CN103364191B - 一种大型试验器远程数据交换和控制方法 - Google Patents

Abstract

一种大型试验器远程数据交换和控制方法，具体为由大型高温、高压加温站与涡轮试验器和燃烧试验器之间采用光导纤维网络分别进行连接；经过交换机与燃烧、涡轮试验器各自的多台计算机进行连接组成网络系统；通过软件自动采集分析数据；试验和设备运行参数经各类测量传感器检测并输出电信号，由中间信号变换器转换为标准的直流4～20毫安电流信号送到VXI总线数采装置采集，测试系统完成数据的处理和数据采集系统的管理。本发明的优点：极大提高了发动机试验的稳定性、精确性和可靠性。使试验尽快进入状态段，节省了时间，节约了能源，减少了环境的污染有待在其它的试验器之间进行推广。

Description

一种大型试验器远程数据交换和控制方法

技术领域

本发明涉及航空发动机试验领域，特别涉及了一种大型试验器远程数据交换和控制方法。

背景技术

航空发动机试验中所消耗的能源是很大的，目前的试验方法中，无法满足发动机部件试验快速响应，调节温度、压力、流量等参数所需时间长，能源损耗大。

发明内容

本发明的目的是为了节约能耗，满足发动机部件试验快速响应，特提供了一种大型试验器远程数据交换和控制方法。

本发明提供了一种大型试验器远程数据交换和控制方法，其特征在于：所述的大型试验器远程数据交换和控制方法，具体为由大型高温、高压加温站与涡轮试验器和燃烧试验器之间采用光导纤维网络分别进行连接。经过交换机与燃烧、涡轮试验器各自的多台计算机进行连接组成网络系统。通过软件自动采集分析数据。

空气加温站试验器测控系统包括控制、测试、数据传输三个组成部分。由测试系统、过程控制系统、数据采集分析系统、电视监控系统、继电保护控制系统、工业以太网络等组成计算机集散测控系统。

控制系统软件采用组态软件“组态王”开发，通过485现场总线控制仪表及PLC，调节各阀门开度，调节高压空气的压力和流量。同时将采集到的数据发送到工业以太网传输到各自的试验台上。

测试系统由前端信号变送器，信号隔离模块，VXI数据采集装置，测试计算机，工业以太网及系统UPS供电电源等部分构成。

试验和设备运行参数经各类测量传感器检测并输出电信号，由中间信号变换器转换为标准的直流4～20毫安电流信号送到VXI总线数采装置采集，测试系统计算机软件采用美国NI公司LabVIEW语言开发，完成数据的处理和数据采集系统的管理。通过工业以太网络分别向内部和外部网络发送各部分需要的数据信息。

测试计算机通过工业以太网向控制计算机和其他试验器计算机发送所需的信息。

测试系统、控制系统及工业以太网采用UPS电源供电。确保试验器用电安全。

站内数据通讯：

测试系统计算机软件通过共享变量技术实现与站内控制计算机通讯。

共享变量是美国NI公司在LabVIEW语言中推出的通讯技术，基于I-PSP协议，可在不同计算机或不同目标之间实时数据共享，无损传输，可以多对多通讯，传输延时低，传输速率高。

共享变量引擎SVE是一个共享变量网络通信的软件框架。在Windows中，LabVIEW将SVE配置为一个服务，当系统启动时便会自动启动SVE服务。通过将共享变量部署到共享变量引擎上后，测试计算机将其在网络上发布，使得站内控制计算机SVE客户端能读写该共享变量获得数据，控制计算机组态王控制软件通过读写客户端变量，从而实现站内通讯。

通过共享变量，测试系统计算机将高温高压涡轮试验器指令和数据转发到站内控制计算机，并接受控制计算机状态数据，将其与数据采集数据合并，并经适当变换后，形成转发给高温高压涡轮试验计算机数据。

