SCADA系統在航空產品試驗里的應用

徐海

摘 要：隨著SCADA技術和互聯網等技術的快速發展，將先進的SCADA技術引入到傳統的航空產品試驗過程中，使得可以大大提高工作效率，并且提高試驗的準確性；并且在不同地方的人們可以通過互聯網訪問試驗設備，隨時、隨地了解試驗進展情況。

關鍵詞：試驗1；遠程監控2；遠程報警3；VPN 4；SCADA 5

引言

航空產品質量、可靠性要求高，因此航空產品需要各種專門的試驗設備進行接近使用情況的數學和物理模擬試驗。這些試驗大部分試驗周期長久，通常需要長達數月數年的試驗，這樣會使得試驗人員工作枯燥，并且該試驗進行時間久了工作人員有可能會漏掉試驗中某項參數微小變化，這些微小的變化往往會含有重要信息。

SCADA是英文“Supervisory Control And Data Acquisition”的簡稱，意為“監控與數據采集”，其包含兩個層次功能：數據采集與監控（包括本地監控和遠程監控）。目前SCADA系統應用領域很廣，目前在電力、冶金、石油、化工、燃氣、鐵路等領域都有成熟應用。在航空產品試驗里引入SCADA系統，有助于提高試驗的自動化程度，減少人工強度，提高效率。

1 傳統航空產品試驗方法

在傳統的航空產品試驗中，通常是由人工記錄儀表數據或者是由計算機本地自動采集數據，待試驗完成后才能進行數據計算、分析、顯示等。這種試驗方法主要缺點有：（1）許多試驗持續周期久，試驗枯燥，人工操作容易出錯；（2）當試驗出現故障時候，只有試驗室人員才能知道發生故障，而其他相關人員不能立即知道；（3）只有等到試驗結束后才能將數據發送出去給相關人員；（4）當有多個試驗同時進行時，管理人員無法對整體進度做一個綜合性把握。

2 互聯網遠程訪問技術-VPN

近年來，隨著網絡技術、通訊技術特別是無線通信技術的發展，SCADA系統在結構上更加分散，通訊方式更加多樣，系統結構從C/S（客戶機/服務器）架構到B/S（瀏覽器/服務器）與C/S混合的方向發展，各種現代技術如智能手機、智能PAD、VPN技術等都得到了廣泛的應用。

要實現遠程訪問，只有兩種途徑：一種是被訪問對象有固定IP地址，但是由于IP的稀缺性，這種情況很少；另一種方式是通過VPN（虛擬專用網路）技術完成遠程點對點訪問。VPN技術是在的公用網絡上建立起專用網絡進行加密通訊，使得專用網絡的各個終端像在一個局域網里一樣。這里的遠程訪問是基于VPN技術完成的，VPN技術在企業網絡中有廣泛應用。VPN網關通過對數據包的加密和數據包目標地址的轉換實現遠程訪問。VPN可通過服務器、硬件、軟件等多種方式實現。這里是通過VPN服務器來實現的。

圖1

如圖1所示，crew everyware是一個VPN服務器，它為設備提供一個VPN通道，連接到互連線上的設備（電腦、智能手機、智能PAD等）可以通過VPN服務器穿透過防火墻去訪問智能顯示終端。由于該VPN服務器只提供一個訪問通道，而不存儲數據（數據全部存儲在智能顯示終端上），這樣，數據的安全性很高，不必擔心數據泄密等問題。

通過crew everyware，只要有訪問權限，試驗人員、科研人員、管理人員等都可以通過自己手邊的設備訪問進行中的試驗，隨時掌握自己關心的問題。如科研人員關心的是試驗數據、管理人員關心的是進度和結果、試驗人員關心的是操作。

3 SCADA系統在航空產品試驗里的應用

利用VPN技術與SCADA技術針對傳統的試驗方法進行改進，設計了一種帶有互聯網遠程監控的智能SCADA試驗系統。

如圖2所示，該監控系統由兩部分組成，一是下位機的本地監控與數據采集系統，首先，通過傳感器連接到被試驗對象上，再將傳感器的輸出信號接到數據采集卡上，數據采集卡可以將采集到的多路數據按一定形式匯總發通過RS485總線送給智能顯示終端。智能顯示終端接收到數據采集卡的試驗數據后進行匯總、計算、分析、存儲，并且可以通過各種圖表等方式顯示出來。而且當試驗到達里程碑時，或者出現故障時，可以立即通過短消息、郵件等方式通知相關人員，使之做出立即反應。

