CN202453698U - 一种运载火箭动力测控系统 - Google Patents

Abstract

一种运载火箭动力测控系统，包括指挥控制工作站、大屏幕显示设备和高速实时网后端交换机、动力系统电源机柜、PLC测控组合、动力继电器机柜和高速实时网前端交换机；指挥控制工作站发出测控指令给高速实时网后端交换机，高速实时网后端交换机通过网络将测控指令信息传输给高速实时网前端交换机，再由高速实时网前端交换机转发给PLC测控组合，PLC测控组合根据接收到的测控指令，按照预设的控制逻辑控制动力继电器柜动作，采集运载火箭上动力系统的信号，并通过高速实时网传送到指挥控制工作站，同时指挥控制工作站将接收到的信息在大屏幕显示设备上显示；本实用新型实现了PLC测控设备与指挥控制工作站之间的的高可靠、高精度、低延迟通信。

Description

一种运载火箭动力测控系统

技术领域

本实用新型涉及一种运载火箭动力测控系统，属于运载火箭发射测发控领域。

背景技术

在运载火箭地面测控系统设计中，可编程逻辑控制器(ProgrammableLogic Controller，简称PLC)测控设备的应用很多，在指挥控制工作站与其通信、传输测控指令时，都采用GE公司PLC配套软件中的iFix数据组件。该数据组件受知识产权保护，开发方不公开其源代码和实现机理，长期以来一直存在传输延迟大、传输效率低的问题，并且一旦出现通信问题，很难定位问题的原因，技术风险较大。动力系统是运载火箭的一个关键系统，测控实时性要求高，射前工作时间长，尤其是在射前加注过程中，一旦出现故障则会影响发射场设备和人员的安全，重则箭毁人亡，因此，指挥控制工作站与PLC测控设备之间通信不能采用商用的iFix数据通信组件，需要自主设计。

原有方法的缺点：

(1)采用iFix数据组件的设计方案，通信可靠性低，时间延迟较大，无法满足运载火箭动力系统测控的可靠性以及精度要求；

(2)采用商用传输软件，通信机理不清楚，出现故障难以排故，技术风险大，不满足航天产品质量管理和风险控制要求。。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种运载火箭动力测控系统，实现了PLC测控设备与指挥控制工作站之间的的高可靠、高精度、低延迟通信。

本实用新型的技术解决方案是：

一种运载火箭动力测控系统，包括前端设备和后端设备，后端设备包括指挥控制工作站、大屏幕显示设备和高速实时网后端交换机；前端设备包括动力系统电源机柜、PLC测控组合、动力继电器机柜和高速实时网前端交换机；

指挥控制工作站通过双绞线与高速实时网后端交换机连接，高速实时网后端交换机通过双绞线与大屏幕显示设备连接，高速实时网后端交换机与高速实时网前端交换机之间通过光纤连接，高速实时网前端交换机通过双绞线与PLC测控组合连接，PLC测控组合通过电缆与动力继电器柜连接，动力继电器机柜通过电缆连接到运载火箭。

运载火箭动力测控系统中进行数据传输时帧结构包括：用于标识数据传输的顺序的事务处理标识符、用于标识协议的类型的协议标识符、同于表示从单元标识符起到校验和字节计数的长度字段、用于区分数据的服务器端设备的单元标识符、用于指明本次数据帧功能的功能代码、用于指出了传输数据的长度的字节计数、实际传输的数据和用于对传输内容的正确性进行判断的校验和。

本实用新型与现有技术相比的优点在于：

本实用新型设计的通信协议实现了PLC测控设备与指挥控制工作站之间的高可靠、高精度、低延迟通信，通信机理清楚，过程自主可控，解决了商用传输软件开发机理不清楚、故障定位不准确、技术风险大的难题，同时扩展了PLC系统的使用范围与灵活性，可应用于不同型号的运载火箭，满足了运载火箭动力系统对动力测控系统高精度、高可靠性和安全性的设计要求，具有较高的社会效益和经济效益。

附图说明

图1为本实用新型系统结构组成示意图；

图2为本实用新型中帧结构组成示意图；

图3为本实用新型系统工作流程图。

具体实施方式

如图1所示，为本发明运载火箭动力测控系统组成图，动力测控系统主要由前端设备与后端设备组成，设备以机柜和终端桌的形式分布于前端地下电源间和后端中心测控区，完成动力系统的状态量控制及采集、发射控制、测试激励、信号采样与测量、数据接收及显示，并能按要求实现与外系统的信号传输。前端设备作为指令接收与执行机构，接收后端设备的测试指令，完成系统测控工作，并将实时采集和接收到的状态参数通过高速实时网发送到后端设备，供系统测试人员进行测试状态的判断。后端设备布置于指挥控制中心，通过高速实时网实现火箭动力系统集中指挥和控制，通过大屏幕实时动态图形化显示，监测动力系统加注和射前的工作状态，便于及时发现问题，降低火箭发射风险。

