专利名称：一种卫星供配电测试系统的故障在线修复方法
技术领域：
本发明涉及一种卫星地面供配电测试系统的故障在线修复方法，尤其是小卫星供
配电测试系统的构建及其故障在线修复方法。
背景技术：
供配电测试设备是对卫星进行供配电控制以及有线参数采集的关键设备。如果设 备出现故障，在卫星日常测试时可以实施卫星断电，待设备问题定位并修复后继续测试，但 这种做法会影响到卫星的测试进度，尤其是在热试验、老练试验等卫星要求连续加电的测 试过程中，一旦测试设备出现故障且无法快速修复时，将会威胁星上产品安全，只能中断试 验，待故障修复后重新测试，费时费力。 供配电测试设备的故障在线修复，即在卫星不断电的情况下，完成设备维修后，将 设备重新与卫星进行连接，继续测试。供配电测试设备故障在线修复涉及以下方面测试系 统构建(主要包括星地接口设计与设备方案设计)故障快速处理方法、故障在线修复风险 分析与解决等。 目前的供配电测试设备功能相对统一，如专利申请号为CN200720173870. 4的实
用新型公开的一种基于PLC以及Prof ibus现场总线的卫星地面供配电测试系统，主要由数 字量输出控制、数字量采集、模拟量采集功能模块构成，虽然能够满足卫星的测试需求，但 是不具有故障在线修复的能力。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供了一种可在线对卫星供配 电测试系统的故障进行修复的方法。 本发明的技术解决方案是一种卫星供配电测试系统的故障在线修复方法，包括 测试系统构建方法和故障修复方法
测试系统的构建方法如下 (1)构建地面供配电测试设备，供配电测试设备包括可编程控制器和外围调理电 路，外围调理电路包括电磁继电器、固态继电器、隔离放大器，可编程控制器包括模拟量输 入模块AI、数字量输入模块DI、数字量输出模块D0和测试控制模块，星上模拟量输出信号 经隔离放大器进入模拟量输入模块AI，星上数字量输出信号经固态继电器进入数字量输入 模块DI，数字量输出模块DO发出数字量控制信号经电磁继电器反馈至卫星，测试控制模块 控制整个可编程控制器的工作； (2)构建通用测量显示单元，包括隔离放大电路、数码管、琴键开关和模拟量测量 孔；隔离放大电路包括DC/DC转换器件、前端模拟量分压模块以及隔离放大模块，将模拟量 信号转换为电压信号并进行放大；数码管测量、显示经隔离放大后的电压量；琴键开关切 换模拟量显示通路，模拟量测量孔展开被测电压信号； (3)地面供配电测试设备中电磁继电器、隔离放大器、数字量输出模块DO、数字量输入模块DI、模拟量输入模块AI进行插拔式或导轨式封装； (4)数字量输出模块DO、数字量输入模块DI与卫星之间的控制、采集线路采用双 路冗余配置； (5)星上模拟量输出信号在送至隔离放大器的同时还直接分路弓I出至模拟量弓I出 插座； (6)反馈至卫星的由数字量输出模块DO发出的数字量控制信号通过磁保持继电 器与执行元件连接，所述的磁保持继电器安装于可更换的机械模块上并在机械模块上设计 与磁保持继电器相连接的输入输出接口； (7)太阳电池阵模拟器直接通过独立接口与脱落插头电缆及卫星连接并为卫星供 电； (8)在稳压电源供电正线与卫星母线之间串接防倒灌二极管，同时星上模拟测量 信号输出与星上脱落电连接器插座对应接点之间串接保护电阻；
