供電系統分布式控制管理子系統計算機的製作方法
2023-10-10 02:11:44 1
專利名稱：供電系統分布式控制管理子系統計算機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種供電系統控制管理子系統計算機，具體涉及一種供電系統分布式
控制管理子系統計算機。
背景技術：
供電系統控制管理計算機，是飛機電源系統的重要組成部件，將大飛機的模擬供
電、配電系統改為數位化管理，主要用於供電系統的控制管理和數據綜合上報。 目前國內只有在部分型號軍機上供電系統的控制管理實現數位化管理，但也只配
置了一臺計算機，沒有實現分布式管理。所以設想採用分布式採集控制、集中解算的思想，
實現對供電系統的分布式控制管理一直是課題研發的一個方向。
發明內容
本發明的目的在於提供一種供電系統分布式控制管理子系統計算機，其採用分布
式採集控制、集中解算的思想，實現對供電系統的分布式控制管理，解決了現有技術中無法
實現分布式管理的技術問題。 本發明的技術解決方案是 —種供電系統分布式控制管理子系統計算機，包括設置於機箱內的供電系統管理
計算機、交流一次配電控制裝置、直流一次配電控制裝置以及總線，
其特殊指出在於 所述交流一次配電控制裝置以及直流一次配電控制裝置實現供電系統的分布式 採集，並通過總線傳給供電系統管理計算機集中解算，產生的控制命令再由總線傳給交流 一次配電控制裝置以及直流一次配電控制裝置實現控制。 上述供電系統管理計算機為2臺；所述交流一次配電控制裝置為4個；所述直流 一次配電控制裝置為2個。 上述2個供電系統管理計算機是互為餘度的計算機，結構上為兩個獨立的LRU，每 個LRU內置1個通道，其中一個通道的LRU為主工作通道，另一個通道的LRU為熱備份通道， 兩個通道既獨立、又同步工作。 上述供電系統管理計算機均包括有主處理機模塊CPU、通訊模塊CM、 MBI模塊、 CAN總線模塊、數據採集模塊DAM、電源模塊PSM/AC-PSM和母板； 所述交流一次配電控制裝置是根據接口和功能需求設計而成，包括主處理機模塊 CPU、429通訊模塊SPA、CAN通訊模塊、離散量輸入模塊DIM、離散量輸出控制模塊D0M、信號 預處理模塊SPD、模擬量輸入採集模塊AM、電源模塊PSM和母板； 所述直流一次配電控制裝置的模塊配置與交流一次配電控制裝置一致，其硬體區 別在於母板的模擬量信號預處理電路為直流電路與交流電路；
所述各個模塊均通過母板互連。 上述主處理機模塊CPU完成對機載電源控制系統的控制、管理以及與其它模塊的信息交換等任務，實現機載電源控制系統與其它系統的通訊功能，完成系統的管理和輸出 切換控制。 上述通訊模塊CM、 MBI模塊以及CAN通訊模塊均為通信模塊； 所述通訊模塊CIM完成實現供電系統管理計算機與其它裝置的智能通訊功能，通
過雙埠存儲器與主處理機數據交換； 所述MBI模塊實現與供電管理系統各節點機之間的1553B通訊；
所述CAN通訊模塊智能實現CAN總線通訊功能。 上述電源模塊PSM/AC-PSM根據交流115V或直流27V輸入電壓變換系統所需的直 流輸出電壓，同時要保證電源的電壓穩定度、負載穩定度、紋波電壓VP-P的範圍和效率，還 要具有過壓、過流和瞬間短路保護的功能，故障排除後輸出自動恢復正常工作，根據電源性 質不同，分為交流電源模塊和直流電源模塊，當交、直流電源都存在時，兩種電源隔離，27V 優先供電； 所述直流電壓的範圍為18V 32V。 上述數據採集模塊DAM採集與系統交聯的10路離散量輸入信號，實現功率離散量 控制輸出，採集3路交流模擬量信號的電壓、相位、頻率和電流特性，與主處理機實現信息 交互；實現兩節點機之間的同步和通道控制功能。 