АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ КЛИМАТИЧЕСКОГО И ТЕРМОВАКУУМНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ЦИКЛИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ КОМПЛЕКТНЫХ ИЗДЕЛИЙ МОРСКОЙ И КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ

Полезная модель относится к области автоматизации стендовых испытаний при наземной отработке электронных, электромеханических и механических изделий посредством стендов имитации внешних воздействующих факторов и может быть эффективно использована при отработке изделий морской и космической техники на стойкость к климатическим и термовакуумным воздействиям.
По результатам патентных исследований выявлены аналоги предлагаемой модели, близкие по составу и принципу действия автоматизированной системы.
Известно устройство синхронизации системы управления стендовыми испытаниями ракетно-космической техники, реализованное в процессоре каждого управляющего контроллера и содержащее блок сопряжения с локальной вычислительной сетью, связанный первым и вторым входами-выходами соответственно с локальной вычислительной сетью и с первым входом-выходом блока управления, второй вход-выход которого соединен с входами-выходами счетчика циклов, таймера длительности цикла, в который введены регистр транспортного запаздывания, выход которого подключен ко входу блока управления, счетчик периода коррекции, соединенный своим входом-выходом с третьим входом-выходом блока управления, и регистр периода коррекции, подключенный своим выходом ко входу счетчика периода коррекции (патент РФ №2506621, опубл. 10.02.2014, бюл. №4).
В данном техническом решении обеспечивается синхронизация циклов испытаний, но нет возможности их автоматического контроля и/или регистрации значений параметров испытательных режимов, а также контроля аварийного состояния каждой единицы стендового оборудования.
Также известна автоматизированная резервированная система управления стендом для испытаний ракетно-космической техники, содержащая N локальных устройств управления, резервированную сеть связи, блок синхронизации времени, первую и вторую сети оперативного управления, первый и второй входы-выходы М автоматизированных рабочих мест (АРМ) операторов, сетевые коммутаторы и волоконно-оптические кабели. Каждое локальное устройство управления содержит три взаимосвязанных контроллера, устройства ввода-вывода дискретной и аналоговой информации, три адаптера Space Wire и три адаптера CAN (патент РФ №2434259, опубл. 20.11.2011, бюл. №32).
В этой автоматизированной системе обеспечивается многоуровневое резервирование систем управления стендовыми испытаниями с применением высокоскоростного интерфейса обмена данными и устройств синхронизации времени, однако ее использование для испытаний невзаимосвязанных технических устройств различных типов и сложности, проводимых в N элементах испытательного оборудования, объединенных в сеть и не требующих резервирования, технически нерационально и экономически необоснованно.
Рассмотренные автоматизированные системы предназначены для стендовых испытаний при решении масштабных задач ракетно-космической отрасли, поэтому их применение для решения узконаправленных целевых задач предприятия технически и экономически малоэффективно.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой полезной модели является автоматизированная система контроля параметров климатического и термовакуумного оборудования для испытания изделий космической техники (Известия Томского политехнического университета, т. 324, №5, с. 21-29).
Недостаток данной системы - отсутствие возможности регистрации диагностических параметров изделия при циклических испытаниях на климатические и термовакуумные внешние воздействующие факторы.
Техническим результатом создания предлагаемой полезной модели является возможность проведения длительных циклических испытаний комплектных изделий морской и космической техники на стойкость к климатическим и термовакуумным воздействиям, включая факторы открытого космического пространства, синхронно в различных элементах сети по индивидуальным испытательным профилям с регистрацией диагностических параметров испытуемого изделия и одновременным контролем АРМ в режиме реального времени характеристик каждого заданного профиля и диагностических параметров изделия, а также рациональное использование стендового оборудования.
Наземная отработка изделий морской и космической техники на стойкость к климатическим и термовакуумным факторам осуществляется с применением климатического и термовакуумного испытательного оборудования, специализированных электромеханических нагрузочных устройств, технологической оснастки и программно-технических средств измерений.
Изделие во включенном состоянии испытывается в различных режимах работы, при этом изменяются климатические и вакуумные испытательные профили.
Испытательный профиль формируется в соответствии с требованиями нормативной документации на изделие и контролируется АРМ в абсолютных и/или относительных единицах.
В процессе испытаний АРМ в режиме реального времени суммарно контролирует до 12 характеристик каждого испытательного профиля с визуализацией, протоколированием и архивацией результатов испытаний в базу данных.
-6
Испытательный профиль характеризуется следующими основными параметрами: температурой в диапазоне от минус 80 до 180°С, влажностью в диапазоне от 20 до 98%, давлением в диапазоне от 10 до 3000 мм рт. ст., их временными и амплитудными изменениями, допустимыми отклонениями от заданных значений параметров, а также длительностью (от нескольких минут до десятков часов) и количеством (до нескольких сотен) циклов.
Испытания по заданному профилю проводятся с применением десяти различных типов входных устройств (включая датчики температуры, влажности, давления, манометры и т.д.) и восьми типов регистрирующих устройств.
