一种用于空间站的在线柜电控箱

技术领域

本发明涉及在轨控制技术领域，尤其涉及一种用于空间站的在线柜电控箱。

背景技术

在线维修装调操作柜(简称“在线柜”)是一种空间站应用系统规划的科学和技术实验平台，主要为空间站有效载荷提供一个进行在轨故障诊断、中继级维修和手工或机械操作的工作场所。

在现有的空间应用在轨维修操作中，缺少既能对外与实验柜控制器，对内为操作箱中各部件进行供电和通信的设备。因此，亟需提供一种技术方案解决现有技术中存在的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于空间站的在线柜电控箱。

本发明的一种用于空间站的在线柜电控箱的技术方案如下：

包括：主控板、SSPC板和至少一个第一电源模块，每个第一电源模块用于分别连接对应的第一待控制部件，所述主控板与所述SSPC板连接；

所述SSPC板用于：根据所述主控板发送的第一电源控制指令，控制目标第一电源模块与目标第一待控制部件之间的供电电路的导通或关断；

所述主控板还用于：当所述目标第一电源模块与所述目标第一待控制部件之间的供电电路导通时，接收并根据部件控制指令，控制所述目标第一待控制部件的运行状态。

本发明的一种用于空间站的在线柜电控箱的有益效果如下：

本发明的在线柜电控箱具有的配电功能、通讯功能、信号采集功能、开关控制功能，能够为空间站为在线柜进行在线维修装调操作提供核心电子学支撑。

在上述方案的基础上，本发明的一种用于空间站的在线柜电控箱还可以做如下改进。

进一步，还包括：以太网交换板；所述以太网连接板与所述主控板连接；

所述主控板具体用于：接收上位机发送的所述部件控制指令，或，接收所述上位机通过所述以太网交换板发送的所述部件控制指令。

进一步，还包括：第二电源板和接口扩展板；所述第二电源板通过所述接口扩展板与至少一个第二待控制部件连接；

所述接口扩展板用于：根据所述主控板发送的第二电源控制指令，控制所述第二电源板与目标第二待控制部件之间的供电电路的导通或关断。

进一步，还包括：存储板；所述至少一个第二待控制部件包括：至少一个观测相机；所述存储板依次通过所述控制板和所述以太网交换板，与每个观测相机连接；

每个存储板用于：接收每个观测相机依次通过所述控制板和所述以太网交换板发送的的相机采集数据，并对所有的相机采集数据进行存储。

进一步，所述第二电源板还用于：分别向所述主控板、所述以太网交换板、所述存储板、所述SSPC板和所述接口扩展板供电。

进一步，还包括：存储板；所述至少一个第二待控制部件包括：至少一个观测相机；所述存储板依次通过所述控制板和所述以太网交换板，与每个观测相机连接；

每个存储板用于：接收每个观测相机依次通过所述控制板和所述以太网交换板发送的的相机采集数据，并对所有的相机采集数据进行存储。

进一步，多个第一待控制部件包括：机械手、风机、LED灯带驱动器和第一电磁阀；所有的第一电源模块包括三个第一电源板，任意两个第一电源板并联为一个第一电源模块，用于通过所述SSPC板向所述机械手输出并联输出电源；剩余的第一电源板通过所述SSPC板，用于通过所述SSPC板向所述风机、所述LED灯带驱动器和所述第一电磁阀输出直联输出电源；

所述SSPC板具体用于：根据所述第一电源控制指令，通过控制所述机械手的供电电路的导通或关断，以控制是否向所述机械手输出所述并联输出电源进行供电；或/和，通过分别控制所述风机、所述LED灯带驱动器和所述第一电磁阀的供电电路的导通或关断，以控制是否向所述风机、所述LED灯带驱动器和所述第一电磁阀输出所述直联输出电源进行供电。

进一步，所述部件控制指令包括：机械手控制指令、风机控制指令、观测相机控制指令、LED灯带控制指令、显示控制指令、环境采集控制指令；所述至少一个第二待控制部件还包括：LED显示屏和前置采集盒；

