徐博寧，白 靜，張 鵬，徐建峰

(1.西北機電工程研究所， 陜西 咸陽 712099; 2.總裝備部駐咸陽地區(qū)軍事代表室，陜西 咸陽 712099)

自行火炮必須在繼承傳統基礎上，應用高新技術不斷創(chuàng)新發(fā)展，才能更好地適應未來戰(zhàn)爭的需要[1]。現代自行火炮系統的任務屬性逐漸趨向于復雜化與精細化，使得用電設備數量相應增加，從而對供配電系統的可靠性提出了更高的要求。傳統的機電式配電系統將難以滿足系統工作需要，采用固態(tài)功率控制器(Solid-State Power Controller，SSPC)實現模塊化的固態(tài)配電技術是自行火炮系統發(fā)展的趨勢。

作為傳統配電方式中的繼電器和過載保護器的替代，固態(tài)功率控制器的應用不僅可以根據任務的需求實現對負載的通斷控制，而且能夠在負載或配電線路出現故障時，為電源和配電系統提供全面保護；同時，固態(tài)配電技術與自行火炮綜合管理技術相結合，能夠實現電源系統的統一管理和自主運行，為自行火炮系統的管理提供大量有用信息，從而大大提高系統工作的可靠性。

1 固態(tài)配電技術

SSPC模塊是固態(tài)配電技術的核心器件，其作用與傳統的斷路器、保險絲與繼電器串聯的聯合體相似，但其功能、性能大大優(yōu)于這些傳統裝置。采用微處理器和外圍電路實現對SSPC模塊進行控制、與外設交換數據等功能的板卡，稱之為SSPC板。

1.1 固態(tài)配電工作原理

使用了SSPC板的固態(tài)配電模擬系統，其工作原理為：系統上電后，首先SSPC板進行自檢和初始化，報告上電結果，然后上報初始化狀態(tài)，此時，所有SSPC模塊通道均處于關斷狀態(tài)，若上報的結果中有故障，則根據故障回報進行故障定位、隔離及維修；其次，CPU既可以通過雙余度總線(RS485和CAN總線)接收來自上位機的指令，對指令進行解析，控制模塊的通、斷，從而形成對負載的控制，也可以接收來自SSPC通道控制模塊上傳的負載信息，如電流、電壓、短路、過流、開路、輕載、空載及模塊工作溫度，并上報給上位機。

SSPC板工作原理如圖1所示，其中，異步串行SCI總線是微機與外設之間進行數據傳輸的常用總線，由一條數據輸入線和一條數據輸出線構成。信號線STn為處理器對SSPC通道模塊的片選信號，CMDn為處理器與SSPC通道模塊間的指令信號線。

1.2 優(yōu)點

在自行火炮系統中，采用SSPC模塊的固態(tài)配電技術與傳統的機電式配電相比，具有以下優(yōu)點：

1)能夠提高配電的可靠性，具有全面的保護功能。它能夠快速的零電壓接通或零電流斷開電路而不產生電?。黄鋬炔繜o活動部件，不會產生機械磨損，故障率低，可靠性高；過載時按反延時特性“跳閘”，保護電氣負載和設備線路，并具有電氣隔離措施，抗干擾能力強[2]。

2)減小配電系統的體積與質量。采用SSPC替代傳統繼電器，能夠為自行火炮系統節(jié)省大量空間，減輕配電元件和線路的重量；相比傳統配電箱，作為獨立板卡，SSPC板方便于系統集成。

3)能夠實現配電的統一管理。采用SSPC控制板收集火炮工作時的大量用電信息，火炮綜合管理系統通過對信息的提取，能夠實現自行火炮系統配電的統一管理。

基于以上幾點，在實驗室進行了自行火炮系統內部直流28 V電壓的固態(tài)配電仿真設計及試驗，對其功能、性能進行了全面地摸底和了解。

2 自行火炮系統固態(tài)配電模擬

現代自行火炮系統復雜、單體眾多，通常以直流28 V作為控制或計算單元的工作電壓。在試驗室，使用直流固態(tài)功率控制板(簡稱“DC SSPC板”)進行12路直流28 V負載的配電試驗，模擬實現為自行火炮系統內部12個單體工作配電，用來驗證固態(tài)配電技術在自行火炮系統中應用的可行性。結合選用的DC SSPC板特點，制定了以下具體方案。

2.1 總體配電連接關系設計

由于DC SSPC板上集中了12路配電模塊，所以，對應的就有12路負載連接接口，DC SSPC板各接口定義見表1，具體的配電連接關系如圖2所示。

2.2 接口選擇及參數設置

通過對DC SSPC板上通信接口的了解，并結合自行火炮實際情況，選擇CAN口為DC SSPC板的對外通信接口?？紤]CAN的總線型拓撲具有布線簡單的特點[3]， DC SSPC板與其他單體采用總線型網絡拓撲，其中通信參數設置如表2所示[4]。

