Разработка информационно-измерительной системы сбора и обработки информации об основных параметрах атмосферы в зоне аэродрома гражданской авиации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Техническое задание

Введение

1. Основные виды систем сбора метеорологических данных

2. Построение графической модели сбора метеорологических данных

2.1 Определение физических и информативных параметров ОИ

2.2 Построение модели ИИС сбора метеорологических данных

2.3 Разработка структурной схемы ИИС

3. Выбор функциональных блоков ИИС

3.1 Метеооборудование, используемое в основном пункте наблюдения

3.2 Метеооборудование, используемое в вспомогательном пункте

3.2.1 Датчик давления КРАМС

3.2.2 Датчик температуры и влажности КРАМС

3.2.3 Датчик высоты облаков КРАМС (ДВО-2)

3.2.4 Датчик параметров ветра КРАМС (М63МР)

3.2.5 Импульсный фотометр (ФИ-2)

3.3 Блок ручного ввода (БРВ)

3.4 Блок индикации (БИ)

4. Определение основных качественных характеристик ИИС

Заключение

Список литературы

Техническое задание

Разработать ИИС сбора и обработки информации об основных параметрах атмосферы в зоне аэродрома гражданской авиации, регистрации метеоинформации, формирования метеорологических сообщений на устройства отображения и в каналы связи. Результаты измерения основных параметров атмосферы в районе взлетно-посадочной полосы обслуживаемого аэродрома (атмосферного давления, температуры и влажности воздуха, скорости и направления ветра, метеорологической дальности видимости, высоты облаков, яркости фона) передаются по каналам связи для обеспечения взлета и посадки воздушных судов. Построить графическую модель ИИС, разработать структурную и функциональную схемы.

Наименование параметра системы	Значение
Объект внедрения ИИС	Аэродром II категории (класса А,Б)
Количество ВПП	1
Погрешность измерительной системы, не более, %	1
Напряжение питания при частоте сети f=50 Гц, В	22010%
Рабочая температура воздуха, С	-10… +60
Максимальная относительная влажность воздуха, не более, %	90
Средний срок службы системы, лет	8
Среднее время восстановления после отказа, не более, ч	2
Срок службы не менее, лет	10

Введение

Измерения метеорологических параметров на аэродромах являются одним из важнейших элементов системы метеообеспечения взлета и посадки воздушных судов. В соответствии с этим предъявляются повышенные требования к объему, оперативности и достоверности измерительной метеоинформации и к используемым техническим средствам.

Основными направлениями работ по новым техническим средствам в РФ и за рубежом является создание аэродромных измерительно-информационных систем и нового поколения «интеллектуальных» датчиков, обеспечивающих на базе встроенных микропроцессоров обработку исходной информации и формирование результирующих данных, повышение информационных и эксплуатационных характеристик приборов на базе новых технологий.

Требования к метеооборудованию, необходимому для обеспечения аэродромов различных категорий и классов, подробно регламентируются нормативными документами - Нормами годности к эксплуатации аэродромов (НГЭА) и Нормами годности к эксплуатации оборудования гражданских и воздушных трасс (НГЭО), а также Авиационными правилами (АП-139, АП-170). Указанные документы определяют состав измеряемых метеорологических параметров, требования к диапазону и погрешности измерений, обязательный (минимальный) состав метеооборудования для аэродромов всех категорий и классов, а также места его установки на аэродроме.

Таким образом, аэродромные измерительно-информационные системы являются важнейшими элементами технического оснащения авиаметеосети. Использование автоматизированной метеорологической информационно-измерительная системы (АМИИС) позволяет не только радикально повысить оперативность, достоверность, объем, объективность получаемой метеоинформации, но и значительно усовершенствовать всю технологию метеообеспечения на аэродроме по сравнению с применением автономных метеорологических приборов и устройств представления данных.

Важными дополнительными задачами, возлагаемыми на АМИИС, является автоматизация режимных наблюдений и формирование климатических характеристик аэродрома.

Получение режимных характеристик выполняется на большом числе АМСГ (авиаметеорологическая станция гражданская). АМИИС позволяет автоматизировать технологию получения режимной и синоптической информации в интересах общей метеорологической сети. Включение в состав программного обеспечения АМИИС дополнительных модулей по формированию режимной информации на базе данных измерений АМИИС избавляет персонал АМСГ от трудоемкой ручной работы и повышает достоверность данных. Представляется также целесообразным подключение к АМИИС для указанной задачи комплекта дополнительных датчиков (температуры почвы, количества и интенсивности осадков, высоты снежного покрова, продолжительности солнечного сияния). Реализация в полном объеме этой задачи обеспечивает сгущение наблюдательной сети, повышает уровень ее автоматизации и дает экономический эффект благодаря использованию аэродромной ИИС для решения задач наблюдательной сети.

Получение климатических характеристик аэродрома требует формирования многолетних архивов опасных для авиации метеорологических условий и явлений, формирования месячных и годовых таблиц повторяемости этих параметров и явлений, их суточного и годового хода, продолжительности и др. (для высоты нижней границы облаков, дальности видимости, условий погоды различной степени сложности, опасных явлений погоды, ветра и др.). Автоматизация позволяет резко упростить решение задач климатического описания аэродрома и повысить достоверность и объективность данных, а также возможность их наглядного представления в виде графиков, диаграмм и др.

Климатические условия учитываются при планировании и метеорологическом обеспечении полётов воздушных судов. Для каждого аэропорта составляется климатическая характеристика, где приводятся сведения о метеорологических величинах и явлениях, оказывающих воздействие на работу авиации. На их основе выявляются сезоны года и части суток с благоприятными или неблагоприятными условиями для взлёта и посадки самолётов, рассчитывается объём загрузки, планируется применение аэродромной техники. Правильное использование климатических материалов даёт возможность повысить безопасность, регулярность и экономичность полётов.

Развитие аэродромных ИИС включает не только задачи измерений, обработки и документирования метеоданных, но и задачи, связанные с автоматизацией работы аэродрома в целом. В техническом плане сюда относятся входящие в состав ИИС коллективные и индивидуальные средства отображения, автоматизированные рабочие места (синоптика-консультанта, синоптика-прогнозиста и др.), средства сопряжения ИИС с другими системами аэродрома (АС УВД, телекоммуникационной аппаратурой, АТИС, светосигнальными системами, аппаратурой технических служб и т.д.). Это позволяет усовершенствовать всю технологию метеообеспечения аэродрома.