试验器间数据通讯：高温高压涡轮试验器通讯软件使用VC.NET语言，空气加温站通讯软件使用LabVIEW语言。经过协调，两个试验器间通讯协议采用UDP协议，实现点对点通讯，通讯速度为5次/秒。远程调控方式，远程调控包含以下3个环节：

第一、空气加温站试验器通过数据采集和试验器内部数据通讯，由测试计算机形成发送到高温高压涡论试验器数据。

第二、测试计算机向高温高压涡轮试验器发送数据，高温高压涡论试验器实现监视空气加温站试验器相关参数；同时测试计算机接收高温高压涡轮试验器指令。

第三、数据采集计算机将高温高压涡轮试验器指令发送到试验器内部控制计算机，由控制计算机执行动作，实现调控。调控有手动和自动两种方式。手动方式为由空气加温站操控人员按涡轮试验器指令调控，自动方式为仪表和PLC在组态王控制软件下按涡轮试验器指令自动调控。

调控设计实现要点：两个实验台设备较多，电气设备功率较大，实验工况较复杂。在大气状态下，空气加温站试验器加温电流可达4000A,空气流量120kg/s，压力达4.4MPa，最高空气温度990K；试验中高温高压涡轮试验器通过网络远程调控空气加温站，调节和监视高压空气各级的压力和流量。

为保证试验器工作状态，空气加温站在数据采集，数据网络发送，调控指令接受，控制系统调节几个步骤采取了以下几方面措施。

数据采集：数据采集以抗干扰能力强，准确可靠为出发点。

空气加温站试验器现场电磁环境较为恶劣，信号线铺注意了防止现场电磁信号干扰。测试系统采用独立专用地线，测试输出信号采用抗干扰性强的电流信号。试验和设备运行参数经各类测量传感器检测并输出电信号，转换为标准的直流4～20毫安电流信号送到中间信号隔离模块及VXI数采装置采集，信号采集采用抗干扰性能强的差分方式。

隔离模块隔离信号与采集装置电源，有利于减少测试中的干扰；同时因试验器现场供电情况较复杂，隔离模块起到保护采集装置的重要作用。

所述的远程数据交换采用的通讯方案如下：

A.网络采用光纤工业以太网

考虑到空气加温站试验器电加温系统功率规模达到12.7MW，调制脉动电流产生的电磁噪声较大，空气加温站试验器与高温高压涡轮试验器之间通讯网络采用光纤以太网，并采用工业交换机，保证通讯数据完整，数据包不丢失；同时有效避免实验过程中，尤其是大气状态下产生的电磁干扰。

B.两个实验器间通讯采用UDP协议。UDP协议通讯速度快，并且两个实验台通讯软件无需按顺序先后运行以建立通讯，可方便地建立通讯。如两个试验器通讯过程中一方出现通讯故障，现场排故后，可立刻重新建立通讯而不影响对方计算机系统运行，不需要配合重启程序或系统以建立通讯连接。这对于保证实验器试验状态和试验器安全具有非常重要作用，可节省很多时间与物资资源，保证对试验器的安全监控。通讯软件加有通讯指示灯，可及时发现通讯故障，并存有通讯时间和内容存盘记录，开辟有存盘缓冲，减少存盘次数，提高程序效率。能24小时记录通讯情况，通讯内容分文件存储，便于查询。

C.IP地址设定

包括：高温高压涡轮试验器网络、空气加温站试验器网络和测试计算机；

空气加温站试验器测试计算机负责与涡轮试验器通讯，并将试验器参数与指令转发到加温战控制计算机，这样测试计算机将同时与两个网段通讯，原则上两个试验器应改为统一网段，双方IP地址至少应有一方更改，一些仪表IP地址同时需更改。这样改动比较繁琐，通讯可靠性亦应重新考验。同时更改IP地址还涉及其他实验器网络地址，情况比较复杂。

