安装设备过程非常复杂、操作过程繁琐。随着卫星技术复杂程度的提高，对卫星供配电测试系统的要求也越来越高，为每一颗卫星配置一套特定的供配电测试系统显然是非常不经济的，虽然现在测试系统内部的印制板已经做到系统间互换，但卫星界面接口的变化导致测试系统还需重新改造才能应用于其他型号卫星的供配电测试，构建测试系统周期较长，改造费用也较高。
实用新型内容
本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，将可编程控制技术引入卫星电性能综合测试中，并统一了地面供配电测试系统的接口，从而实现了测试系统的小型化，有效地节约了测试空间，降低了操作难度，降低了测试系统成本，缩短了测试周期，实现了远端监控。
本实用新型的技术解决方案是：一种卫星地面供配电测试系统包括接口电缆、外围调理电路、可编程控制器、现场总线和本地测控计算机，星上模拟量输出信号和星上数字量输出信号通过接口电缆经外围调理电路输入至可编程控制器，同时可编程控制器将数字量控制信号经外围调理电路通过接口电缆反馈至卫星，本地测控计算机通过现场总线实现对可编程控制器的控制。
所述的接口电缆采用Y2-50型电缆。
所述的可编程控制器采用SIMENSE SIMATIC S7-300可编程控制器。
所述的外围调理电路包括电磁继电器、固态继电器、隔离放大器、外置电源和应急断电开关；星上模拟量输出信号经隔离放大器进入可编程控制器的模拟量输入模块AI，星上数字量输出信号经固态继电器进入可编程控制器的数字量输入模块DI，可编程控制器的数字量输出模块DO发出数字量控制信号经电磁继电器反馈至卫星，外置电源作为电磁继电器的驱动电源以及卫星脱落插头的驱动电源，应急断电开关在可编程控制器或测控软件失效的情况下，控制电磁继电器的动作。
本实用新型与现有技术相比的优点在于：
(1)通过采用可编程控制器，提高了测试系统的集成度，减小了测试系统的体积，降低了操作难度。
(2)通过增加外围调理电路，提高了测试系统的可靠性。
(3)统一了地面供配电测试系统的接口，降低了测试系统成本，缩短了测试周期。
(4)通过采用现场总线技术和网络通信技术实现了对测试系统的远端监控和测试现场的无人值守。
附图说明
图1为传统供配电测试系统结构图；
图2为本实用新型供配电测试系统组成图；
图3为本实用新型供配电测试系统核心部件组成图；
图4为本实用新型模拟量输入信号测试原理图；
图5为本实用新型软件系统工作过程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细地描述：
如图2所示，一种卫星地面供配电测试系统包括Y2-50接口电缆、外围调理电路、SIMATIC S7-300可编程控制器、PROFIBUS现场总线和本地测控计算机，供配电测试系统通过Y2-50电缆与卫星的脱落电连接器连接实现对卫星供配电信号的测试与控制，卫星供配电信号包括星上模拟量输出信号和星上数字量输出信号，星上模拟量输出信号和星上数字量输出信号通过Y2-50接口电缆经外围调理电路输入至SIMATIC S7-300可编程控制器，同时SIMATIC S7-300可编程控制器将数字量输出信号作为卫星数字量输入信号经外围调理电路通过Y2-50接口电缆反馈至卫星，本地测控计算机通过PROFIBUS现场总线对可编程控制器进行控制。
如图3所示，SIMATIC S7-300可编程控制器作为测试系统的核心部件，用于完成测试状态控制及参数采集，其主要模块包括：PS307电源，输出电压24V，输出电流5A，313C-2DP型CPU，两个模拟量输入模块AI、一个数字量输出模块DO和一个数字量输入模块DI。外围调理电路主要由电磁继电器、固态继电器、隔离放大器、外置电源和应急开关组成，用于完成信号调理、信号控制及采集、控制电源输出和应急断电等功能。卫星上的数字量输出信号经固态继电器进入SIMATIC S7-300可编程控制器的数字量输入模块DI，卫星上的模拟量输出信号，如电流量或电压量信号经霍尔器件或隔离放大器进入SIMATIC S7-300可编程控制器的模拟量输入模块AI，卫星上的数字量输入信号由SIMATIC S7-300可编程控制器的数字量输出模块DO发出并经电磁继电器控制，CPU通过背板总线采集和控制各模块的状态。