Универсальная система автоматизации экспериментальных исследований.
В настоящее время большое значение имеет время разработки. При использовании для разработки новой продукции и технологий экспериментальных исследований, львиная доля времени уходит на сбор данных и их обработку. Существующие решения, позволяющие автоматизировать процесс сбора и обработки данных в основной массе привязаны к конкретным испытательным комплексам - будь то ускоритель элементарных частиц или тестовый стенд турбовинтовых двигателей. Эти системы разрабатывались специально для решения конкретной задачи и только ее. В них чаще всего использовалась специально разработанная аппаратура - начиная от специализированных машин и заканчивая специализированными интерфейсами ввода-вывода и контрольно-измерительной аппаратурой. Программное обеспечение данных комплексов так же являлось уникальным, предназначенным исключительно для работы в конкретной системе. Такой подход обеспечивает наилучшее решение поставленной задачи, но является экономически выгодным только в том случае, если стоимость и время, потраченное на разработку экспериментальной установки или выпускаемой продукции значительно выше аналогичных величин для систем автоматизации. Разработанная специалистами нашего департамента система предназначена, прежде всего, для лабораторий и предприятий, которые имеют дело с различными испытуемыми объектами и контрольно-измерительными комплексами и не имеющих возможность разрабатывать уникальные системы автоматизации для каждой установки.
Структура аппаратных средств системы автоматизации эксперимента
Центральным элементом системы автоматизации служит вычислительный блок, который в зависимости от решаемой задачи может быть либо простейшей микроплатой, либо многопроцессорным комплексом с внешней памятью большого объема, базой данных и средствами сетевого взаимодействия.
Вычислительный блок решает две задачи:
Первая - это собственно программное управление на основе модели реального процесса.
Вторая - организация интерфейса с обслуживающим персоналом. Здесь визуализируется состояние объекта управления путем вывода его параметров и статистических данных, а также содержатся средства для ручного управления.
При автоматизации экспериментальных исследований зачастую необходимо анализировать большие объемы данных, что требует значительных вычислительных ресурсов. Поэтому для управления экспериментом и анализом его результатов используются различные вычислительные машины, зачастую на несколько порядков отличающиеся друг от друга по мощности.
Информация об объекте, как правило аналоговая, собирается датчиками. Некоторые из датчиков пассивны: управляющая система сама периодически их опрашивает. Другие датчики самостоятельно прерывают работу системы, передавая ей информацию.
Воздействие на регулируемый процесс осуществляется с помощью электрических или электромеханических исполнительных механизмов.
Между датчиками и исполнительными устройствами, с одной стороны, и устройствами цифровой обработки - с другой ставятся аналого-цифровые (АЦП) и цифро-аналоговые (ЦАП) преобразователи. Кроме того, для управления исполнительными устройствами применяются программируемые логические контроллеры (ПЛК).
Пассивные датчики чаще всего - неотъемлемая часть экспериментальной установки (датчики температуры, давления, перемещения), на выходе которых присутствует
Представленная система разрабатывалась по заказу головного института Газпрома - Всесоюзного Научно-Исследовательского Института Природных Газов и Газовых Технологий.
К системе предъявлялись следующие требования:
количество каналов для сбора экспериментальных данных не менее 128
частотный диапазон измерений - от 0,1 Гц до 1 ГГц
разрешение по частоте сигнала - 1 МГц
разрешение по фазе сигнала - 0,01 градуса фазы
скорость съема информации - от 100 Ksample/s до 1 Gsample/s
временной интервал и ширина разрешения импульса сигнала - 1 нс
регулируемые напряжения питания устройств - 0 - 120 В, 0 - 30 A
точность установки параметров устройства питания - не более 1 мс
диапазон выходных сигналов с датчиков - 0-60 мВ, 0-1 В, 0-60 В;
допустимые погрешности измерения выходных сигналов с датчиков - 0-60 мВ: 0,0001%, 0-1 В: 0,0001%, 0-60 В: 0,0001%
Основное требование к системе - она должна иметь возможность работы с различными типами экспериментальных установок, обеспечивая минимальное время адаптации системы к новой экспериментальной установке.