将涡轮试验器网段作为加温站网络子网，测试计算机实现同时与两个试验器网络通讯，不需要其他实验器网络地址改动，解决了远程调控通讯IP地址设定的问题。

D．测试计算机软件采用双线程结构

VXI数据采集装置测试试验参数小于200个，其数据采集采用巡检方式，为避免采集速度影响试验器间通讯，测试计算机软件采用双线程结构，两个并行循环处理数据采集和通讯任务，每一个循环具有独立的线程，互不干扰。实现了数据采集和通讯双线程同步运行，保证试验数据通讯通信稳定畅通。

E.实验台间信号报警采用软件、硬件两种方式同时实现。

硬件报警：操纵台增加“电炉紧急停止加热”应急按钮。必要时可以紧急关掉电炉加热，并有声光报警。同时，电炉紧急停止加热报警信号送到高温高压涡轮试验器，发出硬件报警，及时通知高温高压涡轮试验器采取相应避险措施。

高温高压涡轮试验器和空气加温站试验器设备复杂，各项参数指标较高，对性能和安全性要求较严格。工作中两个实验器需要紧密协作，高温高压涡轮试验器通过网络远程调控空气加温站，准确调节和监视高压空气各级的压力和流量，保证实验状态准确稳定，在试验器中属于首创。

本发明的优点：

本发明所述的大型试验器远程数据交换和控制方法，在两个大型试验器之间进行数据实时交换和远程控制，极大提高了发动机试验的稳定性、精确性和可靠性。使试验尽快进入状态段，节省了时间，节约了能源，减少了环境的污染有待在其它的试验器之间进行推广。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为测试系统构成示意图；

图2为以太网连接示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供了一种大型试验器远程数据交换和控制方法，其特征在于：所述的大型试验器远程数据交换和控制方法，具体为由大型高温、高压加温站与涡轮试验器和燃烧试验器之间采用光导纤维网络分别进行连接。经过交换机与燃烧、涡轮试验器各自的多台计算机进行连接组成网络系统。通过软件自动采集分析数据。

空气加温站试验器测控系统包括控制、测试、数据传输三个组成部分。由测试系统、过程控制系统、数据采集分析系统、电视监控系统、继电保护控制系统、工业以太网络等组成计算机集散测控系统。

控制系统软件采用组态软件“组态王”开发，通过485现场总线控制仪表及PLC，调节各阀门开度，调节高压空气的压力和流量。同时将采集到的数据发送到工业以太网传输到各自的试验台上。

测试系统由前端信号变送器，信号隔离模块，VXI数据采集装置，测试计算机，工业以太网及系统UPS供电电源等部分构成。

试验和设备运行参数经各类测量传感器检测并输出电信号，由中间信号变换器转换为标准的直流4～20毫安电流信号送到VXI总线数采装置采集，测试系统计算机软件采用美国NI公司LabVIEW语言开发，完成数据的处理和数据采集系统的管理。通过工业以太网络分别向内部和外部网络发送各部分需要的数据信息。

测试计算机通过工业以太网向控制计算机和其他试验器计算机发送所需的信息。

测试系统、控制系统及工业以太网采用UPS电源供电。确保试验器用电安全。

站内数据通讯：

测试系统计算机软件通过共享变量技术实现与站内控制计算机通讯。

共享变量是美国NI公司在LabVIEW语言中推出的通讯技术，基于I-PSP协议，可在不同计算机或不同目标之间实时数据共享，无损传输，可以多对多通讯，传输延时低，传输速率高。

共享变量引擎SVE是一个共享变量网络通信的软件框架。在Windows中，LabVIEW将SVE配置为一个服务，当系统启动时便会自动启动SVE服务。通过将共享变量部署到共享变量引擎上后，测试计算机将其在网络上发布，使得站内控制计算机SVE客户端能读写该共享变量获得数据，控制计算机组态王控制软件通过读写客户端变量，从而实现站内通讯。

通过共享变量，测试系统计算机将高温高压涡轮试验器指令和数据转发到站内控制计算机，并接受控制计算机状态数据，将其与数据采集数据合并，并经适当变换后，形成转发给高温高压涡轮试验计算机数据。