上述離散量輸入模塊DIM完成實現對一次配電控制系統的離散量信號的狀態採 集，以及離散量輸出迴繞自測試的狀態採集； 模擬量採集模塊AIM採集44路直流模擬量輸入信號，將採集到的數據提供給主處 理機模塊； 上述離散量輸出控制模塊DOM產生18路地/開信號輸出控制信號，控制SPD模塊 的2A輸出和機箱上的5A輸出； 接口信號處理模塊SPD受DOM控制實現14路2A的離散量功率輸出和對電流信號 進行預處理成0 10V直流信號供AIM模塊採集；機箱受DOM控制實現4路5A離散量功率 輸出。 本發明的優點在於採用分布式採集控制、集中解算的思想，實現對供電系統的分 布式控制管理；其供電系統控制管理計算機在飛機供電系統內實現了分布式配電數位化管 理，提高了電源的使用效率，實現了負載自動化管理，減輕了飛行員負擔，提高了飛機的可 維護性和可靠性。
圖1為本發明組成框圖； 圖2為供電系統管理計算機系統結構圖； 圖3為直/交流一次配電控制裝置系統結構圖。
具體實施例方式
本發明實現了供電系統的分布式配電採集、驅動和集中管理；供電系統內部採用
多路多種總線實現信息互聯，適合於供電系統內部的大功率接口技術，故障檢測、定位和數 據記錄等。
本發明供電系統控制管理計算機由2臺供電系統管理計算機、4臺交流一次配電
控制裝置和2臺直流一次配電控制裝置組成。應用系統環境參見圖1所示。 直/交流一次配電控制裝置實現供電系統的分布式採集，通過總線傳給供電系統
管理計算機集中解算，產生的控制命令再由總線傳給一次配電控制裝置實現控制。 計算機整體設計 互為餘度的計算機，結構上為兩個獨立的LRU，每個LRU內置1個通道，其中一個通 道的LRU為主工作通道，另一個通道的LRU為熱備份通道，兩個通道既獨立、又同步工作。
供電系統管理計算機均包括有主處理機模塊CPU、通訊模塊CM、 MBI模塊、CAN總 線模塊、數據採集模塊DAM、電源模塊PSM/AC-PSM和母板； 交流一次配電控制裝置是根據接口和功能需求設計而成，包括主處理機模塊CPU、 429通訊模塊SPA、CAN通訊模塊、離散量輸入模塊DIM、離散量輸出控制模塊D0M、信號預處 理模塊SPD、模擬量輸入採集模塊AM、電源模塊PSM和母板； 直流一次配電控制裝置的模塊配置與交流一次配電控制裝置一致，其硬體區別在 於母板的模擬量信號預處理電路為直流電路與交流電路；
各個模塊均通過母板互連。 主處理機模塊CPU完成對機載電源控制系統的控制、管理以及與其它模塊的信息 交換等任務，實現機載電源控制系統與其它系統的通訊功能，完成系統的管理和輸出切換 控制。 CPU模塊的主要功能為 a.提供機載電源控制系統工作的系統時鐘； b.提供中斷處理、存儲器的讀寫、定時器控制； c.處理通用機的復位； d.提供地面開發和維護測試接口 ； e.提供與其它模塊之間的數據傳輸通路； f.提供餘度機之間交叉通道傳輸鏈路。 其主要性能及技術指標如下 a. CPU模土央處理器為PowerPC755 ; b.處理器工作頻率266MHz ; c.內總線頻率66MHz ; d. 32Mbytes SDRAM，支持數據校驗； e. 128Mbytes 64位的Flash 存儲器； f. 2Mbytes， 8位的BOOT Flash 存儲器； g. 64kbytes， 8位的NVSRAM存儲器；h. 6路全雙工串行接口 ， 2路RS-232 ， 4路RS-422A ; i. 1路RTC(可選)； j. 1路總線接口 (1個標準PMC接口實現，供電系統管理計算機選AFDX子卡，交直