Автоматизированная система (фиг. 1) представляет собой синхронизированное устройство регистрации (1) диагностических параметров объекта испытаний (2) и АРМ (3), состоящее из управляющего персонального компьютера со специализированным программным обеспечением и подключенное посредством коммутаторов USB и преобразователей интерфейса USB-RS485 по интерфейсу RS-485 к синхронизированному устройству регистрации (1) диагностических параметров объекта испытаний и N элементам климатического (4), термовакуумного (5) и технологического (6) испытательного оборудования с собственными системами управления, объединенных в единую структурированную распределенную кабельную сеть.
Синхронизированное устройство регистрации диагностических параметров объекта испытаний (фиг. 2) включает блок сопряжения (7) и закрепленные в каркасе (10) блок питания модулей аппаратуры (11), модуль центрального процессора (12), модуль управления по мультиплексному каналу информационного обмена (13), модуль контроля аналоговых параметров (14), модуль контроля сигнальных параметров (15), модуль контроля частотных сигналов (16) и модуль контроля температуры (17), подключено входами через блок сопряжения (7) к изделию (8), установленному в испытательном оборудовании (9), а выходом по интерфейсу RS-485 к АРМ (3). Система управления объекта испытаний (18) подключается к изделию (8) через блок сопряжения (7).
Синхронизированное устройство регистрации диагностических параметров объекта испытаний дает возможность с помощью АРМ регистрировать и визуализировать такие параметры работы изделия, как код значения и знака скорости вращения, частота вращения вала двигателя, температура блока автоматики, температура, включение прибора, выход на заданный режим, авария и т.д., что, в свою очередь, позволяет в условиях длительных циклических испытаний изделий идентифицировать зарегистрированные диагностические параметры при временной реализации различных выполнявшихся испытательных профилей.
АРМ формирует индивидуальные испытательные профили для каждого из N элементов распределенной сети и в автоматическом режиме сравнивает заданные значения параметров профиля с текущими.
Сеть организована в соответствии с двумя базовыми сетевыми топологиями - «звезда» и «шина».
2
Применение коммутаторов USB минимизирует длину кабельной сети и обеспечивает передачу данных без искажений посредством подключения испытательного оборудования, распределенного на площади более 1000 м, по нескольким линиям к персональному компьютеру.
При работе автоматизированной системы между АРМ и каждым из N элементов сети обеспечивается высокопроизводительный и надежный обмен по протоколу MODBUS-ASCII данными параметров испытательных режимов и управляющими командами в реальном времени, данными диагностических параметров испытуемых изделий, а также данными о текущем техническом состоянии климатического и термовакуумного оборудования.
Согласно алгоритму функционирования (фиг. 3) автоматизированной системы АРМ выбирает оптимальный для применения элемент сети по критериям матрицы соответствия технических характеристик i-го элемента сети (i изменяется от 1 до N) и изделия, учитывая, в частности, испытательный профиль, а также продолжительность испытаний, доступность нагрузочно-технологического оборудования и системы электропитания. При этом АРМ постоянно в режиме реального времени:
- опрашивает все N элементов сети с отображением на графике процесса изменения во времени одного из выбираемых оператором параметров (температура, влажность, давление и т.д.), профиля и заданных ограничений;
- опрашивает синхронизированное устройство регистрации диагностических параметров объекта испытаний с визуализацией параметров работы в графическом и табличном видах;
- контролирует текущий профиль климатических и термовакуумных испытаний в каждом из N элементов сети на соответствие заданному путем отслеживания текущих значений параметров каждого элемента сети и синхронизации их со значениями диагностических параметров испытуемых изделий с автоматическим архивированием результатов на жесткий диск персонального компьютера.
В случае отклонения контролируемых параметров от допустимых значений и/или возникновения аварии в испытательном оборудовании, испытуемом изделии АРМ осуществляет соответствующее аудиовизуальное оповещение.
Дополнительная проверка при обмене данными между всеми N элементами сети, включая синхронизированное устройство регистрации диагностических параметров объекта испытаний, и кодирование данных с вычислением их контрольных сумм обеспечивают надежность функционирования автоматизированной системы в круглосуточном режиме в течение длительного времени.
Таким образом, эффективность применения предложенной автоматизированной системы заключается в следующем:
- осуществление непрерывного контроля значений климатических и термовакуумных параметров на соответствие заданному испытательному профилю;
- возможность задавать и корректировать испытательный профиль в табличном и графическом режиме, а также остановки и продолжения испытаний;
- регистрация диагностических параметров испытуемого изделия с визуализацией и автоматическим контролем их значений;
- непрерывный сбор значений параметров каждого из N элементов сети с графической визуализацией в реальном времени;
- возможность работать одновременно с входными устройствами различных типов: датчиками температуры, влажности, давления, газового состояния среды и др.;
- вывод на дисплей персонального компьютера значений контролируемых параметров и информации о техническом состоянии каждого из N элементов сети с отображением на плане помещений;
- протоколирование всех действий оператора и запрос у оператора кода подтверждения при включении/выключении, изменении значений параметров испытательного оборудования.