所述主控板具体用于：当所述部件控制指令为所述机械手控制指令时，向所述机械手发送机械手控制信号，以控制所述机械手的运行状态；

当所述部件控制指令为所述风机控制指令时，向所述风机发送风机控制信号，以控制所述风机的运行状态；

当所述部件控制指令为所述观测相机控制指令时，向对应的观测相机发送相机控制指令，以控制对应观测相机的运行状态；

当所述部件控制指令为所述LED灯带控制指令时，向所述LED灯带驱动器发送灯带控制指令，以控制所述LED灯带驱动器的运行状态；

当所述部件控制指令为所述显示控制指令时，向所述LED显示屏发送显示控制指令，以控制所述LED显示屏的运行状态；

当所述部件控制指令为所述环境采集控制指令时，向所述前置采集控制盒发送采集控制指令，以控制所述前置控制采集盒的运行状态。

进一步，所述前置控制采集盒中包括：湿度传感器、温度传感器和压差传感器；

所述主控板还用于：当接收到湿度采集指令时，通过所述接口扩展板向所述前置控制采集盒中的所述湿度传感器发送湿度采集信号，以接收所述湿度传感器发送的当前湿度数据；

当接收到温度采集指令时，通过所述接口扩展板向所述前置控制采集盒中的所述温度传感器发送温度采集信号，以接收所述温度传感器发送的当前温度数据；

当接收到压差采集指令时，通过所述接口扩展板向所述前置控制采集盒中的所述压差传感器发送压差采集信号，以接收所述压差传感器发送的当前压差数据。

进一步，还包括：背板；所述背板用于实现所述在线柜电控箱中的各个板卡的插接。

进一步，还包括：后IO板；所述后IO板用于：为输入电源、每个第一待控制部件和每个第二待控制部件提供通信接口。

附图说明

图1为本发明实施例的一种用于空间站的在线柜电控箱的结构示意图；

图2为本发明实施例的一种用于空间站的在线柜电控箱的供电原理图；

图3为本发明实施例的一种用于空间站的在线柜电控箱的通信接口网络拓扑图；

图4为本发明实施例的一种用于空间站的在线柜电控箱的存储板工作原理图；

图5为本发明实施例的一种用于空间站的在线柜电控箱的内部连接示意图；

图6为本发明实施例的一种用于空间站的在线柜电控箱的接地设计图；

图7为本发明实施例的一种用于空间站的在线柜电控箱的传感器接口位置示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明实施例的一种用于空间站的在线柜电控箱，包括：主控板1、SSPC板2和至少一个第一电源模块，每个第一电源模块用于分别连接对应的第一待控制部件，所述主控板1与所述SSPC板2连接。

其中，主控板1为Z7主控板，用于系统内部的智能管理，包括实验柜支撑系统电子学的指令接收与转发、科学数据的处理及传输、工程参数的接收和处理、系统内部功能模块的控制等。

在本实施例中，第一电源模块的数量为两个，其中一个第一电源模块包含两个第一电源板3，另外一个第一电源模块包含一个第一电源板3。每个第一电源板3为28V电源板，均用于实现100V到28V转换，并为相应的第一待控制部件供电。

其中，第一待控制部件包括：机械手10、风机11、LED灯带驱动器12和第一电磁阀。第一电磁阀包括：空气电磁阀13和废气电磁阀14。

需要说明的是，本实施例的在线柜电控箱中的主控板1、第一电源板3、SSPC板2均采用3U VPX标准板卡，用于完成各功能单元所需要的设计需求，最终实现功能单板的复用并不断提高产品可靠性，另外采用标准化设计也能够为在轨维修更换提供基础。

所述SSPC板2用于：根据所述主控板1发送的第一电源控制指令，控制目标第一电源模块与目标第一待控制部件之间的供电电路的导通或关断。

在本实施例中，如图2所示，所有的第一电源模块包括三个第一电源板3，两个第一电源板3并联为一个第一电源模块，用于通过所述SSPC板2向所述机械手10输出并联输出电源；剩余的一个第一电源模块包括一个第一电源板3，用于通过所述SSPC板2，向所述风机11、所述LED灯带驱动器12和所述第一电磁阀输出直联输出电源。

其中，主控板1与SSPC板2通过RS422通信接口进行连接。第一电源控制指令用于控制至少一个第一待控制部件的供电。目标第一电源模块为：所有第一电源模块中的至少一个；例如共有三个第一电源模块(A、B、C)，此时第一电源控制指令用于控制A和B对应供电电路的导通，则此时目标第一电源模块为A和B。目标第一待控制部件与目标第一电源模块对应，例如，目标第一电源模块A对应的第一待控制部件为a和b，则目标第一待控制部件为a和b。

具体地，在线柜电控装置共有2路电源输入，其中1路为100V。100V电源经过两个第一电源板3变换后，输出的2路28V输出电源并联后，得到并联输出电源；先由SSPC板2进行配电管理，然后通过SSPC板2分配给机械手10使用；这路100V电源输入同时经过剩余的一个第一电源板3，变换为28V后由SSPC板2进行配电管理，然后分别通过SSPC板2给风机11、LED灯带驱动器12、第一电磁阀(空气电磁阀13和废气电磁阀14)供电。

