徐海

摘 要：隨著SCADA技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的快速發(fā)展，將先進(jìn)的SCADA技術(shù)引入到傳統(tǒng)的航空產(chǎn)品試驗過程中，使得可以大大提高工作效率，并且提高試驗的準(zhǔn)確性；并且在不同地方的人們可以通過互聯(lián)網(wǎng)訪問試驗設(shè)備，隨時、隨地了解試驗進(jìn)展情況。

關(guān)鍵詞：試驗1；遠(yuǎn)程監(jiān)控2；遠(yuǎn)程報警3；VPN 4；SCADA 5

引言

航空產(chǎn)品質(zhì)量、可靠性要求高，因此航空產(chǎn)品需要各種專門的試驗設(shè)備進(jìn)行接近使用情況的數(shù)學(xué)和物理模擬試驗。這些試驗大部分試驗周期長久，通常需要長達(dá)數(shù)月數(shù)年的試驗，這樣會使得試驗人員工作枯燥，并且該試驗進(jìn)行時間久了工作人員有可能會漏掉試驗中某項參數(shù)微小變化，這些微小的變化往往會含有重要信息。

SCADA是英文“Supervisory Control And Data Acquisition”的簡稱，意為“監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集”，其包含兩個層次功能：數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（包括本地監(jiān)控和遠(yuǎn)程監(jiān)控）。目前SCADA系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域很廣，目前在電力、冶金、石油、化工、燃?xì)?、鐵路等領(lǐng)域都有成熟應(yīng)用。在航空產(chǎn)品試驗里引入SCADA系統(tǒng)，有助于提高試驗的自動化程度，減少人工強(qiáng)度，提高效率。

1 傳統(tǒng)航空產(chǎn)品試驗方法

在傳統(tǒng)的航空產(chǎn)品試驗中，通常是由人工記錄儀表數(shù)據(jù)或者是由計算機(jī)本地自動采集數(shù)據(jù)，待試驗完成后才能進(jìn)行數(shù)據(jù)計算、分析、顯示等。這種試驗方法主要缺點有：（1）許多試驗持續(xù)周期久，試驗枯燥，人工操作容易出錯；（2）當(dāng)試驗出現(xiàn)故障時候，只有試驗室人員才能知道發(fā)生故障，而其他相關(guān)人員不能立即知道；（3）只有等到試驗結(jié)束后才能將數(shù)據(jù)發(fā)送出去給相關(guān)人員；（4）當(dāng)有多個試驗同時進(jìn)行時，管理人員無法對整體進(jìn)度做一個綜合性把握。

2 互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程訪問技術(shù)-VPN

近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)特別是無線通信技術(shù)的發(fā)展，SCADA系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上更加分散，通訊方式更加多樣，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從C/S（客戶機(jī)/服務(wù)器）架構(gòu)到B/S（瀏覽器/服務(wù)器）與C/S混合的方向發(fā)展，各種現(xiàn)代技術(shù)如智能手機(jī)、智能PAD、VPN技術(shù)等都得到了廣泛的應(yīng)用。

要實現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問，只有兩種途徑：一種是被訪問對象有固定IP地址，但是由于IP的稀缺性，這種情況很少；另一種方式是通過VPN（虛擬專用網(wǎng)路）技術(shù)完成遠(yuǎn)程點對點訪問。VPN技術(shù)是在的公用網(wǎng)絡(luò)上建立起專用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行加密通訊，使得專用網(wǎng)絡(luò)的各個終端像在一個局域網(wǎng)里一樣。這里的遠(yuǎn)程訪問是基于VPN技術(shù)完成的，VPN技術(shù)在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中有廣泛應(yīng)用。VPN網(wǎng)關(guān)通過對數(shù)據(jù)包的加密和數(shù)據(jù)包目標(biāo)地址的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問。VPN可通過服務(wù)器、硬件、軟件等多種方式實現(xiàn)。這里是通過VPN服務(wù)器來實現(xiàn)的。

圖1

如圖1所示，crew everyware是一個VPN服務(wù)器，它為設(shè)備提供一個VPN通道，連接到互連線上的設(shè)備（電腦、智能手機(jī)、智能PAD等）可以通過VPN服務(wù)器穿透過防火墻去訪問智能顯示終端。由于該VPN服務(wù)器只提供一個訪問通道，而不存儲數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)全部存儲在智能顯示終端上），這樣，數(shù)據(jù)的安全性很高，不必?fù)?dān)心數(shù)據(jù)泄密等問題。

