南极科考支撑装置主控系统的优化设计

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1、万方数据第一章绪论1．1论文研究的背景与意义南极大陆是世界上最晚被人们所知的大陆，它处于地球的最南端，常年处于冰封状态，人迹罕至，因而具有极高的科学研究价值。我国从上世纪80年代才开始进入南极的科研领域，但发展极为迅猛。尤其是，2005年1月，我国南极科考队成功登陆DOMEA，这是我国在南极相关领域中首次取得先机。冰穹A，又叫DOMEA，位置为80。22’S，77。27’E，是南极内陆冰盖距海岸线最遥远的一个冰穹(距离1228km)，也是南极内陆冰盖海拔最高的地区(海拔4093m)，气候条件极端恶劣，温度最低为．77℃～85℃，年平均气温为．58．5℃，被称为“不可接近之极”。冰穹A是南极

2、冰盖上仅存的一个开展深冰芯钻探的理想地点，也是开展大气科学、空间物理和天文学观测等科学观测的理想地点，具有极其重要的科学价值[1卅。由于冰穹A具有如此重要的天文观测作用，我国于第24次(2008年)南极科考时在DomeA建立了一个小型自动天文观测站，我国的南极内陆科考由此取得了历史性突破；在第25次南极科考时，我国又进一步在DomeA成功实现了“昆仑站”建站。2008年，南极天文中心和澳大利亚新南威尔士大学合作开发成功了DomeA天文观测支撑平台—PLAT0(5-9】，PLAT0主要为天文观测站提供能源保障，天文观测数据的记录与反馈，以及远程监控等功能。尽管PLATO的功能已经比较完善，但

3、仍具有一些缺点。为了进一步提高系统的可靠性，同时掌握支撑平台的核心技术，提高我国在南极研究领域的自主创新能力，2009年，中科院紫金山天文台(PMO)与东南大学合作，建设我国首座独立设计、制造和运行管理与维护的南极DomeA自动天文观测站[10011。经过一年多的科研攻关，相继突破高原极寒地区无人值守自动天文观测站的就地自动监测与控制、远程遥测与遥控、海量数据存储、通信、电源保障、舱内环境控制等关键技术，并在第27次的南极科学考察过程中，成功在南极昆仑站搭建起南极科考支撑装置。2011年1月5日系统点火成功，1月8日，支撑装置开始成功运行。平台运行后，为国内的远程监控中心传回了大量有价值的

4、研究资料，成功地实现了在南极高原极寒、低气压、缺氧条件的最高点DomeA开展自动天文观测和其他科学探测，并为在南极高原最高点DomeA开展更加广泛的科学探测奠定基础。尽管南极科考支撑平台的研究取得了一系列重要成果，但是由于南极的自然环境极其恶劣，一期项目时间紧迫，以及我国在该研究领域尚无成熟的经验可以参考，支撑装置的实际运行中也不可避免地出现了一些问题，并导致了系统在2011年2月28日结束运行。其中，作为支撑装置核心环节的主控系统也出现了为数不少的问题。为了解决在一期项目中出现的问题，进一步完善支撑装置主控系统的设计，并为下一代支撑装置设计提供经验，我们在总结一期科考支撑装置研究经验的基

5、础上，开展了对南极DomeA科考支撑装置主控系统的优化设计。万方数据东南大学硕士学位论文1．2科考支撑装置的国内外研究现状及存在问题南极科考支撑装置本质上是一个基于极端特殊应用场合的远程监控系统，既具有一般远程监控系统的普遍特征，也有其特殊之处。目前国内外针对远程监控系统的研究已经比较成熟，控制对象也涉及各行各业，既有传统行业，诸如农业生产中的温室，海上钻井平台，采煤机，变电站等，也越来越多见于新能源，智能家居等新领域。国内，中国石油辽河油田公司采用远程监控的方法，解决油井平台生产环境比较恶劣且分散的问题，减少人力和物力的消耗，降低了生产成本成本。该监控系统综合应用单片机，VB与SQLSe

6、Ⅳer等工具，有效实现了对海上钻井平台的实时显示和远程控制，提高了石油工业现场生产监控的快速反应程度，实现了由单井运行到多井联合作业的推广[12】。中石化金陵分公司化肥分部采用PLC和组态王，并通过无线通讯方式实现对门式耙料机进行远程控制，提高了系统的稳定性，延长了该设备的使用期，并使操作人员远离现场，降低了生产风险【”】。国外，新加坡国立大学电子工程系成功的开发了基于W曲的水箱控制试验系统及示波器实验系统，该系统综合使用JaVa，HTML等技术，在提供超文本传输协议(h郇)服务的服务器上通过高密度可编程逻辑控制模块(HPLD)或接口实现对远程仪器设备(包括虚拟仪器等)的控制操作[15】。

7、韩国LsIS公司自动化研发中心设计了基于凡心IEnt(应用于工业以太网的实时自动化协议)的PLC控制系统，提供了丰富而灵活的人机界面，方便用户操作[16]。本文将要讨论科考支撑装置，其主控系统位于南极DomeA地区气压低，气温极低，缺氧严重，且除了每年夏季，南极处于极昼时间外，人迹罕至，缺乏必要的人员维护设备[17】。因此，南极科考支撑装置除完成一般远程监控系统的必要任务外，还要求其主控系统部分能够耐低温，耐低压，并具有