前端设备包括动力系统电源机柜、PLC测控组合、动力继电器机柜和高速实时网前端交换机，根据火箭测试发射流程，前端设备安装于发射区。

后端设备包括指挥控制工作站、大屏幕设备和高速实时网后端交换机，后端设备布置于后端指挥控制大厅。

指挥控制工作站通过双绞线与高速实时网后端交换机连接，高速实时网后端交换机通过双绞线与大屏幕显示设备连接，高速实时网后端交换机与高速实时网前端交换机之间通过光纤连接，高速实时网前端交换机通过双绞线与PLC测控组合连接，PLC测控组合通过电缆与动力继电器柜连接，动力继电器机柜通过电缆连接到运载火箭。

在发射控制人员启动指挥控制工作站并选择相应操作指令后，指挥控制工作站根据如图2所示的方式组帧，发出测控指令给高速实时网后端交换机，高速实时网后端交换机通过网络将测控指令信息传输给高速实时网前端交换机，再由高速实时网前端交换机转发给PLC测控组合，PLC测控组合根据接收到的测控指令，按照预设的控制逻辑控制动力继电器柜动作，采集运载火箭上动力系统的信号(动力系统压力、温度，加注液位等信号)，并依次通过高速实时网前端交换机和高速实时网后端交换机传送到指挥控制工作站，同时指挥控制工作站将接收到的信息在大屏幕显示设备上显示；动力系统电源机柜为动力继电器柜和PLC测控组合提供电源，图3为本实用新型测控系统的工作流程图。

本实用新型测控系统中各部分通信时，按照如下方式组帧进行数据传输：

其中，事务处理标识符用于标识数据传输的顺序，由通讯中客户端即指挥控制工作站从0x0000开始累加，每次加1，服务器端即PLC测控组合应答时复制；

协议标识符用于标识协议的类型；

长度字段用以发送从单元标识符起始到校验和的字节计数；

单元标识符用于区分数据的服务器端设备；

功能代码用于指明本次数据帧的功能；

字节计数指出了传输数据的长度；

传输数据即为实际传输的数据，占用字节长短根据实际情况调整，上表中用×表示；

校验和用于对传输内容的正确性进行判断。

通信时，使用本发明提供的通信协议代替PLC配套软件中的iFix传输组件，并针对传输内容和精度要求进行适应性改进，实现PLC测控设备与指挥控制工作站间的的高可靠、低延迟通信。

动力测控系统指挥控制工作站和PLC测控组合采用上述通信协议进行通信的具体过程如下：

1.指挥控制计算机和PLC测控设备通过高速实时网建立连接后，进行位状态、短整形类型参数的传输；

2.指挥控制工作站需要进行浮点数传输时，对PLC上预设协议标志位置位；

3.若预设标志位已置位，PLC测控设备接收到读写寄存器指令后，首先进行校验和判断，通过后调用针对性的梯形图解析程序进行处理；指挥控制工作站结束浮点数传输后，对PLC上预设协议标志位复位

在PLC测控组合中，增加用于标识采用改进的通信协议进行传输的标志位，在需要传输浮点数时，对此标志位进行置位，PLC就调用接收浮点数参数的针对性的梯形图程序进行解析。首先利用数据帧中的2处字节计数进行数据帧完整性校验，通过后对数据区内容进行重新调以解析出原始实数变量的数值。

在数据帧尾，增加2个字节用于进行和校验，在PLC测控设备进行解析时，首先以短整形2个字节为单位计算数据区的累加和，然后与传输的和校验数据进行比较，只有确认数据帧完整、校验和正确才进行解析。

本实用新型说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (1)

1.一种运载火箭动力测控系统，其特征在于：包括前端设备和后端设备，后端设备包括指挥控制工作站、大屏幕显示设备和高速实时网后端交换机；前端设备包括动力系统电源机柜、PLC测控组合、动力继电器机柜和高速实时网前端交换机；

指挥控制工作站通过双绞线与高速实时网后端交换机连接，高速实时网后端交换机通过双绞线与大屏幕显示设备连接，高速实时网后端交换机与高速实时网前端交换机之间通过光纤连接，高速实时网前端交换机通过双绞线与PLC测控组合连接，PLC测控组合通过电缆与动力继电器柜连接，动力继电器机柜通过电缆连接到运载火箭。 

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