专利名称：用于大型射电望远镜主动面控制系统的分控箱的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机电控制技术领域的装置，具体是一种用于大型射电望远镜主动 面控制系统的分控箱。
背景技术：
大型射电望远镜的直径一般在50米以上，在这种情况下，由于重力、温度的影响 使结构发生弹性变形，接受效率下降。主动面控制系统就是用一系列步进电机驱动反射面 运动，补偿变形以获得更高的精度的装置。在这种系统中，电源除了完成变压、交直流转换 功能外，还要作为步进电机和上位机的通讯中继，并且须要考虑电磁兼容性、抗浪涌性能 等，能够实时监控电源的工作状态。另外，由于大型射电望远镜是在野外、高空环境下工作， 所以系统用电源还要兼具防水、防尘等特性。电磁兼容性EMC(Electromagnetic Compatibility)是指设备或系统在其电磁环 境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此，EMC 包括两个方面的要求一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能 超过一定的限值；另一方面是指设备对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰 度，即电磁敏感性。国际电工委员会标准IEC对电磁兼容的定义是系统或设备在所处的电 磁环境中能正常工作，同时不对其他系统和设备造成干扰。大型射电望远镜对于电磁兼容 性要求较高，否则会使得主动面调整系统得不偿失。改善电源电磁兼容性的措施有电控箱 金属部分通过最大可能表面积进行连接，信号电缆和动力电缆分开敷设，在同一电路中的 非屏蔽电缆绞接，使用EMI滤波器等。浪涌也叫突波，顾名思义就是超出正常工作电压的瞬间过电压。本质上讲，浪涌是 发生在仅仅几百万分之一秒时间内的一种剧烈脉冲。可能引起浪涌的原因有重型设备、短 路、电源切换或大型发动机。对于大型射电望远镜来说，由于其高度较高，遭雷击的可能性 较大，必须考虑抗雷击的性能。经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101650584A，公开了一种“具有密 封机构的机箱”，该技术的核心是在箱盖和箱体结合部增加一圈密封槽，在密封槽内安装密 封圈。密封圈的材料是由导电橡胶和普通橡胶组成的，其中内层是普通橡胶，外层是导电橡 胶，这样可使箱盖和箱体形成一个完整的屏蔽壳，并且具有一定的防水功能，有效地提高了 系统的电磁兼容性。但是上述技术在实际应用中具有一定的不足由于导电橡胶容易老化， 在使用一段时间后，外层的导电橡胶开裂、失去弹性导致箱体失去密封性，进而导致进水等 故障。另外，由于此发明只使用了一圈密封材料，导电橡胶的刚度较大，使得该密封圈容易 因为加工误差而失效。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种用于大型射电望远镜主动面控制系统 的分控箱，电磁兼容性良好，性能可靠稳定，设计寿命长，可以实时监控工作状态，适于在野外恶劣环境下工作。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括外壳以及依次固定于其内部的 三相外部交流电接口、外部以太网接口、外部直流电输出接口、外部RS-485总线接口、三组 开关电源、串口服务器、单相交流EMI滤波器、直流EMI滤波器和直流电源，其中单相交流 EMI滤波器的输入端与三相外部交流电接口相连接，单相交流EMI滤波器的输出端分别与 三组开关电源的输入端相并联，三组开关电源的输出端并联后分别与直流EMI滤波器的输 入端以及直流电源的输入端相连并输出50V直流电，直流EMI滤波器的输出端分别与外部 直流电输出接口相连，直流电源的输出端与串口服务器相连并且输出MV的直流电，串口 服务器的以太网端口和总线端分别与外部以太网接口及外部RS-485总线接口相连，串口 服务器的信号端设有信号处理与转换模块，该信号处理与转换模块的输入端分别与串口服 务器的信号端相连并接收来自以太网的指令信号。所述的三组开关电源的输出端上分别串接二极管以控制电流方向，防止电流倒 灌；所述的三组开关电源的输出端上分别设有输出端与所述信号处理与转换模块相 连的直流电流传感器以检测开关电源的输出电流信号。所述的三组开关电源的外壳上分别设有输出端与所述信号处理与转换模块相连 的三组热电偶以检测开关电源的外壳温度信号。所述的信号处理与转换模块根据接收的查询指令信号、输出电流信号以及外壳温 度信号，将后二者从电压信号转换为使用ASCII编码的数字信号，并且通过通讯线发送给 所述的串口服务器。所述的单相交流EMI滤波器的输入端上设有分别与所述三组开关电源相连的浪 涌保护器。