CN212747512U - 火箭发射的前端和/或后端冗余配电、控制、通讯系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种火箭发射的前端和/或后端冗余配电、控制、通讯系统，至少包含两组驱动电源，所述两组驱动电源的输出端分别串联连接配电箱的输入端，所述配电箱输出端连接UPS设备的输入端，UPS设备的输出端连接AC‑DC电源装置的输入端，AC‑DC电源装置的输出端连接DC‑DC电源装置的输入端，DC‑DC电源装置输出端连接低压直流设备为其供电。同现有技术相比，在能够满足系统高可靠性要求的前提下，大幅降低研制成本，缩短研制周期。

Description

火箭发射的前端和/或后端冗余配电、控制、通讯系统

技术领域

本实用新型涉及运载火箭发射支持控制系统技术领域，尤其涉及一种火箭发射的前端和/或后端冗余配电、控制、通讯系统。

背景技术

在我国现有的运载火箭发射支持控制系统中，为了提高控制系统的可靠性，普遍采用军品级及七专元器件，控制系统的计算机和相当一部分单机设备都采用自主研制的方式。这种方式虽然可以大幅提高单机设备的固有可靠性，但其具体的可靠性数据由于子样数量的限制，也不具有太大的参考价值，同时，这类产品研制过程中需要大量的可靠性验证试验，造成单机的成本升高，且研制周期增长。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种火箭发射的前端和/或后端冗余配电、控制、通讯系统，在能够满足系统高可靠性要求的前提下，大幅降低研制成本，缩短研制周期。

本实用新型提供了一种火箭发射的前端和/或后端冗余配电系统，至少包含两组驱动电源，所述两组驱动电源的输出端分别串联连接配电箱的输入端，所述配电箱的输出端连接UPS设备(Uninterruptable PowerSystem，不断电设备，即不会因短暂停电中断、可以一直供应高品质电源、有效保护精密仪器)的输入端，UPS设备的输出端连接 AC-DC电源装置的输入端，AC-DC电源装置(交流电变为直流电装置) 的输出端连接DC-DC电源装置(直流电路中将一个电压值的电能变为另一个电压值的电能的装置)的输入端，DC-DC电源装置输出端连接低压直流设备为其供电。

在同一个实施例中，所述两组驱动电源包含第一驱动电源和第二驱动电源，所述第一驱动电源用于向所述配电箱提供380/220V用电，所述第二驱动电源用于通过发电机组发电向所述配电箱提供 380/220V用电。

在同一个实施例中，所述配电箱包括并联设置的第一配电箱和第二配电箱，所述UPS设备包括两组并联设置的UPS设备，所述AC-DC 电源包括两组并联设置的AC-DC电源。

在同一个实施例中，所述UPS设备的输出端上还连接高压用电设备。

在同一个实施例中，所述DC-DC电源装置包含第一转换电源组和第二转换电源组，所述第一转换电源组和所述第二转换电源组并联设置。

在同一个实施例中，所述第一转换电源组包括并联设置的两个第一转换器，所述第二转换电源组包括两个并联设置的第二转换器。

在同一个实施例中，所述第一转换电源组输出48V电压，所述第二转换电源组输出24V电压。

本实用新型还提供一种火箭发射的前端和/或后端冗余控制系统，包含控制装置，所述控制装置为PLC控制系统，且内设有至少两个 CPU，所述CPU之间通过光纤连接用于实现数据同步，所述CPU通过两条DP总线与至少两组I/O接口连接，所述两组I/O接口分别与现场设备连接。

本实用新型还提供一种火箭发射的前端和/或后端冗余通讯系统，包含配置在火箭发射前端且彼此冗余设置的第一交换机和第二交换机，配置在火箭发射后端且彼此冗余设置的第三交换机和第四交换机；所述第一交换机与所述第二交换机通过网线连接，所述第三交换机与所述第四交换机通过网线连接；且所述第一交换机通过第一控制光纤与所述第三交换机连接，所述第二交换机通过第二控制光纤与所述第四交换机连接。

