АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
COMPUTER-AIDED TEST COMPLEX FOR SPACECRAFT ELECTRIC TESTS

Область применения
Автоматизированный испытательный комплекс предназначен для обеспечения комплексных электрических испытаний космических аппаратов в режиме имитации работы изделия и проверки работоспособности отдельных его систем и изделия в целом на заводе-изготовителе изделия и в эксплуатирующей организации. Комплекс обеспечивает испытания космического аппарата в реальном времени работы изделия, а также полную гальваническую развязку комплекса от изделия.
Заявленный автоматизированный испытательный комплекс может быть использован для испытаний сложных электротехнических и электронных устройств в оборонной и гражданских отраслях промышленности.
Уровень техники
Известна система испытания спутников (Satellite Testing System) по патенту на изобретение №JP 2000095200. В описании патента испытываемый спутник содержит четыре компоненты, соединенные с бортовым компьютером через интерфейс MIL-STD-1553. Наземное испытательное устройство представлено одним блоком, который через соединитель подключен к внутреннему интерфейсу MIL-STD-1553 спутника. При испытаниях наземное испытательное устройство посылает испытательные программы для каждой компоненты спутника.
Особенностью патента является то, что все компоненты спутника имеют единый интерфейс MIL-STD-1553, посредством которого они соединены с бортовым компьютером и наземным испытательным устройством.
Известна многоуровневая автоматизированная информационно-измерительная система управления ресурсами по патенту на полезную модель №RU 121604, которая имеет четырехуровневую структуру. Первый уровень включает первичные измерительные компоненты, осуществляющие измерение заданных параметров, второй уровень включает измерительные преобразователи, служащие для приема измеренной информации от первичных измерительных компонентов с последующей передачей данных в приборы третьего уровня в цифровом виде, третий уровень включает цифровые вычислители, предназначенные для хранения, обработки, анализа, генерации управляющих команд для устройств второго и/или третьего уровня или сжатия и передачи данных на четвертый уровень, выполненный в виде сервера и/или автоматизированного рабочего места оператора с функцией сервера архивной базы данных.
В полезной модели отсутствуют компоненты, необходимые для испытаний, специфических для космических аппаратов: бортовой компьютер, телеметрическая система.
Известна автоматизированная система контроля электроагрегатов космических аппаратов по патенту на изобретение №RU 2402799, которая содержит передвижную консоль руководителя испытаний, блок управления, блок выдачи команд общего назначения, первый блок выбора трактов связи, второй блок выбора трактов связи, блок отображения, блок формирования директив оператора в ручном режиме, блок ввода и анализа корректности директив оператора, блок ввода служебных сигналов, блок регистрации основного протокола испытаний, первый блок контроля корпуса, второй блок контроля корпуса, блок измерения аналоговых параметров, блок нормализации аналоговой информации, ключ управления, блок выдачи технологических команд, блок связи с бортовой вычислительной системой, блок ввода и запоминания дискретных сигналов, блок системного электропитания, блок проведения защитных операций, узел гальванической изоляции для контроля исправности цепей исполнительных элементов, узел гальванической изоляции для контроля исправности цепей сигнализаторов давления, узел диодного разделения, сетевой системный кросс, блок оперативного контроля цепей управления.
Недостатком является недостаточная надежность из-за отсутствия элементов резервирования.
Наиболее близким к заявляемому является автоматизированная испытательная система для отработки, электрических проверок и подготовки к пуску космических аппаратов по патенту на изобретение №RU 2245825, которая содержит блок приведения автоматизированной испытательной системы в готовность к испытаниям космического аппарата, блок управления, блок интерпретации директив, блок формирования команд общего назначения, блок выбора трактов связи с космическим аппаратом, блок передачи допусковых значений параметров, блок формирования протокола испытаний, блок контроля работоспособности аппаратуры, блок отображения, блок ввода и анализа корректности директив автоматической программы испытаний, блок регистрации основного протокола испытаний, блок допускового контроля аналоговых параметров, блок допускового контроля дискретных параметров, блок формирования наличия корпуса, блок измерения аналоговых параметров, блок связи с системой бортовых телеизмерений, блок выдачи технологических команд управления, блок связи с бортовой вычислительной системой, блок ввода и запоминания состояния дискретных параметров, блок проведения защитных операций.
