一種衛星地面供配電測試系統的制作方法

專利名稱：一種衛星地面供配電測試系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種衛星地面供配電測試系統，尤其涉及一種基于可編程 控制器的衛星地面供配電測試系統。
技術背景衛星電性能綜合測試是指對衛星規定的工作性能和功能做全面的檢測，對 各分系統電氣連接接口之間的匹配性和電磁兼容性進行多項復雜的綜合檢查。 衛星供配電測試系統作為衛星綜合測試系統的重要測試系統之一，能夠實現對 衛星在各階段和不同試驗場合的衛星電性能綜合測試任務，它主要通過分離電 連接器與衛星界面接口以有線方式對衛星的重要參數進行測量、狀態監視、供 配電控制和分離電連接器的電脫離控制。由于衛星的種類較多，加之不同型號衛星界面接口的特殊性，目前對衛星 電性能綜合測試只能采用 一顆衛星配套一套供配電測試系統的方式，現有的有 線臺式供配電測試系統釆用大機拒式設計，體積龐大，如圖1所示，不僅給轉場 運輸帶來了很大的困難，而且安裝設備過程非常復雜、操作過程繁瑣。隨著衛 星技術復雜程度的提高，對衛星供配電測試系統的要求也越來越高，為每一顆 衛星配置一套特定的供配電測試系統顯然是非常不經濟的，雖然現在測試系統 內部的印制板已經做到系統間互換，但衛星界面接口的變化導致測試系統還需 重新改造才能應用于其他型號衛星的供配電測試，構建測試系統周期較長，改 造費用也較高。 實用新型內容本實用新型的技術解決問題是克服現有技術的不足，將可編程控制技術 引入衛星電性能綜合測試中，并統一了地面供配電測試系統的接口，從而實現 了測試系統的小型化，有效地節約了測試空間，降低了操作難度，降低了測試系統成本，縮短了測試周期，實現了遠端監控。本實用新型的技術解決方案是 一種衛星地面供配電測試系統包括接口電 纜、外圍調理電路、可編程控制器、現場總線和本地測控計算機，星上模擬量 輸出信號和星上數字量輸出信號通過接口電纜經外圍調理電^各輸入至可編程控 制器，同時可編程控制器將數字量控制信號經外圍調理電路通過接口電纜反饋 至衛星，本地測控計算機通過現場總線實現對可編程控制器的控制。所述的接口電纜釆用Y2-50型電纜。所述的可編程控制器采用SIMENSE SIMATIC S7-300可編程控制器。 所述的外圍調理電路包括電磁繼電器、固態繼電器、隔離放大器、外置電 源和應急斷電開關；星上模擬量輸出信號經隔離放大器進入可編程控制器的模 擬量輸入模塊AI,星上數字量輸出信號經固態繼電器進入可編程控制器的數字 量輸入模塊DI,可編程控制器的數字量輸出模塊DO發出數字量控制信號經電磁 繼電器反饋至衛星，外置電源作為電磁繼電器的驅動電源以及衛星脫落插頭的 驅動電源，應急斷電開關在可編程控制器或測控軟件失效的情況下，控制電磁 繼電器的動作。本實用新型與現有技術相比的優點在于(1) 通過采用可編程控制器，提高了測試系統的集成度，減小了測試系統 的體積，降低了操作難度。(2) 通過增加外圍調理電路，提高了測試系統的可靠性。(3) 統一了地面供配電測試系統的接口，降低了測試系統成本，縮短了測 試周期。(4 )通過采用現場總線技術和網絡通信技術實現了對測試系統的遠端監控 和測試現場的無人值守。

圖1為傳統供配電測試系統結構圖；圖2為本實用新型供配電測試系統組成圖；圖3為本實用新型供配電測試系統核心部件組成圖； 圖4為本實用新型模擬量輸入信號測試原理圖； 圖5為本實用新型軟件系統工作過程圖。
具體實施方式