外围调理电路中的电磁继电器选用G2R-2-SND型，它的作用是在星-地有效隔离的基础上完成指令信号输出，其输入额定电压为24V，最大负载电流5A；固态继电器为G3TA-IDZR02S型继电器，主要完成对星上遥控自检信号及火工品状态信号进行调理，并达到星-地隔离的目的，其负载电压范围4～32V，输入控制电流5mA以下，动作时间0.5ms以下；隔离放大器型号为ISO U3 P1 O5型，主要完成对模拟量信号的隔离和DC/DC变换的功能，其输入电压0～50V，辅助电压24V，输出电压0～10V；外置电源用于提供电磁继电器的驱动电源以及脱落插头脱落的驱动电源，电源输出能力为28V～36V；为进一步增强测试系统的可靠性，设计了外围应急断电开关，以弥补SIMATIC S7-300纯软件控制的不足，应急断电开关可在SIMATIC S7-300控制模块或测控软件失效的情况下，通过手动开关控制电磁继电器动作，来断开星上供电电源，即发出电池断开的有线指令。SIMATIC S7-300可编程控制器和外围隔离电路依次序安装于测试系统机箱中。
测试系统通过接口电缆引入的模拟量测量信息主要是卫星电源分系统的参数数据，如母线电压、蓄电池电压、升压器电压、二次电源电压、负载电流等。星上电压信号通过长电缆引至地面后，需经过分压、隔离放大器、滤波和总线隔离的处理，以实现测量范围匹配、消除长电缆传输造成的共模干扰、星-地电气隔离以及抑制杂散噪声的功能。对于电压量信号，尽管SIMATIC S7-300可编程控制器中模拟量输入模块AI自身集成了总线隔离和滤波功能，但仍需要增加分压和隔离放大部分的外围电路，使信号转换为能与模拟量输入模块AI输入端匹配的电压信号。如图4所示，以电池电压采集为例，卫星蓄电池为星上母线提供电能，其电压采样信号经过1K保护电阻后由脱落电连接器经Y2-50接口电缆进入供配电测试系统机箱，再经过ISO U3 P1 O5型隔离放大器后进入SIMATIC S7-300的模拟量输入模块AI。
对于电流量参数，SIMATIC S7-300中的模拟量输入模块AI可以直接进行采集，但是由于采用这种方式不易实现星-地隔离，因此，依然采用将电流量通过霍尔器件转换为电压量进行采集的方式。图4中，以负载电流采集为例，霍尔器件采集星上正母线负载电流后转换成电压量经过射随电路后由脱落电连接器经Y2-50接口电缆进入供配电测试系统机箱，再经过ISO U3 P1 O5型隔离放大器后进入SIMATIC S7-300的模拟量输入模块AI，模拟量输入模块AI输出信号由背板总线接口传输至CPU模块处理。
测试系统通过Y2-50接口电缆引入的数字量测量信息主要是反映卫星设备状态的信息，大体有两类，一类是无源触点的通断信号，如地面供电控制状态信号、蓄电池通断状态信号、脱落电连接器接通状态信号等；另一类是电平信号，或者是脉冲信号，如火工品线路测量信号，遥控自检状态信号等。本实用新型中SIMATIC S7-300可编程控制器数字量输入模块DI是以识别电平的高低为主，其输入信号的可选范围很广，针对具体使用情况，采用10V左右的抗干扰能力，“1”表示信号范围为15～30V、“0”表示信号范围为-3～+5V的模块；同时，为了保证星-地电气连接的有效隔离，在Y2-50接口电缆和SIMATIC S7-300可编程控制器数字量输入模块DI之间增加了G3TA-IDZR02S型固态继电器，该类型固态继电器输入控制电流小，与普通的电磁继电器和磁力开关相比，具有无机械噪声开关速度快、体积小、重量轻、寿命长、工作可靠等特点。
SIMATIC S7-300可编程控制器中模拟量输出模块DO输出的数字量控制信号主要是对卫星的供电控制和对卫星状态的控制。在测试系统的数字量输出设计中，星-地间的电气隔离依然是首要考虑的问题，SIMATIC S7-300可编程控制器中模拟量输出模块DO自身具备了光电隔离功能和继电器输出功能，这样的模块本身就能很好的解决电气隔离的问题，为了做到更加可靠，在该模块输出端再加一层G2R-2-SND型继电器进行隔离，G2R-2-SND型继电器的触点两端接入星上末端执行继电器的控制电源线和激励电源，同时在这个层次下实现对卫星状态的控制。
