李冬梅，吳相甫，李燕杰2，尚 文

(1.航空工業(yè)飛機(jī)強(qiáng)度研究所，陜西 西安 710065； 2.航空工業(yè)北京長(zhǎng)城航空測(cè)控技術(shù)研究所，北京 101111)

飛機(jī)氣候?qū)嶒?yàn)室屬于大型人工氣候環(huán)境模擬系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)高溫、低溫、溫度/濕度、淋雨、降雪、凍雨、太陽(yáng)輻射、降霧和吹風(fēng)等典型或極端氣候的模擬，滿足新研或設(shè)計(jì)改型飛機(jī)氣候環(huán)境試驗(yàn)驗(yàn)證需求[1]。實(shí)驗(yàn)室控制管理及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是通過(guò)協(xié)調(diào)控制氣候環(huán)境實(shí)驗(yàn)室各個(gè)工藝系統(tǒng)的運(yùn)行，來(lái)完成實(shí)驗(yàn)室氣候環(huán)境下飛機(jī)的各單項(xiàng)環(huán)境模擬試驗(yàn)或復(fù)合環(huán)境模擬試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)任務(wù)配置、試驗(yàn)過(guò)程監(jiān)控，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、分析以及試驗(yàn)資源的管理等[2]。綜合監(jiān)控系統(tǒng)作為其中一個(gè)重要功能系統(tǒng)，需要完成對(duì)氣候環(huán)境試驗(yàn)全過(guò)程各個(gè)階段的協(xié)調(diào)指揮以及對(duì)各環(huán)境模擬工藝系統(tǒng)/設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，形成氣候試驗(yàn)過(guò)程的閉環(huán)控制。

當(dāng)前應(yīng)用于人工環(huán)境模擬領(lǐng)域(環(huán)境箱或環(huán)境實(shí)驗(yàn)室)的自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)多是基于專用控制器或通用PLC的集散式結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)以PLC為核心，以各種現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x器(傳感器、變送器)及執(zhí)行結(jié)構(gòu)為外圍，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的DI/DO、AI/AO信號(hào)電纜接入相應(yīng)信號(hào)接口模塊，過(guò)程數(shù)據(jù)通過(guò)RS485 Modbus串行鏈路連接到相應(yīng)通信接口輪詢讀寫(xiě)，然后監(jiān)控主機(jī)再?gòu)目刂破?PLC中讀取這些數(shù)據(jù)進(jìn)行集中顯示[3]。但是，這種測(cè)控系統(tǒng)常用于小型控制系統(tǒng)，僅對(duì)控制參數(shù)少、模擬環(huán)境相對(duì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)室比較適用。

氣候環(huán)境實(shí)驗(yàn)室需在同一個(gè)環(huán)境室內(nèi)模擬11種不同的典型氣候環(huán)境，控制參數(shù)有溫度、濕度、壓力、流量、風(fēng)速、液態(tài)水含量等10多個(gè)。每種典型環(huán)境都是由10余套甚至20套工藝系統(tǒng)配合工作而完成。這些工藝系統(tǒng)組成繁雜、布置分散，相互之間距離遠(yuǎn)，控制算法各不相同，不同的試驗(yàn)工況對(duì)應(yīng)的工藝系統(tǒng)運(yùn)行排列組合也不相同，難以進(jìn)行集成控制。如何實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)過(guò)程中各種環(huán)境工況快速便捷切換，保持試驗(yàn)過(guò)程的連續(xù)性和完整性，是氣候?qū)嶒?yàn)室試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。保證設(shè)備有序、協(xié)調(diào)一致工作的有效方法是對(duì)異構(gòu)的軟件、硬件資源，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、測(cè)控總線技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)和數(shù)據(jù)共享與管理技術(shù)構(gòu)建通信支持平臺(tái)并對(duì)其組建綜合試驗(yàn)開(kāi)放分布式協(xié)同控制管理系統(tǒng)[4]。因此，筆者沒(méi)有采用環(huán)境模擬領(lǐng)域常用的基于專用控制器或通用PLC的集散式結(jié)構(gòu)，而是應(yīng)用基于WinCC的組態(tài)控制監(jiān)控平臺(tái)，結(jié)合雙網(wǎng)加環(huán)網(wǎng)的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[5]，本著簡(jiǎn)單易操作、運(yùn)行安全可靠的原則設(shè)計(jì)了飛機(jī)氣候?qū)嶒?yàn)室分布式綜合試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)。本文從試驗(yàn)監(jiān)控任務(wù)的需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)和系統(tǒng)測(cè)試3個(gè)方面進(jìn)行分析論述。

