Представлена методика использования технологических баз данных в системах автоматизации аэродинамического эксперимента. При проведении научных экспериментов в системе производится хранение, как данных непосредственно эксперимента, так и технологических данных, связанных с условиями проведения конкретного эксперимента, а также обработкой полученных научных результатов.
В Институте теоретической и прикладной механики (ИТПМ) им. С.А. Христиановича СО РАН совместно со специалистами Конструкторско-технологического института вычислительной техники (КТИ ВТ) СО РАН активно проводятся работы по созданию и развитию систем автоматизации научного эксперимента и управления технологическими процессами [1].
Необходимость выполнения подобных работ связана со сложным характером современного научного эксперимента, большим количеством измерительных каналов, высокими скоростями протекания исследуемых процессов, сложным процессом подготовки эксперимента, его проведением и последующей обработкой полученных экспериментальных данных.
Так, для проведения научных исследований в области сверх- и гиперзвуковой аэродинамики в ИТПМ СО РАН в настоящее время создается новая уникальная экспериментальная установка кратковременного действия – гиперзвуковая аэродинамическая труба адиабатического сжатия, которая позволит моделировать обтекание перспективных летательных аппаратов вплоть до космических скоростей полета [2]. Данная установка после ввода ее в эксплуатацию будет иметь рекордные аэродинамические характеристики, существенно превосходя по ряду параметров многие не только отечественные, но и зарубежные установки подобного класса.
Важной составной частью установки является система подготовки рабочего газа, обеспечивающая получение рабочего газа (воздуха) с давлением 3000 атм. и температурой 2500 К.
Технологический процесс подготовки рабочего газа заключается в следующем. Рабочий газ перед началом эксперимента через электрический подогреватель кауперного типа подается в адиабатический нагреватель. Здесь газ дополнительно нагревается адиабатическим сжатием до температур 1000–1500 К и поступает в силовые цилиндры. С помощью поршней силовых цилиндров газ доводится до необходимых параметров (давления и температуры) для проведения экспериментов. Далее открывается затвор, и поршни силового цилиндра начинают сближаться, поддерживая параметры рабочего газа примерно постоянными.
Необходимо производить автоматическое измерение нескольких десятков физических параметров (давления, температуры, тепловые потоки и т.п.) в различных технологических точках установки. В процессе подготовки установки к эксперименту и во время его проведения необходимо управлять ее различными исполнительными механизмами: клапанами, задвижками, вентилями и др., а также производить измерения технологических параметров. Для этих целей была разработана автоматизированная система управления (АСУ) процессом подготовки и проведения эксперимента, с помощью которой обеспечивается управление источником рабочего газа данной аэродинамической трубы [3].
Отличительной особенностью системы является возможность управления оборудованием по заранее заданным алгоритмам с установленными временными интервалами (так называемые «цепочки команд») [4]. Дискретность задания временного интервала составляет 1 мс. Абсолютная погрешность формирования временной метки исполнения команды не превышает 300 мкс.
Значительную роль в этом процессе помимо непосредственных экспериментальных данных занимают технологические данные, определяющие режим работы экспериментальной установки и способы обработки экспериментальных данных.
Особенно важным это является при проведении экспериментальных исследований в установках кратковременного действия, которые характерны для современных высокоскоростных газодинамических процессов.
В состав системы сбора данных входит, например, специально разработанный 8-канальный модуль измерения аналоговых сигналов [5], предназначенный для 16-разрядной оцифровки сигналов напряжения в диапазоне от –1 до +1 В, при полосе пропускания 10 кГц, частоте выборки до 100 кГц, с программной настройкой множителя предварительного усилителя 1х, 10х, 100х, 1000х с буферной памятью 32 кСл/канал.
Перед запуском аэродинамической трубы требуется провести настройку измерительной системы: провести определение коэффициентов пересчета измеренных напряжений в физические величины, установить параметры рабочего режима, задать порядок проведения эксперимента. Эти данные будут в дальнейшем использоваться в процессе обработки экспериментальных данных.
Сервер баз данных. Для хранения технологических данных в системе используется сервер баз данных (сервер БД). В качестве сервера баз данных используется СУБД SQLite. Эта СУБД позволяет с помощью SQL запросов и команд создавать, редактировать и заполнять как сами базы данных, так и их отдельные элементы непосредственно из программ пользователя или с удаленных компьютеров. В Базе данных в виде таблиц содержится вся информация по физическим устройствам, включенным в состав АСУ [6].
Технически сервер БД и АРМ оператора располагаются на одном компьютере с достаточно большой производительностью и ресурсами, связанного с АПК и с локальной компьютерной сетью института.
Заключение. Таким образом, в данной работе представлено описание алгоритмов и методов, с помощью которых обеспечивается управление работой представляемой аэродинамической трубы с использованием технологических баз данных.
В настоящее время эти алгоритмы используются в опытном варианте системы управления представляемой аэродинамической трубы.
Данная работа выполнялась при финансовой поддержке грантов РФФИ № 14-07-00426 и 12-07-00548.
Авторы выражают искреннюю благодарность начальнику отдела КТИ ВТ Гаркуше В.В., м.н.с. Яковлеву В.В., а также ведущему инженеру А.С. Мишневу за активную помощь в выполнении работы.