一種高可靠擺杆控制系統及控制方法
2023-05-25 20:22:56
專利名稱：一種高可靠擺杆控制系統及控制方法
技術領域：
本發明屬於火箭發射平臺控制技術領域，具體涉及一種高可靠火箭發射平臺擺杆控制系統及控制方法。
背景技術：
運載火箭活動發射平臺電控系統，是發射平臺重要的配套設備，擺杆電氣系統是發射平臺電控系統的重要組成部分，用來實現發射平臺各擺杆的擺開擺回控制功能。根據總體要求，為簡化工作流程，縮短發射準備時間，發射平臺上設置有臍帶塔，用於保證發射平臺轉運過程中連接加注供氣管路及有效載荷電源、空調等。發射前各管路脫落，由臍帶塔上的擺杆帶動所有管路擺到安全區域。由於擺杆在發射前三十秒擺開，並且擺杆控制進A -2min發射流程，因此電氣、液壓、機械系統必須保證其順利擺開，否則將導致災難性後果，依次對擺杆控制的可靠性有很高的要求。
發明內容
本發明的目的在於提供一種高可靠擺杆控制系統及控制方法，以實現對擺杆的高可靠控制，保證發射動作的順利完成。為達到上述目的，本發明所採取的技術方案為:一種高可靠擺杆控制系統包括手動控制器、自動控制器、應急控制器、PLC控制器、信號適配器、限位開關、壓力放大器、流量放大器、比例壓力閥、比例流量閥、電磁閥、壓力傳感器、傳動機構和擺杆；所述手動控制器和自動控制器的輸出端與PLC控制器的輸入端連接，PLC控制器的輸出端和應急控制器的輸出端分別與信號適配器的輸入端連接，信號適配器的輸出端分別與壓力放大器和流量放大器的輸入端連接，壓力放大器和流量放大器的輸出端分別與比例壓力閥和比例流量閥的輸入端連接，比例壓力閥和比例流量閥的輸出端分別與傳動機構的輸入端連接；PLC控制器的輸出端還通過電磁閥與傳動機構的輸入端連接，傳動機構的輸出端分別與擺杆和壓力傳感器連接，擺杆與限位開關連接，限位開關與PLC控制器連接，壓力傳感器與PLC控制器連接。所述的PLC控制器採用冗餘配置，即包括PLC控制器I和PLC控制器2 ;所述的限位開關包括0°限位開關和90°限位開關，且其均採用冗餘配置，即分別配置有兩個0°限位開關和兩個90°限位開關。所述的擺杆在系統啟動前，處於0°位置，所述的0°限位開關閉合；所述的90°限位開關在擺杆擺動到90°時閉合，並將該到位信號反饋給PLC控制器；所述的自動控制器或手動控制器在系統啟動後，發出初始壓力信號P1和流量信號V1，用於控制擺杆的擺動速度；所述的PLC控制器I接收到自動控制器或手動控制器發出的壓力信號PJP流量信號V1,並按正常擺動邏輯進行控制；所述的PLC控制器2實時監測PLC控制器1:若在時間段未檢測到擺杆的擺開動作，則認為PLC控制器I失效，此時自動啟用PLC控制器2，實現擺杆的快速強擺；在控制擺杆擺動過程中，所述的PLC控制器同時輸出24V電壓信號給電磁閥，用於控制擺杆的擺動方向；所述的PLC控制器將壓力傳感器採集的信號與標準信號進行比較，形成閉環控制迴路；當所述的PLC控制器接收到90°限位開關的到位信號時，系統停止動作；所述的應急控制器在PLC控制器I和PLC控制器2均失效時，人工啟動對擺杆進行控制，實現擺杆的快速強擺。所述的信號適配器將PLC控制器輸出的壓力信號P2和流量信號V2進行轉換；所述的壓力放大器和流量放大器分別接收到信號適配器輸出的壓力信號和流量信號，進行放大處理後輸出壓力信號P3和流量信號V3 ；所述的比例壓力閥和比例流量閥依據接收到的壓力信號P3和流量信號V3控制傳動機構動作；所述的電磁閥接收到PLC控制器發出的電壓信號後控制傳動機構動作，進而控制擺杆的擺動方向；所述的傳動機構依據接收到的壓力信號P3和流量信號V3,控制擺杆的擺動速度；依據接收到的電磁閥信號，控制擺杆的擺動方向；所述壓力傳感器在擺杆擺動過程中，不斷採集傳動機構輸出的壓力信號，並將其反饋給PLC控制器；所述的PLC控制器1、PLC控制器2和應急控制器構成三通道控制，且三通道設計有互鎖電路。所述的手動控制器、自動控制器和應急控制器構成的三種控制迴路設計有互鎖電路。