流一次配電控制裝置選1553B總線接口子卡)。 k.機載計算機32位標準總線接口 (LBE總線)。 通訊模塊CM、 MBI模塊以及CAN通訊模塊均為通信模塊；
通訊模塊CIM完成實現供電系統管理計算機與其它裝置的智能通訊功能，通過雙 埠存儲器與主處理機數據交換； 其主要性能指標如下 a.實現3路ARINC429串行通訊輸入輸出接口 (3路發送，6路接收)，ARINC429可
進行電路外迴繞BIT測試，速率100Kbps ; b. 1路RS232，調試用接口 ； c. MG80C186XL，主頻20MHz ; d. 64KB程序存儲空間，64KB數據存儲空間； e.雙埠存儲器8KW。 MBI模塊實現與供電管理系統各節點機之間的1553B通訊； 其主要性能指標 a.採用1/2ATR標準模塊； b.滿足GJB289A對MBI的各種消息傳輸、方式命令、狀態的技術要求。 c. MBI與1553B總線耦合方式為變壓器耦合，並支持雙餘度總線結構； d.總線傳輸速率為IMb/s ; e. MBI模塊含有80C186CPU，支持傳輸層軟體的實現。傳輸層完成的主要功能有 查詢並響應子系統主機的命令、控制總線消息傳輸、系統實時同步及故障識別處理； f. RAM 8KW， EPROM 8KW，雙口 RAM 8KW ; g.MBI上配置有實時時鐘RTC，看門狗定時器WDT和延時時鐘DT ; CAN通訊模塊智能實現CAN總線通訊功能； 其主要性能指標 a.採用1/2ATR標準模塊； b.波特率為《500kbps，總線傳輸距離^ 100m，總線接口採用光電隔離； c.支持CANAreoSpace 1. 7通訊協議、系統定製通訊協議和CAN2. OB通訊規範； d.基於DSP2407的智能處理模塊； e. 2. 5KW RAM, 32KWFALSH或ROM, 8KW雙口 RAM ; 電源模塊PSM/AC-PSM根據交流115V或直流27V輸入電壓變換系統所需的直流 輸出電壓，同時要保證電源的電壓穩定度、負載穩定度、紋波電壓Vp—p的範圍和效率，還要具 有過壓、過流和瞬間短路保護的功能，故障排除後輸出自動恢復正常工作，根據電源性質不 同，分為交流電源模塊和直流電源模塊，當交、直流電源都存在時，兩種電源隔離，27V優先 供電； 直流電壓的範圍為18V 32V。 其主要性能指標 a.輸入電壓直流電源模塊為27VDC ; 交流電源模塊為115VAC ; b.輸出電壓直流電源模塊為+5V/4A +15V/0.5A -15V/0.5A 交流電源模塊為+28V/8A。
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數據採集模塊DAM採集與系統交聯的10路離散量輸入信號，實現功率離散量控制
輸出，採集3路交流模擬量信號的電壓、相位、頻率和電流特性，與主處理機實現信息交互；
實現兩節點機之間的同步和通道控制功能； 其主要性能指標 a.接地/開路輸入10路； b. 28V/開路輸出2路，驅動能力5A ; c.接地/開路輸出4路，驅動能力0. 4A ; d.交流模擬量電壓輸入採集3路115V/400Hz ; e.交流模擬量電流輸入採集3路； f.同步指示器輸出和採集4路；
g.實現通道檢測和通道轉換；
其中包括的通道故障邏輯電路 通道故障邏輯電路用於在通道發生故障的情況下，完成對故障部分的隔離(非切 除)。此項工作應由軟硬體配合完成。對於重大的系統故障(系統掉電、程序跑飛等)，由 硬體完成故障切除，隔離對象是發生故障的整個通道；對於局部故障(個別器件損壞)，由 軟體完成故障切除，切除對象為發生故障通道的一個通道； 通道故障邏輯信息包括故障信息(包括看門狗WDV，自檢結果CPUV，電源有效PSV 等)、軟體控制信息等；故障邏輯設計具有雙通道互鎖和本通道自鎖功能，以防止在故障狀 態下接通通道； 同時設有超控信號，可直接控制輸出信號，保證產品在故障狀態下或系統直接控
