Indijska organizacija za vesoljske raziskave (ISRO)
Shaji G., direktor Innovative Solution, Chennai, Indija

Največji preskusni sistem za pridobivanje podatkov v indijski vesoljski industriji je Dewesoftov 2264-kanalski integriran sistem za kondicioniranje signalov in zajem podatkov.

Sistem je zasnovan za objekt za strukturno testiranje (Structural Test Facility), prvi te vrste v okviru kompleksa za raziskave pogona Indijske organizacije za vesoljske raziskave v Mahendragiriju, Tamil Nadu, Indija. Podjetje Innovative Solution je predlagalo Dewesoftovo rešitev, ki naj bi se uporabljala predvsem za statično in dinamično strukturno testiranje kupol nosilnih raket ter za notranje pritrdilne elemente za stabilizacijo nosilnosti.

Obseg projekta

Pogonskemu kompleksu ISRO (IPRC) je bila zaupana naloga konfiguracije naprave za zajem podatkov za izvajanje testov za zagotavljanje strukturne celovitosti različnih podsistemov nosilne rakete. Za izpolnjevanje te zahteve je bil ustanovljen objekt za strukturno testiranje - Structural Test Facility (STF).

ISRO Propulsion Complex (IPRC)Pogonski kompleks ISRO (IPRC)

Najsodobnejša instrumentacija, ki se osredotoča na integrirano kondicioniranje signala in dinamično pridobivanje podatkov je predlagana za pridobivanje kritičnih parametrov, kot so:

  • obremenitev,
  • temperatura,
  • pritisk,
  • premik,
  • napetost,
  • itd.

Kabelska terminalska soba (CTR), ki se nahaja skoraj 400 m od kontrolne sobe, hrani module za klimatizacijo, medtem ko je kontrolna soba opremljena s strežniki, prikazovalnimi vozlišči itd.

ISRO propulsion complex

Prvi glavni obseg sistema je simulacija in kartiranje zanesljivosti vplivnih parametrov med stabilizacijo leta. Drugi obseg je splošna strukturna celovitost zaradi ključnih neskladij v okolju med fazami ločevanja stopenj ali med orbitalnimi dinamičnimi prilagoditvami z uporabo pomožnih potisnikov.

Strateški parametri preskušanega vzorca, ki jih je treba pridobiti, vključujejo:

  • lestvico deformacije glede na zasnovan model FEA,
  • toplotno upornost za spremljanje zanesljivosti varovalk v komori,
  • stabilizacijo obratovalnega tlaka v pogonskih vodih in
  • kritični aksialni premik na določenih mestih.

Pridobljeni parametri so v realnem času usmerjeni v krmilne sisteme prek sinhroniziranih digitalnih izhodov, ki so na voljo kot del tega IDAS. Pridobljeni glavni in redundantni podatki se preko ločenih OFC povezav prenašajo na strežnike v prostorih za daljinsko vodenje.

Kritične funkcije sistema vključujejo dinamično hitrost vzorčenja, nastavljeno za vhodne kanale glede na vrsto senzorja. Zato je bilo potrebno dejavnike prepustnosti podatkov in hitrosti prenosa skrbno izračunati, da bi izbrali prave metode vmesnika in strojne opreme za komunikacijo.

Ker bodo vsi izvedeni testi v velikem obsegu in na dragih virih, je zelo pomembno zagotoviti, da v prenesenih podatkih v strežnik in nadzorne sobe ne pride do odstopanj ali izgube podatkov.

Data Connection Scheme from Test StandSlika 1: Shema podatkovne povezave s testnim stojalom

Načrtovanje shranjevanja podatkov je pomemben dejavnik glede na ogromno število analognih kanalov, visoko stopnjo vzorčenja in vozlišč, kjer so shranjeni podatki. V skladu s podatkovno kritičnimi standardi, ki jih določi institucija, morajo biti pridobljeni podatki shranjeni na več lokacijah:

  • na vsakem sistemu za pridobivanje in nadzor podatkov SIRIUS R8rt lokalno,
  • na lokalnem konfiguracijskem sistemu v CTR,
  • preneseno po omrežju za shranjevanje v glavnem in redundantnem strežniku,
  • in v prikazih vozlišč odjemalca, kjer morajo biti arhivirani podatki na voljo za pridobivanje in naknadno obdelavo.

Upravljanje baze podatkov vključuje pretvorbo inženirskih enot, konfiguracijo z ustreznimi opisi kanalov, oznakami in konstantami skaliranja/parametrov za pretvorbo.

Propulsion system testing at the Indian Space Research Organization ISROSlika 2. Preskušanje pogonskega sistema pri Indijski organizaciji za vesoljske raziskave (ISRO).