Недостатками этой системы являются:
- недостаточная надежность, так как при отказе одного из блоков полное функционирование системы нарушается,
- недостаточная функциональность, выражающаяся в отсутствие выдаваемых дискретных сигналов (контактных и бесконтактных), устройства связи с контрольно-проверочной аппаратурой испытываемого изделия по каналам Ethernet, RS-422, RS-485, источника питания испытываемого изделия, необходимых для определенных типов космических аппаратов.
Раскрытие изобретения
Целью заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей автоматизированного испытательного комплекса, предназначенного для электрических испытаний космических аппаратов, с обеспечением высокой надежности.
Поставленная цель достигаются тем, что в автоматизированный испытательный комплекс для электрических испытаний космических аппаратов, содержащий пульт ручного управления, центральный пульт управления в составе: блок управления испытаниями, монитор, устройства ввода (дисководы, клавиатура, мышь, монитор), устройство вывода (принтер), центральную вычислительную машину в составе: вычислительный блок, блок контроля шин питания, блок контроля стыковки, блок ввода и нормализации аналоговых сигналов, блок приема телеметрической информации по низкочастотному каналу, блок мультиплексного канала обмена, основной канал устройства выдачи матричных команд, основной канал ретранслятора мультиплексного канала обмена, устройство приема и обработки дискретных сигналов, микросистему для измерения напряжения и сопротивления в электрических цепях, введены: резервный центральный пульт управления, резервная центральная вычислительная машина, резервный канал устройства выдачи матричных команд, резервный канал ретранслятора мультиплексного канала обмена, устройство выдачи дискретных бесконтактных сигналов, в состав которого включен блок связи с контрольно-проверочной аппаратурой испытываемого изделия по каналам Ethernet, RS-422, RS-485, устройство выдачи дискретных контактных сигналов, устройство приема и обработки телеметрической информации, источник питания испытываемого изделия, в центральную вычислительную машину введены блок проверки обтекания цепей пиропатронов, коммутатор Ethernet, связи между блоками комплекса резервированы.
Введение в автоматизированный комплекс устройства выдачи дискретных бесконтактных сигналов, в состав которого включен блок связи с контрольно-проверочной аппаратурой испытываемого изделия по каналам Ethernet, RS-422, RS-485, устройства выдачи дискретных контактных сигналов, устройства приема и обработки телеметрической информации, источника питания испытываемого изделия, а также введение в состав ЦВМ блока проверки обтекания цепей пиропатронов повышает функциональные возможности АИК. Причем введен также целый ряд резервных устройств: резервный центральный пульт управления, резервная центральная вычислительная машина, резервный канал устройства выдачи матричных команд, резервный канал ретранслятора мультиплексного канала обмена, а также обеспечено резервирование связей между блоками комплекса, что обеспечивает повышение надежности комплекса, так как позволяет продолжать испытания космического аппарата при отказе основных (резервированных) блоков АИК. Это существенно увеличивает срок службы комплекса.
Таким образом, дополнительно введенные в состав автоматизированного испытательного комплекса устройства являются существенными признаками изобретения и в комплексе позволяют реализовать поставленную цель. Предложенное техническое решение автоматизированного испытательного комплекса позволяет расширить функциональные возможности путем увеличения количества и номенклатуры выходных сигналов и обеспечить высокую надежность всего комплекса за счет введения существенных признаков в виде дополнительных устройств, связей между блоками комплекса и использования элементов резервирования.
Описание чертежей
На фиг. 1 представлена структурная схема автоматизированного испытательного комплекса, содержащая следующие блоки:
1 - пульт ручного управления (ПРУ);
2 - центральный пульт управления: ЦПУ-О основной (2-о) и ЦПУ-Р резервный (2-р);
3 - центральная вычислительная машина: ЦВМ-О основная (3-о) и ЦВМ-Р резервная(3-р);
4 - устройство выдачи матричных команд (ВДМК), основной и резервный каналы;
5 - ретранслятор мультиплексного канала обмена (PC МКО) основной и резервный каналы;
6 - устройство приема и обработки дискретных сигналов (ВДС);
7 - микросистема для измерения напряжения и сопротивления в электрических цепях (14Н401ММ-01);
8 - устройство выдачи дискретных бесконтактных сигналов (ВДИ-Б), в состав которого включен блок связи с контрольно-проверочной аппаратурой испытываемого изделия по каналам Ethernet, RS-422, RS-485;
9 - устройство выдачи дискретных контактных сигналов (ВДИ-К);
10 - устройство получения и обработки телеметрической информации (ПОТИ);
11 - источник питания испытываемого изделия (ИПШМ - источник питания шины M).
