专利名称：一种支持星座测试的地面供配电测试系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于PLC技术和PR0FIBUS总线技术的支持星座测试的地面 供配电测试系统，可作为卫星星座等多星并行测试的地面供配电测试设备。
背景技术：
卫星地面供配电测试系统是卫星综合测试系统中的重要设备之一，它通过脱落电 连接器以有线方式对卫星进行供配电控制，对卫星的重要参数进行状态监测，对脱落电连 接器的电脱离进行控制，满足卫星在各阶段以及各种试验场合的整星测试任务要求。卫星 供配电测试系统的功能和性能直接影响着卫星测试的质量，对于保证卫星整星测试的安全 可靠具有重要的意义。 随着航天技术的发展，卫星星座日益增多，通常要求在其研发和设计过程中多星 并行工作。在卫星星座综合测试过程中，同样需要解决多星并行测试的问题。现有的供配电 测试系统存在一些不足之处一套地面供配电测试设备只能适用于一颗特定型号的卫星， 通用性差；研制周期长，成本高；结构复杂，安装和操作繁琐；软件功能不完善；不能满足多 星同时测试的需要；难以迅速构建多星测试系统。
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，提供了一种接口统一、通用
性强、可扩展性好的基于PLC技术的支持星座测试的地面供配电测试系统。 本实用新型的技术解决方案是一种支持星座测试的地面供配电测试系统，包括
控制计算机、通信卡以及N个通用供配电测试设备，N为卫星星座中包含的卫星数量；通信
卡置于控制计算机内部，控制计算机通过通信卡接入总线并通过总线分别向N个通用供配
电测试设备发送测试控制指令；N个通用供配电测试设备分别通过各自的通信端口接入总
线，同时N个通用供配电测试设备还通过脱落电连接器与N颗待测试的星座卫星相连，每个
通用供配电测试设备对应一颗星座卫星；各通用供配电测试设备根据控制计算机传来的测
试控制指令，对与其相连的星座卫星的供配电系统和电源进行测试并将测试结果发送至控
制计算机。 所述的通用供配电测试设备包括PLC模块、信号调理模块和外围接口电缆；PLC模 块从控制计算机接收测试控制指令，根据所述测试控制指令输出卫星电源和供配电系统的 控制指令并送至信号调理模块，同时PLC模块还采集信号调理模块送来的卫星电源和供配 电系统的状态信息并送至控制计算机；信号调理模块位于PLC模块和外围接口电缆之间， 通过外围接口电缆，信号调理模块将PLC模块的输出信号进行电平转换后发送至卫星电源 和供配电系统，同时将卫星电源和供配电系统发送来的状态信号进行电平转换后发送至 PLC模块，完成对卫星电源和供配电系统的测试。 所述的信号调理模块为模拟量隔离放大电路，包括集成隔离放大器Dl、电容Cl和 可调电位器RWl，集成隔离放大器Dl的信号输入正端和信号输入负端分别接外部输入的模拟信号，集成隔离放大器D1的信号输入正端和信号输入负端之间接电容C1，可调电位器 RW1接至集成隔离放大器D1的放大倍率电阻输入端用于调节集成隔离放大器D1的放大倍 数，集成隔离放大器D1的供电端接外部电源，经放大后的模拟信号经集成隔离放大器D1的 模拟信号输出端向外部输出。 所述的通信卡为Siemens公司的CP5611型通信卡。所述的总线为PR0FIBUS总线。 所述的PLC模块为Siemens公司的S7-300系列模块。 本实用新型与现有技术相比的优点在于 1、本实用新型中控制计算机通过通信卡接入总线并通过总线分别向N个通用供
配电测试设备发送测试控制指令，各通用供配电测试设备根据控制计算机传来的测试控制
指令，对与其相连的星座卫星的供配电和电源系统进行测试，并将测试结果发送至控制计
算机，可以根据星座卫星的数量配置对应量的通用供配电测试设备，可扩展性强，通用化和
模块化程度高，便于迅速构建卫星综合测试系统，方便的实现多星并行测试； 2、本实用新型通用供配电测试设备采用PLC模块从控制计算机接收测试控制指