通過crew everyware，只要有訪問權(quán)限，試驗人員、科研人員、管理人員等都可以通過自己手邊的設(shè)備訪問進(jìn)行中的試驗，隨時掌握自己關(guān)心的問題。如科研人員關(guān)心的是試驗數(shù)據(jù)、管理人員關(guān)心的是進(jìn)度和結(jié)果、試驗人員關(guān)心的是操作。

3 SCADA系統(tǒng)在航空產(chǎn)品試驗里的應(yīng)用

利用VPN技術(shù)與SCADA技術(shù)針對傳統(tǒng)的試驗方法進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計了一種帶有互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的智能SCADA試驗系統(tǒng)。

如圖2所示，該監(jiān)控系統(tǒng)由兩部分組成，一是下位機(jī)的本地監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，首先，通過傳感器連接到被試驗對象上，再將傳感器的輸出信號接到數(shù)據(jù)采集卡上，數(shù)據(jù)采集卡可以將采集到的多路數(shù)據(jù)按一定形式匯總發(fā)通過RS485總線送給智能顯示終端。智能顯示終端接收到數(shù)據(jù)采集卡的試驗數(shù)據(jù)后進(jìn)行匯總、計算、分析、存儲，并且可以通過各種圖表等方式顯示出來。而且當(dāng)試驗到達(dá)里程碑時，或者出現(xiàn)故障時，可以立即通過短消息、郵件等方式通知相關(guān)人員，使之做出立即反應(yīng)。

第二部分是上位機(jī)互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，智能顯示終端通過網(wǎng)線連接到互聯(lián)網(wǎng)上，該終端自動訪問crew everyware服務(wù)器，這樣服務(wù)器就可以知道智能顯示終端的信息。人們可以通過連接互聯(lián)網(wǎng)的電腦、手機(jī)、智能PAD通過互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程訪問智能顯示終端，這樣能夠使得在不同地方的人們仿佛和本地試驗室處于同一個網(wǎng)絡(luò)，自由地訪問智能顯示終端，并且可以完成和試驗室同樣的對終端操作。通過VPN技術(shù)可以使我們的科研人員、管理人員、操作人員等處于同一個工作網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作，這樣可以大大提高了工作效率，減少了工作強(qiáng)度。

該系統(tǒng)具有以下功能：（1）數(shù)據(jù)采集：可以通過各種傳感器采集被測對象的各種物理量，采集時間可以任意設(shè)定，使得人們可以準(zhǔn)確監(jiān)控被試驗對象的各項參數(shù)；（2）數(shù)據(jù)處理：智能顯示終端內(nèi)有高性能CPU，內(nèi)存和FLASH存儲空間，可以對數(shù)據(jù)高速計算處理、顯示等功能，可以將傳感器采集到的數(shù)據(jù)按照一定形式顯示出來，如動畫控件、數(shù)據(jù)圖表等；（3）數(shù)據(jù)存儲：智能顯示終端有大容量RAM和FLASH存儲空間，當(dāng)內(nèi)部存儲空間不夠時，可以擴(kuò)展SD卡，充分滿足試驗記錄要求；（4）短消息和Email報警功能：當(dāng)被試驗對象出現(xiàn)異常情況或者試驗達(dá)到設(shè)定的里程碑或者試驗需要人工干預(yù)的時候，可以通過短消息、Email將信息告訴給相關(guān)人員，使之能夠立即知曉；（5）遠(yuǎn)程訪問功能：只要擁有權(quán)限，可以再世界各地通過互聯(lián)網(wǎng)訪問自己的智能顯示終端，隨時了解試驗進(jìn)程。

4 SCADA系統(tǒng)在項目管理的作用

在試驗室中，如果將各個實驗設(shè)備接入SCADA系統(tǒng)中，在項目管理上會有很大的提升。首先，各個實驗設(shè)備按照標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接入SCADA系統(tǒng)，管理人員就可以通過一個平臺了解各個試驗設(shè)備的狀態(tài)：如準(zhǔn)備試驗、試驗中、實驗結(jié)束，設(shè)備維護(hù)、設(shè)備檢修等。管理人員了解這些試驗狀態(tài)后，可以對試驗資源進(jìn)行總體了解，從而對資源可以進(jìn)行總體調(diào)配。而且可以將很多工作進(jìn)行提前準(zhǔn)備，從而高效、充分利用了資源。如，SCADA系統(tǒng)會告訴管理人員，該試驗?zāi)壳斑M(jìn)度，進(jìn)展是否順利，預(yù)計何時結(jié)束，當(dāng)一個試驗結(jié)束時，立即開始另一項試驗，大大提高了工作效率。