1 需求分析

需求分析是項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的一個(gè)關(guān)鍵過(guò)程。需要在這一階段確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的、范圍、定義和功能，只有需求明確后才能夠分析和有的放矢地尋求解決方案。

1.1 試驗(yàn)監(jiān)控任務(wù)

氣候環(huán)境試驗(yàn)是在環(huán)境模擬系統(tǒng)生成的各類氣候條件下對(duì)試驗(yàn)件實(shí)施的一系列試驗(yàn)。如圖1所示，試驗(yàn)包括3個(gè)基本要素：試驗(yàn)件、人工模擬的氣候環(huán)境條件和模擬氣候環(huán)境條件的工藝設(shè)備。相應(yīng)的，氣候環(huán)境試驗(yàn)也包括3項(xiàng)監(jiān)控任務(wù)：試驗(yàn)件過(guò)程監(jiān)控、氣候環(huán)境模擬過(guò)程監(jiān)控和工藝設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控。

① 試驗(yàn)件過(guò)程監(jiān)控任務(wù)包括：獲取試驗(yàn)全過(guò)程中試驗(yàn)件的響應(yīng)參數(shù)、環(huán)境室環(huán)境參數(shù)和現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控等試驗(yàn)信息，對(duì)試驗(yàn)程序進(jìn)行協(xié)調(diào)指揮；

② 氣候環(huán)境模擬過(guò)程監(jiān)控任務(wù)為：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并接收環(huán)境室內(nèi)各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)，同時(shí)進(jìn)行決策判斷，向各工藝系統(tǒng)發(fā)出調(diào)度指令；

③ 設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控任務(wù)包括：設(shè)置控制參數(shù)、監(jiān)測(cè)各個(gè)工藝系統(tǒng)/設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、接收設(shè)備故障報(bào)警信息并發(fā)出處置命令等。

要求試驗(yàn)件狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)和設(shè)備狀態(tài)均能夠以表格、曲線、數(shù)值、圖形化/虛擬化的形式呈現(xiàn)。

圖1 飛機(jī)氣候?qū)嶒?yàn)室環(huán)境模擬試驗(yàn)運(yùn)行邏輯示意圖

1.2 設(shè)計(jì)原則[6-8]

1.2.1 可靠性設(shè)計(jì)

在自動(dòng)化控制系統(tǒng)工程中，控制系統(tǒng)的可靠性是系統(tǒng)的生命線。為確保整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，保證系統(tǒng)中各個(gè)部分能夠正常工作、信息通道暢通，在進(jìn)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮到各種可靠性措施。

① 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)采用分散式體系結(jié)構(gòu)，將各種控制設(shè)備的監(jiān)控任務(wù)按照一定原則分別由若干個(gè)子系統(tǒng)來(lái)承擔(dān)，使控制風(fēng)險(xiǎn)分散，這樣即使局部出現(xiàn)問(wèn)題也不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的工作。

② 在設(shè)備選型時(shí)充分考慮到系統(tǒng)的可靠性，所采用的產(chǎn)品可以在較惡劣的環(huán)境中穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。

③ 所有控制設(shè)備采用模塊化結(jié)構(gòu)，具有隔離、故障自診斷和帶電插拔等功能。

④ 監(jiān)控功能冗余措施：按可靠性理論計(jì)算，如果冗余配置的每一單元(光纖、服務(wù)器、操作員站皆可)的失效率為λ，可修復(fù)率為ц，則雙冗余配置系統(tǒng)的有效度A=(цλ+ц2 )/(ц2+λц+λ2)。計(jì)算可知，雙冗余可將可靠度提高一個(gè)數(shù)量級(jí)(例如：從99%提高到99.9%)。因此雙冗余措施是綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)最重要的可靠性設(shè)計(jì)。