测试系统的故障在线修复方法如下 (1)在卫星加电前，将通用测量显示单元与模拟量弓I出插座相连接，在模拟量输入 出现故障时，打开通用测量显示单元电源，通过通用测量显示单元对模拟量引出插座上各 模拟量的输出信号进行采样并显示，排除模拟量输入故障； (2)当卫星与可编程控制器之间的模拟量输入出现异常时，首先实施供配电测试 设备断电，保持太阳电池阵模拟器与脱落插头电缆的连接状态，断开供配电测试设备与脱 落插头电缆连接的插头，更换隔离放大器或模拟量输入模块AI ; (3)当卫星与可编程控制器之间的数字量输出出现异常时，切换数字量输出模块 DO与卫星之间的控制线路，使备份控制线路工作或者更换电磁继电器、磁保持继电器、数字 量输出模块DO、数字量输入模块DI ; (4)当卫星与可编程控制器之间的数字量输入出现异常时，切换数字量输入模 块DI与卫星之间的采集线路，使备份采集线路工作或者更换固态继电器、数字量输入模块 DI。 本发明与现有技术相比的优点在于 (1)本发明所构建的卫星地面供配电测试系统，具有故障在线修复功能，能够在卫
星不断电的情况下快速修复设备故障，保证卫星测试与试验的顺利进行； (2)本发明地面测试系统内部器件均选用插拔式或导轨式封装，并采用模块化结
构设计方法，使得受封装所限、不易于拆卸的电磁继电器能够被快速置换，增强了设备的可
维修性，在设备出现故障时能够快速更换故障器件或模块，实现在线修复； (3)本发明数字量输出、输入功能模块采用冗余设计，当某一路数字输出量出现故
障时，对设备硬件不进行任何操作，也无需设备断电，通过对冗余量的控制即可实现故障修
复； (4)本发明星上模拟量弓I出至供配电测试设备隔离放大器之前直接分路弓I出至设 备插座，并构建通用的测量显示单元，作为模拟量测量模块的备份，当模拟量测量功能模块 出现故障时，将通用测量显示单元打开，不需对原设备进行任何操作即可实现故障修复；
(5)本发明采用太阳电池阵模拟器输出通过独立的接口直接与卫星脱落插头电缆 连接的模式，因此在供配电测试设备从星地回路断开进行问题排查时，太阳电池阵模拟器仍可对卫星供电，在热试验、老练试验等卫星需要长期加电的过程中能够可靠保证设备故 障修复时间； (6)本发明在太阳电池阵在供配电测试设备输出的稳压源供电正线至卫星母线 之间串接防倒灌二极管，且同时在星上模拟测量量(卫星母线电压、电池电压、负载电流)
与星上脱落电连接器插座对应接点之间串接保护电阻，能够防止电缆插拔操作影响星上产 ci
图1为本发明方法的流程框图； 图2为采用本发明方法进行测试时的系统组成原理图。
具体实施例方式
如图1所示为本发明供配电测试设备故障在线修复方法主要内容及流程图，图2 所示为采用本发明方法进行测试时的供配电测试系统构成图。 本发明方法包括测试系统构建方法和故障修复方法，其中，测试系统的构建方法 如下 (1)构建地面供配电测试设备，供配电测试设备包括可编程控制器和外围调理电 路，外围调理电路包括电磁继电器、固态继电器、隔离放大器，可编程控制器包括模拟量输 入模块AI、数字量输入模块DI、数字量输出模块DO和测试控制模块，星上模拟量输出信号 经隔离放大器进入模拟量输入模块AI，星上数字量输出信号经固态继电器进入数字量输入 模块DI，数字量输出模块DO发出数字量控制信号经电磁继电器反馈至卫星，测试控制模块 控制整个可编程控制器的工作；具体可参见专利申请号为CN200720173870. 4的实用新型 公开的一种基于PLC以及Profibus现场总线的卫星地面供配电测试系统；
(2)构建通用测量显示单元，主要由隔离放大电路、数码管、琴键开关、模拟量测量 孔构成，其中，隔离放大电路主要包括DC/DC转换器件，前端模拟量分压模块以及隔离放大 模块，其中，测量显示单元具有量程选择功能，通过选择不同的分压电阻来实现模拟量信号 转换为电压信号，数码管用于测量、显示经隔离放大后的电压量，琴键开关用于切换模拟量 显示通路，测量孔用于展开被测电压信号，由此构建的测量显示单元可适用于所有卫星；
