一种分布式超音速空气流生成装置运行状态监测及急停系统的制作方法

本发明属于冲压发动机试验技术领域，具体涉及一种超音速空气流生成装置运行状态监测及急停系统。

背景技术：

超音速空气流生成装置通过液氧、酒精燃烧对持续的超音速空气气流进行持续加热，产生持续的超音速高温空气气流，为冲压发动机试验提供超音速高温空气流模拟环境。该超音速空气流生成装置在运行状态下存在三种高压组元管路介质(液氧、酒精、空气)泄漏、装置损坏等风险，且通过人为目视观测无法在超音速空气流生成装置出现风险初期进行及时响应确认并急停装置。

目前，针对超音速空气流生成装置的故障诊断系统采用的是主机/客户端模式，每次需要改动原始程序，改动量大，且易出错；且实际运行时往往因低风险也发出告警，导致频繁急停，监测系统运行效率较低。

技术实现要素：

本发明的目的是：解决现有技术超音速空气流生成装置运行监测的问题，提供一种能够对超音速空气流生成装置运行状态高效可靠的实时监测及急停系统，从而在风险发生之初对超音速空气流生成装置进行快速急停控制。

为了实现上述目的，本发明提出以下方案：

一种分布式超音速空气流生成装置运行状态监测及急停系统，其特殊之处在于，包括：

测量上位机，用于设定、发布准则表，汇总测量下位机集群反馈的运行状态数据，并进行分析判断后作出是否给控制主机发出“急停”操作指令；所述准则表中列出的表征参数涵盖能及时、准确反映超音速空气流生成装置运行状态的部位；

测量下位机集群，由多个分布式测量下位机设备组成，与所述测量上位机通信连接，每个测量下位机设备配置有一个或多个传感器单元；各传感器单元分别针对所述能及时、准确反映超音速空气流生成装置运行状态的部位部署；所述测量下位机设备用于采样相应的传感器数据，按照从测量上位机获取的所述准则表进行判别确认，转换为对应表征参数的运行状态数据，并实时将运行状态数据传输至测量上位机；

通信网络，用于支持测量上位机与测量下位机集群、测量上位机与控制主机的信息传输；

控制主机，用于执行所述测量上位机发送的“急停”指令，实施紧急停车程序，通过输出电信号至超音速空气流生成装置相应组件的阀门，完成超音速空气流生成装置相关管路的启闭操作。

基于以上方案，本发明还进一步作了如下优化：

可选地，所述通信网络为环形光纤以太网络。

进一步可选地，所述通信网络由前端网络交换机、后端网络交换机及光纤线路组成，所述前端网络交换机用于前端数据网络交互传输，设置于测量下位机集群和控制主机所在区域，所述后端网络交换机用于后端数据网络交互传输，设置于测量上位机所在区域，所述光纤线路用于前端网络交换机和后端网络交换机的数据链路连接。

可选地，所述测量下位机设备还基于所述准则表设定有预警条件；当满足预警条件后，对应的测量下位机设备向测量上位机发送预警信号；所述测量上位机根据汇总的预警信号数量是否达到设定阈值来确定是否给控制主机发出“急停”操作指令。

进一步可选地，仅当满足预警条件时，对应的测量下位机设备才将实时的运行状态数据传输至测量上位机。

可选地，所述表征参数包括点火电流信号、喷前压力、入口温度和空气流量。

进一步可选地，所述传感器单元分为压力传感器、温度传感器和流量传感器。对于点火电流信号，通过供电电路即可获取，所以无需额外配置传感器。

可选地，所述准则表的准则内容包括测量下位机编号、准则生效的时段、对应表征参数的安全范围上限值及下限值。

本发明的有益效果是：

本发明基于测量上位机和分布式测量下位机集群实现超音速空气流生成装置运行状态高效可靠的实时监测及急停控制。测量上位机设定、发布监测准则，测量下位机集群下载监测准则，依据监测准则对采样获得的测量参数数据进行判别确认，并实时将状态数据传输至测量上位机，上位机汇总状态信息并计算是否需要执行急停操作；若需要执行“急停”操作,则向控制主机发送执行指令，进入紧急停车程序。

本发明仅需要在测量上位机上设置、发布准则表，修改工作量小；测量下位机负责监测所在参数状态情况，仅当预警条件满足时才向测量上位机发送参数预警，减轻了测量上位机的运行负载，且网络资源占用率低，分布式监测系统运行效率更高。