令，根据测试控制指令输出卫星电源和供配电系统的控制指令并送至信号调理模块，同时
PLC模块还采集信号调理模块送来的卫星电源和供配电系统的状态信息并送至控制计算
机，通过PLC模块内部的不同模i央，实现对不同类型的数字和模拟信号的处理，操作方便，
接口统一，可扩展性、通用化和模块化程度高； 3、本实用新型信号调理模块采用集成隔离放大器进行搭建，通过控制可调电位器 来实现放大倍数的调整，从而实现对卫星输入给PLC模块模拟量的隔离放大，结构简单、性 能可靠； 4、本实用新型采用PR0FIBUS总线进行通信连接，接口统一、可靠性高、现场组态 快速方便。
图1为本实用新型地面供配电测试系统的结构图； 图2为本实用新型单个通用供配电测试设备硬件接口图； 图3为本实用新型信号调理模块中模拟量隔离放大电路原理图； 图4为本实用新型地面供配电测试系统软件功能框图。
具体实施方式如图1所示，为本实用新型地面供配电测试系统的结构图。本系统包含1台控制计 算机、通信卡和多套通用供配电测试设备。控制计算机作为主工作站，通过CP5611 (Siemens 公司)通信卡接入PROFIBUS总线，位于卫星测试现场的多套PLC通用供配电测试设备通过 各自的通信端口接入PR0FIBUS总线。通用供配电测试设备的数量应与卫星星座中包含的 卫星数量相同或者与需要并行测试的卫星数量相同，每个通用供配电测试设备对应一颗待 测试卫星。根据卫星数量，在测试现场配置相应数量的通用供配电测试设备，并分配不同的 可修改的站地址，完成与其对应卫星的监控。通过不同的站地址，控制计算机通过PROFIBUS 总线将不同PLC通用供配电测试设备的控制命令输出，控制多套PLC通用供配电测试设备， 对卫星进行供配电控制，对卫星的重要参数进行状态监测。每套通用供配电测试设备具有各自的站地址，能够独立工作，设备间可以互换，实现了设备级的通用性。各通用供配电测 试设备具备PROFIBUS总线接口 ，与远程工业控制计算机通信，完成卫星状态参数采集，执 行供配电控制输出。另外，控制计算机可以通过TCP/IP协议通过以太网直接连入卫星电测 间综合测试网络，这样能够向实时数据库广播供配电测试设备参数信息，接收并执行主测 试计算机(MTP)发来的测试控制命令。 如图2所示，为本实用新型通用供配电测试设备的结构图。每套通用供配电测试 设备包含PLC模块(含中央控制单元CPU、数字量输入模块DI、数字量输出模块D0、模拟量 输入模块AI、PLC用电源模块PS、PROFIBUS总线接口 )、信号调理模块和外围接口电缆。PLC 模块通过PROFIBUS总线从控制计算机接收测试控制指令，根据所述测试控制指令输出卫 星电源和供配电系统的控制指令并送至信号调理模块，同时PLC模块还采集信号调理模块 送来的卫星电源和供配电系统的状态信息并送至控制计算机。信号调理模块位于PLC模块 和外围接口电缆之间，通过外围接口电缆，信号调理模块将PLC模块的输出信号进行电平 转换后发送至卫星电源和供配电系统，同时将卫星电源和供配电系统发送来的状态信号进 行电平转换后发送至PLC模块，从而完成对卫星电源和供配电系统的测试。 卫星上的数字量输出信号，包含遥控自检甲、遥控自检乙、解锁等，经固态继电器 进入PLC的数字量输入模块DI 。固态继电器选用欧姆龙公司的G3TA-IDZR02S，其输入电压 为4 32V，输入控制电流5mA以下，动作时间0. 5ms以下。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、工作可靠的特点。 卫星上的数字量输入信号，包含电池通、电池断、姿控通、姿控断、解锁复位，由PLC 的数字量输出模块DO发出并经电磁继电器控制。电磁继电器选用欧姆龙公司的G2R-2-SND 24DC，其输入电压为5 30V，最大负载电流5A。 卫星上的模拟量输出信号，包含电池电压、负载电流、母线电压、放电模块电压，经