试验器间数据通讯：高温高压涡轮试验器通讯软件使用VC.NET语言，空气加温站通讯软件使用LabVIEW语言。经过协调，两个试验器间通讯协议采用UDP协议，实现点对点通讯，通讯速度为5次/秒。远程调控方式，远程调控包含以下3个环节：

第一、空气加温站试验器通过数据采集和试验器内部数据通讯，由测试计算机形成发送到高温高压涡论试验器数据。

第二、测试计算机向高温高压涡轮试验器发送数据，高温高压涡论试验器实现监视空气加温站试验器相关参数；同时测试计算机接收高温高压涡轮试验器指令。

第三、数据采集计算机将高温高压涡轮试验器指令发送到试验器内部控制计算机，由控制计算机执行动作，实现调控。调控有手动和自动两种方式。手动方式为由空气加温站操控人员按涡轮试验器指令调控，自动方式为仪表和PLC在组态王控制软件下按涡轮试验器指令自动调控。

调控设计实现要点：两个实验台设备较多，电气设备功率较大，实验工况较复杂。在大气状态下，空气加温站试验器加温电流可达4000A,空气流量120kg/s，压力达4.4MPa，最高空气温度990K；试验中高温高压涡轮试验器通过网络远程调控空气加温站，调节和监视高压空气各级的压力和流量。

为保证试验器工作状态，空气加温站在数据采集，数据网络发送，调控指令接受，控制系统调节几个步骤采取了以下几方面措施。

数据采集：数据采集以抗干扰能力强，准确可靠为出发点。

空气加温站试验器现场电磁环境较为恶劣，信号线铺注意了防止现场电磁信号干扰。测试系统采用独立专用地线，测试输出信号采用抗干扰性强的电流信号。试验和设备运行参数经各类测量传感器检测并输出电信号，转换为标准的直流4～20毫安电流信号送到中间信号隔离模块及VXI数采装置采集，信号采集采用抗干扰性能强的差分方式。

隔离模块隔离信号与采集装置电源，有利于减少测试中的干扰；同时因试验器现场供电情况较复杂，隔离模块起到保护采集装置的重要作用。

所述的远程数据交换采用的通讯方案如下：

A.网络采用光纤工业以太网

考虑到空气加温站试验器电加温系统功率规模达到12.7MW，调制脉动电流产生的电磁噪声较大，空气加温站试验器与高温高压涡轮试验器之间通讯网络采用光纤以太网，并采用工业交换机，保证通讯数据完整，数据包不丢失；同时有效避免实验过程中，尤其是大气状态下产生的电磁干扰。

B.两个实验器间通讯采用UDP协议。UDP协议通讯速度快，并且两个实验台通讯软件无需按顺序先后运行以建立通讯，可方便地建立通讯。如两个试验器通讯过程中一方出现通讯故障，现场排故后，可立刻重新建立通讯而不影响对方计算机系统运行，不需要配合重启程序或系统以建立通讯连接。这对于保证实验器试验状态和试验器安全具有非常重要作用，可节省很多时间与物资资源，保证对试验器的安全监控。通讯软件加有通讯指示灯，可及时发现通讯故障，并存有通讯时间和内容存盘记录，开辟有存盘缓冲，减少存盘次数，提高程序效率。能24小时记录通讯情况，通讯内容分文件存储，便于查询。

C.IP地址设定

包括：高温高压涡轮试验器网络、空气加温站试验器网络和测试计算机；

空气加温站试验器测试计算机负责与涡轮试验器通讯，并将试验器参数与指令转发到加温战控制计算机，这样测试计算机将同时与两个网段通讯，原则上两个试验器应改为统一网段，双方IP地址至少应有一方更改，一些仪表IP地址同时需更改。这样改动比较繁琐，通讯可靠性亦应重新考验。同时更改IP地址还涉及其他实验器网络地址，情况比较复杂。