通过增加抗老化橡胶密封圈，本发明显著提高了防水特性和寿命，达到IP-65的 防护等级，在寿命测试中，分控箱在野外承受了 40°C到50°C的高温、阳光直射和频繁的降 雨达60天之久，仍然正常工作，没有出现进水的故障。在依照GJB151A-97军用设备和分系 统电磁发射和敏感度要求、GJB152A-97军用设备和分系统电磁发射和敏感度测量进行的电 磁兼容性测试中，由于在开关电源输入和输出线路上都加入了 EMI滤波器，并且箱盖和箱 体由导电橡胶相连构成了接触良好的完整的导体，所以，与同样功能的产品相比，该分控箱 的电源线传导发射由 115dB/100kHz、65dB/500kHz 降低至 90dB/100kHz、225dB/500kHz ；电 场辐射发射由 40dB/2GHz、47. 5dB/500MHz 降低至 32. 5dB/2GHz、41. 3dB/500MHz，有了明显 的改观。在依照GB/T 17626. 4-2008电快速瞬变脉冲群抗扰度试验、GB/T 19626. 5-2008浪 涌(冲击)抗扰度试验进行的抗扰度试验中，由于使用了浪涌保护器，并且接地良好，分控 箱在交流输入接口叠加了数量为80，幅值为4kV，持续时间为IOOns的脉冲群之后，仍然正 常工作，其内部元器件没有出现损坏。
图1为本发明箱盖和箱体合拢后的局部放大示意图。图2为本发明供电模块的示意图。图3为本发明的通讯部分示意图。
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。本实施例包括外壳以及依次固定于内部的三相外部交流电输入接口 ACIN(其中 有火线L，零线N，地线PE)、外部以太网接口 ELI、EL2、外部直流电输出接口 Li、L2、L3、L4、 L5、L6、外部 RS-485 总线接口 FL1、FL2、FL3、FL4、FL5、FL6、开关电源 Si、S2、S3、二极管 D1、 D2、D3、串口服务器C0MS1、C0MS2、浪涌保护器SPD、单相交流EMI滤波器ACEMI、直流EMI滤 波器DCEMI、过流保护开关DS、直流电流传感器CSRl、CSR2、CSR3、热电偶TSRl、TSR2、TSR3、 信号处理与转换模块DAQ和直流电源S4。如图1所示，所述的外壳包括箱体5和箱盖2，其中所述的箱体5的上沿与箱盖 2的结合处以及箱盖2下沿与箱体5的结合处均设有密封槽。所述的密封槽的尺寸为6-15mm宽，5-lOmm深，槽内放置导电橡胶4或抗老化橡胶 3。通过内外两层密封圈，可以提高外壳的使用寿命。外层的导电橡胶4起到联通箱体和箱 盖成为一个导体以及一定的防水的作用，内层的抗老化橡胶3主要起到防水防尘的作用， 可以使用较长的时间而不会老化。所述的箱体5上设有与所述橡胶相对的凸起结构以配合改善密封效果，该凸起结 构的厚度为1mm，高度为10mm。所述的内部元器件以图2、图3所示的方式连接。单相交流EMI滤波器ACEMI的 输入端与三相外部交流电输入接口 ACIN相连接，单相交流EMI滤波器ACEMI的输出端分别 与三组开关电源Sl、s2、S3的输入端相并联，三组开关电源Sl、s2、S3的输出端并联后分别 与直流EMI滤波器DCEMI的输入端以及直流电源S4的输入端相连并输出50V直流电，直 流EMI滤波器DCEMI的输出端分别与外部直流电输出接口 L1-L6相连，直流电源S4的输出 端与两台串口服务器C0MS1、C0MS2相连，串口服务器的C0MS1、C0MS2的以太网端口和总线 接口分别与外部以太网接口 ELI、EL2及外部RS-485总线接口 FL1-FL6相连，串口服务器 COMSl的信号端设有信号处理与转换模块DAQ，该信号处理与转换模块DAQ的输入端分别与 串口服务器COMSl的信号端相连并接收来自以太网的指令信号。所述的开关电源S1、S2、S3的输入电压220VAC，输出50V DCX 25A，功率为1200W， 三台开关电源并联运行并形成冗余。三组开关电源Si、S2、S3的输出端上分别串接二极管 D1、D2、D3以控制电流方向，防止在一台开关电源故障而没有输出电压时电流倒灌。所述的三组开关电源Si、S2、S3的输出端上分别设有输出端与所述信号处理与转 换模块DAQ相连的直流电流传感器CSR1、CSR2、CSR3以检测开关电源的输出电流信号。所述的三组开关电源Si、S2、S3的外壳上分别设有输出端与所述信号处理与转换 模块DAQ相连的三组热电偶TSR1、TSR2、TSR3以检测开关电源的外壳温度信号。所述的二极管组D1、D2、D3的输出端并联，额定电流25A，击穿电压1000V。所述的直流电源S4用来向串口服务器C0MS1、C0MS2和信号处理与转换模块DAQ 供电，直流电源S4的输入电压为50V，输出电压为MV。所述的串口服务器COMSl、C0MS2带有以太网接口和RS-485总线接口两种接口，串口服务器COMSl、C0MS2可以将从以太网接口 EL1、EL2接收的信号通过RS-485总线接口 FL1-FL6转发，或者将从RS-485总线接口 FL1-FL6接收到的信号通过以太网接口 ELI、EL2 转发，起到中继站和信号转换的作用。