一種高可靠擺杆控制方法包括如下步驟:步驟一:系統啟動前，擺杆處於0°位置，0°限位開關閉合；步驟二:系統啟動後，通過自動控制器或手動控制器發出初始壓力信號P1和流量信號V1，用於控制擺杆的擺動速度；步驟三:PLC控制器接收到壓力信號P1和流量信號V1,按照正常擺動邏輯進行控制，輸出壓力信號P2和流量信號V2 ;PLC控制器同時輸出24V電壓信號給電磁閥；步驟四:信號適配器將接收到的壓力信號P2和流量信號％轉換後輸入給壓力放大器和流量放大器；步驟五:壓力放大器和流量放大器將接收到的信號經放大處理後輸出壓力信號P3和流量信號V3 ；步驟六:比例壓力閥和比例流量閥依據接收到的壓力信號P3和流量信號V3控制傳動機構的運動速度，進而控制擺杆的擺動速度；同時，電磁閥依據接收到的24V電壓信號控制傳動機構的運動方向，進而控制擺杆的擺動方向；步驟七:在擺杆擺動過程中，壓力傳感器不斷採集傳動機構輸出的壓力信號，並將其反饋給PLC控制器，PLC控制器將該信號與標準信號進行比較，形成閉環控制迴路；步驟八:重複上述步驟三到步驟七，直至當擺杆擺動到90°時，90°限位開關閉合，並將該到位信號反饋給PLC控制器，系統停止動作。步驟三中所述的PLC控制器包括PLC控制器I和PLC控制器2，其中PLC控制器I接收到壓力信號P1和流量信號V1，按照正常擺動邏輯進行控制，此時，PLC控制器2實時監測PLC控制器1:若在Vt1時間段未檢測到擺杆的擺開動作，則認為PLC控制器I失效，此時自動啟用PLC控制器2，實現擺杆的快速強擺。當所述PLC控制器I和PLC控制器2均失效時，人工啟動應急控制器對擺杆進行控制，實現擺杆的快速強擺。本發明所取得的有益效果為:(I)本發明所述高可靠擺杆控制系統及控制方法實現了對擺杆的多模式冗餘控制，即自動控制方式、手動控制方式以及在上述兩種控制方式故障情況下的應急控制方式，且三種控制迴路設計有互鎖電路，具有互鎖功能，以避免誤操作，因此具有較高的可靠性；(2)系統通過設備冗餘配置，即PLC控制器包括PLC控制器I和PLC控制器2，其中一路作為正常通道，另一路作為備份通道，以保障各路信號正確發送；另外0°限位開關和90°均採用雙冗餘配置，以實現對擺杆的高可靠控制；(3)自動控制方式具有正常通道和備份通道兩種通道，其與應急控制方式構成三通道控制，實現了控制信號的多路傳輸，且各通道之間按照優先順序進行相互檢測，同時三通道設計有互鎖電路，具有互鎖功能，以保證信號傳輸的準確性和高效性；通過上述方案，可以實現對擺杆的高可靠控制，以確保發射動作的順利完成。
圖1為本發明所述高可靠擺杆控制系統結構圖；圖2為擺杆正常擺開時的動作曲線圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。如圖1所示，本發明所述高可靠擺杆控制系統包括手動控制器、自動控制器、應急控制器、PLC控制器、信號適配器、限位開關、壓力放大器、流量放大器、比例壓力閥、比例流量閥、電磁閥、壓力傳感器、傳動機構和擺杆；所述手動控制器和自動控制器的輸出端與PLC控制器的輸入端連接，PLC控制器的輸出端和應急控制器的輸出端分別與信號適配器的輸入端連接，信號適配器的輸出端分別與壓力放大器和流量放大器的輸入端連接，壓力放大器和流量放大器的輸出端分別與比例壓力閥和比例流量閥的輸入端連接，比例壓力閥和比例流量閥的輸出端分別與傳動機構的輸入端連接；PLC控制器的輸出端還通過電磁閥與傳動機構的輸入端連接，傳動機構的輸出端分別與擺杆和壓力傳感器連接，擺杆與限位開關連接，限位開關與PLC控制器連接，壓力傳感器與PLC控制器連接。其中PLC控制器採用冗餘配置，即包括PLC控制器I和PLC控制器2，其中一路作為正常通道，另一路作為備份通道，一旦正常通道發生問題，即擺杆未擺開，則系統自動切換到備份通道；另外限位開關包括0°限位開關和90°限位開關，且其均採用冗餘配置，即分別配置有兩個0°限位開關和兩個90°限位開關，只要其中之一發出反饋信號，即認為擺杆已擺到該位置。