Представлено автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора высокоскоростной аэродинамической трубы кратковременного действия. С помощью АРМ оператора обеспечивается управление и автоматизированный сбор экспериментальных данных аэродинамической трубы. В работе представлена структура и состав программного обеспечения АРМ. Описываются сценарии пуска и режимы работы системы управления аэродинамической трубой.
В Институте теоретической и прикладной механики (ИТПМ) им. С.А. Христиановича СО РАН для проведения научных исследований в области сверх- и гиперзвуковой аэродинамики создана уникальная экспериментальная установка – высокоскоростная аэродинамическая труба кратковременного действия «Транзит-М» [1]. Данная труба позволяет моделировать обтекание летательных аппаратов вплоть до гиперзвуковых режимов полета. По ряду параметров данная установка существенно превосходит многие не только отечественные, но и зарубежные установки подобного класса.
По сравнению с аэродинамическими трубами непрерывного действия в данной установке к программно-техническим средствам предъявляются существенно более жесткие требования, так как весь эксперимент в ней длится 0,1–2 с. За этот короткий временной интервал должно производиться автоматическое измерение нескольких десятков различных параметров (давления, температуры в разных точках установки) и управление ее различными исполнительными механизмами (клапанами, задвижками, вентилями и т.п.).
Для обеспечения эффективной работы аэродинамической трубы «Транзит-М», специалистами ИТПМ СО РАН и КТИ ВТ СО РАН была создана автоматизированная система управления (АСУ) и сбора экспериментальных данных, которая представлена в данной публикации.
Система содержит два уровня, которые связаны между собой локальной компьютерной сетью. На нижнем уровне размещается аппаратно-программный комплекс (АПК), предназначенный как для подготовки аэродинамической трубы к эксперименту, так и для непосредственного проведения измерений и занесения их результатов в темпе эксперимента в буферную память. Здесь же располагается аппаратура для управления различными исполнительными механизмами аэродинамической трубы. Кроме основного АПК в систему включается, при необходимости, дополнительно информационно-измерительный комплекс (ИИК), содержащий 88 измерительных каналов. Аппаратно-программная часть системы автоматизации выполнена с использованием современных средств микропроцессорной и измерительной техники, а также соответствующего программного обеспечения. Представляемый подход был использован и оправдал себя при создании систем управления и сбора данных для ряда сверх- и гиперзвуковых аэродинамических труб ИТПМ СО РАН [2–5]. Хотя данные установки работают в разных режимах, использованные при их реализации подходы к созданию системы управления, в значительной степени совпадают.
Автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора (инженера-исследователя) размещается на верхнем уровне и состоит из комплекса программ взаимодействующих по специально разработанному протоколу UDP (User Define Protocol) с модулями АПК и ИИК. На экране АРМ отображается мнемосхема установки с выводом оператору значений выбранных технологических параметров в требуемом виде. Здесь же на этапе подготовки эксперимента оператором аэродинамической трубы могут задаваться необходимые управляющие параметры отдельных узлов установки (например, привязка датчиков системы к измерительным каналам, коэффициенты усиления и т.п.). АРМ позволяет работать с архивами и базами данных, в которых хранятся результаты экспериментов, а также параметры настройки системы.
Управление аэродинамической трубой во время эксперимента проводится по заранее разработанному сценарию, в котором задаются последовательности действий АСУ по контролю показаний датчиков давления и температуры, установленных в разных точках установки (в вакуумной емкости, в первой и вспомогательной форкамерах и т.д.) и управлению по определённому алгоритму различными элементами установки. В АСУ предусмотрено два режима сбора данных и управления установкой. Первый режим обеспечивает подготовку к эксперименту в достаточно медленном темпе (до нескольких часов): в нем производятся различные предустановки, калибровки, измерения и непосредственный ввод в компьютер показаний датчиков аэродинамической установки и их отображение на экране монитора. Второй режим обеспечивает управление элементами установки и измерение показаний датчиков в темпе проведения эксперимента по заранее загруженным в память контроллеров АПК и ИИК цепочкам элементарных команд.
Собранная информация заносится в базу данных и в дальнейшем может использоваться при обработке полученных экспериментальных результатов [6–7].
Заключение. Таким образом, в данной работе представлена автоматизированная системы сбора данных и управления созданной в ИТПМ СО РАН высокоскоростной аэродинамической трубой кратковременного действия «Транзит-М».
В настоящее время созданная система используется на аэродинамической трубе в режиме опытной эксплуатации при проведении реальных научных экспериментов.
Данная работа выполнялась при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (гранты РФФИ № 13-07-00440 и 14-07-00426), а также Программы Импортозамещения СО РАН.