電連接器強(qiáng)脫機(jī)構(gòu)測(cè)控技術(shù)研究

王惠穎， 楊佳椿， 孟 皓， 田乙玄， 楊繼志

（北京航天試驗(yàn)技術(shù)研究所， 北京 100074）

0 引言

電連接器廣泛應(yīng)用于國(guó)防、航空、航天等軍用和民用領(lǐng)域中，可實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的電能傳輸和信號(hào)控制與傳遞。電連接器的強(qiáng)脫機(jī)構(gòu)是一種將飛行器電氣系統(tǒng)和地面的電氣系統(tǒng)強(qiáng)行分離并收納的執(zhí)行機(jī)構(gòu)， 主要用于飛行器發(fā)射前的電連接器與飛行器箭體的準(zhǔn)確分離，其可靠性、穩(wěn)定性和協(xié)同性對(duì)確保發(fā)射任務(wù)的成功具有十分重要的意義。

目前，電連接器強(qiáng)脫機(jī)構(gòu)多采用氣壓、液壓等的驅(qū)動(dòng)方式，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，體積大，成本高，需要有氣源、油源支持，可靠性一般。本文中的電連接器強(qiáng)脫機(jī)構(gòu)采用電動(dòng)控制，通過(guò)伺服減速電機(jī)帶動(dòng)卷?yè)P(yáng)輪收緊鋼索，鋼索固定板在軌道中限位滑行，使鋼索按既定軌跡運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)鋼索另一端連接的電連接器沿水平方向平穩(wěn)地脫離飛行器箭體插座。該強(qiáng)脫機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，動(dòng)力容易獲得，并且可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力冗余設(shè)計(jì)。裝置采用模塊化設(shè)計(jì)，獨(dú)立性強(qiáng)，可整體通過(guò)安裝底板固定于發(fā)射臺(tái)擺桿上，與其他系統(tǒng)接口少，匹配性好。

1 系統(tǒng)組成及工作原理

電連接器強(qiáng)脫機(jī)構(gòu)安裝于發(fā)射臺(tái)擺桿支架上。 強(qiáng)脫動(dòng)作完成后，機(jī)構(gòu)隨擺桿一起擺離發(fā)射臺(tái)，不干擾飛行器的發(fā)射。 機(jī)構(gòu)采用電動(dòng)控制模式，具體是使用電機(jī)帶動(dòng)卷?yè)P(yáng)輪對(duì)鋼索進(jìn)行卷?yè)P(yáng)，鋼索拉動(dòng)電連接器，使其脫離箭體電連接器插座，并被收納至收納盒。

強(qiáng)脫機(jī)構(gòu)主要由機(jī)械部分和測(cè)控系統(tǒng)組成。 機(jī)械部分主要由減速電機(jī)、電機(jī)支座、卷?yè)P(yáng)輪、安裝底板、鋼索、導(dǎo)向輪、行程開關(guān)、行程開關(guān)觸板、收納盒等，見圖1。

圖1 強(qiáng)脫系統(tǒng)圖

測(cè)控系統(tǒng)主要配合電連接器強(qiáng)脫機(jī)構(gòu)完成操作并及時(shí)反饋脫落狀態(tài)，具備電機(jī)控制和過(guò)程狀態(tài)測(cè)量等功能。主要涉及受控設(shè)備電機(jī)、受控設(shè)備行程開關(guān)、測(cè)控柜、連接電纜等。

該系統(tǒng)采用交流伺服電動(dòng)機(jī)， 電機(jī)配套安裝編碼器和制動(dòng)器，伺服電機(jī)的控制主要由伺服控制器實(shí)現(xiàn)。伺服控制器與伺服電機(jī)之間通過(guò)動(dòng)力電纜、 編碼器電纜和制動(dòng)器電纜連接， 伺服控制器與控制柜之間通過(guò)通信電纜和動(dòng)力電纜連接， 伺服電機(jī)的動(dòng)作由勵(lì)磁電壓和控制電壓聯(lián)合作用實(shí)現(xiàn)，在停機(jī)狀態(tài)下，制動(dòng)器斷電抱閘，勵(lì)磁電壓保持不變，控制電壓輸出為0，在運(yùn)行期間，制動(dòng)器得電松閘，控制電壓信號(hào)輸出，伺服電機(jī)動(dòng)作。

行程開關(guān)采用接觸式防爆行程開關(guān)， 通過(guò)與行程開關(guān)觸板的接觸來(lái)提供鋼索的位置信息， 從而反饋控制強(qiáng)脫動(dòng)作的開始和終止。

測(cè)控系統(tǒng)就近配備一臺(tái)本地測(cè)控柜， 從底部引出電纜與控制中心主控設(shè)備信號(hào)交換， 測(cè)控柜內(nèi)部為控制單元，包括冗余控制器、同步模塊、從站、光電轉(zhuǎn)換模塊等組件， 主要負(fù)責(zé)與控制中心通信協(xié)助完成強(qiáng)脫機(jī)構(gòu)的動(dòng)作控制和狀態(tài)反饋，其功能支持本地和遠(yuǎn)程控制方式。本地控制可以獨(dú)立實(shí)現(xiàn)電機(jī)手動(dòng)正、反轉(zhuǎn)控制功能，同時(shí)根據(jù)位置反饋實(shí)現(xiàn)本地停止功能。 行程開關(guān)功能優(yōu)先等級(jí)最高，在行程開關(guān)出現(xiàn)收緊信號(hào)后，本地和手動(dòng)均不可再次進(jìn)行強(qiáng)脫收緊操作； 遠(yuǎn)程控制通過(guò)中間觸點(diǎn)與集控中心通信， 其具體功能是通過(guò)控制系統(tǒng)和采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)脫功能。