表1 DC SSPC板各接口信號定義

表2 通信參數設置表

2.3 通信協議制定

2.3.1 時序分配和地址碼、屏蔽碼設計

根據自行火炮中CAN總線的實際應用情況，為配電模擬系統中的各節(jié)點進行了時序分配和地址碼、屏蔽碼的設置[5]。其中為DC SSPC板所分配的時序為第16 ms(以系統時鐘上升沿為起始)，地址碼和屏蔽碼設置如表3所示。

表3 DC SSPC板地址碼與屏蔽碼設置

2.3.2 數據指令設計

根據系統工作原理描述，DC SSPC板與綜合管理系統(上位機)之間進行通信，內容主要包含向綜合管理系統上報的數據和綜合管理系統下發(fā)的指令，具體數據指令內容如下：

1)用電設備狀態(tài)信息(向綜合管理系統上報)：DC SSPC板上電之后，報告1～12路用電節(jié)點與DC SSPC通道的連接關系，并上報上電自檢測的結果。如存在故障，即發(fā)送SPDA(Secondary Power Distribution Assembly)維護信息及故障隔離信息幀，信息幀見表4。

表4 用電設備狀態(tài)信息幀

2)DC SSPC板工作狀態(tài)信息(向綜合管理系統上報)：DC SSPC板進入工作狀態(tài)后，每1個時鐘周期(20 ms)上報1次工作狀態(tài)信息，每次只上報1個通道，依次報完12個通道的工作狀態(tài)信息(240 ms)，間隔2 s后，從第1個通道開始繼續(xù)重復之前上報過程。

其中工作狀態(tài)信息包含工作過程中出現正常/非正常情況下的接通、關斷、過流保護跳閘、短路保護跳閘信息，以及SSPC通道控制模塊上傳的負載狀態(tài)——短路、過流、開路、輕載信息，還有實時變化的通道電壓、電流和模塊工作溫度信息，信息幀見表5。

3)SPDA維護信息和周期BIT(Built-in test)信息(向綜合管理系統上報)：除了能夠進行上電自檢外，DC SSPC板還能夠進行SPDA維護和周期性自檢，周期BIT信息每20 s上報1次，信息幀見表6。

表5 工作狀態(tài)信息幀

4)通斷控制指令、復位指令(綜合管理系統下發(fā)信息)：DC SSPC板能夠實現對通道負載的開通/關斷/復位控制，信息幀見表7。

表6 SPDA維護及周期BIT信息幀

表7 通斷控制和復位指令信息幀

3 軟件控制界面

本系統上層控制軟件采用Windows+RTX操作系統，以C和C++為開發(fā)語言，開發(fā)環(huán)境使用Tornado2.2，以Tilicon作為圖形開發(fā)工具，以綜合管理系統綜合管理計算機為硬件平臺。完成后的配電顯示與控制界面，如圖3所示。

配電顯示與控制界面主要包含信息顯示部分、通道控制部分。信息顯示部分能夠顯示各通道的開機自檢、電纜連接、工作(含啟動和正常)、短路、過流、空載、輕載、周期自檢和溫度等信息，以及通道當前負載的實時電壓、電流值。如圖3中顯示通道5、6、9、11、12正處于開通工作狀態(tài)，其余通道顯示為空載狀態(tài)，其中5通道顯示當前電壓值為28.34 V，電流值為0.48 A，溫度為30℃。通道控制部分能夠完成單通道或組通道操控，通過選擇能夠實現通道的開通、關斷和復位等操作，尤其是組通道操控模式，對于實現自行火炮全系統工作“一鍵上電”具有很好的應用前景。如圖4所示，顯示12路通道同時被選中，點擊“發(fā)送”按鍵后，12路通道同時被開通的情況，其中只有5和12通道連接有負載，所以顯示有電流值。

4 結束語

本文對固態(tài)功率控制器在自行火炮系統中的應用進行了簡要描述，在實驗室構建了自行火炮供配電模擬系統，通過結合自行火炮系統總線、綜合管理等總體技術，對采用了固態(tài)功率控制器的固態(tài)配電技術進行了應用驗證。結果表明，在自行火炮系統中采用固態(tài)功率控制器原理可行，能夠為系統節(jié)省空間、減輕重量，便于系統集成，與綜合管理相結合，能夠實現系統配電的統一管理和系統工作有用信息的提取，提高了自行火炮系統信息化程度。

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