Научный журнал
Международный журнал экспериментального образования

ISSN 2618–7159
ИФ РИНЦ = 0,757

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ И СБОРА ДАННЫХ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ТРУБЫ КРАТКОВРЕМЕННОГО ДЕЙСТВИЯ

Гаркуша В.В. 1 Гилев В.М. 2, 3 Мишнев А.С. 1 Шпак С.И. 2 Яковлев В.В. 1
1 ФГБУН Конструкторско-технологический институт вычислительной техники СО РАН
2 ФГБУН Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН
3 Новосибирский государственный технический университет
1. Звегинцев В.И. Газодинамические установки кратковременного действия / Часть 1. Установки для научных исследований. – Новосибирск: Параллель, 2014. – 551 с.
2. Запрягаев В.И., Гилев В.М., Певзнер А.С., Собстель Г.М., Гаркуша В.В., Яковлев В.В. Автоматизированные системы сбора и обработки экспериментальных данных в аэродинамических трубах периодического действия // Проблемы и достижения прикладной математики и механики: к 70-летию академика В.М. Фомина: сб. науч. трудов / ред. кол.: Федоров А.В. (отв. ред.) и др. – Новосибирск: Параллель, 2010. – С. 183–192.
3. Гаркуша В.В., Гилев В.М., Запрягаев В.И., Мишнев А.С., Яковлев В.В. Развитие систем автоматизации аэродинамического эксперимента // Южно-Сибирский научный вестник. – 2013. – Вып. № 2 (4). – С. 23–26.
4. Gilyov V.M., Garkusha V.V., Zvegintsev V.I., Shiplyuk A.N., Shpak S.I., Yakovlev V.V. Structure of data acquisition system of experimental researches in the hypersonic wind tunnel // 16th International conference on the methods of aerophysical research (ICMAR’2012) (Kazan–Novosibirsk, Russia, 19–25 Aug., 2012): Abstracts. Pt. 1. – Kazan, 2012. – P. 110–111.
5. Gilyov V.M., Garkusha V.V., Zvegintsev V.I., Lukashevich S.V., Mishnev A.S., Shiplyuk A.N., Shpak S.I., Yakovlev V.V. Automated system of data acquisition and management of the short duration high speed wind tunnel // 17th International Conference on the Methods of Aerophysical Research (ICMAR’2014) (Russia, Novosibirsk, 30 Jun. – 6 Jul., 2014): Abstracts. Pt. II. – Novosibirsk, 2014. – P. 59.
6. Гилев В.М. Средства автоматизации аэродинамического эксперимента // Харитонов А.М. Техника и методы аэрофизического эксперимента: учеб. пособие для вузов. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2011. – С. 497–536. – (Учебники НГТУ).
7. Гилев В.М., Шпак С.И., Яковлев В.В. Организация доступа к базе данных аэродинамических исследований // В мире научных открытий. – 2014. – № 4 (52). – С. 8–12.

Рассматривается автоматизированная система управления и сбора данных высокоскоростной аэродинамической трубы кратковременного действия. Представлена структура и состав аппаратно-программных средств системы. 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. Весь эксперимент в аэродинамической трубе длится 0,1–2 с. За этот короткий временной интервал должно производиться в реальном времени 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 и сбора экспериментальных данных (АСУ), описание которой и представлено в данной публикации.

Система содержит два уровня, которые связаны между собой локальной компьютерной сетью. На нижнем уровне размещается аппаратура, предназначенная 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.

На верхнем уровне размещается автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора (инженера-исследователя). 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, номера используемых измерительных каналов, коэффициенты усиления и т.п.). На верхнем уровне также располагается сервер поддержки баз данных и архивов, в которых хранятся результаты экспериментов, а также параметры настройки системы.

В связи с кратковременностью эксперимента, его выполнение в аэродинамической трубе проводится по заранее разработанному экспериментатором 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. Этот сценарий вводится в контроллеры аппаратуры нижнего уровня до начала эксперимента и запускается в автоматическом режиме при его инициализации.

Автоматизированная система управления и сбора данных содержит следующие основные компоненты:

1. Аппаратно-программный комплекс (АПК) нижнего уровня. Комплекс предназначен для сбора технологических данных и непосредственного управления элементами экспериментальной установки (измерение и автоматизированный ввод в систему технологических данных, управление различными клапанами, переключателями, вентилями и т.п.) на этапе подготовки эксперимента.

2. Информационно-измерительный комплекс (ИИК). Предназначен для сбора данных при проведении экспериментов в аэродинамической трубе, с записью измеренных результатов в реальном времени в буферную память.

3. Автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора. Предназначено для взаимодействия оператора аэродинамической трубы с аппаратно-программными средствами нижнего уровня (АПК и ИИК). На мониторе АРМ отображается мнемосхема аэродинамической трубы или ее отдельных компонент, а также значения измеряемых параметров.

4. Сервер баз данных (БД). Обеспечивает хранение измеренных технологических данных системы управления и результатов проводимых научных исследований. Сервер поддерживает работу по SQL-протоколу.

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.

В созданной системе 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 программам.

Для данной АСУ были специально разработаны оригинальные модули, обеспечивающие передачу данных контроллеров АПК и ИИК с использованием протокола UDP (User Define Protocol).

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 № 12-07-00548 и 13-07-00440), а также Программы Импортозамещения СО РАН.


Библиографическая ссылка

Гаркуша В.В., Гилев В.М., Гилев В.М., Мишнев А.С., Шпак С.И., Яковлев В.В. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ И СБОРА ДАННЫХ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ТРУБЫ КРАТКОВРЕМЕННОГО ДЕЙСТВИЯ // Международный журнал экспериментального образования. – 2014. – № 11-1. – С. 25-27;
URL: http://expeducation.ru/ru/article/view?id=6204 (дата обращения: 16.06.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074