⑤ 抗干擾措施：信號(hào)所受的各種干擾，特別是電磁干擾，是破壞集成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的主要因素之一。為此需在信號(hào)處理過(guò)程中采取抗干擾措施。例如：設(shè)備之間較長(zhǎng)距離連接線(>100 m)應(yīng)采用光纖連接、信號(hào)線嚴(yán)格與動(dòng)力線分開(kāi)等。

1.2.2 可擴(kuò)展性設(shè)計(jì)

氣候?qū)嶒?yàn)室的建設(shè)原則是“一次設(shè)計(jì)、分批施工”?？紤]到自動(dòng)化工程建設(shè)的特殊性，在軟件體系架構(gòu)、系統(tǒng)組態(tài)、系統(tǒng)編程上的設(shè)計(jì)可以使系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)支持所有節(jié)點(diǎn)和I/O點(diǎn)的靈活接入。硬件、軟件、通信、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)等遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)際協(xié)議，使系統(tǒng)具有通用性。

1.2.3 易用性設(shè)計(jì)

自動(dòng)化控制系統(tǒng)的易用性主要體現(xiàn)在軟件上。用戶界面的易用性是整個(gè)系統(tǒng)實(shí)施中最重要的也是最基本的目標(biāo)，在試驗(yàn)監(jiān)控軟件開(kāi)發(fā)中應(yīng)重點(diǎn)注意以下內(nèi)容：使用的簡(jiǎn)單性，用戶界面中所用術(shù)語(yǔ)的標(biāo)準(zhǔn)化和一致性，用戶界面有較快的響應(yīng)速度，充分滿足用戶操作需求，系統(tǒng)軟件具有錯(cuò)誤診斷、修正錯(cuò)誤以及出錯(cuò)保護(hù)的功能。

2 試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通過(guò)上述對(duì)實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)過(guò)程監(jiān)控任務(wù)和設(shè)計(jì)原則兩個(gè)方面的分析，提出了下述系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和配置

在現(xiàn)代測(cè)控系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)非常普及，網(wǎng)絡(luò)化使得電子測(cè)控技術(shù)使用起來(lái)更加方便快捷[9]。而利用總線技術(shù)可以在很大程度上簡(jiǎn)化測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增加系統(tǒng)的可靠性、開(kāi)放性、兼容性及可維護(hù)性[10]?？偩€式結(jié)構(gòu)模塊性好、容錯(cuò)能力強(qiáng)、擴(kuò)展性好。較好的容錯(cuò)性滿足高可靠性要求，可擴(kuò)展性使系統(tǒng)可以在總線上靈活地增加和刪除智能節(jié)點(diǎn)，適應(yīng)后期試驗(yàn)擴(kuò)展需求[11]。故氣候?qū)嶒?yàn)室試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)采用了工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)和Profibus總線協(xié)議進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.1.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)[12]

實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括作為接入層的各子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)和作為核心層的中央管理層網(wǎng)絡(luò)兩層，如圖2所示。中央管理層網(wǎng)絡(luò)采用雙冗余星形千兆以太網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)之間大量數(shù)據(jù)的交互。中央管理層網(wǎng)絡(luò)選用兩臺(tái)48口交換機(jī)作為核心交換機(jī)，兩臺(tái)交換機(jī)之間通過(guò)兩根網(wǎng)線連接進(jìn)行鏈路聚合。連接到中央管理層網(wǎng)絡(luò)的各工作站和服務(wù)器均配置雙Intel網(wǎng)卡(服務(wù)器級(jí))，雙網(wǎng)卡可通過(guò)Intel ANS分組軟件進(jìn)行分組，該機(jī)制可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)卡適配器容錯(cuò)、交換機(jī)容錯(cuò)和負(fù)載平衡等功能，即工作站和服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)同時(shí)經(jīng)過(guò)兩個(gè)交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，當(dāng)一臺(tái)交換機(jī)或工作站上的單個(gè)網(wǎng)卡失效時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切換傳輸路徑。接入層的各子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)不同的情況采用環(huán)形網(wǎng)絡(luò)或星形網(wǎng)絡(luò)。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