在同一个实施例中，还包含用于火箭发射的前端的第一计算机和第二计算机，用于火箭后端的第三计算机和第四计算机，所述第一计算机和所述第二计算机均通过网线与所述第一交换机和所述第二交换机连接，所述第三计算机和所述第四计算机均通过网线与所述第三交换机和所述第四交换机连接，所述第三计算机和所述第四计算机与配备双冗余通讯接口的应急控制器连接，所述应急控制器分别通过第三控制光纤和第四控制光纤与所述第一交换机与所述第二交换机连接。

本实用新型的实施例，选用在民用领域大量使用的工业级单机设备和元器件，且产品在民用领域已经有了广泛的应用，其产品可靠性也已经积累了大量的数据。采用全系统冗余方案，通过基础的可靠性计算方法，提高系统的可靠性，而且方案中采用的设备和元器件可以随着民营领域的技术进步同步进行升级改造，大大提高了整个系统的先进性。整个系统在能够满足系统高可靠性要求的前提下，大幅降低研制成本，缩短研制周期。

应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本实用新型所欲主张的范围。

附图说明

下面的附图是本实用新型的说明书的一部分，其绘示了本实用新型的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本实用新型的原理。

图1配电系统冗余方案图；

图2控制系统冗余方案图；

图3通讯系统冗余方案图。

附图标记说明：

1第一驱动电源 2第二驱动电源

3第一配电箱 4第二配电箱

5UPS设备 6AC-DC电源

7第一转换器 8第二转换器

9PLC 10DP总线

11现场传感器 12低压直流设备

13第一交换机 14第二交换机

15第三交换机 16第四交换机

17第一计算机 18第二计算机

19第三计算机 20第四计算机

21应急控制器 22第一控制光纤

23第二控制光纤 24第三控制光纤

25第四控制光纤

27现场设备 28输入端

29输出端 30第一控制器

31第二控制器

具体实施方式

现详细说明本实用新型的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本实用新型的限制，而应理解为是对本实用新型的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

在不背离本实用新型的范围或精神的情况下，可对本实用新型说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本实用新型的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。

本实用新型采用全系统冗余方案，在整个控制系统中全部选用在民用领域大量使用的工业级单机设备和元器件，这些产品在民用领域已经有了广泛的应用，其产品可靠性也已经积累了大量的数据，有一定的可信度。采用这一实用新型中的全系统冗余方案，并采用基础的可靠性计算方法，就可以实现系统的高可靠性要求，而且方案中采用的设备和元器件可以随着民营领域的技术进步同步进行升级改造，大大提高了整个系统的先进性。

本实用新型提供了一种火箭发射的前端和/或后端冗余配电系统，如图1所示，至少包含两组驱动电源，所述两组驱动电源的输出端分别串联连接配电箱的输入端，所述配电箱输出端连接UPS设备的输入端，UPS设备的输出端连接AC-DC电源装置的输入端，AC-DC电源装置的输出端连接DC-DC电源装置的输入端，DC-DC电源装置输出端连接低压直流设备为其供电。

具体的说，整个工作过程，通过驱动电源将电能输送至配电箱，电能经过UPS设备后输送至AC-DC电源装置，将电能由交流电变为直流电后传送至DC-DC电源装置对直流电进行变压处理，变压后的直流电为低压直流设备供电，通过两组驱动电源设计保证电能供应安全，使得低压直流设备安全稳定用电，进而保证低压直流设备安全运行。

需要说明的是，本实施方式中，两组驱动电源包含第一驱动电源 1和第二驱动电源2，第一驱动电源1用于向配电箱提供380/220V用电，第二驱动电源2用于通过发电机组发电向电箱提供380/220V用电。两组驱动电源的冗余设置，可以提高系统工作的可靠性。