所述主控板1还用于：当所述目标第一电源模块与所述目标第一待控制部件之间的供电电路导通时，接收并根据部件控制指令，控制所述目标第一待控制部件的运行状态。

其中，主控板1与机械手10、风机11、LED灯带驱动器12和第一电磁阀(空气电磁阀13和废气电磁阀14)之间的连接方式不限。

其中，主控板1还与上位机(实验柜的控制器)通过RS422进行通信连接，接收控制器发送的部件控制指令。部件控制指令用于：控制目标第一控制部件的运行状态。运行状态包括但不限于：启动、停止、采集信号等。

较优地，还包括：以太网交换板4；所述以太网连接板与所述主控板1连接；

所述主控板1具体用于：接收上位机发送的所述部件控制指令，或，接收所述上位机通过所述以太网交换板4发送的所述部件控制指令。

其中，以太网交换板4也采用3U VPX标准板卡，能够实现电控箱千兆以太网的接口互联与交换。

其中，以太网连接板与主控板1之间通过1路IIC接口和6路以太网接口连接。

需要说明的是，以太网交换板4的链路连接包括：a)1路1000BASE-T，与控制器；b)6路1000BASE-X，与主控板1；c)1路1000BASE-T，与机械手10；d)1路1000BASE-T，与第一观测相机16；e)1路1000BASE-T，与第二观测相机17。

主控板1的链路连接包括：a)1路RS422，与控制器；b)1路RS422，与SSPC板2；c)1路RS422，与机械手10；d)6路1000BASE-X，与以太网交换板4；e)2路SATA3.0，与存储板7；f)1路IIC，与主控板1内部；g)1路IIC，与以太网交换板4；h)1路IIC，与存储板7；i)1路SPI，与LED显示屏15；j)1路SPI，2路IIC，与接口扩展板6。

具体地，如图3所示，主控板1能够接收控制器通过RS422接口直接发送部件控制指令，主控板1也能够接收经以太网交换板4发送的部件控制指令。

较优地，还包括：第二电源板5和接口扩展板6；所述第二电源板5通过所述接口扩展板6与至少一个第二待控制部件连接；

所述接口扩展板6用于：根据所述主控板1发送的第二电源控制指令，控制所述第二电源板5与目标第二待控制部件之间的供电电路的导通或关断。

其中，第二电源板5为12V/5V的电源板，用于实现28V到5V、12V转换，为第二待控制部件供电。

其中，接口扩展板6能够实现对电磁阀的开关控制，实现分系统内部各通信接口、数字接口的扩展功能。主控板1通过SPI接口、IO接口以及IIC接口与接口扩展板6通信连接。

其中，第二电源控制指令为：用于控制至少一个第二待控制部件的供电，其控制原理与第一电源控制指令相同，在此不过多赘述。

如图2所示，在本实施例中，至少一个第二待控制部件包括：第一观测相机16、第二观测相机17、LED显示屏15和前置采集盒18等。前置采集盒18中包括：氮气电磁阀19、湿度传感器20、温度传感器21和压差传感器22。

较优地，还包括：存储板7；所述存储板7依次通过所述控制板和所述以太网交换板4，与每个观测相机连接。

其中，存储板7也采用3U VPX标准板卡，能够对相机视频数据进行存储。

每个存储板7用于：接收每个观测相机依次通过所述控制板和所述以太网交换板4发送的的相机采集数据，并对所有的相机采集数据进行存储。

需要说明的是，如图4所示，两台观测相机用于采集视频图像数据(相机采集数据)，均通过对应的千兆以太网的通信接口。由于观测相机在连续开启进行图像记录的过程中，产生大量的数据需要缓存，电控箱系统内部为主控板1配置了一块存储板7，存储容量均为4TB。

此外，观测相机的具体参数如下表1所示。根据相机数据量的最大包络，计算缓存时间如下：2个相机同时工作工况，按照相机最大数据量1530Mbps计算，存储板7缓存到3.5TB，可支持相机连续工作5.3小时。

表1观测相机的数据量统计

较优地，所述SSPC板2具体用于：根据所述第一电源控制指令，通过控制所述机械手10的供电电路的导通或关断，以控制是否向所述机械手10输出所述并联输出电源进行供电；或/和，通过分别控制所述风机11、所述LED灯带驱动器12和所述第一电磁阀的供电电路的导通或关断，以控制是否向所述风机11、所述LED灯带驱动器12和所述第一电磁阀输出所述直联输出电源进行供电。