Помимо расширения возможностей аэродромных ИИС, важными тенденциями их развития являются повышение гибкости и надежности систем.

Под гибкостью ИИС понимается возможность модернизациии технических средств и программного обеспечения системы для решения задач конкретных аэродромов, создание модификаций системы, в т.ч. для двухполосных аэродромов, аэродромов младших классов и вертодромов, т.е. адаптацию системы к оборудованию и технологии метеообеспечения конкретного аэродрома. Это означает, в частности, возможность работы ИИС практически со всеми имеющимися в РФ сертифицированными отечественными и зарубежными датчиками, а также с различными вариантами аэродромного оборудования (систем связи, АТИС и т.д.).

Гибкость АМИИС подразумевает не только возможность адаптации системы при ее развертывании под требования конкретного аэродрома, но и возможность оперативного изменения программного обеспечения, а также технических средств системы в процессе ее эксплуатации по мере уточнения этих требований.

Повышение надежности АМИИС включает не только аппаратную надежность (различные схемы резервирования датчиков и центральной системы, тестирование и т.п.), но и обеспечение достоверности, защиту информации, обеспечение большей репрезентативности измерительной информации. Это касается, в первую очередь, алгоритмов измерения и обработки данных (контроль и исключение выбросов, мажоритарное методы осреднения и т.п. ).

Важным элементом надежности системы является также требование архивирования всей входящей (включая резервные датчики) и выдаваемой информации, а также всех действий оператора и защита архива от непредусмотренных технологией метеообеспечения его изменений.

Типовые схемы оснащения аэродромов метеорологическим оборудованием в значительной степени определяются требованиями к составу и размещению на аэродроме первичных измерительных преобразователей (датчиков) в определенных местах вблизи взлетно-посадочной полосы (ВПП), а также дистанционных пультов и АМИИС, устанавливаемых в рабочих помещениях наблюдателей.

Учитывая требования к дистанционности измерений (до 8 км для датчиков дальности видимости, высоты облаков, параметров ветра), особенно важным является их реализация как цифровых приборов. Использование цифрового выхода позволяет резко уменьшить требования к линиям связи, влияние помех, упростить грозозащиту, исключить погрешность, связанную с передачей аналоговых сигналов, осуществить контроль, тестирование, управление датчиком. Для датчиков с аналоговыми выходными сигналами (например, датчиков температуры и влажности) целесообразно использование группового преобразователя с цифровым выходом, расположенного рядом с датчиками.

На аэродромных метеостанциях (АМСТ) выходы датчиков подключаются к общему устройству сбора и передачи данных, управляемому от автоматизированного рабочего места (АРМ) метеоролога-наблюдателя. АРМ осуществляет также формирование сообщений и выдачу их на рабочие места метеоперсонала, диспетчерского состава и другие системы аэродрома, в каналы связи.

Важно отметить возможность использования в АМИИС радиоканалов и оптоволоконных линий связи при реализации систем сбора данных.

Техническое оснащение аэродрома включает не только измерительные задачи, но и задачи, связанные с автоматизацией работы аэропорта в целом. В техническом плане сюда относятся коллективные и индивидуальные средства отображения, автоматизированные рабочие места (синоптика-консультанта, синоптика-прогнозиста и др.), организация связи и т.д.; должно быть обеспечено сопряжение АМИИС с другими техническими средствами и системами аэродрома и адаптация АМИИС к составу технических средств и технологии работы аэродрома.

В настоящее время наблюдается общий подход к построению АМИИС для метеообеспечения авиации на аэродромах РФ, базирующийся на рациональном выборе отечественных и зарубежных датчиков с использованием центральной части ИИС и программного обеспечения российского производства.

Помимо типового (минимально необходимого) состава аппаратуры предназначенного для оснащения аэродромов, можно указать на дополнительные технические средства (датчики яркости фона, гололёда, состояния ВПП, грозопеленгаторы, комплекс датчиков для режимных наблюдений и т.д.), в том числе, средства предназначенные для повышения уровня автоматизации наблюдений (идентификаторы явлений, системы определения горизонтального и вертикального сдвига ветра, и др.) Такие технические средства просто ассимилируются в общую ИИС аэродрома.

На аэродромах оборудованных современными АМИИС предусмотрено формирование климатических таблиц в соответствии с [2] на специальном АРМ, с использованием метеоданных непрерывно поступающих от центральной системы АММИС. При этом обеспечивается также формирование метеоархива в электронной форме в соответствии с [3]. Архив может постоянно пополняться и храниться в форме удобной для проверки расчётов таблиц и графиков, выполненных по данному архиву, а также для получения дополнительных выборок по запросам потребителей.

1. Основные виды систем сбора метеорологических данных

Система сбора данных (ССД) - комплекс средств, предназначенный для работы совместно с персональным компьютером, либо специализированной ЭВМ и осуществляющий автоматизированный сбор информации о значениях физических параметров в заданных точках объекта исследования с аналоговых и/или цифровых источников сигнала, а также первичную обработку, накопление и передачу данных [6].

По способу сопряжения с компьютером системы сбора данных можно разделить на:

- системы сбора данных на основе встраиваемых плат сбора данных со стандартным системным интерфейсом (наиболее распространен - интерфейс PCI);

- системы сбора данных на основе модулей сбора данных с внешним интерфейсом (RS-232,RS-485,USB, UART);

- системы сбора данных, основанные на магистрально-модульном сборе.

По способу получения информации они делятся на:

- сканирующие;

- мультиплексные (многоточечные);

- параллельные;

Сканирующий принцип построения систем сбора данных используется там, где надо измерить поле распределения параметров: тепловизор, аппарат УЗИ, томограф используют для получения первичной информации именно ССД сканирующего типа.

Параллельными системами сбора данных следует считать системы сбора данных на основе интеллектуальных датчиков, каждый такой датчик по сути одноканальная система сбора данных со специализированным интерфейсом.

Мультиплексная (мультиплексорная) система сбора данных имеет на каждый измерительный канал индивидуальные средства аналоговой обработки сигнала и общий для всех каналов блок аналого-цифрового преобразования. Наибольшее распространение в настоящее время имеют именно мультиплексные системы сбора данных.