制時控制信號不輸出； 其中還包括的同步電路 硬線同步包括，加電同步、周期同步； 加電同步是在上電BIT後，進入實時處理前的同步，加電後進行同步，如果在TBD 分鐘內仍沒有同上步，則給出告警； 周期同步是實時處理過程中，採集輸入信息前和輸出表決前進行的同步。 同時同步電路設有回讀測試電路，可監測本通道同步信號狀態。 離散量輸入模塊DIM完成實現對一次配電控制系統的離散量信號的狀態採集，以
及離散量輸出迴繞自測試的狀態採集； 其主要性能指標 70路地/開和24路28V/開的輸入離散量信號採集； 模擬量採集模塊AIM採集44路直流模擬量輸入信號，將採集到的數據提供給主處 理機模塊； 其主要性能指標 a.採集電壓範圍0V 10V，44路交、直流信號； b. 12位高速A/D轉換晶片; c.峰值採樣，實時反應時間小於lms ; 離散量輸出控制模塊DOM產生18路地/開信號輸出控制信號，控制SPD模塊的2A 輸出和機箱上的5A輸出；
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其主要性能指標 18路地/開信號輸出，每路驅動能力0. 5A ; 接口信號處理模塊SPD受DOM控制實現14路2A的離散量功率輸出和對電流信號 進行預處理成0 10V直流信號供AIM模塊採集；機箱受DOM控制實現4路5A離散量功率 輸出。 其主要性能指標 a.將21路電壓範圍0 40v的直流信號轉化為電壓範圍OV 10V的直流信號，
或將15路0 180V交流信號轉化成0 10V信號，同時將13路0 40V的直流信號轉化
為電壓範圍0 10V的直流信號；(母板放置)；b. 14路28V/開離散量輸出，驅動能力2A(SPD放置)； c. 3路28V/開離散量輸出，驅動能力5A(機箱放置)； d. 16路交直流電流信號轉化為0 10V的直流信號；(SPD放置)。本發明機箱結構採用標準1/2ATR機箱，基本尺寸為(376士l)mmX (124±0.8)
mmX (194±0. 8)mm ;在飛機中採用快卸方式安裝。
權利要求
一種供電系統分布式控制管理子系統計算機，包括設置於機箱內的供電系統管理計算機、交流一次配電控制裝置、直流一次配電控制裝置以及總線，其特徵在於所述交流一次配電控制裝置以及直流一次配電控制裝置實現供電系統的分布式採集，並通過總線傳給供電系統管理計算機集中解算，產生的控制命令再由總線傳給交流一次配電控制裝置以及直流一次配電控制裝置實現控制。
2. 根據權利要求1所述供電系統分布式控制管理子系統計算機，其特徵在於所述供 電系統管理計算機為2臺；所述交流一次配電控制裝置為4個；所述直流一次配電控制裝 置為2個。
3. 根據權利要求2所述供電系統分布式控制管理子系統計算機，其特徵在於所述2個供電系統管理計算機是互為餘度的計算機，結構上為兩個獨立的LRU，每個LRU內置1個 通道，其中一個通道的LRU為主工作通道，另一個通道的LRU為熱備份通道，兩個通道既獨 立、又同步工作。
4. 根據權利要求1 3所述供電系統分布式控制管理子系統計算機，其特徵在於所 述供電系統管理計算機均包括有主處理機模塊CPU、通訊模塊CM、MBI模塊、CAN總線模塊、 數據採集模塊DAM、電源模塊PSM/AC-PSM和母板；所述交流一次配電控制裝置是根據接口和功能需求設計而成，包括主處理機模塊CPU、 429通訊模塊SPA、CAN通訊模塊、離散量輸入模塊DIM、離散量輸出控制模塊D0M、信號預處 理模塊SPD、模擬量輸入採集模塊AM、電源模塊PSM和母板；所述直流一次配電控制裝置的模塊配置與交流一次配電控制裝置一致，其硬體區別在 於母板的模擬量信號預處理電路為直流電路與交流電路；所述各個模塊均通過母板互連。