以下結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳細地描述 如圖2所示， 一種衛星地面供配電測試系統包括Y2-50接口電纜、外圍調理 電路、SIMATICS7-300可編程控制器、PROF舊US現場總線和本地測控計算機， 供配電測試系統通過Y2-50電纜與衛星的脫落電連接器連接實現對衛星供配電 信號的測試與控制，衛星供配電信號包括星上模擬量輸出信號和星上數字量輸 出信號，星上模擬量輸出信號和星上數字量輸出信號通過Y2-50接口電纜經外 圍調理電路輸入至SIMATIC S7-300可編程控制器，同時SIMATIC S7-300可編 程控制器將數字量輸出信號作為衛星數字量輸入信號經外圍調理電路通過 Y2-50接口電纜反饋至衛星，本地測控計算機通過PROF舊US現場總線對可編 程控制器進行控制。如圖3所示，SIMATIC S7-300可編程控制器作為測試系統的核心部件，用 于完成測試狀態控制及參數采集，其主要模塊包括PS307電源，輸出電壓24V, 輸出電流5A， 313C-2DP型CPU,兩個模擬量輸入模塊AI、 一個數字量輸出模 塊DO和一個數字量輸入模塊DI。外圍調理電路主要由電磁繼電器、固態繼電器、 隔離放大器、外置電源和應急開關組成，用于完成信號調理、信號控制及采集、 控制電源輸出和應急斷電等功能。衛星上的數字量輸出信號經固態繼電器進入 SIMATIC S7-300可編程控制器的數字量輸入模塊DI，衛星上的模擬量輸出信 號，如電流量或電壓量信號經霍爾器件或隔離放大器進入SIMATIC S7-300可編 程控制器的模擬量輸入模塊AI,衛星上的數字量輸入信號由SIMATIC S7-300 可編程控制器的數字量輸出模塊DO發出并經電磁繼電器控制，CPU通過背板 總線釆集和控制各模塊的狀態。外圍調理電路中的電磁繼電器選用G2R-2-SND 型，它的作用是在星-地有效隔離的勤出上完成指令信號輸出，其輸入額定電壓為24V，最大負載電流5A;固態繼電器為G3TA-IDZR02S型繼電器，主要完成 對星上遙控自枱r信號及火工品狀態信號進行調理，并達到星-地隔離的目的，其 負載電壓范圍4 32V，輸入控制電流5mA以下，動作時間0.5ms以下；隔離放 大器型號為ISO U3 P1 05型，主要完成對模擬量信號的隔離和DC/DC變換的功 能，其輸入電壓0 50V，輔助電壓24V,輸出電壓O10V;外置電源用于提供 電磁繼電器的驅動電源以及脫落插頭脫落的驅動電源，電源輸出能力為 28V 36V;為進一步增強測試系統的可靠性，設計了外圍應急斷電開關，以彌 補SIMATIC S7-300純軟件控制的不足，應急斷電開關可在SIMATIC S7-300控 制模塊或測控軟件失效的情況下，通過手動開關控制電^ 茲繼電器動作，來斷開 星上供電電源，即發出電池斷開的有線指令。SIMATICS7-300可編程控制器和 外圍隔離電路依次序安裝于測試系統機箱中。測試系統通過接口電纜引入的模擬量測量信息主要是衛星電源分系統的參 數數據，如母線電壓、蓄電池電壓、升壓器電壓、二次電源電壓、負載電流等。 星上電壓信號通過長電纜引至地面后，需經過分壓、隔離》文大器、濾波和總線 隔離的處理，以實現測量范圍匹配、消除長電纜傳輸造成的共模干擾、星-地電 氣隔離以及抑制雜散噪聲的功能。對于電壓量信號，盡管SIMATIC S7-300可 編程控制器中模擬量輸入模塊Al自身集成了總線隔離和濾波功能，但仍需要增 加分壓和隔離放大部分的外圍電路，使信號轉換為能與模擬量輸入模塊Al輸入 端匹配的電壓信號。