強(qiáng)脫機(jī)構(gòu)工作原理是： 測(cè)控系統(tǒng)先檢查鋼索是否處于初始位置，即初始行程開關(guān)信號(hào)燈是否亮起。當(dāng)確認(rèn)好狀態(tài)后，發(fā)出強(qiáng)脫開始信號(hào)，電機(jī)啟動(dòng)，帶動(dòng)卷?yè)P(yáng)輪卷?yè)P(yáng)鋼索運(yùn)動(dòng)，鋼索帶動(dòng)行程開關(guān)觸板直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)觸板運(yùn)動(dòng)至終止行程開關(guān)處，觸發(fā)此行程開關(guān)，行程開關(guān)得電反饋信號(hào)，控制系統(tǒng)依據(jù)傳感器反饋信號(hào)控制電機(jī)制動(dòng)。 圖2是控制系統(tǒng)的原理圖。

圖2 控制系統(tǒng)原理圖

2 測(cè)控系統(tǒng)設(shè)置

測(cè)控系統(tǒng)主要涉及測(cè)控箱、連接電纜、行程開關(guān)和電機(jī)，系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖見圖3。

圖3 總體結(jié)構(gòu)框圖

強(qiáng)脫系統(tǒng)就近配備一臺(tái)測(cè)控箱， 從測(cè)控箱底部引出電纜進(jìn)入電纜溝與控制中心主控設(shè)備信號(hào)交換， 控制箱內(nèi)放置主控制設(shè)備、ET200M 從站，ET200M 從站配備數(shù)字量輸出通道， 通過(guò)繼電器控制兩臺(tái)電機(jī)的使能和故障復(fù)位， 通過(guò)485 與電機(jī)伺服控制器進(jìn)行通信實(shí)現(xiàn)方向和速度控制，具體的工藝原理圖見圖4。

圖4 程控系統(tǒng)工藝原理圖

為提高控制系統(tǒng)可靠性， 系統(tǒng)中控制部分采用SIEMENS 公司冗余控制器作為系統(tǒng)硬件平臺(tái)。 冗余控制器由同步模塊實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)同步，每個(gè)CPU 有兩個(gè)工業(yè)以太網(wǎng)口，ET200M 系統(tǒng)與控制器通過(guò)PROFIBUS 連接通信，完成強(qiáng)脫系統(tǒng)的程序控制。這樣可保證系統(tǒng)的可靠性，采集系統(tǒng)通過(guò)隔離模塊實(shí)現(xiàn)限位開關(guān)精確定位， 保證系統(tǒng)控制精度。

系統(tǒng)控制邏輯如下： 強(qiáng)脫到位兩個(gè)行程開關(guān)任意一個(gè)有信號(hào)，則發(fā)出強(qiáng)脫到位信號(hào)。 強(qiáng)脫初始位置兩個(gè)行程開關(guān)任意一個(gè)有信號(hào)，則發(fā)出強(qiáng)脫初始位置信號(hào)。

圖5 OB1 中用戶程序流程圖

圖6 FC1 中用戶程序流程圖

用戶程序流程圖見圖5～圖7。 強(qiáng)脫電路原理圖見圖8。 其中，K1、K2 為 強(qiáng) 脫 到位 行 程 開 關(guān)，K3、K4為初始位置行程開關(guān)，通過(guò)擺桿上電纜進(jìn)入到現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)接控制盒，之后進(jìn)入控制系統(tǒng)，作為控制信號(hào)。兩電機(jī)通過(guò)擺桿上電纜進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)控制盒，接控制器，現(xiàn)場(chǎng)有S1、S2 兩個(gè)手動(dòng)按鈕，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)控制。 其他端子接電源線和遠(yuǎn)程強(qiáng)脫、復(fù)位信號(hào)。

圖7 FC2 用戶程序流程圖

圖8 電路原理圖

3 測(cè)控系統(tǒng)調(diào)試

測(cè)控系統(tǒng)完成進(jìn)行了數(shù)據(jù)測(cè)試，并進(jìn)行程序編寫，調(diào)試，完成后可配合機(jī)械部分進(jìn)行動(dòng)作測(cè)試試驗(yàn)。測(cè)試數(shù)據(jù)記錄表見表1 和表2。

表1 PLC 控制系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)記錄表

表2 硬件測(cè)試數(shù)據(jù)記錄表

4 結(jié)論

本文介紹的電連接器的強(qiáng)脫機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，滿足各項(xiàng)技術(shù)要求， 測(cè)控系統(tǒng)控制邏輯清楚，數(shù)據(jù)測(cè)試充分，調(diào)試后狀態(tài)良好， 并在實(shí)際應(yīng)用中可靠性高，強(qiáng)脫動(dòng)作準(zhǔn)確到位，在此類工況中性能優(yōu)良，應(yīng)用較為成功。