Внедрение системы сбора данных в предприятия метеообеспечения ГА позволяет решить следующие задачи [4]:

- обеспечение требуемой оперативности процесса сбора данных от момента появления новой потребности в отчетной информации до полного сбора и консолидации данных со всех источников;

- снижение объема ручного труда по заполнению и контролю отчетных форм за счет предоставления развитых средств контроля первичных данных и автоматического заполнения форм;

- предоставление развитых средств контроля за соблюдением установленного порядка подготовки и сбора отчетности;

- ведение и распространение для всех участников системы сборы единой нормативно-справочной информации, используемой в процессе распространения и сбора отчетной информации;

- предоставление оперативного доступа к актуальной и достоверной информации всем заинтересованным лицам в соответствии с их правами и обязанностями.

Автоматизированные метеорологические информационно-измерительные системы в основном различаются от:

- типа применяемых датчиков (отечественные или зарубежные);

- протоколов обмена и передачи метеоинформации;

- способа передачи информации (радиоканал или проводная система).

Основой метеоинформации, используемой для метеообеспечения предприятий ГА, служат результаты наблюдений за метеовеличинами и их характеристиками, представляющими собой показатели состояния и развития физических процессов в атмосфере.

Методика выполнения наблюдений изложена в [7]. Программа метеонаблюдений для метеообеспечения взлета и посадки воздушных судов ГА включает следующие виды наблюдений:

- за атмосферным давлением (только инструментальные);

- за температурой и относительной влажностью воздуха (только инструментальные);

- за скоростью и направлением ветра у земли и на высотах (только инструментальные);

- за облачностью (за высотой нижней границы облаков (ВНГО) - инструментальные и визуальные, за количеством и формой облаков - визуальные);

- за метеорологической дальностью видимости (МДВ) (визуальные);

- за метеорологической оптической дальностью (МОД) (инструментальные);

- за осадками (за количеством, интенсивностью и продолжительностью - инструментальные и визуальные, за видом осадков - визуальные);

- за атмосферными явлениями: туманом, дымкой, метелями, шквалами, грозами, гололедно-изморозевыми отложениями (инструментальные и визуальные).

Состав метеооборудования, используемого для метеообеспечения ГА, определяется классом аэродрома и программой наблюдений. В состав метеооборудования входят следующие технические средства (ТС):

- первичные измерительные преобразователи, СИ, датчики АМИИС;

- вторичные измерительные преобразователи (блоки управления и преобразования (БУП), контроллеры, интерфейсные блоки, адаптеры и т.д.) электрических сигналов первичных измерителей метеовеличин в форму, пригодную для дальнейшей автоматизированной (автоматической) обработки в центральном устройстве с целью получения метеоинформации;

- центральные устройства, реализующие алгоритмы, в которых заложены методики выполнения измерений (МВИ) метеовеличин и получение на их основе метеоинформации, а также протоколы обмена и передачи метеоинформации;

- ТС, реализующие интерфейс пользователя (визуализация метеовеличин метеоинформации в удобной для использования форме);

- ТС архивации метеоинформации;

- ТС кодирования и передачи метеоинформации;

- вспомогательные устройства, обеспечивающие необходимые условия для измерений и обслуживания.

2. Построение графической модели ИИС сбора метеорологических данных

2.1 Определение физических и информативных параметров ОИ

Объектом измерения в системах сбора метеорологических данных является гражданский аэродром, имеющий одну ВПП.

Задача системы состоит в сборе и обработке данных, получаемых от метеорологических датчиков.

Физическими параметрами системы сбора метеорологических данных являются: атмосферное давление, температура воздуха, влажность воздуха, параметры ветра, метеорологическая дальность видимости (МДВ), высота нижней границы облаков (ВНГО).

Информативным параметрами системы сбора метеорологических данных являются значения: атмосферного давления - Р, температуры воздуха - Т, влажности воздуха - Ш, параметров ветра, метеорологическая дальность видимости - L и высота нижней границы облаков - H.

2.2 Построение модели ИИС сбора метеорологических данных

Система состоит из основного пункта наблюдения (ОПН), вспомогательного пункта наблюдения (ВПН), приборов для измерения метеорологической дальности видимости (МДВ), датчиков для измерения высоты нижней границы облаков (ВНГО) и выносные блоки индикации.

Выносные средства отображения (блоки индикации или дисплеи) устанавливаются в рабочих помещениях персонала, управляющего полетами, взлетом, посадкой, и др. должностных лиц. Средства отображения работоспособны при температуре воздуха от +5 до +40°С, влажности до 80 % при температуре 25°С.

В ОПН в свою очередь входят:

- центральная система (автоматизированное рабочее место техника-метеоролога - АРМ с персональным компьютером не ниже типа Personal Computer PIII, основной и резервный (обеспечивают работу системы при аварийных ситуациях) комплекты, с монитором, клавиатурой, принтером, коммутатором каналов, базовым программным обеспечением WINDOWS 98 и более поздними версиями и специальным программным обеспечением);

- датчики для измерения метеопараметров (датчик давления (ДД), датчик температуры воздуха (ДТВ), датчик влажности (ДВ), датчик параметров ветра (ДПВ) (скорость и направление), датчик высоты нижней границы облаков (ДВНГО), измеритель яркости фона (яркомер), нефелометрический измеритель видимости (Идентификатор погоды));

- адаптер телеграфных каналов (АТК);

- контрольный блок индикации.

ВПН состоит из резервных датчиков метеопараметров типа КРАМС.

Приборы для измерения метеорологической дальности видимости (МДВ) расположены на обоих концах, а также вдоль ВПП.

Также на обеих концах ВПП расположены датчики для измерения ВНГО. метеорологический информационный измерительный

Для подключения датчиков с ВПН и БИ к центральной системе применяется адаптер телеграфных каналов. АТК имеет два стандартных в коде АSСII высокоскоростных (1200-9600 бит/с) канала RS232 (один из каналов используется для сопряжения с ПЭВМ АРМ), до шести полудуплексных токовых телеграфных каналов, работающих в коде МТК-2 со скоростью 100 бит/с, и два выхода для подключения контрольного и выносных блоков индикации БИ (скорость 300 бит/с).

Рисунок 1 - Модель сбора метеорологических данных

Графическое обозначение компонентов системы, по Рис.1:

- совмещенный датчик для измерения температуры и влажности;

- датчик для измерения атмосферного давления;

- датчик параметров ветра (измеряет скорость и направление);

- датчик для измерения высоты нижней границы облаков;

- прибор для измерения метеорологической дальности видимости;

- прибор измерения яркости фона (яркомер).

