Опыт использования конструктивов фирмы Schroff платформы Varistar при разработке АИС

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.

1. 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).

2. 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.

3. 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.

4. Отвод тепла: для теплоотвода мо­гут использоваться вентиляторные крыши или перфорированные двери с пропускной способностью воздуха до 78%.

5. 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