交換機(jī)配置如下：

① 特殊環(huán)模接入網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)：采用工業(yè)以太網(wǎng)機(jī)架式網(wǎng)管型交換機(jī)，端口模塊化，14個(gè)10/100/1000 Mbit/s RJ45端口，10個(gè)100/1000 Mbit/s光纖接口，冗余電源輸入，Profinet I/O設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)管理，可組成冗余環(huán)。

② 中央管理層網(wǎng)絡(luò)包括兩臺(tái)核心交換機(jī)：具備48個(gè)10/100/1000Base-T以太網(wǎng)端口，4個(gè)復(fù)用的千兆SFPCombo；包轉(zhuǎn)發(fā)率：108 Mpps；交換容量：256 Gbit/s。

2.1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)控制包括試驗(yàn)過(guò)程控制和各環(huán)模子系統(tǒng)控制兩級(jí)，每個(gè)環(huán)模子系統(tǒng)均設(shè)有相對(duì)獨(dú)立的PLC和工作站，由試驗(yàn)監(jiān)控上位機(jī)軟件集中管理。試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為中央管理層、現(xiàn)場(chǎng)控制層、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層三級(jí)，如圖3所示。試驗(yàn)監(jiān)控工作站與各環(huán)模子系統(tǒng)之間通過(guò)環(huán)形Profinet工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)連接，支持OPC通信機(jī)制，物理傳輸介質(zhì)采用雙絞線光纖，采取訪問(wèn)控制安全隔離措施，原則上不與外系統(tǒng)直接交互關(guān)聯(lián)，以提高數(shù)據(jù)通信的穩(wěn)定性和可靠性。各個(gè)環(huán)模系統(tǒng)PLC控制器及遠(yuǎn)程I/O模塊之間采用Profibus-DP總線連接，遠(yuǎn)程I/O模塊和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備(傳感器/執(zhí)行器)之間采用一對(duì)一的電纜連接[4，13]。

測(cè)控間設(shè)置兩臺(tái)工作站作為試驗(yàn)監(jiān)控主機(jī)，分別為工程師工作站和操作員工作站，它們擁有相同的過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)從PLC控制器獲取現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，互為熱備份。兩臺(tái)工作站既作為C/S結(jié)構(gòu)中的SCADA服務(wù)器也作為客戶端。SCADA服務(wù)器的過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)直接獲取底層I/O的標(biāo)簽數(shù)據(jù)，送給客戶端的畫(huà)面進(jìn)行顯示。

圖3 試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

現(xiàn)場(chǎng)智能控制器直接與區(qū)域或有緊密閉環(huán)關(guān)聯(lián)的傳感器、調(diào)控器、監(jiān)控器等儀表連接。這種結(jié)構(gòu)充分滿足自動(dòng)控制系統(tǒng)集中管理多級(jí)分布控制的設(shè)計(jì)要求，也滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)可擴(kuò)展性、靈活結(jié)構(gòu)調(diào)整及模塊化開(kāi)發(fā)應(yīng)用的設(shè)計(jì)要求，同時(shí)對(duì)提高系統(tǒng)可靠性、可維護(hù)性給予很好的支持和滿足，能夠?qū)崿F(xiàn)本地控制和遠(yuǎn)程控制的相互切換，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，各工作站仍能實(shí)現(xiàn)本地控制，不影響試驗(yàn)進(jìn)行。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

試驗(yàn)監(jiān)控軟件是基于工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)軟件WinCC V7.3 65536開(kāi)發(fā)的過(guò)程控制軟件，支持Windows XP/7/8/10操作系統(tǒng)和SQLServer 2008R2數(shù)據(jù)庫(kù)。該軟件從各環(huán)模分系統(tǒng)的控制器獲得底層設(shè)備I/O數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)獲取環(huán)境室狀態(tài)信息參數(shù)，進(jìn)行集中展示，操作人員通過(guò)軟件界面直接向各環(huán)模系統(tǒng)PLC控制器發(fā)送設(shè)置參數(shù)和指令，控制試驗(yàn)進(jìn)程[14]。圖4給出了試驗(yàn)監(jiān)控軟件內(nèi)容。