第二部分是上位機互聯網遠程監控系統，智能顯示終端通過網線連接到互聯網上，該終端自動訪問crew everyware服務器，這樣服務器就可以知道智能顯示終端的信息。人們可以通過連接互聯網的電腦、手機、智能PAD通過互聯網遠程訪問智能顯示終端，這樣能夠使得在不同地方的人們仿佛和本地試驗室處于同一個網絡，自由地訪問智能顯示終端，并且可以完成和試驗室同樣的對終端操作。通過VPN技術可以使我們的科研人員、管理人員、操作人員等處于同一個工作網絡協同工作，這樣可以大大提高了工作效率，減少了工作強度。

該系統具有以下功能：（1）數據采集：可以通過各種傳感器采集被測對象的各種物理量，采集時間可以任意設定，使得人們可以準確監控被試驗對象的各項參數；（2）數據處理：智能顯示終端內有高性能CPU，內存和FLASH存儲空間，可以對數據高速計算處理、顯示等功能，可以將傳感器采集到的數據按照一定形式顯示出來，如動畫控件、數據圖表等；（3）數據存儲：智能顯示終端有大容量RAM和FLASH存儲空間，當內部存儲空間不夠時，可以擴展SD卡，充分滿足試驗記錄要求；（4）短消息和Email報警功能：當被試驗對象出現異常情況或者試驗達到設定的里程碑或者試驗需要人工干預的時候，可以通過短消息、Email將信息告訴給相關人員，使之能夠立即知曉；（5）遠程訪問功能：只要擁有權限，可以再世界各地通過互聯網訪問自己的智能顯示終端，隨時了解試驗進程。

4 SCADA系統在項目管理的作用

在試驗室中，如果將各個實驗設備接入SCADA系統中，在項目管理上會有很大的提升。首先，各個實驗設備按照標準協議接入SCADA系統，管理人員就可以通過一個平臺了解各個試驗設備的狀態：如準備試驗、試驗中、實驗結束，設備維護、設備檢修等。管理人員了解這些試驗狀態后，可以對試驗資源進行總體了解，從而對資源可以進行總體調配。而且可以將很多工作進行提前準備，從而高效、充分利用了資源。如，SCADA系統會告訴管理人員，該試驗目前進度，進展是否順利，預計何時結束，當一個試驗結束時，立即開始另一項試驗，大大提高了工作效率。

不僅如此，在整個SCADA系統中，由于大大提高了計算機的作用，因此人的工作量大大減少了。這樣不僅可以減少人的工作強度，而且最重要的是，減少了人的主觀干預，提高了試驗的標準化，增強了試驗的一致性，大大提高了產品試驗質量。

由于有了遠程監控系統，不同的管理人員可以隨時隨地了解試驗進展情況，并且可以在試驗中觀察到試驗數據，如項目進度，數據曲線等。科研人員關心的是性能數據，管理人員關心的是試驗進度，操作人員關心的是否有故障需要人工干預等。這樣減少了周期性會議匯報，提高了每個人的工作效率。

SCADA系統將所有數據匯集在一起，并且可以長期存儲，這樣，當進行了一段時間后，這些數據對于大家的工作是十分有意義的，也是十分寶貴的。數據之間可以進行橫向比較，也可以進行縱向比較。如，對同一片試驗對象進行數據分析，而且也可以對同一試驗對象今年的試驗數據和去年的試驗數據進行對比，從而充分了解試驗對象特性。每臺試驗設備每年工作了多少小時，工作狀態怎么樣，對于設備維護有了量的數據，從而為維護提供了依據，對于設備的好壞一下就有了依據。通過SCADA系統，數據的調用是很便捷的，鼠標一點即可完成。大數據將以前不明確的物理量全部進行了量化處理，通過大數據后，我們對于這些指標完全了如指掌。例如，了解了每個設備工作小時，就可以對用電情況進行整體監控，減少了很多不必要的浪費。

5 結束語

隨著SCADA技術發展，以及傳感器等技術的發展，傳統的試驗項目逐漸交給計算機完成，人的工作量比例在減少。這樣可以大大提高試驗的一致性、準確性，其次是提高了試驗效率。不同的人員可以通過互聯網或局域網隨時訪問自己的試驗對象，而不是像以前等待試驗室周期性匯報，提高了工作效率。當試驗發生問題或故障時，科研人員、管理人員可以通過短消息、郵件方式立即知曉。并且智能顯示終端擁有數據處理功能，可以邊進行試驗，邊將數據進行計算、分析，使科研人員提前掌握試驗動態。當有多個試驗同時進行中時，管理人員很容易跟蹤多個試驗動態，了解試驗進度、試驗狀態。關于安全方面，由于VPN服務器只提供一個VPN通道，因此數據全部存儲在智能顯示終端，因此數據非常安全。如果保密要求很高，可以將此系統建立在公司內部的局域網內完成。

綜上所述，在今后的航空產品試驗里可以嘗試引入SCADA系統，以便智能高效的管理和監控試驗，這樣不僅使試驗進程自動化程度更高，而且還有效地提高了項目管理的效率。

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