本发明应用于超音速空气流生成装置研制过程中，减少了因超音速空气流生成装置因出现各类风险而损坏次数，提高了装置重复利用率，节约了研制成本，缩短了研制周期。

附图说明

图1为本发明一个实施例的分布式超音速空气流生成装置运行状态监测及急停系统的原理框图。

具体实施方式

以下结合附图，通过实施例进一步详述本发明。

如图1所示，本实施例的一种分布式超音速空气流生成装置运行状态监测及急停系统，包括测量上位机、前端网络交换机、后端网络交换机、测量下位机集群和控制主机。

测量上位机设定监测准则(准则表)，通过环形光纤以太网络发布监测准则。测量下位机集群通过环形光纤以太网络下载接收监测准则，当超音速空气流生成装置运行开启后，测量下位机集群实时将装置相应关键组件上传感器测点信号转换成电信号数据，并依据监测准则对测量数据进行实时监测，当所属参数满足预警条件后实时将状态数据传输至测量上位机。测量上位机汇总预警信号，判断是否需要执行“急停”操作。若需要执行“急停”操作,则向控制主机发送“急停”指令，进入紧急停车程序。具体来说：

测量上位机，用于设定、发布准则表，汇总测量下位机集群反馈的运行状态数据，并进行分析判断后作出是否给控制主机发出“急停”操作指令；所述准则表中列出的表征参数涵盖能及时、准确反映超音速空气流生成装置运行状态的部位；表征参数包括点火器点火信号(点火电流信号)、喷前压力、入口温度和空气流量；准则表的准则内容包括测量下位机编号、准则生效的时段、对应表征参数的安全范围上限值及下限值，其中安全范围上限值及下限值是针对超音速空气流生成装置运行状态稳定后的阶段制定。

测量下位机集群，由多个分布式测量下位机设备组成，与测量上位机通信连接，每个测量下位机设备配置有一个或多个传感器单元；各传感器单元分别针对所述能及时、准确反映超音速空气流生成装置运行状态的部位部署，涉及压力传感器、温度传感器和流量传感器等。测量下位机设备采样相应的传感器数据，按照从测量上位机获取的所述准则表进行判别确认，转换为对应表征参数的运行状态数据，并实时将运行状态数据传输至测量上位机。

测量下位机设备还可基于准则表预先设置预警条件，例如，若连续采样m次实测值(表征参数的运行状态数据)均超出上述安全范围上限值/下限值，则相应的测量下位机设备立即向测量上位机发送所涉及表征参数的预警信号；所述测量上位机可主要根据汇总的测量下位机集群发来的预警信号总数是否达到设定阈值来确定是否给控制主机发出“急停”操作指令。

对于测量下位机设备预先设置有预警条件的模式，在未满足预警条件时，可以不必将实时的运行状态数据传输至测量上位机。甚至，即使满足预警条件时，也可以不必将实时的运行状态数据传输至测量上位机，而只需报送涉及的表征参数的预警信号；相应的，测量上位机直接根据汇总的测量下位机集群发来的预警信号的总数是否达到设定阈值来确定是否给控制主机发出“急停”操作指令。这样，进一步减轻了测量上位机的运行负载，分布式监测系统运行效率更高。

通信网络，用于支持测量上位机与测量下位机集群、测量上位机与控制主机的信息传输；通信网络由前端网络交换机、后端网络交换机及光纤线路组成，其中前端网络交换机用于前端数据网络交互传输，设置于测量下位机集群和控制主机所在区域，后端网络交换机用于后端数据网络交互传输，设置于测量上位机所在区域，光纤线路用于前端网络交换机和后端网络交换机的数据链路连接。

控制主机，用于执行所述测量上位机发送的“急停”指令，实施紧急停车程序，通过输出电信号至超音速空气流生成装置相应组件的阀门，完成超音速空气流生成装置相关管路的启闭操作，实现对装置的运行控制。预定的紧急停车程序描述了超音速空气流生成装置在急停操作下打开和关闭相关阀门操作的动作。

本实施例仅需要在测量上位机上设置、发布准则表，修改工作量小；测量下位机负责监测所在参数状态情况，仅当预警条件满足时才向测量上位机发送参数预警，减轻了测量上位机的运行负载，且网络资源占用率低，分布式监测系统运行效率更高。