ВПП - взлетно-посадочная полоса;

ОПН - основной пункт наблюдения;

ВПН - вспомогательный пункт наблюдения;

ЦС - центральная система;

БИконт - контрольный блок индикации;

БИ АМСГ - блок индикации аэродромной метеорологической службы (гражданская).

2.3 Разработка структурной схемы ИИС

Системы АМИИС предназначены для автоматического дистанционного измерения основных метеовеличин, ручного ввода метеовеличин, не измеряемых автоматически, обработки результатов автоматических измерений, автоматического формирования сообщений (сводок погоды), распространения их на средства отображения, в линии связи, а также регистрации измеренных значений метеовеличин и переданной метеоинформации.

АМИИС используются для метеообеспечения полетов, производимых с одной ВПП.

Обобщенная структурная схема АМИИС представлена на рисунке 2. Применяется специализированное (прикладное) программное обеспечение (СПО), выполненное на базе лицензионного программного обеспечения Windows.

АМИИС обеспечивают автоматические дистанционные измерения следующих метеовеличин:

- МОД на ВПП (в 2--6 точках в зависимости от количества установленных датчиков МОД);

- ВНГО в районе БПРМ (в 2--4 точках в зависимости от количества установленных датчиков ВНГО);

- скорости и направления ветра (мгновенные значения, осредненные за 3--5 с) у по-рогов ВПП (в 2--4 точках в зависимости от количества установленных ДПВ);

- атмосферного давления на уровне установки ДД;

- температуры и влажности воздуха;

- яркости фона.

Рисунок 2 - Структурная схема ИИС сбора метеорологических данных

где ДД - датчик атмосферного давления, ДПВ - датчик параметров ветра, ДТВ - датчик температуры и влажности, ДВНГО - датчик высоты нижней границы облаков, БКД - блок коллектора датчиков, БС и ОИ - блок сбора и обработки информации, БРВ - блок ручного ввода, ДМДВ - датчик метеорологической дальности видимости, БС - блок сопряжения, ФИ-2 - фотометр импульсный, БИП - блок измерительного преобразователя, ДВО - датчик высоты облаков, ДВОмк - датчик высоты облаков с микроконтроллером, БУП - блок у правления и преобразования, БИ (БИк) - блок индикации (контрольный), АТК - адаптер телеграфных каналов, ПЭВМ - персональная электронно-вычислительная машина с предустановленным специализированным программным обеспечением.

3. Выбор функциональных блоков ИИС

3.1 Метеооборудование, используемое в основном пункте наблюдения

В ОПН используется метеооборудование фирмы «Vaisala Oy» (Финляндия). К используемому в настоящее время на сети Росгидромета оборудованию фирмы «Vaisala Oy» относятся: система сбора и обработки информации MILOS 500; коллектор датчиков QLI50, датчик температуры и относительной влажности НМР35/45D с радиационной защитой DTR13, авиационный барометр РА21 с расширением T/U (температура и влажность), система определения параметров ветра типа WA (с чашечным анемометром WAA15A/151, флюгером WAV15A/151, дисплеем WIND30), лазерный облакомер СТ25К.

Система сбора и обработки информации MILOS 500 имеет сертификат Госстандарта РФ и МАК, в последнем дано ограничение: „MILOS 500 c измерительным преобразователем DPA21 обеспечивает измерение атмосферного давления не выше 1050 гПа.”

Система MILOS 500 обеспечивает автоматическую передачу собранной и обработанной информации о метеовеличинах на вход персонального компьютера типа IBM PC и других совместимых систем на расстояние до 50 км (через встроенный модем DMX50 или DMX55).

Система может применяться как самостоятельно в качестве автоматической метеостанции, так и в составе АМИИС в качестве вторичного измерительного преобразователя датчиков.

В комплект (конфигурацию) MILOS 500 входит блок автоматики (Рисунок 3) со встроенным датчиком атмосферного давления DPA21 (Рисунок 4), подключенными датчиками параметров ветра WAA15A/151 (скорость) (Рисунок 5) и WAV15A/151 (направление) (Рисунок 6), температуры и влажности HMP35D или HMP45D (Рисунок 7).

Рисунок 3 -- Блок автоматики MILOS 500

Рисунок 4 -- Датчик атмосферного давления DPA21

Рисунок 5 -- Датчик скорости ветра WAА15A/151

(1 - чашечный анемометр, 2 - преобразователь)



Рисунок 6 -- Датчик направления ветра WAV15A/151(1 - флюгер, 2 - преобразователь)

Рисунок 7 -- Датчик температуры и влажности HMP45D (HMP35D)

Дополнительно к блоку можно подключить (по интерфейсу RS232C или RS485) несколько интеллектуальных датчиков (ИДВ MITRAS, CT25K, дистанционные датчики параметров ветра с контроллерами WT501/521 со встроенным модемом, нефелометры FD12, FD12P).

Технические характеристики системы MILOS 500:

- размеры защитного кожуха 580 Ч 360 Ч 759 мм;

- масса в кожухе и с батареей питания: 15 кг;

- электропитание: от однофазной сети переменного тока напряжением (220 ± 22) В, частотой (50 ± 1) Гц или от батареи 12 В;

- потребляемая мощность: от батареи 1 Вт.

- средний срок службы: 10 лет.

Система MILOS 500 работоспособна при температуре окружающего воздуха от минус 40°С (при укомплектовании преобразователем DPA21) до +55 °С, относительной влажности от 0 % до 100 % во всем рабочем диапазоне температур, но без конденсата внутри кожуха.

При эксплуатации MILOS 500 на открытом воздухе она размещается в защитном кожухе BOX50S (Рисунок 8).

Рисунок 8 -- Защитный кожух BOX50S для MILOS 500

Коллектор датчиков QLI50 (Рисунок 9) представляет собой устройство, предназначенное для приема, обработки и преобразования в цифровой код измерительных сигналов, получаемых от датчиков и первичных измерительных преобразователей (сенсоров), которые подключаются к нему. Коллектор датчиков QLI50, как правило, используется в комплекте с датчиками ветра WA (Рисунки 5 и 6), температуры и влажности HMP45D (Рисунок 7).