隔离放大器进入PLC的模拟量输入模块AI 。隔离放大器选用康宝莱Combine 664AF/4,其
输入电压为0 IOV，输出电压为0 IOV，供电电压为12V。隔离放大器供电电源模块选用
朝阳电源4NIC-DC12，其输入电压为5 30V，输出为+12V/0. 5A和-12V/0. 5A。 PLC模块根据接收到的测试控制指令，控制其DO模块的数字量输出，采集DI模块
的数字量输入和AI模块的模拟量输入，从而对与其相连的星座卫星的供配电和电源系统
进行测试。 通用供配电测试设备内部PLC模块选择如下 (1)中央控制单元CPU选用CPU 313C-2 DP，该型号的CPU是Siemens公司S7-300 系列PLC系统中带有集成DI/DO和PROFIBUS-DP接口的紧凑型CPU模块。 (2)扩展了 SM 323 :DI 16/DO 16X24 VDC/0. 5A的DI/DO模±央，该模土央包含16路 DI/DO通道，均为隔离输入输出，额定电压24V。 (3)模拟量输入模块AI选择2块SM 331 :AI 8X 12位模块。每个该类型模块具 有4组共8个通道，每个通道组测量范围可选，精度可选(这里设定12位精度)，输入电压 范围-10 +1(^，额定电压24V。 (4)根据负载功率需要，选用PS307(5A)电源模块为PLC各模块供电，PS307电源 模块输入电压为120/230V的交流电，输出电压为24V直流电，具有防短路和开路保护功能。
5[0029] 设备用电源模块采用朝阳双路28V/2A、28 36V可调/5A电源，产生设备工作所 需要的电源电压，为继电器、隔离放大器、脱落电连接器提供供电电源，其输入为220V交流 电，输出电压为分别为28V、28 36V可调电压。 如图3所示，为通用供配电测试设备中信号调理模块的结构图。信号调理模块用 于实现卫星输入给PLC模块的模拟量的隔离放大，包括集成隔离放大器Dl、电容Cl和可调 电位器RW1。集成隔离放大器D1的信号输入正端101和信号输入负端102分别接外部输入 的模拟信号，集成隔离放大器D1的信号输入正端101和信号输入负端102之间接电容C1， 可调电位器RWl接至集成隔离放大器Dl的放大倍率电阻输入端105和106，用于调节集成 隔离放大器D1的放大倍数，集成隔离放大器D1的供电端接外部电源，经放大后的模拟信号 经集成隔离放大器Dl的模拟信号输出端103和104向外部输出。隔离放大器Dl具有隔离 和信号放大功能，通过调解RWl即可调整该电路的放大倍数。 如图4所示，为本实用新型地面供配电测试系统软件功能框图。本实用新型的PLC 模块硬件组态采用STEP 7开发，并将硬件组态信息下载到PLC的CPU模块。在控制计算机 上，利用WinCC软件进行整体硬件组态和控制软件组态，提供图形化操作和显示的人机交 互界面。组态软件WinCC采用触发机制，组态了完善的功能。在WinCC软件中，利用其图形 编辑器创建并编辑各个功能画面，包括每个型号卫星的主控制画面、数据归档画面、报警记 录画面、卫星型号选择画面，每个画面中都配置功能按钮，实现不同功能画面的选择切换。 在每个画面中，利用"按钮"控件实现各个操作功能(如电池通、姿控断)、利用"输入输出 域"输出模拟量数据信息(如母线电压、负载电流)、利用"圆"和"矩形"对象进行数字量 开关显示(如电池通断状态、姿控通断状态)、使用"变量记录"组件进行各个过程值的归 档、使用"报警记录"组件组态变量报警记录。系统的变量统一由"变量管理"组件创建管 理。软件具备了多星界面选择、控制输出、实时显示、数据归档、报警记录、冗余备份功能；通 过PROFIBUS接口实现与底层PLC的通信；通过OPC进行网络链接，接入电测间综合测试网， 接收外部命令，对外广播数据信息。多星界面选择功能可以在任意界面切换到需要监控的 卫星界面；控制输出将控制信息通过PROFIBUS总线传送到PLC通用供配电测试设备，执行 控制操作；实时显示通过PROFIBUS总线显示PLC通用供配电测试设备采集到的卫星状态信 息；数据归档实现历史数据的归档，查询测试数据信息，实现了测试数据的实时归档及趋势 分析；报警记录将超门限参数和数值加以记录。 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。
