電連接器強脫機構測控技術研究

王惠穎， 楊佳椿， 孟 皓， 田乙玄， 楊繼志

（北京航天試驗技術研究所， 北京 100074）

0 引言

電連接器廣泛應用于國防、航空、航天等軍用和民用領域中，可實現控制系統的電能傳輸和信號控制與傳遞。電連接器的強脫機構是一種將飛行器電氣系統和地面的電氣系統強行分離并收納的執行機構， 主要用于飛行器發射前的電連接器與飛行器箭體的準確分離，其可靠性、穩定性和協同性對確保發射任務的成功具有十分重要的意義。

目前，電連接器強脫機構多采用氣壓、液壓等的驅動方式，結構比較復雜，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地脫離飛行器箭體插座。該強脫機構結構簡單，重量輕，動力容易獲得，并且可以實現動力冗余設計。裝置采用模塊化設計，獨立性強，可整體通過安裝底板固定于發射臺擺桿上，與其他系統接口少，匹配性好。

1 系統組成及工作原理

電連接器強脫機構安裝于發射臺擺桿支架上。 強脫動作完成后，機構隨擺桿一起擺離發射臺，不干擾飛行器的發射。 機構采用電動控制模式，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。

強脫機構主要由機械部分和測控系統組成。 機械部分主要由減速電機、電機支座、卷揚輪、安裝底板、鋼索、導向輪、行程開關、行程開關觸板、收納盒等，見圖1。

圖1 強脫系統圖

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

該系統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。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合作用實現，在停機狀態下，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。

行程開關采用接觸式防爆行程開關， 通過與行程開關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備信號交換， 測控柜內部為控制單元，包括冗余控制器、同步模塊、從站、光電轉換模塊等組件， 主要負責與控制中心通信協助完成強脫機構的動作控制和狀態反饋，其功能支持本地和遠程控制方式。本地控制可以獨立實現電機手動正、反轉控制功能，同時根據位置反饋實現本地停止功能。 行程開關功能優先等級最高，在行程開關出現收緊信號后，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和采集系統實現強脫功能。

強脫機構工作原理是： 測控系統先檢查鋼索是否處于初始位置，即初始行程開關信號燈是否亮起。當確認好狀態后，發出強脫開始信號，電機啟動，帶動卷揚輪卷揚鋼索運動，鋼索帶動行程開關觸板直線運動，當觸板運動至終止行程開關處，觸發此行程開關，行程開關得電反饋信號，控制系統依據傳感器反饋信號控制電機制動。 圖2是控制系統的原理圖。

圖2 控制系統原理圖

2 測控系統設置

測控系統主要涉及測控箱、連接電纜、行程開關和電機，系統總體結構框圖見圖3。

圖3 總體結構框圖

強脫系統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備信號交換， 控制箱內放置主控制設備、ET200M 從站，ET200M 從站配備數字量輸出通道， 通過繼電器控制兩臺電機的使能和故障復位， 通過485 與電機伺服控制器進行通信實現方向和速度控制，具體的工藝原理圖見圖4。

圖4 程控系統工藝原理圖

為提高控制系統可靠性， 系統中控制部分采用SIEMENS 公司冗余控制器作為系統硬件平臺。 冗余控制器由同步模塊實現實時同步，每個CPU 有兩個工業以太網口，ET200M 系統與控制器通過PROFIBUS 連接通信，完成強脫系統的程序控制。這樣可保證系統的可靠性，采集系統通過隔離模塊實現限位開關精確定位， 保證系統控制精度。

系統控制邏輯如下： 強脫到位兩個行程開關任意一個有信號，則發出強脫到位信號。 強脫初始位置兩個行程開關任意一個有信號，則發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，K3、K4為初始位置行程開關，通過擺桿上電纜進入到現場轉接控制盒，之后進入控制系統，作為控制信號。兩電機通過擺桿上電纜進入現場控制盒，接控制器，現場有S1、S2 兩個手動按鈕，實現現場的電機轉動控制。 其他端子接電源線和遠程強脫、復位信號。

圖7 FC2 用戶程序流程圖

圖8 電路原理圖

3 測控系統調試

測控系統完成進行了數據測試，并進行程序編寫，調試，完成后可配合機械部分進行動作測試試驗。測試數據記錄表見表1 和表2。

表1 PLC 控制系統測試數據記錄表

表2 硬件測試數據記錄表

4 結論

本文介紹的電連接器的強脫機構結構簡單，重量輕，滿足各項技術要求， 測控系統控制邏輯清楚，數據測試充分，調試后狀態良好， 并在實際應用中可靠性高，強脫動作準確到位，在此類工況中性能優良，應用較為成功。