Измерительный блок QLI50 состоит из измерительной платы с микроЭВМ, в которой, в том числе, обеспечивается преобразование результатов измерения в цифровое сообщение в коде ASCII. Цифровое сообщение от QLI50 с установленной периодичностью передается по линии связи в интерфейсе RS232/RS485 в ПЭВМ АМИИС, в составе которой он применяется

Предусмотрен встроенный контроль исправности QLI50.

В комплектацию коллектора датчиков QLI50 входят:

- блок измерительный....................................................1 шт.;

- БП сетевой.....................................................................1 шт.;

- комплект ЗИП...............................................................1 шт.;

- комплект монтажный...................................................1 шт.;

- комплект кабелей..........................................................1 шт.;

- комплект ЭД..................................................................1 шт.

Основные технические характеристики коллектора датчиков QLI50:

- цифровые входы: 8-битный цифровой порт ввода/вывода для цифровых входов (код Грея или любая комбинация);

- аналоговые измерительные сигналы:

- точность измерения: напряжения ± 0,006 % от полной шкалы (2,5 В),

- диапазон измерения: от минус 2,5 до 12,5 В;

- измерение частоты:

- диапазон: от 0,1 до 10 кГц,

- точность: ±0,1 %;

- электропитание: от однофазной сети переменного тока напряжением (220 ± 22) В, частотой (50 ± 1) Гц;

- потребляемая мощность: не более 0,7 Вт по постоянному току на выходе устройства сетевого питания.

Рисунок 9 -- Коллектор датчиков QLI50

Блоки QLI50, устанавливаемые на открытом воздухе, работоспособны при температуре окружающего воздуха от минус 50°С до 50°С, относительной влажности воздуха до 100 % при температуре 25 °С.

Термогигрометр HMP45D (Рисунок 7) разработан для измерения относительной влажности и температуры воздуха. При использовании датчика HMP45D на АМСГ он устанавливается в радиационную защиту DTR13 - естественно вентилируемый радиационный экран для предотвращения воздействия солнечной и длинноволновой радиации на результаты измерений.

Измерение влажности производится тонкопленочным полимерным датчиком. Изменение емкости полимерного слоя датчика характеризует изменение значения влажности. Используя значения относительной влажности и температуры воздуха можно вычислить температуру точки росы.

Основные технические характеристики датчика:

- диапазон измерения от 0 % до 100 %;

- погрешность:

±2 % при относительной влажности менее 90%,

±3 % при относительной влажности от 90 до 100%;

- рабочая температура: от минус 40 °С до + 80 °С;

Температура воздуха измеряется платиновым датчиком сопротивления (Pt 100).

Основные технические характеристики датчика:

- диапазон измерения температуры воздуха: от минус 50°С до +55 °С;

- предел допускаемой погрешности измерения температуры воздуха: ±0,3°С.

Авиационный барометр РА21 (Рисунок 10) (в нем используется тот же измерительный преобразователь атмосферного давления DPA21 (рисунок 4), что и в системе MILOS 500) с расширением T/U ( дополнительно к измерению атмосферного давления обеспечено измерение и индикация температуры и влажности воздуха с ограничениями по диапазону измерения температуры воздуха снизу минус 40 °С вместо минус 60 °С и по диапазону измерения давления сверху 1050 вместо 1100 гПа) предназначен для использования в отапливаемых помещениях (при температуре воздуха от 5°С до 55°С). Термогигрометр HMP35D (или HMP45D), располагаемый в радиационной защите DTR13, подключается к дисплею через промежуточный преобразователь 4-жильным кабелем длиной до 2 км.

Рисунок 10 -- Авиационный барометр РА21 с расширением T/U (1 - преобразователь давления, 2- термогигрометр, 3- дисплей )

Технические характеристики авиационного барометра РА21:

- диапазон измерения атмосферного давления: от 500 до 1050 гПа;

- предел допускаемой погрешности измерения атмосферного давления:

- в диапазоне давлений от 800 до 1050 гПа и температуры воздуха от 5 до 55 °С: ±0,3 гПа;

- в диапазоне давлений от 500 до 1050 гПа и температуры воздуха от 40 до 55 °С: ±0,5 гПа.

Система определения параметров ветра типа WA предназначена для измерения и представления на цифровых дисплеях WIND30 (Рисунок 11) информации о средней и максимальной скорости ветра, о среднем направлении ветра и отклонениях от среднего направления. Обработка данных от датчиков ведется в соответствии с рекомендациями ICAO (или WMO, если требуется).

Комплект датчиков (используются те же датчики параметров ветра - анемометр WAA15A/151 (рисунок 5) и флюгер WAV15A/151 (рисунок 6), - что и в системе MILOS 500) содержит микропроцессорный контроллер со встроенным модемом (WT501/521), что обеспечивает требуемую дистанционность (не менее 10 км). К одному дисплею может быть подключено до 4 комплектов датчиков, расположенных в разных местах аэродрома, линия связи двухпроводная. Предусмотрена возможность подключения регистратора. Питается комплект через дисплей от сети, срок службы 10 лет. Имеется выход для ввода данных в АМИИС. Предусмотрена сигнализация о неисправностях датчиков.

Технические характеристики системы определения параметров ветра:

- диапазон измерения мгновенной скорости ветра: от 0,5 до 75 м/с;

- предел допускаемой погрешности измерения скорости ветра: ±(0,2 + 0,02V) м/с, где V -- мгновенная скорость ветра;

- диапазон измерения мгновенного направления ветра: от 0° до 360°;

- предел допускаемой погрешности измерения скорости ветра: ±3°.

Рисунок 11 -- Многоканальный дисплей параметров ветра

WIND30

Облакомер СТ25К (Рисунок 12) имеет сертификаты Госстандарта РФ и МАК. Передатчик в СТ25К лазерный (импульсный светодиод на основе арсенида индия-галлия), длительность импульса 0,1 мкс, длина волны около 900 нм. Конструктивно передатчик и приемник (фотодиод) объединены в одном блоке с кондиционером (обдув теплым воздухом защитного стекла). Предусмотрен наклон корпуса (зондирующего луча) под любым углом к горизонту, что, в частности, используется при поверке по твердой цели. Имеется встроенный микропроцессор, встроенная диагностика, ЗИП. Комплект документации достаточно полон для обеспечения эксплуатации.