На фиг. 2 представлена структурная схема центрального пульта управления в составе: блок управления испытаниями 12, монитор 13, устройства ввода: клавиатура 14, мышь 15, дисководы 16, 17, устройство вывода: принтер 18.
На фиг. 3 представлена структурная схема центральной вычислительной машины в составе: вычислительный блок 19, блок контроля шин питания 20 (КШП), блок контроля стыковки 21 (КСТ), блок ввода и нормализации аналоговых сигналов 22 (АВ), блок приема телеметрической информации по низкочастотному каналу 23 (ТМИ НП-НЧ), блок мультиплексного канала обмена 24 (МКО), блок проверки обтекания цепей пиропатронов 25 (ПОЦПП).
Исполнение изобретения
Автоматизированный испытательный комплекс (сокращенно АИК) для электрических испытаний космических аппаратов содержит пульт ручного управления 1, основной 2-о и резервный 2-p центральные пульты управления в составе: блок управления испытаниями, монитор, устройства ввода (дисководы, клавиатура, мышь, монитор), устройство вывода (принтер), основную 3-о и резервную 3-p центральные вычислительные машины в составе: вычислительный блок, блок контроля шин питания, блок контроля стыковки, блок ввода и нормализации аналоговых сигналов, блок приема телеметрической информации по низкочастотному каналу, блок мультиплексного канала обмена, блок проверки обтекания цепей пиропатронов, коммутатор Ethernet, основной и резервный каналы устройства выдачи матричных команд 4, основной и резервный каналы ретранслятора мультиплексного канала обмена 5, устройство приема и обработки дискретных сигналов 6, микросистему для измерения напряжения и сопротивления в электрических цепях 7, устройство выдачи дискретных бесконтактных сигналов 8, в состав которого включен блок связи с контрольно-проверочной аппаратурой испытываемого изделия по каналам Ethernet, RS-422, RS-485, устройство выдачи дискретных контактных сигналов 9, устройство приема и обработки телеметрической информации 10, источник питания испытываемого изделия 11, связи между блоками комплекса резервированы, пульт ручного управления первым двунаправленным выводом соединен с двунаправленными входами включения основного и резервного центрального пульта управления, вторым двунаправленным выводом - с двунаправленными входами включения основной и резервной центральной вычислительной машины, третьим двунаправленным выводом - с двунаправленным входом включения источника питания испытываемого изделия, четвертым выводом - с входом включения автоматизированного испытательного комплекса, основной центральный пульт управления подключен первым двунаправленным выводом к первому двунаправленному выводу основной центральной вычислительной машины, вторым двунаправленным выводом - к второму двунаправленному выводу резервной центральной вычислительной машины, резервный центральный пульт управления соединен первым двунаправленным выводом с первым двунаправленным выводом резервной центральной вычислительной машины, вторым двунаправленным выводом - с вторым двунаправленным выводом основной центральной вычислительной машины, входы контроля шин питания, контроля стыковки, аналоговые входы, входы приема телеметрической информации по низкочастотному каналу основной и резервной вычислительных машин предназначены для подключения к испытываемому изделию, третьи двунаправленные выводы основной и резервной центральной вычислительной машины соединены с первым и вторым двунаправленными выводами устройства приема и обработки дискретных сигналов соответственно, входы которого предназначены для подключения к испытываемому изделию, четвертые двунаправленные выводы основной и резервной центральной вычислительной машины соединены с первым и вторым двунаправленными выводами устройства выдачи дискретных бесконтактных сигналов соответственно, двунаправленные выводы Ethernet, RS-422, RS-485 которого предназначены для связи с контрольно-проверочной аппаратурой испытываемого изделия, а