(3)电磁继电器、隔离放大器、数字量输出模块DO、数字量输入模块DI、模拟量输 入模块AI进行插拔式或导轨式封装电磁继电器采用欧姆龙公司的G2R-2-SND24DC型继 电器，数字化采集与控制模块选用西门子导轨式安装的DI、DO模块，隔离放大器为供配电 测试设备易于损坏的薄弱环节，目前卫星供配电测试设备均采用DIP封装的ISO系列隔离 放大器，只能实现板级更换，本发明所设计的供配电测试设备采用导轨式封装的Combine 664AY-4L或Combine 664AF/4型隔离放大器，可实现快速更换； (4)数字量输出模块DO、数字量输入模块DI与卫星之间的控制、采集线路采用双 路冗余配置，将两路数字量输出、输入通路(包括继电器、数字化输出、输入模块通路、软件 控制量)并联控制同一执行器动作； (5)星上模拟量输出信号在送至隔离放大器的同时还直接分路引出至模拟量引出 插座；
(6)反馈至卫星的由数字量输出模块DO发出的数字量控制信号通过磁保持继电 器与执行元件连接，磁保持继电器安装于可更换的机械模块上并在机械模块上设计与磁保 持继电器相连接的输入输出接口。控制稳压源供电通断的磁保持继电器(采用触点承载能 力较大的2JB30型继电器)，由于其封装限制，且通过其触点的电流较大，焊接的功率线较 多，不易拆卸，本设计采用将其安装于可拆卸的部件上，再将该部件安装于机箱内，并设计 了该部件与外围电路的接口 (包括输入、输出信号)，接口电连接器采用Y2-50型，接点所传 输的信号主要包括稳压电源供电正线、采样正线输入接口及经控制供电通断的磁保持继电 器触点后的输出接口； (7)太阳电池阵模拟器直接通过独立接口与脱落插头电缆及卫星连接并为卫星供 电。仅靠星上蓄电池供电可能不足以保证故障在线修复时间，鉴于此，本发明打破了传统的 能量流传输路径——太阳方阵模拟器先经供配电测试设备，再传输至卫星，而是采用太阳 电池阵模拟器输出通过独立的接口直接上星的模式，因此在供配电测试设备从星地回路断 开进行问题排查时，太阳电池阵模拟器仍可对卫星供电，在热试验、老练试验等卫星需要长 期加电的过程中可靠保证设备故障修复时间； (8)在稳压电源供电正线与卫星母线之间串接防倒灌二极管，同时星上模拟测量 量(卫星母线电压、电池电压)与星上脱落电连接器插座对应接点之间串接保护电阻；到此 为止，能够进行故障在线修复的供配电测试设备构建完成。
测试系统的故障在线修复方法如下 (1)在卫星加电前，将通用测量显示单元与模拟量弓I出插座相连接，在模拟量输入
出现故障时，打开通用测量显示单元电源，通过通用测量显示单元对模拟量引出插座上各
模拟量的输出信号进行采样并显示，以确定故障点，快速排除模拟量输入故障； (2)当卫星与可编程控制器之间的模拟量输入出现异常时，首先实施供配电测试
设备断电，保持太阳电池阵模拟器与脱落插头电缆的连接状态，断开供配电测试设备与脱
落插头电缆连接的插头，更换备份隔离放大器或模拟量输入模块DI ; (3)当卫星与可编程控制器之间的数字量输出出现异常时，切换数字量输出模块 DO与卫星之间的控制线路，使备份控制线路工作或者更换电磁继电器、磁保持继电器、数字 量输出模块DO、数字量输入模块DI ; (4)当卫星与可编程控制器之间的数字量输入出现异常时，切换数字量输入模 块DI与卫星之间的采集线路，使备份采集线路工作或者更换固态继电器、数字量输入模块
DI ; (5)在进行故障维修过程中，如果必须更换设备内部模块，则首先需要断开供配电 测试设备与卫星的连接电缆，其中某些信号线是卫星模拟量测量线，这些测量线上带有一 定的电压信号，因此故障在线修复的前提是要采取措施保证电缆插拔不影响星上产品的安 全。首先，通过在供配电测试设备输出的稳压源供电正线至卫星母线之间串接防倒灌二极 管，保证供电正线无电压信号；对于模拟量测量引出线(电池电压、母线电压、负载电流)， 在星上串接1KQ保护电阻，防止电缆插拔过程中出现异常情况损坏星上产品，即使发生最 坏的情况——正负线短路，也只是造成对母线最大28. 5mA或42mA(国内小卫星母线电压为 28. 5V或42V)的分流)。 本发明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