Технические характеристики облакомера СТ25К:

- диапазон измерения: от 15 до 7500 м;

- предел допускаемой погрешности:

±10 м в диапазоне от 15 до 100 м,

±10 % в диапазоне свыше 100 м;

- погрешность измерения расстояния Н до твердой цели: ± (0,02Н + 7,5) м;

- периодичность выдачи телеграмм в линию связи: от 15 до 120 с. Имеется встроенный модем, обеспечивающий дистанционность до 16 км;

- питание от сети;

- потребляемая мощность: до 250 Вт;

- срок службы: 10 лет.

Рабочие условия по температуре воздуха от минус 50°С до 50°С, работоспособен в осадках (выдает вертикальную видимость).

Рисунок 12 -- Датчик высоты облаков CT25К

Система определения дальности видимости на ВПП (RVR) MITRAS включает:

- базисный фотометр ИДВ MITRAS (передатчик LP11 и приемник LR11) -- до 6 шт. (рисунок 13);

- измеритель яркости фона (яркомер) LM11 (в составе ИДВ MITRAS), который укрепляется на передатчике LP11 (рисунок 14);

- компьютер RVR, который обеспечивает расчет МОД на ВПП.

Технические характеристики системы определения дальности видимости на ВПП MITRAS:

- погрешность определения RVR в диапазоне от 50 до 4000 м не превышает:

±25 м при RVR до 150 м включ.,

±50 м ” св. 150 до 500 м включ.,

±10% ” св. 500 м с округлением в сторону меньшего значения при аналогичных градациях.

Обновление данных производится каждые 15 с;

- диапазон измерения МОД:

от 7 до 400 м при базе 10 м,

” 25 ” 1500 м ” ” 35 м,

” 50 ” 3000 м ” ” 75 м,

” 100 ” 6000 м ” ” 150 м,

” 150 ” 10 000 м ” ” 200 м;

Рисунок 13 -- Трансмиссометр ИДВ MITRAS(1 - передатчик LP11, 2 - приемник LR11)

- предел основной допускаемой погрешности: ± 1 %, влияние дестабилизирующих факторов дополнительно дает погрешность ±1 %;

- погрешность по МОД:

± 15 % при МОД до 250 м включ.,

± 10 % ” ” св. 250 до 400 м включ.,

± 7 % ” ” св. 400 ” 1500 м ”,

± 10 % ” ” св.1500 ” 3000 м ”,

± 20 % ” ” св.3000 м.

Имеется вариант применения с двумя базами: 10 и 35 м, 10 и 75 м, 10 и 150 м, 10 и 200 м.

Предусмотрены: анализ изменения RVR за истекшие 10 мин, определение тенденции, осреднение за 10 мин для сводок METAR (SPEСI).

Имеется система встроенного контроля работоспособности, сигнализация об отказах.

В передатчике применена ксеноновая лампа, срок службы которой 55 000 ч, спектр излучаемого света от 500 до 700 нм. В приемнике применен фотодиод, обеспечена невосприимчивость к внешнему дневному свету, в том числе к свету галогенных ламп, удаленных на расстояние более 35 м. Имеется встроенный контроль и коррекция показаний при загрязнении защитных стекол.

Рисунок 14 -- Яркомер LM11(1), укрепленный на передатчике LP11(2)

Нефелометрические измерители видимости (Идентификатор погоды) FD12/FD12P (рисунок 15) обеспечивают непрерывные измерения коэффициента рассеяния, коррелированного с показателем ослабления атмосферы м, пересчет измеренных значений в MOД в диапазоне от 10 до 50 000 м с пределом допускаемой погрешности измерения ±4 % (среднее квадратичное отклонение) в диапазоне от 10 до 10 000 м.

В измерителе видимости FD12/FD12P обеспечено скользящее осреднение MOД за истекшие 60 с, отображение этих осредненных значений MOД с дискретностью 15 с, их регистрация с дискретностью не более 1 мин.

Передача измерительных сигналов от измерительного преобразователя (датчика) MOД до пульта управления (цифрового дисплея DD50, или входа ПЭВМ) обеспечивается по аэродромным линиям связи длиной до 8 км.

Рабочие условия:

- блоки, устанавливаемые в рабочем помещении (цифровой дисплей DD50, регистратор-принтер), работоспособны при температуре воздуха от минус 20 °С до 55 °С, относительной влажности воздуха до 80 % при температуре 25 °С,

- блок, устанавливаемый на открытом воздухе (первичный измерительный преобразователь (датчик) MOД), работоспособен при температуре воздуха от минус 50 °С до 70 °С, относительной влажности воздуха до 100 % при температуре 25 °С, осадках, гололеде.

Идентификаторы погоды FD12P дополнительно к измерению МОД обеспечивают идентификацию атмосферных явлений и кодирование их в символах и цифрах кодовых таблиц 4678 (METAR) и 4680, 4679 (SYNOP).

Проверка (калибровка) нефелометрических измерителей видимости выполняется в двух точках шкалы: в начале шкалы -- по рассеивающим молочным стеклам, имеющимся в комплекте прибора, а в конце шкалы (при высокой прозрачности атмосферы) простым перекрытием входного окна фотоприемника.

При эксплуатации рекомендуется сравнивать показания нефелометра в конце шкалы с реальной видимостью, определенной визуально по ориентирам или объективно по поверенному трансмиссометру на дальней базе.

В идентификаторе погоды FD12P обеспечено определение 10 видов осадков, атмосферных явлений, ухудшающих видимость (туман, дымка, мгла, дым, и др.), их отображение (индикация) на экране цифрового дисплея DD50 или другого компьютера, имеющего программное обеспечение терминала, запись в архив с возможностью печати на принтере.

Рисунок 15 --Идентификатор погоды FD12P

3.2 Метеооборудование, используемое в вспомогательном пункте наблюдения

3.2.1 Датчик давления КРАМС

Рисунок 16 -- Датчик давления КРАМС (блок-схема)

(1 - сильфон, 2 - рычаг, 3 - подвижный груз, 4 - шестерня редуктора, 5 - гайка, насаженная на винт (6), 6 - винт, вращаемый редуктором, 7 - неподвижный груз, 8 - ферритовый гаконечник).

Чувствительный элемент датчика - сильфон (1). Нижняя его часть неподвижна. Верхняя соединена с коротким плечом рычага (2). На длинном плече рычага находятся два груза - подвижный (3) и неподвижный (7). Будем называть нулевым положением рычага такое положение, когда он уравновешен грузами и силой воздействия сильфона.