(1) 試驗(yàn)過(guò)程監(jiān)控：包括試驗(yàn)件過(guò)程監(jiān)控和氣候環(huán)境模擬過(guò)程監(jiān)控兩個(gè)方面。重點(diǎn)面向各試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行過(guò)程，完成各個(gè)單項(xiàng)試驗(yàn)和復(fù)合試驗(yàn)的參數(shù)配置與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，向各環(huán)模系統(tǒng)發(fā)送試驗(yàn)指令。通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲取并上傳試驗(yàn)件實(shí)時(shí)響應(yīng)參數(shù)和溫度、濕度、壓力、風(fēng)速、太陽(yáng)輻照強(qiáng)度等環(huán)境參數(shù)，通過(guò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)獲得試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)，為操作員提供完整的試驗(yàn)項(xiàng)過(guò)程信息，完成試驗(yàn)過(guò)程的閉環(huán)控制。

圖4 試驗(yàn)監(jiān)控軟件框圖

(2) 工藝設(shè)備集成監(jiān)控：主要為操作員提供集中的面向?qū)嶒?yàn)室所有環(huán)模系統(tǒng)的人機(jī)界面，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)參與試驗(yàn)的各個(gè)工藝系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)的運(yùn)行狀態(tài)。并通過(guò)協(xié)調(diào)各個(gè)環(huán)境模擬系統(tǒng)的運(yùn)行，協(xié)助完成各工藝設(shè)備的閉環(huán)監(jiān)控。

2.2.1 試驗(yàn)過(guò)程監(jiān)控軟件

試驗(yàn)過(guò)程監(jiān)控軟件包括試驗(yàn)任務(wù)配置、環(huán)境室狀態(tài)參數(shù)監(jiān)視、試驗(yàn)件狀態(tài)監(jiān)控、參與系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)監(jiān)控(試驗(yàn)控制)和操作記錄查詢4個(gè)功能模塊，對(duì)于試驗(yàn)監(jiān)控軟件的畫(huà)面組態(tài)配置，在WinCC工程師站的配置環(huán)境中完成，主要包括：畫(huà)面組態(tài)、I/O組態(tài)、數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)、回路組態(tài)、權(quán)限管理、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)管理(存儲(chǔ)、查詢)等。其畫(huà)面設(shè)計(jì)按照功能組成劃分為：試驗(yàn)流程、系統(tǒng)監(jiān)控、報(bào)警一覽、趨勢(shì)曲線、記錄查詢、幫助信息等，如圖5所示。完成氣候環(huán)境試驗(yàn)的控制，包括設(shè)置實(shí)驗(yàn)參數(shù)(控制期望值、PID參數(shù)、傳感器參數(shù)、報(bào)警值等)、下發(fā)控制指令，并通過(guò)交互式的圖形化界面，顯示環(huán)境參數(shù)、設(shè)備故障報(bào)警信息。

圖5 試驗(yàn)過(guò)程監(jiān)控軟件結(jié)構(gòu)

2.2.2 工藝設(shè)備集成監(jiān)控軟件

工藝設(shè)備集成監(jiān)控軟件可以對(duì)各獨(dú)立運(yùn)行的環(huán)境模擬系統(tǒng)統(tǒng)一監(jiān)管。平臺(tái)軟件通過(guò)SCADA Server發(fā)布各系統(tǒng)的監(jiān)控信息，并將關(guān)鍵數(shù)據(jù)存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)中心數(shù)據(jù)庫(kù)。在實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中，所有節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)都可根據(jù)其密級(jí)登錄試驗(yàn)監(jiān)控軟件，按照密級(jí)規(guī)定的權(quán)限獲得相應(yīng)的監(jiān)控信息。通過(guò)工藝設(shè)備集成監(jiān)控軟件將各個(gè)環(huán)境模擬子系統(tǒng)的信息集成處理，實(shí)現(xiàn)環(huán)境模擬數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，通過(guò)信息的綜合利用，增強(qiáng)環(huán)境模擬的管理效率。