为了保证配电箱，UPS设备和AC-DC电源安全运行，例如，配电箱包括并联设置的第一配电箱3和第二配电箱4，UPS设备包括两组并联设置的UPS设备，AC-DC电源包括两组并联设置的AC-DC电源。例如当第一配电箱3出现问题不能继续工作时，可以使用第二配电箱 4，同理，UPS设备和AC-DC电源也起到类似作用，在此为了避免赘余，不再一一说明。值得一提的是，为了高压用电设备安全运行，例如，可以子UPS设备5的输出端上连接高压用电设备。

特别需要注意的是，为了获取低压直流设备12所需要的电压，例如，DC-DC电源装置包含第一转换电源组和第二转换电源组，第一转换电源组和第二转换电源组并联设置。为了保证所需电压运行安全，例如，第一转换电源组包括并联设置的两个第一转换器13，第二转换电源组包括两个并联设置的第二转换器14。

在本实施方式中，例如，第一转换电源组输出48V电压，第二转换电源组输出24V电压。即两个第一转换器13经过变压处理，为设备提供48V电压，且由于二者为冗余设计，可以提高供电的可靠性。同样，两个第二转换器14经过变压处理，可以为设备提供24V电压，且两个转换器的冗余设计，提高了供电的可靠性。

整个配电系统，通过冗余设计，可以保证用电设备的安全运行。冗余配电方案中采用的设备和元器件可以随着民营领域的技术进步同步进行升级改造，大大提高了整个系统的先进性和适应性。整个系统在能够满足系统高可靠性要求的前提下，大幅降低研制成本，缩短研制周期。

本实用新型的还提供了一种火箭发射的前端和/或后端冗余控制系统，如图2所示，包含控制装置，控制装置为PLC9(Programmable Logic Controller，即可编程控制器)控制系统,且PLC9内设有至少两个CPU，CPU之间通过光纤连接用于实现数据同步。CPU通过两条 DP总线10与至少两组I/O接口连接，两组I/O接口分别与现场设备 27连接。此外，本实施方式中，I/O接口可以包含多个输入端28和多个输出端29，输入端28与现场传感器11连接，输出端29与现场设备27连接。

整个控制系统，两个PLC9之间通过光纤实现数据同步，之后通过两条DP总线10与两组I/O接口连接，可以保证数据传输安全，为数据处理和传输提供冗余，提高数据处理及传输的可靠性。

本实用新型的还提供了一种火箭发射的前端和/或后端冗余通讯系统，如图3所示，包含配置在火箭发射前端且彼此冗余设置的第一交换机13和第二交换机14，配置在火箭发射后端且彼此冗余设置的第三交换机15和第四交换机16；第一交换机13和第二交换机14通过网线连接，第三交换机15和第四交换机16通过网线连接；第一交换机13通过第一控制光纤22与第三交换机15连接，第二交换机14 通过第二控制光纤23与第四交换机16连接。

具体的说，通过在火箭发射的前端设置第一交换机13和第二交换机14，用于火箭后端设置第三交换机15和第四交换机16，可以保证火箭发射前端与后端的数据通信，避免由于单个交换机损坏导致的通信故障。在该实施例中，第一交换机13和第二交换机14通过网线连接，第一交换机13通过第一控制光纤22与第三交换机15连接，第二交换机14通过第二控制光纤23与第四交换机16连接，方便交换机的使用，保证交换机的冗余安全运行。

此外，冗余通讯系统还包含用于火箭发射的前端的第一计算机 17和第二计算机18，用于火箭后端的第三计算机19和第四计算机 20，第一计算机17和第二计算机18均通过网线与第一交换机13和第二交换机14连接，第三计算机19和第四计算机20均通过网线与第三交换机15和第四交换机16连接。

在本实施例中，第一计算机17和第二计算机18均通过网线与第一交换机13和第二交换机14连接，第三计算机19与第四计算机20 均通过网线与第三交换机15和第四交换机16连接，方便计算机与交换机通讯。为了保证通讯安全，通过第三计算机19和第四计算机20与配备双冗余通讯接口的应急控制器21连接，保证应急控制器21与第三计算机19和第四计算机20的冗余配合，避免通讯故障。