如圖4所示，以電池電壓采集為例，衛星蓄電池為星上母 線提供電能，其電壓采樣信號經過1K保護電阻后由脫落電連接器經Y2-50接 口電纜進入供配電測試系統機箱，再經過ISOU3P1 05型隔離放大器后進入 SIMATIC S7-300的才莫擬量輸入才莫塊Al。對于電流量參數，SIMATIC S7-300中的模擬量輸入模塊Al可以直接進行 采集，但是由于采用這種方式不易實現星-地隔離，因此，依然采用將電流量通 過霍爾器件轉換為電壓量進行采集的方式。圖4中，以負載電流采集為例，霍 爾器件采集星上正母線負載電流后轉換成電壓量經過射隨電路后由脫落電連接器經Y2-50接口電纜進入供配電測試系統機箱，再經過IS0U3P1 05型隔離 放大器后進入SIMATIC S7-300的模擬量輸入模塊Al，模擬量輸入模塊Al輸 出信號由背板總線接口傳輸至CPU模塊處理。測試系統通過Y2-50接口電纜引入的數字量測量信息主要是反映衛星設備 狀態的信息，大體有兩類， 一類是無源觸點的通斷信號，如地面供電控制狀態 信號、蓄電池通斷狀態信號、脫落電連接器接通狀態信號等；另一類是電平信 號，或者是脈沖信號，如火工品線路測量信號，遙控自檢狀態信號等。本實用 新型中SIMATIC S7-300可編程控制器數字量輸入模塊Dl是以識別電平的高低 為主，其輸入信號的可選范圍很廣，針對具體使用情況，采用10V左右的抗干 擾能力，T表示信號范圍為15~30V、 "0"表示信號范圍為-3 +5V的模塊；同 時，為了保證星-地電氣連接的有效隔離，在Y2-50接口電纜和SIMATIC S7-300 可編程控制器數字量輸入模塊Dl之間增加了 G3TA-IDZR02S型固態繼電器， 該類型固態繼電器輸入控制電流小，與普通的電磁繼電器和磁力開關相比，具 有無機械噪聲開關速度快、體積小、重量輕、壽命長、工作可靠等特點。SIMATIC S7-300可編程控制器中模擬量輸出模塊DO輸出的數字量控制 信號主要是對衛星的供電控制和對衛星狀態的控制。在測試系統的數字量輸出 設計中，星-地間的電氣隔離依然是首要考慮的問題，SIMATIC S7-300可編程 控制器中模擬量輸出模塊DO自身具備了光電隔離功能和繼電器輸出功能，這 樣的模塊本身就能很好的解決電氣隔離的問題，為了做到更加可靠，在該模塊 輸出端再加一層G2R-2-SND型繼電器進^f亍隔離，G2R-2-SND型繼電器的觸點 兩端接入星上末端執行繼電器的控制電源線和激勵電源，同時在這個層次下實 現對衛星狀態的控制。對于SIMATIC S7-300可編程控制器的控制釆用下位機庫欠件包STEP 7完 成，用梯形邏輯編程語言LAD對SIMATIC S7-300可編程控制器進行組態，組 態成功后用西門子梯形邏輯編程程序對測試程序進行設計并下裝到PLC設備 中；上位機運用WinCC完成軟件界面設計、變量連接、變量報警、數據實時歸檔、用戶權限訪問的功能操作，并根據衛星有線測試的高可靠性要求，加入 軟件使能按鈕及指令發送提示框等細節設計。為實現供配電信號的廣播功能通過OPC對象鏈接和嵌入過程控制協議作為異構通訊的橋梁，通過單獨的數據 采集軟件設計，達到遠程監控的目的，本地測控計算機利用TCP/IP協議判斷 并執行本地測控計算機的指令數據，并通過UDP協議廣播供配電數據并將數 據傳至數據庫服務器進行歸檔。測試系統軟件工作過程如圖5所示，通過WinCC主界面可分別進入測試 界面和歸檔界面，St印7用于完成對硬件系統的組態及下位機軟件程序的編制， 并通過PROF舊US現場總線將LAD程序下裝至硬件設備的CPU,并由CPU 反饋參數信息和執行控制指令。測試界面主要完成St印7中定義變量如對模擬 量、數字量的調用，并連接各變量，實現對測試模擬量、數字量的監視，以及 對控制量進行狀態控制；在測試界面中可隨時切換至歸檔界面及遠程通訊軟件； 歸檔界面用于查詢測試數據及狀態信息，實現了測試數據的實時歸檔及模擬量 的趨勢分析。遠程通訊軟件利用OPC工業標準實現與WinCC測試界面的通信， 遠程控制計算機通過TCP/IP協議對遠程通訊軟件發送控制指令，同時遠程通 訊軟件也將測試數據通過UDP協議廣播至測試數據庫，實現異構網絡的遠程 通信控制。