较优地，所述第二电源板5还用于：分别向所述主控板1、所述以太网交换板4、所述存储板7、所述SSPC板2和所述接口扩展板6供电。

其中，第二电源板5分别向各个板卡提供5V的电源。

较优地，所述部件控制指令包括：机械手10控制指令、风机11控制指令、观测相机控制指令、LED灯带控制指令、显示控制指令、环境采集控制指令；

所述主控板1具体用于：当所述部件控制指令为所述机械手10控制指令时，向所述机械手10发送机械手10控制信号，以控制所述机械手10的运行状态；

当所述部件控制指令为所述风机11控制指令时，向所述风机11发送风机11控制信号，以控制所述风机11的运行状态；

当所述部件控制指令为所述观测相机控制指令时，向对应的第一观测相机16、第二观测相机17发送相机控制指令，以控制对应观测相机的运行状态；

当所述部件控制指令为所述LED灯带控制指令时，向所述LED灯带驱动器12发送灯带控制指令，以控制所述LED灯带驱动器12的运行状态；

当所述部件控制指令为所述显示控制指令时，向所述LED显示屏15发送显示控制指令，以控制所述LED显示屏15的运行状态；

当所述部件控制指令为所述环境采集控制指令时，向所述前置采集控制盒18发送采集控制指令，以控制所述前置控制采集盒18的运行状态。

较优地，所述所述前置控制采集盒18中还包括：湿度传感器20、温度传感器21和压差传感器22；

所述主控板1还用于：当接收到湿度采集指令时，通过所述接口扩展板6向所述前置控制采集盒18中的所述湿度传感器20发送湿度采集信号，以接收所述湿度传感器20发送的当前湿度数据；

当接收到温度采集指令时，通过所述接口扩展板6向所述前置控制采集盒18中的所述温度传感器21发送温度采集信号，以接收所述温度传感器21发送的当前温度数据；

当接收到压差采集指令时，通过所述接口扩展板6向所述前置控制采集盒18中的所述压差传感器22发送压差采集信号，以接收所述压差传感器22发送的当前压差数据。

具体地，本实施例的在线柜电控箱能够实现对在线柜科学实验系统内的指定电压、电流、温度遥测量采集；电控箱采集各类传感器输出信号，实现压力、流量、温度等状态检测功能。

较优地，还包括：背板8；所述背板8用于实现所述在线柜电控箱中的各个板卡的插接。

其中，背板8，用于实现在线柜电控箱内各板卡插接和信号互连。

较优地，还包括：后IO板9；所述后IO板9用于：为输入电源、每个第一待控制部件和每个第二待控制部件提供通信接口。

其中，后IO板9用于引出信号至对外接插件以及对外接插件的安装焊接。

具体地，在电控箱的机箱前半部分布置和安装VPX标准板卡，共计11块板卡(9块VPX标准板卡+1块背板+1块后IO板)，背板与IO板之间采用CRM632-252-541-9501和CRM632-252-541-9601连接器进行连接；在机箱后半部分安装机械手10电控单元(工控机)，电控箱内部连接框如图5所示。

此外，本实施例的在线柜电控箱的接地设计如图6所示。具体地，系统接地设计的方式为：在线柜电控箱一次地(100V与28V)与二次地、机壳地三者完全分开，二次地与机壳地单点接地。接地方法为：一次供电母线为100V电压，一次电源100V回线采用专线返回控制器；并且一次电源回线与产品壳体隔离，与二次电源回线隔离，隔离阻抗不小于10MΩ；一次供电正线为28V电压，一次电源28V回线采用专线返回控制器；并且一次电源回线与产品壳体隔离，与二次电源回线隔离，隔离阻抗不小于10MΩ；二次电源由DC/DC变换器变换产生，电控箱内部二次地共地，且单点接地；背部电缆屏蔽层连接至背插壳体。

在单板接地情形下，重点电路和元器件的接地设计方法为：电源地：电源地采用树形连接，一次地和二次地之间隔离；二次地之间互相连通。模拟地、数字地：模拟地、数字地隔离。在模拟量采样和模拟量遥测等必要环节，模拟地和数字地通过单点共地。

此外，如图7所示，介于机械手10对应的两个第一电源板3的热耗最大，因此在在线柜电控箱的背板8处的两个第一电源板3之间设置1路1-wire传感器接口，用于监测在线柜电控箱内部火情。

本实施例的在线柜电控箱具有的配电功能、通讯功能、信号采集功能、开关控制功能，能够为空间站为在线柜进行在线维修装调操作提供核心电子学支撑。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。类似地，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明实施例的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。其中，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。上述实施例中的步骤，除有特殊说明外，不应理解为对执行顺序的限定。