выходы - для подключения к испытываемому изделию, пятые двунаправленные выводы основной и резервной центральной вычислительной машины соединены с первым и вторым двунаправленными выводами устройства выдачи дискретных контактных сигналов соответственно, выходы которого предназначены для подключения к испытываемому изделию, шестые двунаправленные выводы основной и резервной центральной вычислительной машины соединены с первым и вторым двунаправленными выводами устройства приема и обработки телеметрической информации соответственно, выходы которого предназначены для подключения к испытываемому изделию, седьмые дублированные двунаправленные выводы основной и резервной центральной вычислительной машины соединены с первым и вторым двунаправленными выводами основного и резервного каналов ретранслятора мультиплексного канала обмена соответственно, входы которых подключены к первому выходу источника питания испытываемого изделия, а выходы предназначены для подключения к испытываемому изделию, восьмые дублированные двунаправленные выводы основной и резервной центральной вычислительной машины соединены с первым и вторым двунаправленными выводами основного и резервного каналов устройства выдачи матричных команд соответственно, выходы которых предназначены для подключения к испытываемому изделию, второй выход источника питания испытываемого изделия соединен с входом устройства выдачи матричных команд, а третий выход предназначен для подключения к испытываемому изделию.
Пульт ручного управления 1 предназначен для выполнения следующих функций:
- включение/выключение АИК, источника питания испытываемого изделия 11,
- переключение устройства ЦВМ 3 с основного на резервный и наоборот,
- индикация напряжений питающей сети и состояния включенных/выключенных устройств,
- индикация состояния испытываемого изделия,
- передача в ЦПУ 2 временной метки от испытываемого изделия (поступает от устройства получения и обработки телеметрической информации - ПОТИ - 10).
Центральный пульт управления (Фиг. 2) содержит блок управления испытаниями 12, реализованный на промышленной электронной вычислительной машине с устройством ввода/вывода дискретных сигналов для связи с пультом ручного управления (ПРУ 1), центральной вычислительной машиной 3. Содержит монитор 13, клавиатуру 14, манипулятор «мышь» 15. Для ввода системного программного обеспечения и испытательных программ в ЦПУ введены лазерный дисковод 16 (DVD - CD/RW) и дисковод гибкого диска 17 (1,44 FDD 3,5′′). Вывод информации обеспечивается принтером 18. Хранение программного обеспечения и протоколов испытаний осуществляется на жестком диске. Связь ЦПУ 2 с ЦВМ 3 производится по оптоволоконному дублированному каналу Ethernet. Длина линии связи до 3000 м.
Центральный пульт управления 2 выполняет следующие функции:
- хранение системного и испытательного программного обеспечения,
- загрузка в устройства АИК программного обеспечения,
- программирование, отладка и исполнение испытательных программ,
- подготовка, хранение и печать протоколов испытаний,
- тестирование устройств АИК.
Резервный пульт ЦПУ-Р находится в нагруженном резерве по отношению к основному пульту ЦПУ-О. Промежуточные результаты испытаний периодически переписываются из ЦПУ-О в ЦПУ-Р, что дает возможность продолжить испытания при отказе основного пульта и переходе на резервный.
Центральная вычислительная машина 3 (Фиг. 3) - это многофункциональное устройство, которое содержит промышленную электронную вычислительную машину с устройствами ввода/вывода, на которых реализованы вычислительный блок 19, блок контроля шин питания 20, блок контроля стыковки 21, блок ввода и нормализации аналоговых сигналов 22, блок приема телеметрической информации 23 (по низкочастотному каналу), блок проверки обтекания цепей пиропатронов 24, блок мультиплексного канала обмена 25.
Резервная ЦВМ-Р находится в ненагруженном резерве по отношению к основной ЦВМ-О.