将涡轮试验器网段作为加温站网络子网，测试计算机实现同时与两个试验器网络通讯，不需要其他实验器网络地址改动，解决了远程调控通讯IP地址设定的问题。

D．测试计算机软件采用双线程结构

VXI数据采集装置测试试验参数小于200个，其数据采集采用巡检方式，为避免采集速度影响试验器间通讯，测试计算机软件采用双线程结构，两个并行循环处理数据采集和通讯任务，每一个循环具有独立的线程，互不干扰。实现了数据采集和通讯双线程同步运行，保证试验数据通讯通信稳定畅通。

E.实验台间信号报警采用软件、硬件两种方式同时实现。

硬件报警：操纵台增加“电炉紧急停止加热”应急按钮。必要时可以紧急关掉电炉加热，并有声光报警。同时，电炉紧急停止加热报警信号送到高温高压涡轮试验器，发出硬件报警，及时通知高温高压涡轮试验器采取相应避险措施。

高温高压涡轮试验器和空气加温站试验器设备复杂，各项参数指标较高，对性能和安全性要求较严格。工作中两个实验器需要紧密协作，高温高压涡轮试验器通过网络远程调控空气加温站，准确调节和监视高压空气各级的压力和流量，保证实验状态准确稳定，在试验器中属于首创。

Claims (2)

1.一种大型试验器远程数据交换和控制方法，其特征在于：所述的大型试验器远程数据交换和控制方法，具体为大型高温、高压加温站与涡轮试验器和燃烧试验器之间采用光导纤维网络分别进行连接；经过交换机与燃烧、涡轮试验器各自的多台计算机进行连接组成网络系统；通过软件自动采集分析数据；

空气加温站试验器测控系统包括控制、测试、数据传输三个组成部分；由测试系统、过程控制系统、数据采集分析系统、电视监控系统、继电保护控制系统、工业以太网络组成计算机集散测控系统；

控制系统软件采用组态软件“组态王”开发，通过485现场总线控制仪表及PLC，调节各阀门开度，调节高压空气的压力和流量；同时将采集到的数据发送到工业以太网传输到各自的试验台上；

测试系统由前端信号变送器，信号隔离模块，VXI数据采集装置，测试计算机，工业以太网及系统UPS供电电源部分构成；

试验和设备运行参数经各类测量传感器检测并输出电信号，由中间信号变换器转换为标准的直流4～20毫安电流信号送到VXI数据采集装置采集，测试系统计算机软件采用美国NI公司LabVIEW语言开发，完成数据的处理和数据采集系统的管理；通过工业以太网络分别向内部和外部网络发送各部分需要的数据信息；

测试计算机通过工业以太网向控制计算机和其他试验器计算机发送所需的信息；测试系统、控制系统及工业以太网采用UPS电源供电；确保试验器用电安全；

站内数据通讯：

测试系统计算机软件通过共享变量技术实现与站内控制计算机通讯；

共享变量是美国NI公司在LabVIEW语言中推出的通讯技术，基于I-PSP协议，可在不同计算机或不同目标之间实时数据共享，无损传输，可以多对多通讯，传输延时低，传输速率高；

共享变量引擎SVE是一个共享变量网络通信的软件框架；在Windows中，LabVIEW将SVE配置为一个服务，当系统启动时便会自动启动SVE服务；通过将共享变量部署到共享变量引擎上后，测试计算机将其在网络上发布，使得站内控制计算机SVE客户端能读写该共享变量获得数据，控制计算机组态王控制软件通过读写客户端变量，从而实现站内通讯；

通过共享变量，测试系统计算机将高温高压涡轮试验器指令和数据转发到站内控制计算机，并接受控制计算机状态数据，将其与数据采集数据合并，并经适当变换后，形成转发给高温高压涡轮试验计算机数据；

试验器间数据通讯：高温高压涡轮试验器通讯软件使用VC.NET语言，空气加温站通讯软件使用LabVIEW语言；经过协调，两个试验器间通讯协议采用UDP协议，实现点对点通讯，通讯速度为5次/秒；远程调控方式，远程调控包含以下3个环节：