一种卫星供配电测试系统的故障在线修复方法，其特征在于包括测试系统构建方法和故障修复方法测试系统的构建方法如下(1)构建地面供配电测试设备，供配电测试设备包括可编程控制器和外围调理电路，外围调理电路包括电磁继电器、固态继电器、隔离放大器，可编程控制器包括模拟量输入模块AI、数字量输入模块DI、数字量输出模块DO和测试控制模块，星上模拟量输出信号经隔离放大器进入模拟量输入模块AI，星上数字量输出信号经固态继电器进入数字量输入模块DI，数字量输出模块DO发出数字量控制信号经电磁继电器反馈至卫星，测试控制模块控制整个可编程控制器的工作；(2)构建通用测量显示单元，包括隔离放大电路、数码管、琴键开关和模拟量测量孔；隔离放大电路包括DC/DC转换器件、前端模拟量分压模块以及隔离放大模块，将模拟量信号转换为电压信号并进行放大；数码管测量、显示经隔离放大后的电压量；琴键开关切换模拟量显示通路，模拟量测量孔展开被测电压信号；(3)地面供配电测试设备中电磁继电器、隔离放大器、数字量输出模块DO、数字量输入模块DI、模拟量输入模块AI进行插拔式或导轨式封装；(4)数字量输出模块DO、数字量输入模块DI与卫星之间的控制、采集线路采用双路冗余配置；(5)星上模拟量输出信号在送至隔离放大器的同时还直接分路引出至模拟量引出插座；(6)反馈至卫星的由数字量输出模块DO发出的数字量控制信号通过磁保持继电器与执行元件连接，所述的磁保持继电器安装于可更换的机械模块上并在机械模块上设计与磁保持继电器相连接的输入输出接口；(7)太阳电池阵模拟器直接通过独立接口与脱落插头电缆及卫星连接并为卫星供电；(8)在稳压电源供电正线与卫星母线之间串接防倒灌二极管，同时星上模拟测量信号输出与星上脱落电连接器插座对应接点之间串接保护电阻；测试系统的故障在线修复方法如下(1)在卫星加电前，将通用测量显示单元与模拟量引出插座相连接，在模拟量输入出现故障时，打开通用测量显示单元电源，通过通用测量显示单元对模拟量引出插座上各模拟量的输出信号进行采样并显示，排除模拟量输入故障；(2)当卫星与可编程控制器之间的模拟量输入出现异常时，首先实施供配电测试设备断电，保持太阳电池阵模拟器与脱落插头电缆的连接状态，断开供配电测试设备与脱落插头电缆连接的插头，更换隔离放大器或模拟量输入模块AI；(3)当卫星与可编程控制器之间的数字量输出出现异常时，切换数字量输出模块DO与卫星之间的控制线路，使备份控制线路工作或者更换电磁继电器、磁保持继电器、数字量输出模块DO、数字量输入模块DI；(4)当卫星与可编程控制器之间的数字量输入出现异常时，切换数字量输入模块DI与卫星之间的采集线路，使备份采集线路工作或者更换固态继电器、数字量输入模块DI。
全文摘要
一种卫星供配电测试系统的故障在线修复方法，能够在热试验、老练试验等卫星要求连续加电测试过程中，快速在线修复供配电测试设备故障。供配电测试设备内部器件均选用插拔式或导轨式封装，同时采用模块化结构设计方法，使得磁保持继电器故障时能够被快速置换。数字量输出、输入采用双冗余配置，模拟量输出信号通过测量显示单元显示。太阳电池阵模拟器输出通过独立的接口直接上星。在稳压源供电正线至卫星母线之间串接防倒灌二极管，且模拟量测量引出线串接保护电阻，防止卫星加电时电缆插拔操作影响星上产品。在星地协同设计的基础上，一旦设备出现故障，可通过快速更换故障模块，启动冗余资源实现设备在线修复。
文档编号G01R35/00GK101713802SQ200910237620
公开日2010年5月26日 申请日期2009年11月13日 优先权日2009年11月13日
发明者吴亚光, 吴婧, 李立, 阎梅芝, 马楠 申请人:航天东方红卫星有限公司