此外，为了对火箭前端进行控制，应急控制器还可以通过第一控制器30和第二控制器31分别与第一交换机与所述第二交换机连接。即应急控制器配备为两个彼此独立运行的控制器。

此外，为了进一步保证应急控制器21与第一交换机13和第二交换机14的数据交换，例如，应急控制器21分别通过第三控制光纤 24和第四控制光纤25与火箭前端的第一交换机13与第二交换机14 连接。

本申请的火箭发射控制方案，采用全系统冗余方案，通过基础的可靠性计算方法，提高火箭发射控制系统的可靠性。而且方案中采用的设备和元器件可以随着民营领域的技术进步同步进行升级改造，大大提高了整个系统的先进性。整个系统在能够满足系统高可靠性要求的前提下，大幅降低研制成本，缩短研制周期。

以下对本申请的火箭发射控制涉及的若干系统提供了具体实施例，如下：

1)配电系统冗余方案

供电从电源端开始，一路市电输入，一路发电机组冗余备份，分支进入两个配电箱，由两个UPS设备5提供稳定可靠的380V/220V供电输出；控制系统的高压用电设备从此处取电；UPS设备5输出端供给两个AC-DC电源模块，供给低压直流设备12电源；低压直流设备12分为48V和24V两种，分别由两个DC-DC电源模块供电。供电系统中的全部节点均采用了双冗余措施，全部以两个较低可靠性的电源设备并联实现了比单一高可靠性电源更高的可靠性。

2)控制系统冗余方案

系统采用西门子可靠性最高的PLC9(S7-400H)控制系统进行举例说明。该系统中的CPU采用热冗余的方式，两个CPU通过内部光纤实现数据同步。“热备”模式的S7-400H的运行是根据主动冗余原理(在发生故障时，无扰动地自动切换)。无故障时两个子单元都在运行状态。如果发生故障，另一个可承担全部控制任务，因此CPU的切换时间为零，连接I/O站最大切换时间100ms。

CPU与I/O站采用冗余的DP总线通信，I/O采集站有两个冗余的通信模块通过两条DP总线分别与CPU通信，任何一个CPU、DP总线、 I/O站通信模块故障时系统都能正常运行。

每一个控制输出都从两个不同的控制输出模块各输出一路控制信号，任何一个控制端口或者控制输出模块出错均不影响控制结果。

每一个现场信号输入信号都接入两个不同的输入模块，任何一个输入端口或者输入模块的故障均不影响现场信号的采集。

3)通讯系统冗余方案

控制系统采用两套独立冗余以太网络，控制系统通信网络由4 台网管形交换机组成，共同组成冗余环网网络；两台交换机安装在控制系统前端(火箭发射的前端)，两交换机之间通过网线连接，并通过两个光纤与控制系统后端两台交换机连接。远端两台交换机通过网线连接，形成环形网络，交换机之间任何一根网线故障不影响通信。

控制系统的前后端的四台计算机机分别通过两根网线连接到就近的两个交换机，任何一根网线故障或交换机故障不影响控制系统计算机工作。

火箭发射前期人员撤离之前，控制系统的控制过程由近端和远端的四台计算机完成，任何一台计算机均可以完成现场控制工作；人员撤离前端之后，控制系统的控制过程由远端的两台计算机和配备双冗余通讯接口应急控制器完成，任何远端控制计算机都可以完成控制工作。如果两个前后端计算机通讯出现故障，还可以利用应急控制器直接控制PLC控制完成控制工作。当前的控制系统通讯方案已经形成了事实上的四冗余方案，大大提高了人员撤离后不可逆状态的控制功能。

此外，在上面的控制系统方案中，设备和元器件的冗余措施完全可以满足整个系统的工作截面可靠性要求，但由于系统中各个单机和元器件的可靠性本身低于军品和七专产品，为了保障系统全生命周期的可靠性要求，可以对系统中的每个单机和元器件采用全面备份措施。例如，所有元器件和单机均采用不低于10％的备份策略。