Если атмосферное давление изменяется, сильфон деформируется, и рычаг выходит из нулевого положения. Для восстановления равновесия необходимо передвинуть подвижный груз вправо или влево по рычагу. Это делается автоматически. Значит, каждое положение подвижного груза соответствует определенному значению давления.

Для отслеживания положения рычага применяется мостовая схема: L1 - L2 - R2 - R1. В нулевом положении ферритовый наконечник находится посередине между катушками: L1 = L2; R2 = R1. Индуктивное сопротивление катушек зависит от их индуктивности: XL = щL, где щ - частота переменного тока. В свою очередь, индуктивность зависит от близости феррита.

При выходе из нулевого положении ферритовый наконечник перемещается вверх или вниз. Теперь . Схема выходит из равновесия и появляется сигнал разбаланса. Этот сигнал разбаланса - переменное напряжение - усиливается усилителем (А) и направляется на реверсивный двигатель (РД). РД начинает вращаться. Через редуктор (Ред.) он вращает винт (6), на котором находится гайка (5).

Гайка (5) не вращается, но при вращении винта она перемещается вправо или влево (в зависимости от направления вращения) и перемещает подвижный груз (3) в нужную сторону. При достижении нулевого положения схема уравновешивается. Сигнал разбаланса исчезает. РД останавливается. Значит, при каждом изменении давления подвижный груз перемещается по рычагу. Рычаг всегда находится в равновесии.

Для создания электрического сигнала, зависящего от положения груза, предусмотрены два потенциометра - грубый (Пгр) и точный (Пт). Ползунки этих потенциометров вращаются редуктором с разной скорость. Пгр совершает один оборот при изменении давления во всем диапазоне измерения. Точный потенциометр (Пт) совершает много оборотов (подобно часовой и минутной стрелке). Напряжения с этих потенциометров подаются в БУП и дают возможность определить давление с точностью 0,1 гПа.

Для визуальной оценки давления в датчике находится счетчик (счет), который изменяет показания при вращении РД. Такой метод измерения давления называется силокомпенсацонным. Он позволяет избежать погрешности, связанной с упругим гистерезисом.

При необходимости коррекции показаний можно передвигать неподвижный груз. Пределы измерения давления - от 570 до 1090 гПа.

3.2.2 Датчик температуры и влажности КРАМС

Для измерения температуры и влажности в КРАМС применен психрометрический метод.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 17 -- Датчик температуры и влажности (1 - сухой терморезистор, 2 - смоченный терморезистор, 3 - металлические трубки - радиационная защита, 4 - малый сосуд, 5 - большой сосуд, 6 - вентилятор, 7 - пробка в отверстии для залива воды, 8 - кран для слива воды).

Оба терморезистора (1) и (2) помещены внутрь металлических трубок (3). Малый (4) и большой (5) сосуды сообщаются. Вода находится на одинаковом уровне. За 3-5 минут до измерения начинает работать вентилятор (6). Начинается аспирация терморезисторов. Одновременно откачивается воздух из большого сосуда. Вода из малого сосуда уходит в большой. Смоченный терморезистор обдувается воздухом. Через 3-5 минут терморезисторы подключаются к мостовой схеме и производится снятие сигналов. Затем вентилятор отключается, давление в большом сосуде повышается, и вода снова уходит в малый сосуд. В промежутках между измерениями смоченный терморезистор находится в воде.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 18 -- Электрическая схема ДТВ КРАМС

Для снятия сигналов ключи К1 и К2 по команде с БУПа переводятся в нижнее положение - снимается сигнал с сухого терморезистора, а затем в верхнее - снимается сигнал со смоченного. Сигналы с измерительной диагонали подаются в БУП. R3 и R4 - малоомные настроечные резисторы для коррекции показаний при настройке.

При слабых заморозках не ниже -40 и не долее 3 часов воду разбавляют спиртом (4% раствор) для предотвращения замерзания.

При более низкой температуре воду сливают. Датчик используют только для измерения температуры. Для измерения влажности пользуются волосным гигрометром (Рисунок 19).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 19 -- Волосной гигрометр ДТВ (1 - волосная гитара, 2 - система рычагов, 3 - поворачивающаяся ось, 4 - пружина, 5 - стрелка со шкалой, 6 - преобразователь угла поворота в напряжение).

При изменении влажности волосная гитара деформируется и передвигает систему рычагов. Ось (3) поворачивается. Стрелка показывает влажность по шкале. Преобразователь (6) дает переменное напряжение, амплитуда которого зависит от влажности.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 20 -- Схема преобразователя угла поворота в напряжение.

Преобразователь представляет собой трансформатор с вращающимся сердечником. На первичную обмотку L1 подается стабилизированное (с постоянной амплитудой) напряжение 26в 400 Гц. Связь между обмотками зависит от угла поворота ротора - а значит, от влажности. Амплитуда напряжения во вторичной обмотке L2 зависит от угла поворота ротора. Это напряжение подается в БУП, где оно выпрямляется и измеряется. Точность измерения по волосному гигрометру - ±10%. Точность измерения по психрометру - ±5%. Поэтому волосной гигрометр используют только зимой.

3.2.3 Датчик высоты облаков КРАМС (ДВО-2)

ДВО-2 представляет собой комплекс, включающий оптический импульсный локатор, предназначенный для измерения ВНГО над местом установки передатчика и приемника (используется передатчик и приемник РВО-2М), блок автоматической обработки результатов измерения и передачи выходного сигнала по линиям связи для регистрации, а также дистанционный пульт с цифровой индикацией (Рисунок 21).



Рисунок 21 -- Структурная схема ДВО КРАМС

По принципу действия измерители ДВО-2 -- это импульсный дальномер оптического диапазона, дистанционно измеряюш,ий вертикальное расстояние от земли до нижней границы облаков. Измерение высоты облаков обеспечивается путем измерения времени прохождения светового импульса от излучателя до нижней границы облаков и обратно и преобразования полученного временного интервала в пропорциональное ему значение высоты облаков.

Передатчик состоит из импульсной лампы с питающими ее конденсаторами и параболического отражателя. Отражатель вместе с лампой и конденсаторами установлен в кардановом подвесе, заключенном в колсухе с открывающейся крышкой.

Приемник состоит из фотоприемника, фотоусилителя и параболического зеркала, как и передатчик, установленных в кардановом подвесе и заключенном в кожухе с открывающейся крышкой.