由手動控制器、自動控制器和應急控制器構成的三種控制迴路設計有互鎖電路，具有互鎖功能；另外PLC控制器1、PLC控制器2和應急控制器構成三通道控制，且各通道之間按照優先順序進行相互檢測，同時三通道設計有互鎖電路，具有互鎖功能。系統啟動前，擺杆處於0°位置，0°限位開關閉合；系統啟動後，通過自動控制器或手動控制器發出初始壓力信號P1和流量信號V1，用於控制擺杆的擺動速度，PLC控制器的PLC控制器I接收到該壓力信號P1和流量信號V1，並按照如圖2所示的正常擺動邏輯進行控制，此時，PLC控制器2實時監測PLC控制器1:若在^t1時間段未檢測到擺杆的擺開動作，則認為PLC控制器I失效，此時自動啟用PLC控制器2，實現擺杆的快速強擺；PLC控制器輸出的壓力信號P2和流 量信號V2,分別經信號適配器轉換後輸入給壓力放大器和流量放大器，壓力放大器和流量放大器輸出的壓力信號P3和流量信號V3分別通過比例壓力閥和比例流量閥控制傳動機構動作，傳動機構帶動擺杆擺動，當擺杆擺動到90°時，90°限位開關閉合，並將該到位信號反饋給PLC控制器，系統停止動作；在控制擺杆擺動過程中，PLC控制器同時輸出24V電壓信號給電磁閥，通過電磁閥控制傳動機構，進而控制擺杆的擺動方向；在控制擺杆擺動過程中，壓力傳感器不斷採集傳動機構輸出的壓力信號，並將其反饋給PLC控制器，PLC控制器將該信號與標準信號進行比較，形成閉環控制迴路；當PLC控制器I和PLC控制器2均失效時，人工啟動應急控制器對擺杆進行控制，實現擺杆的快速強擺。
權利要求
1.一種高可靠擺杆控制系統，其特徵在於:該系統包括手動控制器、自動控制器、應急控制器、PLC控制器、信號適配器、限位開關、壓力放大器、流量放大器、比例壓力閥、比例流量閥、電磁閥、壓力傳感器、傳動機構和擺杆；所述手動控制器和自動控制器的輸出端與PLC控制器的輸入端連接，PLC控制器的輸出端和應急控制器的輸出端分別與信號適配器的輸入端連接，信號適配器的輸出端分別與壓力放大器和流量放大器的輸入端連接，壓力放大器和流量放大器的輸出端分別與比例壓力閥和比例流量閥的輸入端連接，比例壓力閥和比例流量閥的輸出端分別與傳動機構的輸入端連接；PLC控制器的輸出端還通過電磁閥與傳動機構的輸入端連接，傳動機構的輸出端分別與擺杆和壓力傳感器連接，擺杆與限位開關連接，限位開關與PLC控制器連接，壓力傳感器與PLC控制器連接。
2.根據權利要求1所述的高可靠擺杆控制系統，其特徵在於:所述的PLC控制器採用冗餘配置，即包括PLC控制器1和PLC控制器2 ;所述的限位開關包括0°限位開關和90°限位開關，且其均採用冗餘配置，即分別配置有兩個0°限位開關和兩個90°限位開關。
3.根據權利要求2所述的高可靠擺杆控制系統，其特徵在於: 所述的擺杆在系統啟動前，處於0°位置，所述的0°限位開關閉合；所述的90°限位開關在擺杆擺動到90°時閉合，並將該到位信號反饋給PLC控制器； 所述的自動控制器或手動控制器在系統啟動後，發出初始壓力信號P1和流量信號V1,用於控制擺杆的擺動速度； 所述的PLC控制器I接收到自動控制器或手動控制器發出的壓力信號P1和流量信號V1,並按正常擺動邏輯進行控制；所述的PLC控制器2實時監測PLC控制器1:若在t0-t1時間段未檢測到擺杆的擺開動作，則認為PLC控制器I失效，此時自動啟用PLC控制器2，實現擺杆的快速強擺；在控制擺杆擺動過程中，所述的PLC控制器同時輸出24V電壓信號給電磁閥，用於控制擺杆的擺動方向；所述的PLC控制器將壓力傳感器採集的信號與標準信號進行比較，形成閉環控制迴路；當所述的PLC控制器接收到90°限位開關的到位信號時，系統停止動作； 所述的應急控制器在PLC控制器I和PLC控制器2均失效時，人工啟動對擺杆進行控制，實現擺杆的快速強擺。