如果某个元器件在系统中只用了一个，也可以采取备份措施。这样在某个元气件或者单机出现故障时，如果系统正处于发射流程中，则流程结束后更换故障设备，恢复系统冗余功能；如果系统处于测试或者试验流程中，则立即停止测试或者试验过程，更换故障设备，恢复系统冗余功能；同时出设备采购通知单给供应链系统，立即启动备份设备采购流程，补齐已经损耗的备份设备，保证维修保障冗余方案处于可用状态。

综上所述，控制系统采用本实用新型提出的全系统冗余方案，采用广泛应用的工业级元器件和设备，完全可以保证该系统时刻处于高可靠性状态，从而保证任务本身的高可靠性要求。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种火箭发射的前端和/或后端的冗余配电系统，其特征在于，至少包含两组驱动电源，所述两组驱动电源的输出端分别串联连接配电箱的输入端，所述配电箱的输出端连接UPS设备的输入端，UPS设备的输出端连接AC-DC电源装置的输入端，AC-DC电源装置的输出端连接DC-DC电源装置的输入端，DC-DC电源装置输出端连接低压直流设备为其供电。

2.根据权利要求1所述火箭发射的前端和/或后端的冗余配电系统，其特征在于，所述两组驱动电源包含第一驱动电源和第二驱动电源，所述第一驱动电源用于向所述配电箱提供380/220V用电，所述第二驱动电源用于通过发电机组发电向所述配电箱提供380/220V用电。

3.根据权利要求1所述火箭发射的前端和/或后端的冗余配电系统，其特征在于，所述配电箱包括并联设置的第一配电箱和第二配电箱，所述UPS设备包括两组并联设置的UPS设备，所述AC-DC电源包括两组并联设置的AC-DC电源。

4.根据权利要求1所述火箭发射的前端和/或后端的冗余配电系统，其特征在于，所述UPS设备的输出端上还连接高压用电设备。

5.根据权利要求1所述火箭发射的前端和/或后端的冗余配电系统，其特征在于，所述DC-DC电源装置包含第一转换电源组和第二转换电源组，所述第一转换电源组和所述第二转换电源组并联设置。

6.根据权利要求5所述火箭发射的前端和/或后端的冗余配电系统，其特征在于，所述第一转换电源组包括并联设置的两个第一转换器，所述第二转换电源组包括两个并联设置的第二转换器。

7.根据权利要求6所述火箭发射的前端和/或后端的冗余配电系统，其特征在于，所述第一转换电源组输出48V电压，所述第二转换电源组输出24V电压。

8.一种火箭发射前端和/或后端的冗余控制系统，其特征在于，包含控制装置，所述控制装置为PLC控制系统，且内设有至少两个CPU，所述CPU之间通过光纤连接用于实现数据同步，所述CPU通过两条DP总线与至少两组I/O接口连接，所述两组I/O接口分别与现场设备连接。

9.一种火箭发射前端和/或后端的冗余通讯系统，其特征在于,包含配置在火箭发射前端且彼此冗余设置的第一交换机和第二交换机，配置在火箭发射后端且彼此冗余设置的第三交换机和第四交换机；所述第一交换机与所述第二交换机通过网线连接，所述第三交换机与所述第四交换机通过网线连接；且所述第一交换机通过第一控制光纤与所述第三交换机连接，所述第二交换机通过第二控制光纤与所述第四交换机连接。

10.根据权利要求9所述的火箭发射的前端和/或后端冗余通讯系统，其特征在于，还包含用于火箭发射的前端的第一计算机和第二计算机，用于火箭后端的第三计算机和第四计算机，所述第一计算机和所述第二计算机均通过网线与所述第一交换机和所述第二交换机连接，所述第三计算机和所述第四计算机均通过网线与所述第三交换机和所述第四交换机连接，所述第三计算机和所述第四计算机与配备双冗余通讯接口的应急控制器连接，所述应急控制器分别通过第三控制光纤和第四控制光纤与所述第一交换机与所述第二交换机连接。

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