第一、空气加温站试验器通过数据采集和试验器内部数据通讯，由测试计算机形成发送到高温高压涡轮试验器数据；

第二、测试计算机向高温高压涡轮试验器发送数据，高温高压涡轮试验器实现监视空气加温站试验器相关参数；同时测试计算机接收高温高压涡轮试验器指令；

第三、数据采集计算机将高温高压涡轮试验器指令发送到试验器内部控制计算机，由控制计算机执行动作，实现调控；调控有手动和自动两种方式；手动方式为由空气加温站操控人员按涡轮试验器指令调控，自动方式为仪表和PLC在组态王控制软件下按涡轮试验器指令自动调控；

调控设计实现要点：在大气状态下，空气加温站试验器加温电流可达4000A,空气流量120kg/s，压力达4.4MPa，最高空气温度990K；试验中高温高压涡轮试验器通过网络远程调控空气加温站，调节和监视高压空气各级的压力和流量；

为保证试验器工作状态，空气加温站在数据采集，数据网络发送，调控指令接受，控制系统调节几个步骤采取了以下几方面措施；

数据采集：数据采集以抗干扰能力强，准确可靠为出发点；

空气加温站试验器现场电磁环境较为恶劣，信号线铺注意了防止现场电磁信号干扰；测试系统采用独立专用地线，测试输出信号采用抗干扰性强的电流信号；试验和设备运行参数经各类测量传感器检测并输出电信号，转换为标准的直流4～20毫安电流信号送到中间信号隔离模块及VXI数采装置采集，信号采集采用抗干扰性能强的差分方式。

2.按照权利要求1所述的大型试验器远程数据交换和控制方法，其特征在于：所述的远程数据交换采用的通讯方案如下：

A.网络采用光纤工业以太网

考虑到空气加温站试验器电加温系统功率规模达到12.7MW，调制脉动电流产生的电磁噪声较大，空气加温站试验器与高温高压涡轮试验器之间通讯网络采用光纤以太网，并采用工业交换机，保证通讯数据完整，数据包不丢失；同时有效避免实验过程中，大气状态下产生的电磁干扰；

B.两个实验器间通讯采用UDP协议

UDP协议通讯速度快，并且两个实验台通讯软件无需按顺序先后运行以建立通讯，可方便地建立通讯；如两个试验器通讯过程中一方出现通讯故障，现场排故后，可立刻重新建立通讯而不影响对方计算机系统运行，不需要配合重启程序或系统以建立通讯连接；这对于保证实验器试验状态和试验器安全具有非常重要作用，可节省很多时间与物资资源，保证对试验器的安全监控；通讯软件加有通讯指示灯，可及时发现通讯故障，并存有通讯时间和内容存盘记录，开辟有存盘缓冲，减少存盘次数，提高程序效率；能24小时记录通讯情况，通讯内容分文件存储，便于查询；

C.IP地址设定

包括：高温高压涡轮试验器网络、空气加温站试验器网络和测试计算机；将涡轮试验器网段作为加温站网络子网，测试计算机实现同时与两个试验器网络通讯，不需要其他实验器网络地址改动，解决了远程调控通讯IP地址设定的问题；

D.测试计算机软件采用双线程结构

VXI数据采集装置测试试验参数小于200个，其数据采集采用巡检方式，为避免采集速度影响试验器间通讯，测试计算机软件采用双线程结构，两个并行循环处理数据采集和通讯任务，每一个循环具有独立的线程，互不干扰；实现了数据采集和通讯双线程同步运行，保证试验数据通讯通信稳定畅通；

E.实验台间信号报警采用软件、硬件两种方式同时实现

硬件报警：操纵台增加“电炉紧急停止加热”应急按钮；能紧急关掉电炉加热，并有声光报警；同时，电炉紧急停止加热报警信号送到高温高压涡轮试验器，发出硬件报警，及时通知高温高压涡轮试验器采取相应避险措施。