В Новосибирском государственном техническом университете (НГТУ) широко проводятся исследования нестационарных отрывных течений в аэродинамической трубе дозвуковых скоростей Т-503 [1]. Труба оснащена координатной системой для подведения установленного на нее датчика в заданную точку пространства рабочей части, системой управления двигателем вентилятора, тензометрическими весами для измерения нагрузок на моделях, установленных в рабочей части и набором датчиков для измерения давления. Для обеспечения эффективной работы аэродинамической трубы в настоящее время создается система управления и сбора данных [2, 3]. Основой системы является автоматизированное рабочее место экспериментатора (АРМЭ) которое представляет собой комплекс программ и вспомогательного оборудования (оборудование комплекса представлено в [4]). Данная работа посвящена описанию программного обеспечения системы автоматизации.
Программное обеспечение создано в среде графического программирования LabView – 2011. Условно работу пользователя с программой можно разбить на следующие функциональные этапы:
– подготовка к эксперименту,
– проведение эксперимента,
– работу с результатами эксперимента.
Подготовка к эксперименту. На этом этапе исследователь должен подготовить всю аппаратуру, а именно – провести тарировки всех датчиков, которые будут задействованы, настроить их и систему управления, определить сценарий (порядок действий) проведения эксперимента. Все эти процессы исследователь может провести с использованием возможностей данной программы. Для этого служит рабочее окно «Настройки» в котором отображена следующая информация
– Список устройств, подключенных к ЭВМ – многофункциональных плат L-Сard и счетчиков ОВЕН.
– Распределение датчиков исследователя по каналам АЦП, диапазоны измерений и участие этих датчиков в конкретном эксперименте задаются в соответствующих (обозначенных заголовками) областях окна.
– Кнопки вызова вспомогательных программ.
– Окно задания имен датчиков, опрашиваемых при записи осциллограмм, которые предусмотрены при отработке сценария пуска.
Для настройки конфигурации системы на предстоящий эксперимент необходимо привести в соответствие конкретным данным всю видимую здесь информацию. Все данные настройки системы можно сохранить или загрузить ранее подготовленные.
Следующий этап подготовки системы к экспериментам заключается в проведении тарировок (калибровок) датчиков и приборов, поставляющих первичную информацию. Это позволяют сделать программы сопровождения: тарировки тензометрических весов, тарировки датчиков давлений и тарировки термоанемометра. Результаты тарировок сохраняются на диске и доступны к продолжению или корректировке, а полученные коэффициенты могут быть немедленно учтены в текущей работе исследователя. Кроме этого, предусмотрена специальная программа для редактирования коэффициентов преобразования датчиков системы.
Разработка сценария эксперимента. При проведении комплексных экспериментальных исследований, в частности, в аэродинамических трубах, осуществляется целый ряд последовательных действий: настраивается оборудование экспериментальной установки, проводится управление отдельными ее элементами, осуществляется запуск измерительной аппаратуры, сбор экспериментальных данных и т.д. Стремление получить максимально возможный объем информации в течение одного опыта определяет структуру приборного оснащения экспериментальной установки и состав программного обеспечения приданной ей ЭВМ. В аэродинамических трубах непрерывного действия, например, в трубах вентиляторного типа длительность эксперимента не так критична, как в трубах кратковременного действия. Поэтому в этих трубах возможно проведение комплексных экспериментов в процессе одного рабочего пуска. В связи с этим для описания процесса проведения эксперимента вводится такое понятие, как «сценарий опыта» – последовательность мелких и крупных шагов (элементарных действий системы) для достижения той или иной цели на конкретной стадии проведения эксперимента. Для помощи в разработке и подготовке сценария эксперимента служит рабочее окно «Сценарии».
Элементарные шаги сценария включают следующие операции:
• перемещение датчика, установленного на координатнике, в заданную точку пространства (x, y, z, f), абсолютную, или относительную;
• установление точки начала отсчета локальной системы координат (x0, y0, z0, φ0);
• включение (отключение) двигателя вентилятора аэродинамической трубы;
• установка заданной скорости потока;
• установка заданного угла атаки, поворотом «Альфа-механизма»;
• ожидание балансировки (установления с заданной точностью) показаний выбранного датчика;
• синхронное снятие показаний всех датчиков, задействованных в эксперименте.
Включение (отключение) внешней регистрирующей аппаратуры (подача на выходные контакты цифровых линий L-Card логического 0 или 1).
Запуск процесса снятия осциллограммы.
Последовательность и количество шагов в сценарии определяет экспериментатор для каждого опыта в процессе подготовки к нему. В АРМЭ предусмотрена возможность приостановки (паузы) процесса отработки заданного сценария или его полная остановка.
Проведение эксперимента. После запуска программы она находится в режиме ожидания команд оператора. В этом режиме в основном окне, выдается вся текущая информация о состоянии установки. Окно функционально разбито на несколько блоков, имеющих соответствующие их функциям заголовки. Блок управления координатником, блок управления скоростью потока, блоки показаний термоанемометра и тензовесов (с выводом на графики), блок вывода показаний датчиков, которые не вошли в перечисленные блоки, привязанные к конкретным внешним измерительным устройствам. Ниже окна графиков выводится информация о текущем номере отсчета и кнопки принудительного (по заданию оператора) взятия отсчета
И, наконец, блок отработки сценария эксперимента. Необходимо выбрать номер сценария и запустить его в работу. Программа, по возможности будет отображать состояние системы во время выполнения шагов сценария. При необходимости вмешаться в работу системы и откорректировать какие-то параметры (например, текущую координату или скорость потока), можно приостановить ход выполнения сценария и проделать необходимые изменения вручную.
Результаты эксперимента. Успешно проведя эксперимент можно приступить к анализу и обработке его результатов. Это можно сделать в окне «Результаты». В нем можно просмотреть показания всех датчиков, участвовавших в эксперименте в виде графиков, в том числе и записанных на диск при снятии осциллограмм.
Если результаты эксперимента удовлетворяют оператора, он может сохранить их в Архиве протоколов. Сохраняются все исходные настройки системы и результаты измерений.
Для дальнейшего использования полученных результатов предусмотрен экспорт выбранных данных в виде текстовых файлов.
Заключение. Разработанное АРМЭ полностью обеспечивает поддержку всех типов экспериментов, проводимых в представляемой аэродинамической трубе. К настоящему времени отрабатываются его алгоритмы и осуществляется тестирование совместного функционирования программ и оборудования.
Представляемая работа выполнялась при финансовой поддержке грантов РФФИ № 14-07-00421 и 12-07-00548.