王惠穎， 楊佳椿， 孟 皓， 田乙玄， 楊繼志

（北京航天試驗技術(shù)研究所， 北京 100074）

0 引言

電連接器廣泛應(yīng)用于國防、航空、航天等軍用和民用領(lǐng)域中，可實現(xiàn)控制系統(tǒng)的電能傳輸和信號控制與傳遞。電連接器的強脫機構(gòu)是一種將飛行器電氣系統(tǒng)和地面的電氣系統(tǒng)強行分離并收納的執(zhí)行機構(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確分離，其可靠性、穩(wěn)定性和協(xié)同性對確保發(fā)射任務(wù)的成功具有十分重要的意義。

目前，電連接器強脫機構(gòu)多采用氣壓、液壓等的驅(qū)動方式，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脫機構(gòu)采用電動控制，通過伺服減速電機帶動卷揚輪收緊鋼索，鋼索固定板在軌道中限位滑行，使鋼索按既定軌跡運動，帶動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。該強脫機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，動力容易獲得，并且可以實現(xiàn)動力冗余設(shè)計。裝置采用模塊化設(shè)計，獨立性強，可整體通過安裝底板固定于發(fā)射臺擺桿上，與其他系統(tǒng)接口少，匹配性好。

1 系統(tǒng)組成及工作原理

電連接器強脫機構(gòu)安裝于發(fā)射臺擺桿支架上。 強脫動作完成后，機構(gòu)隨擺桿一起擺離發(fā)射臺，不干擾飛行器的發(fā)射。 機構(gòu)采用電動控制模式，具體是使用電機帶動卷揚輪對鋼索進行卷揚，鋼索拉動電連接器，使其脫離箭體電連接器插座，并被收納至收納盒。

強脫機構(gòu)主要由機械部分和測控系統(tǒng)組成。 機械部分主要由減速電機、電機支座、卷揚輪、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 強脫系統(tǒng)圖

測控系統(tǒng)主要配合電連接器強脫機構(gòu)完成操作并及時反饋脫落狀態(tài)，具備電機控制和過程狀態(tài)測量等功能。主要涉及受控設(shè)備電機、受控設(shè)備行程開關(guān)、測控柜、連接電纜等。

該系統(tǒng)采用交流伺服電動機， 電機配套安裝編碼器和制動器，伺服電機的控制主要由伺服控制器實現(xiàn)。伺服控制器與伺服電機之間通過動力電纜、 編碼器電纜和制動器電纜連接， 伺服控制器與控制柜之間通過通信電纜和動力電纜連接， 伺服電機的動作由勵磁電壓和控制電壓聯(lián)合作用實現(xiàn)，在停機狀態(tài)下，制動器斷電抱閘，勵磁電壓保持不變，控制電壓輸出為0，在運行期間，制動器得電松閘，控制電壓信號輸出，伺服電機動作。

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

測控系統(tǒng)就近配備一臺本地測控柜， 從底部引出電纜與控制中心主控設(shè)備信號交換， 測控柜內(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， 主要負責與控制中心通信協(xié)助完成強脫機構(gòu)的動作控制和狀態(tài)反饋，其功能支持本地和遠程控制方式。本地控制可以獨立實現(xiàn)電機手動正、反轉(zhuǎn)控制功能，同時根據(jù)位置反饋實現(xiàn)本地停止功能。 行程開關(guān)功能優(yōu)先等級最高，在行程開關(guān)出現(xiàn)收緊信號后，本地和手動均不可再次進行強脫收緊操作； 遠程控制通過中間觸點與集控中心通信， 其具體功能是通過控制系統(tǒng)和采集系統(tǒng)實現(xiàn)強脫功能。

強脫機構(gòu)工作原理是： 測控系統(tǒng)先檢查鋼索是否處于初始位置，即初始行程開關(guān)信號燈是否亮起。當確認好狀態(tài)后，發(fā)出強脫開始信號，電機啟動，帶動卷揚輪卷揚鋼索運動，鋼索帶動行程開關(guān)觸板直線運動，當觸板運動至終止行程開關(guān)處，觸發(fā)此行程開關(guān)，行程開關(guān)得電反饋信號，控制系統(tǒng)依據(jù)傳感器反饋信號控制電機制動。 圖2是控制系統(tǒng)的原理圖。

圖2 控制系統(tǒng)原理圖

2 測控系統(tǒng)設(shè)置

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

圖3 總體結(jié)構(gòu)框圖

強脫系統(tǒng)就近配備一臺測控箱， 從測控箱底部引出電纜進入電纜溝與控制中心主控設(shè)備信號交換， 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， 通過繼電器控制兩臺電機的使能和故障復(fù)位， 通過485 與電機伺服控制器進行通信實現(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。 冗余控制器由同步模塊實現(xiàn)實時同步，每個CPU 有兩個工業(yè)以太網(wǎng)口，ET200M 系統(tǒng)與控制器通過PROFIBUS 連接通信，完成強脫系統(tǒng)的程序控制。這樣可保證系統(tǒng)的可靠性，采集系統(tǒng)通過隔離模塊實現(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： 強脫到位兩個行程開關(guān)任意一個有信號，則發(fā)出強脫到位信號。 強脫初始位置兩個行程開關(guān)任意一個有信號，則發(fā)出強脫初始位置信號。

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。 強脫電路原理圖見圖8。 其中，K1、K2 為 強 脫 到位 行 程 開 關(guān)，K3、K4為初始位置行程開關(guān)，通過擺桿上電纜進入到現(xiàn)場轉(zhuǎn)接控制盒，之后進入控制系統(tǒng)，作為控制信號。兩電機通過擺桿上電纜進入現(xiàn)場控制盒，接控制器，現(xiàn)場有S1、S2 兩個手動按鈕，實現(xiàn)現(xiàn)場的電機轉(zhuǎn)動控制。 其他端子接電源線和遠程強脫、復(fù)位信號。

圖7 FC2 用戶程序流程圖

圖8 電路原理圖

3 測控系統(tǒng)調(diào)試

測控系統(tǒng)完成進行了數(shù)據(jù)測試，并進行程序編寫，調(diào)試，完成后可配合機械部分進行動作測試試驗。測試數(shù)據(jù)記錄表見表1 和表2。

表1 PLC 控制系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)記錄表

表2 硬件測試數(shù)據(jù)記錄表

4 結(jié)論

本文介紹的電連接器的強脫機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，滿足各項技術(shù)要求， 測控系統(tǒng)控制邏輯清楚，數(shù)據(jù)測試充分，調(diào)試后狀態(tài)良好， 并在實際應(yīng)用中可靠性高，強脫動作準確到位，在此類工況中性能優(yōu)良，應(yīng)用較為成功。