權利要求1、一種衛星地面供配電測試系統，其特征在于包括接口電纜、外圍調理電路、可編程控制器、現場總線和本地測控計算機，星上模擬量輸出信號和星上數字量輸出信號通過接口電纜經外圍調理電路輸入至可編程控制器，同時可編程控制器將數字量控制信號經外圍調理電路通過接口電纜反饋至衛星，本地測控計算機通過現場總線實現對可編程控制器的控制。
2、 根據權利要求1所迷的一種衛星地面供配電測試系統，其特征在于 所述的接口電纜采用Y2-50型電纜。
3、 根據權利要求1所述的一種衛星地面供配電測試系統，其特征在于 所述的可編程控制器采用SIMENSE SIMATIC S7-300可編程控制器。
4、 根據權利要求1所述的一種衛星地面供配電測試系統，其特征在于 所述的外圍調理電路包括電磁繼電器、固態繼電器、隔離放大器、外置電源和 應急斷電開關；星上模擬量輸出信號經隔離放大器進入可編程控制器的模擬量 輸入模塊Al,星上數字量輸出信號經固態繼電器進入可編程控制器的數字量輸 入模塊Dl,可編程控制器的數字量輸出模塊DO發出數字量控制信號經電磁繼 電器反饋至衛星，外置電源作為電磁繼電器的驅動電源以及衛星脫落插頭的驅 動電源，應急斷電開關在可編程控制器或測控軟件失效的情況下，控制電磁繼 電器的動作。
5、 根據權利要求4所述的一種衛星地面供配電測試系統，其特征在于 所述的電磁繼電器為G2R-2-SND型，其輸入額定電壓為24V,最大負載電流 5A。
6、 根據權利要求4所述的一種衛星地面供配電測試系統，其特征在于 所述的固態繼電器為G3TA-IDZR02S型，其負載電壓范圍4~32V，輸入控制 電流5mA以下，動作時間0.5ms以下。
7、 根據權利要求4所述的一種衛星地面供配電測試系統，其特征在于 所述的隔離放大器為ISOU3P1 Q5型，其輸入電壓0 50V,輔助電壓24V,輸出電壓0~10V。
8、 根據權利要求4所述的一種衛星地面供配電測試系統，其特征在于: 所述的外置電源其輸出電壓為28V 36V。
9、 根據權利要求1所述的一種衛星地面供配電測試系統，其特征在于: 所述的現場總線釆用PROF舊US現場總線。
專利摘要一種衛星地面供配電測試系統包括接口電纜、外圍調理電路、可編程控制器、現場總線、本地測控計算機，星上模擬量輸出信號和星上數字量輸出信號通過接口電纜經外圍調理電路輸入至可編程控制器，同時可編程控制器將數字量控制信號經外圍調理電路通過接口電纜反饋至衛星，本地測控計算機通過現場總線對可編程控制器進行控制并實現對供配電信號的廣播功能。通過將可編程控制技術引入衛星地面供配電測試系統，并統一了地面供配電測試系統的接口，實現了測試系統的小型化，降低了成本和操作難度，縮短了測試周期，通過采用現場總線和網絡通信技術實現了衛星供配電綜合測試的遠端控制和測試現場的無人值守。
文檔編號G01R31/00GK201110880SQ200720173870
公開日2008年9月3日 申請日期2007年10月30日 優先權日2007年10月30日
發明者姬云龍, 立 李, 雷 章, 楠 馬 申請人:航天東方紅衛星有限公司