一种面向试验室气候试验的管控监测一体化平台的制作方法

1.本技术属于环境试验监测技术领域，特别涉及一种面向试验室气候试验的管控监测一体化平台。


背景技术：

2.大型气候实验室是一套人工综合气候环境模拟系统，通过对温度、湿度、压力等基础环境参数和雨、雪、雾、风、光照等特殊环境参数的模拟控制，最大程度地实现自然界气候环境，用以测试飞行器等大型装置设备的环境适应性。
3.现有的气候环境实验室或大型环境模拟设备均为一个舱体内模拟单一的环境，通常体量小、不具备综合性，而一架飞机整机气候试验涉及的环境类型多、流程复杂、连续性高，需要不间断完成实时测试。针对实验室体量超大(约11万立方米)，温度范围宽气候环境恶劣(
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55℃～74℃、湿度(5～100)％rh)，环境模拟系统数量多，设备组成复杂且布置分散，控制算法各不相同带来的协调工作复杂度高的难题，需要一种面向气候试验全过程的分布式控制架构和基于时间图谱的试验过程控制方法。


技术实现要素：

4.本技术的目的是提供了一种面向试验室气候试验的管控监测一体化平台，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。
5.本技术的技术方案是：一种面向试验室气候试验的管控监测一体化平台，包括：试验管理系统、试验监控系统、基础环境模拟系统、特殊环境模拟系统、数据采集系统、信息展示系统和安全控制系统；
6.其中，所述试验管理系统、试验监控系统、基础环境模拟系统、特殊环境模拟系统、数据采集系统、信息展示系统和安全控制系统均接入由第一中央管理交换机和第二中央管理交换机构成双冗余的中央管理层网络，所述基础环境模拟系统、特殊环境模拟系统和安全控制系统内均通过两个数据交换装置形成环形网络。
7.进一步的，所述第一中央管理交换机和第二中央管理交换机通过profinet和profibus
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dp总线搭建。
8.进一步的，所述基础环境模拟系统的环形网络采用rstp进行管理，当其中一条链路故障时，由rstp协议重新生成网络树。
9.进一步的，所述特殊环境模拟系统的环形网络采用standby模式，在正常运行中，一条链路为主，处于工作状态，另一条链路为阻塞模式，当主链路故障时，切换到另一条链路。
10.进一步的，所述数据采集系统基于ni_pxie总线的模块化架构，所述数据采集系统工作温度为
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60℃～+80℃，实现128通道高速同步采集，并具备数据冗余存储功能，满足飞机气候实验室环境试验测试需要；建立实时测量数据与控制系统数据交互模块，用于对环境温度进行联合调节，确保试验条件精准加载；具有数据可视化模块，用于实现测试数据图
形化实时显示。
11.进一步的，所述信息展示系统基于b/s构架的视频监控技术、无纸化办公技术、基于视频拼接的全景展示技术、信息发布技术，实现试验过程中试验视频、试验数据、设备状态、试验展示及试验会议各信息的无缝对接，为试验人员进行试验指挥、掌握试验进度、应对试验突发情况、发布试验决策等提供信息支持。
12.进一步的，所述安全控制系统采用可编程控制器，将基础环境模拟系统和特殊环境模拟系统通过网络交换机连接，并具有安全监控上位机、控制线和机械急停按钮，按照事先定义的连锁开关逻辑，监视基础环境模拟系统、特殊环境模拟系统、数据采集系统、信息展示系统中至少一个系统的故障信息并发出硬急停信号。
13.本发明的管控监测一体化平台能够有效解决实验室工艺设备繁杂和各种环境模拟方法不同、控制算法不同带来的协调工作复杂度高的难题，能够满足飞机气候试验多种类型、复杂条件、试验中断可衔接的特点，便于操作人员在控制过程中分析决策，减少用户误操作。
附图说明
14.为了更清楚地说明本技术提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本技术的一些实施例。
15.图1为本技术的管控监测一体化平台架构示意图。
16.图2为本技术的管控监测一体化平台拓扑结构示意图。
具体实施方式
17.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
18.为了实现飞机实验室单一环境模拟和多种复合环境模拟的气候试验综合测控，以对试验进行任务配置、环境场控制、数据采集、过程展示、安全控制等全方位全周期管理，确保试验执行全过程可受控，以及试验数据的准确性、完整性、共享性和有效性，本技术提供了一种面向试验室气候环境试验的管控监测平台。