串口服务器C0MS1、C0MS2可以在-10°C到70°C之间 正常工作。其中RS-485总线接口可以是4线双工也可以是2线半双工工作模式，波特率为 9600 或者 115200。所述的浪涌保护器SPD可以使得分控箱具有一定的抗浪涌(冲击)的能力，浪涌 保护器SPD放电参数为40kA，为单相保护器，最大运行电压为276V，电压保护水平为830V， 适用于50Hz 220V的工作环境，响应时间小于Ins。所述的单相交流EMI滤波器ACEMI与直流EMI滤波器DCEMI同时使用可以起到整 流、滤波、改善电磁兼容性的作用，它的额定电流为30A，额定电压220V。 所述的直流EMI滤波器DCEMI的额定电流80A，额定电压50V。所述的过流保护开关DS可以在系统过载的时候断开电路，保护分控箱的其他元 件。额定电压为500V，动作电流32A。所述的信号处理与转换模块DAQ有一路RS-485总线接口，波特率9600，另有8路 模拟信号输入接口，输入电压为OV +5V。所述的信号处理与转换模块DAQ根据接收的查 询指令信号、输出电流信号以及外壳温度信号，将后二者从电压信号转换为使用ASCII编 码的数字信号，并且通过通讯线发送给所述的串口服务器C0MS1。借助于该模块，用户可以 通过以太网向分控箱发送查询命令，得到分控箱的当前工作状态。所述的热电偶TSR1、TSR2、TSR3贴装在开关电源表面，用于测量三台开关电源的 外壳温度，量程为-10°C -70°C，输出电压为0V-+5V。所述的直流电流传感器CSR1、CSR2、CSR3采用非接触式测量直流电流信号，输出 电压信号，量程为0A-30A，输出电压为OV +5V。
权利要求
1.一种用于大型射电望远镜主动面控制系统的分控箱，包括外壳以及依次固定于其 内部的三相外部交流电接口、外部以太网接口、外部直流电输出接口、外部RS-485总线接 口、三组开关电源、串口服务器、单相交流EMI滤波器、直流EMI滤波器和直流电源，其特征 在于单相交流EMI滤波器的输入端与三相外部交流电接口相连接，单相交流EMI滤波器 的输出端分别与三组开关电源的输入端相并联，三组开关电源的输出端并联后分别与直流 EMI滤波器的输入端以及直流电源的输入端相连并输出50V直流电，直流EMI滤波器的输出 端分别与外部直流电输出接口相连，直流电源的输出端与串口服务器相连，串口服务器的 以太网端口和总线端分别与外部以太网接口及外部RS-485总线接口相连，串口服务器的 信号端设有信号处理与转换模块，该信号处理与转换模块的输入端分别与串口服务器的信 号端相连并接收来自以太网的指令信号。
2.根据权利要求1所述的用于大型射电望远镜主动面控制系统的分控箱，其特征是， 所述的三组开关电源的输出端上分别串接二极管以控制电流方向并防止电流倒灌。
3.根据权利要求1所述的用于大型射电望远镜主动面控制系统的分控箱，其特征是， 所述的三组开关电源的输出端上分别设有输出端与所述信号处理与转换模块相连的直流 电流传感器以检测开关电源的输出电流信号。
4.根据权利要求1所述的用于大型射电望远镜主动面控制系统的分控箱，其特征是， 所述的三组开关电源的外壳上分别设有输出端与所述信号处理与转换模块相连的三组热 电偶以检测开关电源的外壳温度信号。
5.根据权利要求1所述的用于大型射电望远镜主动面控制系统的分控箱，其特征是， 所述的信号处理与转换模块根据接收的查询指令信号、输出电流信号以及外壳温度信号， 将后二者从电压信号转换为使用ASCII编码的数字信号，并且通过通讯线发送给所述的串 口服务器。
6.根据权利要求1所述的用于大型射电望远镜主动面控制系统的分控箱，其特征是， 所述的单相交流EMI滤波器的输入端上设有分别与所述三组开关电源相连的浪涌保护器。
7.根据权利要求1所述的用于大型射电望远镜主动面控制系统的分控箱，其特征是， 所述的外壳包括箱体和箱盖，其中箱体的上沿与箱盖的结合处以及箱盖下沿与箱体的 结合处均设有密封槽。
8.根据权利要求7所述的用于大型射电望远镜主动面控制系统的分控箱，其特征是， 所述的密封槽内放置导电橡胶或抗老化橡胶；对应箱体上设有与所述橡胶相对的凸起结 构。
全文摘要
一种机电控制技术领域的用于大型射电望远镜主动面控制系统的分控箱，包括外壳以及依次固定于其内部的三相外部交流电接口、外部以太网接口、外部直流电输出接口、外部RS-485总线接口、三组开关电源、串口服务器、单相交流EMI滤波器、直流EMI滤波器和直流电源，本发明电磁兼容性良好，性能可靠稳定，设计寿命长，可以实时监控工作状态，适于在野外恶劣环境下工作。
文档编号H05K5/06GK102110895SQ201110071758
公开日2011年6月29日 申请日期2011年3月24日 优先权日2011年3月24日
发明者叶骞, 张锦锋, 郭逢宇, 金惠良 申请人:上海交通大学