Spletna in nespletna obdelava podatkov

Način prikaza grafičnih in številčnih podatkov v spletnem načinu je moral biti zelo prilagodljiv, kot so uporabniško definirane posodobitve podatkov, sprožitev dejanj na podlagi časovnega dogodka, barva podatkov po meri, indikacija preobremenitve itd.

Naknadna obdelava pridobljenih podatkov se izvaja tudi v povezanih vozliščih. Glavna analiza naknadne obdelave vključuje:

  • Spektralna analiza moči na grafih napetosti.
  • 3D konturne risbe za ekstrakcijo frekvenčne referenčne krivulje.
  • Kombinacija več poskusov podatkov za primerjavo.
  • Izdelava kumulativnih poročil o preskusih.

Poleg tega je imel ISRO tudi kode za obdelavo izbranih parametrov glede na pogoje okolice.

Testi so bili načrtovani za daljše trajanje. Zdravstvene parametre sistema, kot so poraba pomnilnika, temperatura sistema, obremenitev večjedrnega CPU-ja, shranjevanje itd., je bilo treba nenehno spremljati in alarmirati v primeru kritičnih stanj, ki zahtevajo manj človeškega posredovanja.

Front view test rigs rack schematic with overall cable routingSlika 3. Shema kabineta za preskusne naprave s pogledom od spredaj s celotno napeljavo kablov.

Obsežna diagnostika napak in opozorilni sistem v Dewesoftu sta se prav tako izkazala za zelo koristno za pravilno upravljanje podatkov med pridobivanjem. Poleg tega so vozlišča prikaza povezana z omrežnimi tiskalniki v skupni rabi, da samodejno generirajo poročila, ko so končana s pridobivanjem in naknadno obdelavo.

Obseg projekta

Celoten sistem je v glavnem razdeljen na tri glavne postaje:

  • Kabelska terminalska soba,
  • Nadzorna soba 1, in
  • Nadzorna soba 2.

Kabelska terminalska soba (CTR) vsebuje vse konfigurirane sisteme za zajem podatkov. Konfiguracija je naslednja:

Dewesoft R8rt data acquisition and real-time front-end systemZajem podatkov Dewesoft SIRIUS R8rt in front-end sistem v realnem času

Dewesoft IOLITEr 19-inch rack compatible data acquisition and control systemDewesoft IOLITE R12 19-palčni sistem za zajem podatkov in nadzor

Poleg tega CTR vsebuje konfiguracijski sistem in omrežna stikala za usmerjanje glavnih in redundantnih podatkov v nadzorne sobe.

Podatkovna povezava med CTR in kontrolnimi sobami je razširjena prek kablov OFC za 400 metrov. Nadzorna soba je tam, kjer so nameščene glavne in redundantne strežniške enote, ki se dalje distribuirajo na več drugih sistemov, ki so označeni kot prikazovalna vozlišča.

Več kot 12 kilometrov (7,46 milje) kablov je bilo speljanih od senzorjev prek več 96-jedernih visokotemperaturno odpornih PTFE pletenih kablov do kabinetov za instrumente v sobi za zaključevanje kablov, kjer so nameščeni sistemi za zajem podatkov.

Ozemljitvene povezave so bile zagotovljene ločeno in zaključene s standardnimi 108-pinskimi Weidmüller konektorji ISRO. Nato se kabli napeljejo v kabinete in po potrebi podaljšajo za povezavo z ustreznimi kanali v sistemu za zajem podatkov R8rt & IOLITE.

Sistemski vmesniki

Overall data acquisition system schematic

Slika 4. Celotna shema sistema za zajem podatkov

Glavno omrežje prek GigE

Vsi posamezni elementi sistema imajo namenski krmilnik. Skupni podatki iz vseh sistemov za pridobivanje podatkov R8rt & IOLITE se usmerijo v en sam konfiguracijski sistem (glavno vozlišče 1) prek večplastnega upravljanega omrežnega stikala M, ki se nahaja na CTR za konsolidirano vizualizacijo/shranjevanje vseh podatkov.

Ta glavni tok podatkov je razširjen na nadzorno sobo 1 in 2 na kablu z optičnimi vlakni (OFC) prek drugega večplastnega upravljanega omrežnega stikala M za zanesljivo komunikacijo. Podatki se nato usmerijo v shranjevanje/ogled v Server M in petih odjemalskih vozliščih, ki se nahajajo v nadzorni sobi 2, in treh odjemalskih vozliščih, ki se nahajajo v nadzorni sobi 1.