5. 根據權利要求書4所述供電系統分布式控制管理子系統計算機，其特徵在於所述 主處理機模塊CPU完成對機載電源控制系統的控制、管理以及與其它模塊的信息交換等任 務，實現機載電源控制系統與其它系統的通訊功能，完成系統的管理和輸出切換控制。
6. 根據權利要求書4所述供電系統分布式控制管理子系統計算機，其特徵在於所述 通訊模塊CM、MBI模塊以及CAN通訊模塊均為通信模塊；所述通訊模塊CIM完成實現供電系統管理計算機與其它裝置的智能通訊功能，通過雙 埠存儲器與主處理機數據交換；所述MBI模塊實現與供電管理系統各節點機之間的1553B通訊； 所述CAN通訊模塊智能實現CAN總線通訊功能。
7. 根據權利要求書4所述供電系統分布式控制管理子系統計算機，其特徵在於所述 電源模塊PSM/AC-PSM根據交流115V或直流27V輸入電壓變換系統所需的直流輸出電壓， 同時要保證電源的電壓穩定度、負載穩定度、紋波電壓VP-P的範圍和效率，還要具有過壓、 過流和瞬間短路保護的功能，故障排除後輸出自動恢復正常工作，根據電源性質不同，分為 交流電源模塊和直流電源模塊，當交、直流電源都存在時，兩種電源隔離，27V優先供電；所述直流電壓的範圍為18V 32V。
8. 根據權利要求書4所述供電系統分布式控制管理子系統計算機，其特徵在於所述 數據採集模塊DAM採集與系統交聯的10路離散量輸入信號，實現功率離散量控制輸出，採集3路交流模擬量信號的電壓、相位、頻率和電流特性，與主處理機實現信息交互；實現兩 節點機之間的同步和通道控制功能。
9. 根據權利要求書4所述供電系統分布式控制管理子系統計算機，其特徵在於所述離散量輸入模塊DIM完成實現對一次配電控制系統的離散量信號的狀態採集，以及離散量 輸出迴繞自測試的狀態採集；模擬量採集模塊AIM採集44路直流模擬量輸入信號，將採集到的數據提供給主處理機 模塊；
10. 根據權利要求書4所述供電系統分布式控制管理子系統計算機，其特徵在於所述 離散量輸出控制模塊DOM產生18路地/開信號輸出控制信號，控制SPD模塊的2A輸出和 機箱上的5A輸出；接口信號處理模塊SPD受DOM控制實現14路2A的離散量功率輸出和對電流信號進行 預處理成0 10V直流信號供AIM模塊採集；機箱受DOM控制實現4路5A離散量功率輸 出。
全文摘要
一種供電系統分布式控制管理子系統計算機，包括設置於機箱內的供電系統管理計算機、交流一次配電控制裝置、直流一次配電控制裝置以及總線，交流一次配電控制裝置以及直流一次配電控制裝置實現供電系統的分布式採集，並通過總線傳給供電系統管理計算機集中解算，產生的控制命令再由總線傳給交流一次配電控制裝置以及直流一次配電控制裝置實現控制。本發明實現對供電系統的分布式控制管理；實現了分布式配電數位化管理，提高了電源的使用效率，實現了負載自動化管理，減輕了飛行員負擔，提高了飛機的可維護性和可靠性。
文檔編號H02J13/00GK101752904SQ20091025445
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月23日 優先權日2009年12月23日
發明者馮非, 劉衛華, 張楨, 湯豔飛, 王梅, 艾莉, 醋強一, 齊山松 申請人:中國航空工業集團公司第六三一研究所