SCADA系统在航空产品试验里的应用

徐海

摘 要：随着SCADA技术和互联网等技术的快速发展，将先进的SCADA技术引入到传统的航空产品试验过程中，使得可以大大提高工作效率，并且提高试验的准确性；并且在不同地方的人们可以通过互联网访问试验设备，随时、随地了解试验进展情况。

关键词：试验1；远程监控2；远程报警3；VPN 4；SCADA 5

引言

航空产品质量、可靠性要求高，因此航空产品需要各种专门的试验设备进行接近使用情况的数学和物理模拟试验。这些试验大部分试验周期长久，通常需要长达数月数年的试验，这样会使得试验人员工作枯燥，并且该试验进行时间久了工作人员有可能会漏掉试验中某项参数微小变化，这些微小的变化往往会含有重要信息。

SCADA是英文“Supervisory Control And Data Acquisition”的简称，意为“监控与数据采集”，其包含两个层次功能：数据采集与监控（包括本地监控和远程监控）。目前SCADA系统应用领域很广，目前在电力、冶金、石油、化工、燃气、铁路等领域都有成熟应用。在航空产品试验里引入SCADA系统，有助于提高试验的自动化程度，减少人工强度，提高效率。

1 传统航空产品试验方法

在传统的航空产品试验中，通常是由人工记录仪表数据或者是由计算机本地自动采集数据，待试验完成后才能进行数据计算、分析、显示等。这种试验方法主要缺点有：（1）许多试验持续周期久，试验枯燥，人工操作容易出错；（2）当试验出现故障时候，只有试验室人员才能知道发生故障，而其他相关人员不能立即知道；（3）只有等到试验结束后才能将数据发送出去给相关人员；（4）当有多个试验同时进行时，管理人员无法对整体进度做一个综合性把握。

2 互联网远程访问技术-VPN

近年来，随着网络技术、通讯技术特别是无线通信技术的发展，SCADA系统在结构上更加分散，通讯方式更加多样，系统结构从C/S（客户机/服务器）架构到B/S（浏览器/服务器）与C/S混合的方向发展，各种现代技术如智能手机、智能PAD、VPN技术等都得到了广泛的应用。

要实现远程访问，只有两种途径：一种是被访问对象有固定IP地址，但是由于IP的稀缺性，这种情况很少；另一种方式是通过VPN（虚拟专用网路）技术完成远程点对点访问。VPN技术是在的公用网络上建立起专用网络进行加密通讯，使得专用网络的各个终端像在一个局域网里一样。这里的远程访问是基于VPN技术完成的，VPN技术在企业网络中有广泛应用。VPN网关通过对数据包的加密和数据包目标地址的转换实现远程访问。VPN可通过服务器、硬件、软件等多种方式实现。这里是通过VPN服务器来实现的。

图1

如图1所示，crew everyware是一个VPN服务器，它为设备提供一个VPN通道，连接到互连线上的设备（电脑、智能手机、智能PAD等）可以通过VPN服务器穿透过防火墙去访问智能显示终端。由于该VPN服务器只提供一个访问通道，而不存储数据（数据全部存储在智能显示终端上），这样，数据的安全性很高，不必担心数据泄密等问题。

通过crew everyware，只要有访问权限，试验人员、科研人员、管理人员等都可以通过自己手边的设备访问进行中的试验，随时掌握自己关心的问题。如科研人员关心的是试验数据、管理人员关心的是进度和结果、试验人员关心的是操作。

3 SCADA系统在航空产品试验里的应用

利用VPN技术与SCADA技术针对传统的试验方法进行改进，设计了一种带有互联网远程监控的智能SCADA试验系统。

如图2所示，该监控系统由两部分组成，一是下位机的本地监控与数据采集系统，首先，通过传感器连接到被试验对象上，再将传感器的输出信号接到数据采集卡上，数据采集卡可以将采集到的多路数据按一定形式汇总发通过RS485总线送给智能显示终端。智能显示终端接收到数据采集卡的试验数据后进行汇总、计算、分析、存储，并且可以通过各种图表等方式显示出来。而且当试验到达里程碑时，或者出现故障时，可以立即通过短消息、邮件等方式通知相关人员，使之做出立即反应。