Odvečno omrežje prek GigE

Vsi posamezni elementi sistema imajo namenski krmilnik. Skupni podatki iz vseh sistemov za pridobivanje podatkov R8rt & IOLITE se usmerijo v en sam konfiguracijski sistem (glavno vozlišče 1) prek večplastnega upravljanega omrežnega stikalaR, ki se nahaja na CTR za konsolidirano vizualizacijo/shranjevanje vseh podatkov.

Ta odvečni tok podatkov je razširjen na nadzorno sobo 1 in 2 na OFC prek drugega večplastnega upravljanega omrežnega stikalaR za zanesljivo komunikacijo. Podatki se nato usmerijo v shranjevanje/ogled v ServerR in petih odjemalskih vozliščih, ki se nahajajo v nadzorni sobi 2, in treh odjemalskih vozliščih, ki se nahajajo v nadzorni sobi 1.

Sinhronizacija

Časovna sinhronizacija med sistemi za zajem podatkov je vzpostavljena s kabli za strojno sinhronizacijo, ki se sklicujejo na časovni vir standarda ISRO IRNSS. Ožičenje poteka po metodi dvojne verige, ki med seboj povezuje vsako vozlišče za zajem podatkov, kar zagotavlja sinhronizirano časovno žigosanje za shranjene/prikazane podatke.

EtherCAT® Out

Poleg glavnih in redundantnih podatkovnih tokov so vsa vozlišča za zajem podatkov zasnovana tako, da zagotavljajo neposreden izhodni tok EtherCAT. Ta podatkovni tok se lahko uporablja kot vir za programirljive logične krmilne sisteme (PLC) tretjih oseb za spremljanje povratnih informacij ali časovni odziv.

M Povezano z glavnim podatkovnim tokom

R Povezano z odvečnim podatkovnim tokom

Vloga Dewesofta v projektu

Innovative Solution in Dewesoft, smo tehnično in komercialno delali na projektu več kot tri leta, preden nam je uspelo. Celotna rešitev, od koncepta do zagona, z upoštevanjem varnostnih/standardnih norm ISRO, je bila velik izziv.

Tehnična vključenost naših inženirjev sega od načrtovanja do izvedbe na terenu kot tudi testiranja. Delo vključuje izbiro strojne opreme za zajem podatkov, izbiro komunikacijskih/podatkovnih kablov, načrtovanje tlorisa, učinkovito usmerjanje in načrtovanje zaključnih modelov kablov. Celoten sistem je bil implementiran na terenu s fleksibilnostjo dostopnosti ter enostavnostjo identifikacije in vzdrževanja.

Kabli iz senzorjev na preizkusni konstrukciji so speljani v zaključno sobo prek različnih kablov glede na kritične podatke procesa, tip senzorja, konfiguracijo ožičenja itd. Podatkovni signali merilnikov napetosti so povezani z akvizicijskimi enotami s 3-žično konfiguracijo četrt mostu in 3x enojedrnimi kositrnimi bakrenimi žicami velikosti 24AWG, PTFE kabli, ki izpolnjujejo tehnične specifikacije ISRO in spoštujejo njihove kode.

Ožičenje za različne napetostne signale ali različne funkcije je bilo ločeno zaključeno na namenskih priključnih trakovih/gonilnih stezah z barvnim kodiranjem. Sledi ločeno barvno kodiranje za napajanje omrežij (ventilator, nadzor temperature) in procesno moč (krmilnik, vhodni moduli). Kabli so bili pravilno napeljani iz upravljalnikov kablov na vrhu in dnu vsakega sistema za zajem podatkov, tako da bi bilo lažje prepoznati ID kanala za konfiguracijo.

Z izzivom EMI/EMC se je naša oblikovalska ekipa spopadla s primernim pozicioniranjem ključnih komponent in naprav za distribucijo električne energije znotraj sistemske omare in z uporabo ločenih poti. Standardne kabelske uvodnice iz poliimida za glavne vhodne kable so bile nameščene v skladu s kodo, pri ožičenju, usmerjanju, zaključevanju in povezovanju na obeh straneh pa je bila potrebna skrbnost.

Projekt, na nivoju, ki ga ima danes, je bil zgrajen s pomočjo več ponudnikov storitev iz različnih sektorjev, pomembnih za postavitev in delovanje objekta. Ponosni smo, da smo del te strateške misije pod vlado Indije.

Izjemno priznana je hitra in stalna podpora lokalnih pisarn Dewesoft - Dewesoft Austria in Dewesoft India, ki je omogočila uspešno izvedbo tega obsežnega projekta.

Prihodnost projekta

Objekt za strukturno testiranje je predviden za obsežno testiranje za desetletje, torej do načrtovane nadgradnje na takrat boljši sistem.

Dewesoft je tudi predhodnik še večjega objekta v gradnji, ki naj bi deloval z več kot 15000 kanali za pridobivanje podatkov.