工藝設(shè)備集成監(jiān)控模塊每個(gè)子系統(tǒng)主要包括工藝流程、系統(tǒng)監(jiān)控、報(bào)警一覽、趨勢(shì)曲線、記錄查詢、幫助信息、注銷等功能模塊，對(duì)于工藝設(shè)備監(jiān)控軟件的畫(huà)面組態(tài)配置，在WinCC工程師站的配置環(huán)境中完成，主要包括：畫(huà)面組態(tài)、I/O組態(tài)、數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)、回路組態(tài)、權(quán)限管理、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)管理(存儲(chǔ)、查詢)等[15]。

其中，工藝流程功能模塊部分以標(biāo)準(zhǔn)的工藝流程圖方式顯示環(huán)境實(shí)驗(yàn)室的總體工藝管網(wǎng)布局，包括工藝管線的連接、工藝設(shè)備的工作狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)、傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。工藝流程各個(gè)流程窗體中能夠顯示生產(chǎn)工藝信息，如變量值、設(shè)定值、輸出值、控制方式(MAN/AUTO/CASC)和高低報(bào)警(無(wú)報(bào)警時(shí)不出現(xiàn))等。

3 系統(tǒng)調(diào)試

飛機(jī)氣候?qū)嶒?yàn)室涉及的試驗(yàn)工況多達(dá)10余種，本文僅以濕熱試驗(yàn)調(diào)試為例，對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明。

依據(jù)預(yù)先設(shè)定的濕熱試驗(yàn)控制流程(見(jiàn)圖6)，在試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)任務(wù)配置(見(jiàn)圖7)，將配置好的試驗(yàn)任務(wù)，包括試驗(yàn)指令和試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)值通過(guò)監(jiān)控軟件下發(fā)到各個(gè)工藝系統(tǒng)/設(shè)備。試驗(yàn)開(kāi)始后，各個(gè)工藝系統(tǒng)/設(shè)備按照預(yù)設(shè)指令協(xié)同運(yùn)行，在監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室溫度、濕度、壓力等環(huán)境參數(shù)和工藝系統(tǒng)主要狀態(tài)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控(見(jiàn)圖8、圖9)以及趨勢(shì)曲線的跟蹤顯示(見(jiàn)圖10)。另外，監(jiān)控軟件可監(jiān)視影響環(huán)境參數(shù)控制的關(guān)鍵變量，當(dāng)出現(xiàn)超限報(bào)警或異常開(kāi)關(guān)量時(shí)，會(huì)提示操作人員對(duì)相關(guān)子系統(tǒng)進(jìn)行異常情況處理，以保證實(shí)驗(yàn)室環(huán)境參數(shù)滿足試驗(yàn)需求。

圖6 濕熱試驗(yàn)流程

圖7 任務(wù)配置

圖8 試驗(yàn)流程監(jiān)控界面

圖9 基礎(chǔ)環(huán)模系統(tǒng)工藝流程圖界面

圖10 環(huán)境場(chǎng)實(shí)時(shí)趨勢(shì)曲線

4 結(jié)束語(yǔ)

氣候?qū)嶒?yàn)室試驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)作為氣候試驗(yàn)的綜合化總控中心，利用工業(yè)組態(tài)監(jiān)控軟件搭建自動(dòng)化試驗(yàn)平臺(tái)，提供了與運(yùn)行操作有關(guān)的人機(jī)界面接口。綜合考慮實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)流程、氣候試驗(yàn)實(shí)施過(guò)程以及工藝系統(tǒng)組成和部署位置，按照“集中管理、分散控制”的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，可完成試驗(yàn)準(zhǔn)備、試驗(yàn)執(zhí)行和試驗(yàn)監(jiān)視等任務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣候試驗(yàn)的過(guò)程管理與協(xié)調(diào)控制，具有較高的實(shí)時(shí)性、可靠性和可擴(kuò)展性，簡(jiǎn)單易操作。