19.本发明的管控监测一体化平台主要由试验管理系统、试验监控系统、基础环境模拟系统、特殊环境模拟系统、数据采集系统、信息展示系统及安全控制系统等组成，如图1和图2所示，本技术的平台具体技术方案如下：
20.1)控制架构：综合应用工业互联网技术，设计“环网+星型网双网段融合三层嵌套式”控制架构，由profinet和profibus
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dp总线搭建。根据试验工况可实现各子系统的协同控制或独立控制，具备双冗余功能，可在一条网络瘫痪情况下快速切换到另一条网络，保证试验过程的连续性。
21.2)网络拓扑结构：设计双层网络拓扑结构，由作为核心层的中央管理层网络和接入层的各子系统网络组成。中央管理层网络采用双冗余星形千兆以太网，实现各系统之间大量数据的交互。接入层的各子系统网络根据不同的情况采用环形网络或星形网络。其中，基础环境模拟系统网络采用环形网络，采用rstp(快速树生成协议)进行管理，当其中一条链路故障时，由rstp协议重新生成网络树，恢复时间为秒级。特殊环境模拟系统采用环形网
络，采用standby模式，即在正常运行中，一条链路为主，处于工作状态，另一条链路为阻塞模式，当主链路故障时，切换到另一条链路，恢复时间为ms级。
22.3)试验管理：采用基于时间图谱的试验过程控制方法，建立试验工作流模型，以可视化界面、图形化操作驱动工作流转化成试验谱，进而将试验类型设置、试验预设数据、试验控制参数、下位机信息交换等要素放在统一的时间图谱上表征，形成高级程度和高效率的试验工作流。分为：管理级、监控级、现场级。
23.2)试验监控：将标准的试验工况模块化，对试验任务进行工况分解、组合和试验谱编辑，完成试验任务配置，并显示试验工况的试验流程及该试验流程的实时进展。开发基于组态的综合协同监控软件，实现对试验中各个子系统的协同控制，达到操作方便、控制可靠的目的。
24.3)数据采集：采用基于ni_pxie总线的模块化架构设计，具有配置灵活、扩展性强优点，系统工作温度为
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60℃～+80℃，可实现128通道高速同步采集，并具备数据冗余存储功能，满足飞机气候实验室环境试验测试需要；建立实时测量数据与控制系统数据交互平台，对环境温度进行联合调节，确保试验条件精准加载；应用“opc通信机制+组态画面设计”技术开发数据可视化模块，实现测试数据图形化实时显示。
25.4)信息展示展示：通过网络综合应用基于b/s构架的视频监控技术、无纸化办公技术、基于视频拼接的全景展示技术、信息发布技术，设计气候环境试验信息交互系统，实现试验过程中试验视频、试验数据、设备状态、试验展示及试验会议各信息的无缝对接，为试验人员进行试验指挥、掌握试验进度、应对试验突发情况、发布试验决策等提供信息支持。
26.5)安全控制：按照独立运行，优先级最高的设计思想，选用经iec
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61511认证的可编程控制器，将各个环境模拟子系统通过网络交换机连接，辅以安全监控上位机、控制线和机械急停按钮，按照事先定义的连锁开关逻辑，监视各子系统故障信息并发出硬急停信号，避免出现人员伤亡、设备损坏和建筑物破坏等安全事故。
27.本发明的管控监测一体化平台能够有效解决实验室工艺设备繁杂和各种环境模拟方法不同、控制算法不同带来的协调工作复杂度高的难题，能够满足飞机气候试验多种类型、复杂条件、试验中断可衔接的特点，便于操作人员在控制过程中分析决策，减少用户误操作，具体优点如下：
28.1)基于时间图谱的试验过程控制方法可合理规划试验流程，节约能源；
29.2)可对试验进行全程有效监视，保证气候试验全过程始终处于可控状态，可靠性高；
30.3)灵活性好，模块化的设计方法对各试验工况进行定义，试验设备自主组合，形成了多系统多模式协同控制方式；
31.4)可适性强，能够实现实验室
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55℃～+74℃极端温湿度环境和降雨、降雪、太阳辐射、吹风、降雾等多种极端气候环境的模拟控制和极端宽温度范围长时间的实时测量与可视化显示，试验条件加载精准；
32.5)成熟的基础平台和先进的智能优化技术相结合，易于使用和维护；
33.6)扩展性强，系统容量可扩展、数据类型可扩展、通讯接口可扩展，便于实验室试验能力的拓展升级；
34.7)冗余机制与容错机制兼备，系统可靠性高，保证运行安全；
35.8)接口的灵活性和多样性保证了较强的可集成性。
36.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。