对于SIMATIC S7-300可编程控制器的控制采用下位机软件包STEP 7完成，用梯形逻辑编程语言LAD对SIMATIC S7-300可编程控制器进行组态，组态成功后用西门子梯形逻辑编程程序对测试程序进行设计并下装到PLC设备中；上位机运用WinCC完成软件界面设计、变量连接、变量报警、数据实时归档、用户权限访问的功能操作，并根据卫星有线测试的高可靠性要求，加入软件使能按钮及指令发送提示框等细节设计。为实现供配电信号的广播功能通过OPC对象链接和嵌入过程控制协议作为异构通讯的桥梁，通过单独的数据采集软件设计，达到远程监控的目的，本地测控计算机利用TCP/IP协议判断并执行本地测控计算机的指令数据，并通过UDP协议广播供配电数据并将数据传至数据库服务器进行归档。
测试系统软件工作过程如图5所示，通过WinCC主界面可分别进入测试界面和归档界面，Step7用于完成对硬件系统的组态及下位机软件程序的编制，并通过PROFIBUS现场总线将LAD程序下装至硬件设备的CPU，并由CPU反馈参数信息和执行控制指令。测试界面主要完成Step7中定义变量如对模拟量、数字量的调用，并连接各变量，实现对测试模拟量、数字量的监视，以及对控制量进行状态控制；在测试界面中可随时切换至归档界面及远程通讯软件；归档界面用于查询测试数据及状态信息，实现了测试数据的实时归档及模拟量的趋势分析。远程通讯软件利用OPC工业标准实现与WinCC测试界面的通信，远程控制计算机通过TCP/IP协议对远程通讯软件发送控制指令，同时远程通讯软件也将测试数据通过UDP协议广播至测试数据库，实现异构网络的远程通信控制。

Claims (9)

1、一种卫星地面供配电测试系统，其特征在于：包括接口电缆、外围调理电路、可编程控制器、现场总线和本地测控计算机，星上模拟量输出信号和星上数字量输出信号通过接口电缆经外围调理电路输入至可编程控制器，同时可编程控制器将数字量控制信号经外围调理电路通过接口电缆反馈至卫星，本地测控计算机通过现场总线实现对可编程控制器的控制。
2、根据权利要求1所述的一种卫星地面供配电测试系统，其特征在于：所述的接口电缆采用Y2-50型电缆。
3、根据权利要求1所述的一种卫星地面供配电测试系统，其特征在于：所述的可编程控制器采用SIMENSE SIMATIC S7-300可编程控制器。
4、根据权利要求1所述的一种卫星地面供配电测试系统，其特征在于：所述的外围调理电路包括电磁继电器、固态继电器、隔离放大器、外置电源和应急断电开关；星上模拟量输出信号经隔离放大器进入可编程控制器的模拟量输入模块AI，星上数字量输出信号经固态继电器进入可编程控制器的数字量输入模块DI，可编程控制器的数字量输出模块DO发出数字量控制信号经电磁继电器反馈至卫星，外置电源作为电磁继电器的驱动电源以及卫星脱落插头的驱动电源，应急断电开关在可编程控制器或测控软件失效的情况下，控制电磁继电器的动作。
5、根据权利要求4所述的一种卫星地面供配电测试系统，其特征在于：所述的电磁继电器为G2R-2-SND型，其输入额定电压为24V，最大负载电流5A。
6、根据权利要求4所述的一种卫星地面供配电测试系统，其特征在于：所述的固态继电器为G3TA-IDZR02S型，其负载电压范围4～32V，输入控制电流5mA以下，动作时间0.5ms以下。
7、根据权利要求4所述的一种卫星地面供配电测试系统，其特征在于：所述的隔离放大器为ISO U3 P1 O5型，其输入电压0～50V，辅助电压24V，输出电压0～10V。
8、根据权利要求4所述的一种卫星地面供配电测试系统，其特征在于：所述的外置电源其输出电压为28V～36V。
9、根据权利要求1所述的一种卫星地面供配电测试系统，其特征在于：所述的现场总线采用PROFIBUS现场总线。
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