4.根據權利要求2所述的高可靠擺杆控制系統，其特徵在於: 所述的信號適配器將PLC控制器輸出的壓力信號P2和流量信號V2進行轉換； 所述的壓力放大器和流量放大器分別接收到信號適配器輸出的壓力信號和流量信號，進行放大處理後輸出壓力信號P3和流量信號V3 ； 所述的比例壓力閥和比例流量閥依據接收到的壓力信號P3和流量信號V3控制傳動機構動作； 所述的電磁閥接收到PLC控制器發出的電壓信號後控制傳動機構動作，進而控制擺杆的擺動方向； 所述的傳動機構依據接收到的壓力信號P3和流量信號V3,控制擺杆的擺動速度；依據接收到的電磁閥信號，控制擺杆的擺動方向； 所述壓力傳感器在擺杆擺動過程中，不斷採集傳動機構輸出的壓力信號，並將其反饋給PLC控制器。
5.根據權利要求2所述的高可靠擺杆控制系統，其特徵在於:所述的PLC控制器1、PLC控制器2和應急控制器構成三通道控制，且三通道設計有互鎖電路。
6.根據權利要求1所述的高可靠擺杆控制系統，其特徵在於:所述的手動控制器、自動控制器和應急控制器構成的三種控制迴路設計有互鎖電路。
7.一種高可靠擺杆控制方法，其特徵在於:該方法包括如下步驟: 步驟一:系統啟動前，擺杆處於0°位置，0°限位開關閉合； 步驟二:系統啟動後，通過自動控制器或手動控制器發出初始壓力信號P1和流量信號V1，用於控制擺杆的擺動速度； 步驟三:PLC控制器接收到壓力信號P1和流量信號V1，按照正常擺動邏輯進行控制，輸出壓力信號P2和流量信號V2 ；PLC控制器同時輸出24V電壓信號給電磁閥； 步驟四:信號適配器將接收到的壓力信號P2和流量信號V2轉換後輸入給壓力放大器和流量放大器； 步驟五:壓力放大器和流量放大器將接收到的信號經放大處理後輸出壓力信號P3和流量信號V3 ； 步驟六:比例壓力閥和比例流量閥依據接收到的壓力信號P3和流量信號V3控制傳動機構的運動速度，進而控制擺杆的擺動速度；同時，電磁閥依據接收到的24V電壓信號控制傳動機構的運動方向，進而控制擺杆的擺動方向； 步驟七:在擺杆擺動過程中，壓力傳感器不斷採集傳動機構輸出的壓力信號，並將其反饋給PLC控制器，PLC控制器將該信號與標準信號進行比較，形成閉環控制迴路； 步驟八:重複上述步驟三到步驟七，直至當擺杆擺動到90°時，90°限位開關閉合，並將該到位信號反饋給PLC控制器，系統停止動作。
8.根據權利要求7所述的高可靠擺杆控制方法，其特徵在於:步驟三中所述的PLC控制器包括PLC控制器I和PLC控制器2，其中PLC控制器I接收到壓力信號P1和流量信號V1，按照正常擺動邏輯進行控制，此時，PLC控制器2實時監測PLC控制器1:若在時間段未檢測到擺杆的擺開動作，則認為PLC控制器I失效，此時自動啟用PLC控制器2，實現擺杆的快速強擺。
9.根據權利要求8所述的高可靠擺杆控制方法，其特徵在於:當所述PLC控制器I和PLC控制器2均失效時，人工啟動應急控制器對擺杆進行控制，實現擺杆的快速強擺。
全文摘要
本發明屬於火箭發射平臺控制技術領域，具體涉及一種高可靠擺杆控制系統及控制方法。系統啟動後，通過自動控制器或手動控制器向PLC控制器發出初始壓力信號和流量信號；PLC控制器按照正常擺動邏輯控制，輸出壓力信號和流量信號，經信號適配器轉換後輸入給壓力放大器和流量放大器，進行放大處理後通過比例壓力閥和比例流量閥控制傳動機構的運動速度，進而控制擺杆的擺動速度；PLC控制器同時輸出電壓信號給電磁閥，控制傳動機構的運動方向，進而控制擺杆的擺動方向；在擺杆擺動過程中，壓力傳感器不斷採集傳動機構輸出的壓力信號並反饋給PLC控制器，PLC控制器將該信號與標準信號進行比較，形成閉環控制迴路。本發明可實現對火箭發射平臺擺杆的高可靠控制。
文檔編號G05B19/05GK103092120SQ20111033194
公開日2013年5月8日 申請日期2011年10月27日 優先權日2011年10月27日
發明者吳齊才, 丁保民, 卓敏, 劉麗媛, 徐曼君 申請人:北京航天發射技術研究所, 中國運載火箭技術研究院