不僅如此，在整個SCADA系統(tǒng)中，由于大大提高了計算機(jī)的作用，因此人的工作量大大減少了。這樣不僅可以減少人的工作強(qiáng)度，而且最重要的是，減少了人的主觀干預(yù)，提高了試驗的標(biāo)準(zhǔn)化，增強(qiáng)了試驗的一致性，大大提高了產(chǎn)品試驗質(zhì)量。

由于有了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，不同的管理人員可以隨時隨地了解試驗進(jìn)展情況，并且可以在試驗中觀察到試驗數(shù)據(jù)，如項目進(jìn)度，數(shù)據(jù)曲線等?？蒲腥藛T關(guān)心的是性能數(shù)據(jù)，管理人員關(guān)心的是試驗進(jìn)度，操作人員關(guān)心的是否有故障需要人工干預(yù)等。這樣減少了周期性會議匯報，提高了每個人的工作效率。

SCADA系統(tǒng)將所有數(shù)據(jù)匯集在一起，并且可以長期存儲，這樣，當(dāng)進(jìn)行了一段時間后，這些數(shù)據(jù)對于大家的工作是十分有意義的，也是十分寶貴的。數(shù)據(jù)之間可以進(jìn)行橫向比較，也可以進(jìn)行縱向比較。如，對同一片試驗對象進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，而且也可以對同一試驗對象今年的試驗數(shù)據(jù)和去年的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，從而充分了解試驗對象特性。每臺試驗設(shè)備每年工作了多少小時，工作狀態(tài)怎么樣，對于設(shè)備維護(hù)有了量的數(shù)據(jù)，從而為維護(hù)提供了依據(jù)，對于設(shè)備的好壞一下就有了依據(jù)。通過SCADA系統(tǒng)，數(shù)據(jù)的調(diào)用是很便捷的，鼠標(biāo)一點即可完成。大數(shù)據(jù)將以前不明確的物理量全部進(jìn)行了量化處理，通過大數(shù)據(jù)后，我們對于這些指標(biāo)完全了如指掌。例如，了解了每個設(shè)備工作小時，就可以對用電情況進(jìn)行整體監(jiān)控，減少了很多不必要的浪費(fèi)。

5 結(jié)束語

隨著SCADA技術(shù)發(fā)展，以及傳感器等技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的試驗項目逐漸交給計算機(jī)完成，人的工作量比例在減少。這樣可以大大提高試驗的一致性、準(zhǔn)確性，其次是提高了試驗效率。不同的人員可以通過互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)隨時訪問自己的試驗對象，而不是像以前等待試驗室周期性匯報，提高了工作效率。當(dāng)試驗發(fā)生問題或故障時，科研人員、管理人員可以通過短消息、郵件方式立即知曉。并且智能顯示終端擁有數(shù)據(jù)處理功能，可以邊進(jìn)行試驗，邊將數(shù)據(jù)進(jìn)行計算、分析，使科研人員提前掌握試驗動態(tài)。當(dāng)有多個試驗同時進(jìn)行中時，管理人員很容易跟蹤多個試驗動態(tài)，了解試驗進(jìn)度、試驗狀態(tài)。關(guān)于安全方面，由于VPN服務(wù)器只提供一個VPN通道，因此數(shù)據(jù)全部存儲在智能顯示終端，因此數(shù)據(jù)非常安全。如果保密要求很高，可以將此系統(tǒng)建立在公司內(nèi)部的局域網(wǎng)內(nèi)完成。

綜上所述，在今后的航空產(chǎn)品試驗里可以嘗試引入SCADA系統(tǒng)，以便智能高效的管理和監(jiān)控試驗，這樣不僅使試驗進(jìn)程自動化程度更高，而且還有效地提高了項目管理的效率。

參考文獻(xiàn)

[1]監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集（SCADA）系統(tǒng)及其應(yīng)用（第2版）[M].電子工業(yè)出版社，2012.

[2]陽憲惠.工業(yè)數(shù)據(jù)通信與控制網(wǎng)絡(luò)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.

[3]工業(yè)自動化儀表手冊[M].北京：電力工業(yè)出版社，2008.

[4]IEEE Standard for SCADA and Automation Systems[Z].IEEE Power Engineering Society，2008.

[5]Engin Ozdemir，Mevlut Karacor.Mobile phone based SCADA for industrial automation[J].ISA Transactions，2006，45（1）：67-75.

[6]王振明，等.SCADA（監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集）軟件系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.