Сигнал от приемника по двухпроводной потенциально развязанной линии связи с однополярными сигналами и номинальным током (20±5)мА передается в блок измерительный оттуда в пульт дистанционный или в центральную систему станции (в зависимости от комплектации) для обработки и отображения на дисплее оператора.

Основные технические характеристики ДВО-2:

- диапазон измерения ВНГО: от 15 до 2000 м;

- пределы допускаемой основной погрешности:

±10 м.............................. в диапазоне от 15 до 150 м включ.,

± 7 % .............................. “ ” св. 150 до 2000 м включ.;

- вид выходного сигнала блока измерения:

- цифровой выход: 4-разрядный десятичный код ВНГО с дискретностью 5 м, соответствует диапазону измерения от 15 до 2000 м;

- аналоговый выход: напряжение постоянного тока в измеряемом диапазоне от 0 до 12 В (12 В соответствует 2400 м).

- режим измерения датчика: непрерывный;

- частота зондирования облаков световыми импульсами: 1,3 Гц.

Характеристики согласования блока автоматической обработки с внешними управляющими и регистрирующими устройствами следующие:

а) по цифровому выходу: двухпроводная потенциально развязанная линия связи с однополярными сигналами и номинальным током (20 ± 5) мА;

б) по аналоговому выходу: двухпроводная линия связи. Выходное сопротивление R_вых = (1 ± 0,01) кОм.

Примечание -- По цифровому выходу датчика обеспечивается как дистанционное измерение, так и дистанционное управление.

Управление датчиком ведется как дистанционно (с пульта или метеостанции), так и местными органами управления блока автоматической обработки. Дистанционное управление осуществляется по двухпроводной линии связи длиной до 8 км, подключаемой к цифровому выходу блока автоматической обработки датчика.

Индикация результатов измерения в блоке автоматической обработки и на дистанционном пульте -- цифровая. С выхода дистанционного пульта обеспечивается выдача информации о ВНГО в цифровом коде ASCII, интерфейс RS232C. Этот выход предназначен для сопряжения ДВО-2 с ПЭВМ (для обеспечения цифровой регистрации показаний) или центральным устройством АМИИС, выполненным на базе ПЭВМ.

- длина соединительных кабелей от передатчика к блоку измерения и от приемника к блоку измерения: от 50 до 70 м;

- длина кабеля, соединяющего передатчик и приемник: от 10 до 12 м;

- электрическое питание датчика: переменный однофазный ток напряжением (220 ± 22) В и частотой (50 ± 1) Гц;

- потребляемая мощность датчика, Вт, не более:

80 .................................................................... без обогрева,

130 ................................................................... с обогревом;

- масса и габаритные размеры блоков датчика не превышают значений, приведенных в таблице А.2.

Таблица 1 -- Масса и габаритные размеры блоков ДВО-2

Наименование	Масса,кг	Габаритные размеры, мм
Передатчик РВО-2М	49	630 Ч 585 Ч 665
Приемник РВО-2М	51	630 Ч 585 Ч 665
Кабели	40	530 Ч 440
Блок измерения	14	493 Ч 375 Ч 170
Дистанционный пульт	4	266 Ч 226 Ч 88
Блок регистрации типа Н3092 (или аналогичный)	4	160 Ч 160 Ч 250

Условия эксплуатации датчика:

а) передатчик, приемник и кабели -- при температуре окружающей среды от минус 50°С до +50°С и относительной влажности до 98 % при температуре 25 °С;

б) блок автоматической обработки, дистанционный пульт -- при температуре окружающей среды от 5 °С до 40 °С и относительной влажности до 80 % при температуре 25 °С.

Блок автоматической обработки ДВО-2мк по назначению и функциональным возможностям полностью соответствует аналого-цифровому варианту и отличается от последнего повышенной степенью интеграции. Он содержит:

- измерительную плату, объединенную конструктивно и по функциям с платой управления, платой вывода и платой индикации;

- высоковольтный блок;

- блок питания (БП).

Функциональная схема блока автоматической обработки с микроконтроллером приведена на рисунке А.2.

Принцип действия блока автоматической обработки ДВО-2 с микроконтроллером, как и в аналого-цифровом варианте, основан на измерении времени прохождения светового импульса от излучателя (передатчика) до цели и обратно (в приемник), преобразования полученного временного интервала в цифровой код. Одновременно с излучением светового импульса из передатчика в блок измерения поступает импульс запуска, под воздействием которого начинается формирование временного интервала.

Рисунок 22 -- Функциональная схема датчика высоты облаков ДВО-2мк: БВ -- блок высоковольтный; СИУ -- схема индикации и управления; УУ -- управляющее устройство; Ф -- формирователь; У -- усилитель; УЛС -- усилитель линии связи; ПУ1 -- пороговое устройство № 1; ПУ2 -- пороговое устройство № 2; RC -- фильтр ; БП -- блок питания; К1 -- последовательный ключ № 1; К2 -- открывающий ключ № 2; ПД -- пиковый детектор

Формирование интервала заканчивается в момент поступления отраженного сигнала от приемника (через усилитель) на второй вход схемы выделения временного интервала. Измеритель преобразует временной интервал, пропорциональный высоте облаков, в цифровой код.

3.2.4 Датчик параметров ветра КРАМС (М63МР)

Анеморумбограф М63МР (в дальнейшем анеморумбограф) предназначен для дистанционного измерения мгновенной, максимальной и средней скоростей ветра и мгновенного направления ветра и выдачи результатов измерения на компьютер, имеющий интерфейс RS-232 и монитор VGA, печатающее устройство (принтер), имеющее интерфейс RS-232, и регистратор в системах сбора метеорологической информации и других отраслях народного хозяйства. Предельное удаление датчика от пульта не более 300 м. Длина кабеля при поставке не более 100 м.

Основными составными частями анеморумбографа являются датчик ветра, пульт и кабель.

Технические характеристики

Диапазоны измерения и регистрации:

- мгновенной скорости ветра, м/с от 1,5 до 60;

- максимальной скорости ветра, м/с от 3 до 60;

- средней скорости ветра, м/с от 1,2 до 40;

- по направлению ветра, градусы от 0 до 360.

Примечание - Периоды осреднения средней скорости ветра равны 2 и 10 мин.

Основная погрешность измерения не более:

...