Блоки ЦВМ обеспечивают выполнение следующих функций:
- блок контроля шин питания 20 (КШП) - циклический контроль значения напряжения, сопротивления изоляции и отсутствия короткого замыкания на корпус для пяти источников постоянного напряжения 30 B по 25 измерительным каналам,
- блок контроля стыковки 21 (КСТ) - контроль подключения разъемов кабельной сети испытываемого изделия по 96 каналам,
- блоки ввода и нормализации аналоговых сигналов 22 (АВ) - измерение напряжения бортовых датчиков постоянного напряжения по 44 каналам,
- блок приема телеметрической информации 23 (ТМИ НП-НЧ) - прием телеметрической информации в режиме непосредственной передачи по низкочастотному каналу последовательным кодом со скоростью передачи информации до 256 Кбит/с,
- блок мультиплексного канала обмена 25 (МКО) - формирование резервированной магистрали мультиплексного канала обмена по ГОСТ P 52070-2003 (MIL-STD-1553B). Выход блока МКО соединен дублированными линиями связи с ретранслятором мультиплексного канала обмена - PC МКО - 5,
- блок проверки обтекания цепей пиропатронов 24 (ПОЦПП) - контроль сопротивления цепей пиропатронов испытываемого изделия при подаче эталонного тока.
В состав ЦВМ входит коммутатор 26 Ethernet, на который поступают сигналы с ЦПУ 2 и передаются на другие устройства комплекса (ВДС 6, ВДИ-Б 8, ВДИ-К 9, ПОТИ 10) по дублированной проводной витой паре.
Устройство выдачи матричных команд 4 выдает на испытываемое изделие по дублированным каналам коды команд управления командно/измерительной матрицей КМ, 20 тумблерных и 20 кнопочных команд в виде незапитанных контактов реле, а также управляет подключением напряжения питания к испытываемому изделию в источнике питания шины М - ИПШМ - 11. Устройство выдачи матричных команд - ВДМК - управляется командами от ЦВМ 3.
Ретранслятор мультиплексного канала обмена 5 (PC МКО) предназначен для восстановления формы и амплитуды сигналов кода МАНЧЕСТЕР-2 в линии передачи информации по магистральному последовательному интерфейсу, выполненному в соответствии с требованиями ГОСТ P 52070-2003 (MIL-STD-1553 В). PC МКО обеспечивает связь с магистральной шиной МКО бортовой вычислительной системы (БВС) испытываемого изделия по дублированным линиям на расстоянии до 100 м между приемником и передатчиком. Ретранслятор мультиплексного канала обмена 5 (PC МКО) соединен с блоком мультиплексного канала обмена 25 (МКО), расположенного в ЦВМ 3.
Устройство ввода дискретных сигналов 6 (ВДС) осуществляет прием от испытываемого изделия гальванически развязанных импульсных и двухпозиционных контактных и бесконтактных сигналов (ДВ), выявление изменений принимаемой информации с привязкой этих изменений ко времени съема и передачи информации о каналах в устройство ЦПУ 2 через коммутатор Ethernet, расположенный в ЦВМ 3. ВДС управляется командами от ЦПУ 2.
Микросистема для измерения напряжения и сопротивления в электрических цепях 7 обеспечивает измерение и допусковый контроль постоянных напряжений по 510 коммутируемым цепям между собой в диапазоне от 0,1 до 36 B и сопротивлений в диапазоне от 0,1 Ом до 20 MOм с автоматической компенсацией внутренних сопротивлений. Программное обеспечение микросистемы обеспечивает подготовку и исполнение испытательных программ, вывод результатов на печать.
Устройство выдачи дискретных бесконтактных сигналов 8 (ВДИ-Б) предназначено для выдачи в испытываемое изделие параллельного цифрового кода бесконтактными сигналами (ДВывБ) через транзисторные оптореле, обеспечивающие гальваническую развязку всех выходных сигналов. В состав ВДИ-Б входит также блок связи с контрольно-проверочной аппаратурой испытываемого изделия по каналам Ethernet, RS-422, RS-485. ВДИ-Б управляется командами от ЦПУ 2 через коммутатор Ethernet, расположенный в ЦВМ 3.
Устройство выдачи дискретных контактных сигналов 9 (ВДИ-К) предназначено для вывода контактных сигналов (ДВывК) в виде незапитанных перекидных контактных групп (типа «сухой контакт»). Устройство выдачи дискретных контактных сигналов - ВДИ-К - управляется командами от ЦПУ 2 через коммутатор Ethernet, расположенный в ЦВМ 3.