权利要求一种支持星座测试的地面供配电测试系统，其特征在于包括控制计算机、通信卡以及N个通用供配电测试设备，N为卫星星座中包含的卫星数量；通信卡置于控制计算机内部，控制计算机通过通信卡接入总线并通过总线分别向N个通用供配电测试设备发送测试控制指令；N个通用供配电测试设备分别通过各自的通信端口接入总线，同时N个通用供配电测试设备还通过脱落电连接器与N颗待测试的星座卫星相连，每个通用供配电测试设备对应一颗星座卫星；各通用供配电测试设备根据控制计算机传来的测试控制指令，对与其相连的星座卫星的供配电系统和电源进行测试并将测试结果发送至控制计算机。
2. 根据权利要求1所述的一种支持星座测试的地面供配电测试系统，其特征在于所 述的通用供配电测试设备包括PLC模块、信号调理模块和外围接口电缆；PLC模块从控制计 算机接收测试控制指令，根据所述测试控制指令输出卫星电源和供配电系统的控制指令并 送至信号调理模块，同时PLC模块还采集信号调理模块送来的卫星电源和供配电系统的状 态信息并送至控制计算机；信号调理模块位于PLC模块和外围接口电缆之间，通过外围接 口电缆，信号调理模块将PLC模块的输出信号进行电平转换后发送至卫星电源和供配电系 统，同时将卫星电源和供配电系统发送来的状态信号进行电平转换后发送至PLC模块，完 成对卫星电源和供配电系统的测试。
3. 根据权利要求2所述的一种支持星座测试的地面供配电测试系统，其特征在于所 述的信号调理模块为模拟量隔离放大电路，包括集成隔离放大器Dl、电容CI和可调电位器 RW1，集成隔离放大器D1的信号输入正端(101)和信号输入负端(102)分别接外部输入的 模拟信号，集成隔离放大器D1的信号输入正端(101)和信号输入负端(102)之间接电容 C1，可调电位器RW1接至集成隔离放大器D1的放大倍率电阻输入端(105U06)用于调节集 成隔离放大器D1的放大倍数，集成隔离放大器D1的供电端接外部电源，经放大后的模拟信 号经集成隔离放大器D1的模拟信号输出端(103、 104)向外部输出。
4. 根据权利要求1或2所述的一种支持星座测试的地面供配电测试系统，其特征在于 所述的通信卡为Siemens公司的CP5611型通信卡。
5. 根据权利要求1或2所述的一种支持星座测试的地面供配电测试系统，其特征在于 所述的总线为PR0FIBUS总线。
6. 根据权利要求1或2所述的一种支持星座测试的地面供配电测试系统，其特征在于 所述的PLC模块为Siemens公司的S7-300系列模块。
专利摘要一种支持星座测试的地面供配电测试系统，包括控制计算机、通信卡以及N个通用供配电测试设备，N为卫星星座中的卫星数量。通信卡置于控制计算机内部，控制计算机通过通信卡接入总线并通过总线分别向N个通用供配电测试设备发送测试控制指令。通用供配电测试设备分别通过各自的通信端口接入总线，同时N个通用供配电测试设备还通过脱落电连接器与N颗待测试的星座卫星相连，每个通用供配电测试设备对应一颗星座卫星。各通用供配电测试设备根据控制计算机传来的测试控制指令，对与其相连卫星的供配电和电源系统进行测试，并将测试结果发送至控制计算机。本实用新型具有设备接口统一，可扩展性、通用化和模块化程度高的特点，方便星座卫星的测试。
文档编号G05B19/418GK201464628SQ200920110360
公开日2010年5月12日 申请日期2009年7月23日 优先权日2009年7月23日
发明者刘晓, 姬云龙, 王建军, 陈逢田, 马楠 申请人:航天东方红卫星有限公司