第二部分是上位机互联网远程监控系统，智能显示终端通过网线连接到互联网上，该终端自动访问crew everyware服务器，这样服务器就可以知道智能显示终端的信息。人们可以通过连接互联网的电脑、手机、智能PAD通过互联网远程访问智能显示终端，这样能够使得在不同地方的人们仿佛和本地试验室处于同一个网络，自由地访问智能显示终端，并且可以完成和试验室同样的对终端操作。通过VPN技术可以使我们的科研人员、管理人员、操作人员等处于同一个工作网络协同工作，这样可以大大提高了工作效率，减少了工作强度。

该系统具有以下功能：（1）数据采集：可以通过各种传感器采集被测对象的各种物理量，采集时间可以任意设定，使得人们可以准确监控被试验对象的各项参数；（2）数据处理：智能显示终端内有高性能CPU，内存和FLASH存储空间，可以对数据高速计算处理、显示等功能，可以将传感器采集到的数据按照一定形式显示出来，如动画控件、数据图表等；（3）数据存储：智能显示终端有大容量RAM和FLASH存储空间，当内部存储空间不够时，可以扩展SD卡，充分满足试验记录要求；（4）短消息和Email报警功能：当被试验对象出现异常情况或者试验达到设定的里程碑或者试验需要人工干预的时候，可以通过短消息、Email将信息告诉给相关人员，使之能够立即知晓；（5）远程访问功能：只要拥有权限，可以再世界各地通过互联网访问自己的智能显示终端，随时了解试验进程。

4 SCADA系统在项目管理的作用

在试验室中，如果将各个实验设备接入SCADA系统中，在项目管理上会有很大的提升。首先，各个实验设备按照标准协议接入SCADA系统，管理人员就可以通过一个平台了解各个试验设备的状态：如准备试验、试验中、实验结束，设备维护、设备检修等。管理人员了解这些试验状态后，可以对试验资源进行总体了解，从而对资源可以进行总体调配。而且可以将很多工作进行提前准备，从而高效、充分利用了资源。如，SCADA系统会告诉管理人员，该试验目前进度，进展是否顺利，预计何时结束，当一个试验结束时，立即开始另一项试验，大大提高了工作效率。

不仅如此，在整个SCADA系统中，由于大大提高了计算机的作用，因此人的工作量大大减少了。这样不仅可以减少人的工作强度，而且最重要的是，减少了人的主观干预，提高了试验的标准化，增强了试验的一致性，大大提高了产品试验质量。

由于有了远程监控系统，不同的管理人员可以随时随地了解试验进展情况，并且可以在试验中观察到试验数据，如项目进度，数据曲线等。科研人员关心的是性能数据，管理人员关心的是试验进度，操作人员关心的是否有故障需要人工干预等。这样减少了周期性会议汇报，提高了每个人的工作效率。

SCADA系统将所有数据汇集在一起，并且可以长期存储，这样，当进行了一段时间后，这些数据对于大家的工作是十分有意义的，也是十分宝贵的。数据之间可以进行横向比较，也可以进行纵向比较。如，对同一片试验对象进行数据分析，而且也可以对同一试验对象今年的试验数据和去年的试验数据进行对比，从而充分了解试验对象特性。每台试验设备每年工作了多少小时，工作状态怎么样，对于设备维护有了量的数据，从而为维护提供了依据，对于设备的好坏一下就有了依据。通过SCADA系统，数据的调用是很便捷的，鼠标一点即可完成。大数据将以前不明确的物理量全部进行了量化处理，通过大数据后，我们对于这些指标完全了如指掌。例如，了解了每个设备工作小时，就可以对用电情况进行整体监控，减少了很多不必要的浪费。

5 结束语

随着SCADA技术发展，以及传感器等技术的发展，传统的试验项目逐渐交给计算机完成，人的工作量比例在减少。这样可以大大提高试验的一致性、准确性，其次是提高了试验效率。不同的人员可以通过互联网或局域网随时访问自己的试验对象，而不是像以前等待试验室周期性汇报，提高了工作效率。当试验发生问题或故障时，科研人员、管理人员可以通过短消息、邮件方式立即知晓。并且智能显示终端拥有数据处理功能，可以边进行试验，边将数据进行计算、分析，使科研人员提前掌握试验动态。当有多个试验同时进行中时，管理人员很容易跟踪多个试验动态，了解试验进度、试验状态。关于安全方面，由于VPN服务器只提供一个VPN通道，因此数据全部存储在智能显示终端，因此数据非常安全。如果保密要求很高，可以将此系统建立在公司内部的局域网内完成。

综上所述，在今后的航空产品试验里可以尝试引入SCADA系统，以便智能高效的管理和监控试验，这样不仅使试验进程自动化程度更高，而且还有效地提高了项目管理的效率。

参考文献

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