Устройство приема и обработки телеметрической информации 10 (ПОТИ) предназначено для приема последовательных импульсных кодов телеметрии от испытываемого изделия, выдачи на изделие последовательного импульсного кода адреса запрашиваемого параметра, а также приема от изделия последовательного кода метки трассы, приема одногерцовых временных сигналов. Для повышения надежности ПОТИ 10 содержит дублированные приемопередатчики. ПОТИ 10 управляется командами от ЦПУ 2 через коммутатор Ethernet, расположенный в ЦВМ 3.
Источник питания испытываемого изделия 11(ИПШМ) предназначен для питания постоянным напряжением 30 В испытываемого изделия и питания аппаратуры в устройствах: выдачи матричных команд ВДМК и ретрансляторе мультиплексного канала обмена PC МКО.
Автоматизированный испытательный комплекс работает под управлением многозадачной операционной системы реального времени QNX. Программное обеспечение АИК также содержит необходимые системные программы, специальное программное обеспечение, предназначенное для подготовки и исполнения испытательных программ, и тестовое программное обеспечение.
Описание работы
Автоматизированный испытательный комплекс - АИК - работает следующим образом.
Формирование рабочей конфигурации АИК
Выбор рабочей ЦВМ 3 производится переключателями на ПРУ 1 и переключателями включения питания основного и резервного устройства при включении АИК. Дублированные каналы ВДМК 4, PC МКО 5, дублированные приемопередатчики ПОТИ 10 и дублированные линии связи по каналу Ethernet работают в нагруженном резерве. Изменение рабочей конфигурации АИК производится при неисправности ЦВМ 3 переключателями на ПРУ 1 и переключателями включения питания на ЦВМ. Резервирование входных и выходных сигналов АИК может выполняться путем их объединения.
Включение АИК
Автоматизированный испытательный комплекс включается переключателем на ПРУ 1. Сигнал Вкл АИК поступает на источники питания устройств АИК и включает их. ИПШМ 11 включается отдельно; в процессе испытаний он может включаться и выключаться оператором. После включения АИК оператор с ЦПУ 2 загружает операционную систему. При этом система опрашивает устройства АИК и определяет, какие из них включены. При полной комплектности АИК в входящие в него устройства загружаются элементы операционной системы и драйверы. После этого с ЦПУ 2 загружается система исполнения испытательных программ. АИК готов к работе.
Проверка испытываемого изделия
Оператор с рабочего ЦПУ загружает испытательную программу и запускает ее исполнение в непрерывном или шаговом режиме под управлением системы исполнения испытательных программ, которая анализирует инструкции языка испытаний, составляющие испытательную программу, и формирует директивы в соответствующие устройства. После исполнения полученных директив устройства выдают в ЦПУ подтверждения их исполнения и полученные результаты. В жестком магнитном диске блока управления испытаниями ЦПУ запоминаются промежуточные результаты и формируется протокол испытаний. Результаты и протокол отображаются в реальном времени на экране монитора.
Полученный протокол испытаний распечатывается на печатающем устройстве рабочего ЦПУ.
Подготовка и отладка испытательных программ
Подготовка и отладка испытательных программ производится на ЦПУ или на автономной устройстве подготовки данных (персональной электронной вычислительной машине) - на фиг. 1 не показано. Готовые программы записываются на лазерный дисковод DVD - CD/RW и могут переноситься на разные АИК.
Самотестирование АИК
Самотестирование АИК выполняется до подключения испытываемого изделия оператором с обоих ЦПУ (основного и резервного). Самотестирование может быть сокращенное или полное.
Сокращенное самотестирование производится без подключения дополнительных кабелей и блоков. При этом тестируются внутренние схемы устройств АИК и связи между ними.
При полном самотестировании АИК выходные сигналы подаются на соответствующие входы устройств с помощью тестовых кабелей. Для тестирования аналоговых входов используются источники питания, входящие в комплект измерительный АИК.
Выключение АИК
Для выключения АИК оператор с рабочего ЦПУ 2 завершает выполнение испытательной программы, закрывает систему исполнения испытательных программ и завершает работу операционной системы. После этого переключателем на ПРУ 1 производится выключение источников питания устройств АИК.