Введение
Космическое приборостроение – достаточно консервативная отрасль промышленности, не прощающая ошибок и непродуманных решений. Аппараты для космоса и системы предстартовой подготовки оперируют тысячами параметров контроля и управляющих воздействий. На рис. 1 показана только часть соединительных кабелей, подключаемых к тестируемому объекту.
Обеспечить проверку в приемлемые сроки и с высоким качеством позволяют только автоматизированные испытательные системы (АИС), предоставляя человеку возможность принимать решения по её результатам на разных стадиях работы.
В процессе создания многоцелевого исследовательского модуля (МИМ) для МКС (международной космической станции) возникла необходимость в разработке системы, предназначенной для телеуправления, телесигнализации, телеизмерения, организации связи с бортовыми вычислительными системами и контроля системы электропитания. Предписывалось, что АИС должна быть универсальной и при подключении дополнительных модулей позволять использовать её для контроля сложных объектов, например в авиастроении, атомной энергетике и т.п.
Представленная далее система была разработана специалистами РКК «Энергия» и НКБ «МИУС» ЮФУ (г. Таганрог).
Структурная схема
Укрупнённая структурная схема изделия представлена на рис. 2.
Условные обозначения: СО-СК – стойка оператора/стойка контроля; ПК – персональный компьютер; МВВ – модуль ввода-вывода; КВВ – контроль ввода-вывода; СПУ – стойка пульта управления; ТС – телесигнализация; ТУ – телеуправление.
Как видно из схемы, АИС может состоять из нескольких стоек. Их количество определяется количеством контролируемых параметров на объекте. Все устройства системы объединены в локальную сеть, построенную по классическим принципам. Управление объектом может осуществляться либо со стойки оператора, либо со стойки пульта управления.
В качестве аппаратуры обработки данных, устанавливаемой на стойках оператора (СО), использованы промышленные персональные компьютеры (как один из реализованных вариантов – промышленные компьютеры фирмы Advantech), объединённые в локальную сеть. В качестве операционной системы используется Windows. Программное обеспечение для работы с объектом оригинальное.
Аппаратура сопряжения с объектом контроля представлена множеством разнообразных функционально и конструктивно законченных модулей сопряжения, оснащённых микроконтроллерным управлением.
Выбор и реализация конструктивных решений
Требования к универсальности и открытости архитектуры, сжатые сроки проектирования и изготовления, а также большая загруженность производства потребовали использовать стандартные покупные конструктивы, что обеспечило:
-
модульность на функциональном и конструктивном уровнях;
-
стандартизацию узлов, блоков и решений по компоновке;
-
резервирование отдельных функционально законченных частей;
-
открытость для модульного наращивания аппаратных средств и возможность оперативного конфигурирования.
По перечисляемым далее причинам выбор был сделан в пользу стоек Varistar фирмы Schroff.
-
Это одна из немногих платформ, имеющая в своём составе усилен-ный каркас шкафов, обеспечивающий высокую устойчивость при нагрузке до 800 кг на уровне 19-дюймовых монтажных профилей. Благодаря высокой жёсткости конструктивы этой платформы соответствуют самым высоким требованиям по ударо- и вибропрочности (http://www.prosoft.ru/cms/f/435772.pdf).
-
Платформа Varistar – по сути, конструктор-трансформер. Возможность реализации различных вариантов изделия ограничивается только фантазией конструктора. При изготовлении любой конструкции можно обойтись без деталей собственного производства или свести их к минимуму. Практически любое решение можно найти в каталоге и заказать необходимые элементы конструкции, например:
● двери – экранированные, с защитой от внешних воздействий (IP), остеклённые, алюминиевые, стальные, двустворчатые, с ограничителем хода 120°, с электронной системой запирания;
● комплект крепёжных деталей – зажимы, планки крепления кабелей, кабельные хомуты, застёжки-липучки, зажимы из стали с пластмассовыми вставками, предохраняющими кабель от деформации, монтажные рельсы, метрические монтажные профили, направляющие рельсы, полки стационарные, полки выдвижные (до 70 кг), рым-болты, комплект заземления, крепёжные детали для монтажа оборудования, мерная лента и т.п.;
● цоколь – мобильный, с вентиляцией, с выдвижным упором для исключения опрокидывания, регулируемыми ножками, поворотными роликами с регулируемыми ножками, поворотными роликами с фиксаторами и т.п.;
● панель основания – цельная, с кабельным вводом с открытым задним участком (участок может быть оснащён фильтрующим элементом, щёточным пыльником для кабельного ввода, заглушкой), с боковым кабельным вводом;
● плоские крыши – с щёточным пыльником, потолочным вентиляторным узлом (до 6 вентиляторов), регулятором частоты вращения вентиляторов, термостатом, перфорированной панелью;
● стенки – сплошные, с перфорацией, с креплением на винтах, на фиксаторах, на фиксаторах с возможностью установки замка, с 3-точечной системой запирания со встречными засовами. -
В профиле каркасов шкафов предусмотрена системная перфорация во всех измерениях, что обеспечивает возможность различных способов крепления элементов конструкции и принадлежностей. Профиль каркаса позволяет использовать преимущества геометрического замыкания, при этом кабельные органайзеры устанавливаются и фиксируются на стойке без использования крепёжных деталей.
-
Отвод тепла: для теплоотвода могут использоваться вентиляторные крыши или перфорированные двери с пропускной способностью воздуха до 78%.
-
Продуманная организация укладки кабелей. Большое разнообразие при-надлежностей для всех зон укладки кабелей: кабельные органайзеры, органайзер укладки оптических кабелей, боковые фальшь-панели и т.п.
На рис. 3, где показана АИС в собранном виде без вычислительного комплекса, видны описанные конструктивы.
На рис. 4 показан управляющий вычислительный комплекс АИС.
Как указывалось ранее, в его состав входят три промышленных персональных компьютера, объединённых в общую сеть. При необходимости имеется возможность дополнительно подключать несколько ноутбуков. Управление АИС, контролем параметров и анализом телеметрии объекта осуществляют специально разработанные на языках высокого уровня программы. Информация о состоянии объекта и его составных частей выводится на пульты операторов в виде таблиц, графиков и текстовых сообщений. Выводимая информация различается цветовой гаммой, позволяющей оператору быстро реагировать на возникающие события. Результаты проверок отображаются на мониторах тоже с использованием цветовой гаммы, что позволяет оперативно оценивать ситуацию. Контроль параметров может осуществляться как автономно, так и в пошаговом режиме с возможностью возврата в заданную точку.
На рис. 5 показано крепление блоков (корзин) и модулей в стойке.
На рис. 6 представлены варианты различных узлов и блоков, размещённых в стойках АИС.
Итоги
Конструкция АИС получилась открытой. Путём замены ряда блоков и узлов она используется при отладке и других космических объектов (кораблей «Союз», «Прогресс» и т.п.).
Надёжность конструкции подтверждена различными видами испытаний у производителя и у заказчика, а также перевозками АИС из г. Таганрога Ростовской области в Подмосковье (автомобилем), из Подмосковья в США (самолётом) и обратно. После распаковки и подключения изделия к МИМ система начинала функционировать без замечаний. Это позволило отправить многоцелевой исследовательский модуль на орбиту в срок и с надлежащим качеством, подтвердило правильность выбранных решений.
Полученный опыт используется предприятием и для других разработок. В настоящее время выпущено около 10 АИС подобного назначения. В производстве находятся ещё несколько. ●
E-mail: gorodovoy@inbox.ru
Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
