17.2 Автоматизация измерений

При автоматизации производственных и технологических процессов требуется за ограниченное время одновременно измерять, и если необходимо регистрировать, значительное количество параметров, что влечет за собой необходимость переработки больших потоков информации. Успешное решение этих задач во многом зависит от взаимосвязанного развития таких научных направлений, как информатика, вычислительная техника и автоматика. Автоматизация методов и средств измерений, процессов управления, получения, хранения и анализа измерительной информации привели к созданию измерительно-вычислительных систем на основе мини-, микро- и персональных ЭВМ (компьютерных измерительных систем).

Магистрально-модульный принцип создания систем ста основным в связи с переходом на широкое использование микропроцессоров. Одно из последних достижений измерительной техники – использование в приборах встроенных микропроцессов для решения задач управления, вычислений по определенному алгоритму и сопряжений. При этом использование многофункциональных приборов увеличивается, аналоговые приборы вытесняются цифровыми, выполненными на базе интегральных схем, последние уменьшают габариты цифровых приборов и мощность потребления, упрощают технологию изготовления и автоматизируют их производство. Цифровые приборы кроме визуальной индикации измерительной информации в десятичной системе, имеют выход в двоично-десятичном коде для ввода в ЭВМ и на цифропечатающее устройство, тем самым расширяется непрерывный контроль параметров систем с регистрацией контролируемых значений и сигнализацией при выходе за пределы нормы. Наличие микропроцессорной системы дает возможность полностью автоматизировать работу цифрового осциллографа с программным управлением, что повышает эффективность экспериментального исследования многих процессов.

Разнообразие задач, решаемых с помощью средств измерительной техники влечет за собой разработку различных по структуре и назначению измерительных систем, от простейших, где ЭВМ является внешним звеном, предназначенным лишь для обработки результатов измерений, до сложных структур, где мини- и микроЭВМ используются не только для обработки информации, но и для управления. Развитие этих систем вызвано необходимостью в новых средствах получения измерительной, контрольной и диагностической информации за ограниченное время и при минимальном участии человека.

Взаимообусловленное развитие измерений, электроники и вычислительной техники определяет уровень экономики государства в целом и общий рост производительности труда.

Лекция 18

18.1 Информационно-измерительные системы (иис)

В зависимости от выполняемых функций ИИС классифицируются по назначению на измерительные, автоматического контроля, технической диагностики, идентификации.

Измерительные ИИС, выполняющие прямые, косвенные, совокупные измерения с соответствующей математической обработкой и выдачей численного значения физической величины (в том числе, измерительные ИИС, если исследуемый объект находится на очень большом расстоянии).

ИИС автоматического контроля, предназначенные для установления соответствия между состоянием (свойством) объекта контроля и заданной нормой, определяющей качественно различные области его состояния. В результате система контроля выдает информацию о состоянии объекта контроля и об отклонениях от заданной нормы.

ИИС технической диагностики, дающие информацию о неисправностях и повреждениях какой-либо системы, на основании которой решается задача отыскания места повреждения и установления причин, вызвавших эти повреждения и неисправности; выявлении элементов, послуживших причиной неправильного функционирования и восстановления нормальной работы объекта.

ИИС идентификации (распознавания образов) предназначены для установления соответствия между объектом и заданным образом. Так же как и норма при контроле и при опознавании образ может быть задан в виде образцового изделия или в виде перечня определенных свойств и значений параметров (признаков) с указанием полей допуска.

Структурные схемы ИИС (рис.42) можно представить в виде совокупности связанных между собой функциональных блоков.

Рис. 40 Обобщенная структурная схема ИИС

Функциональными блоками являются:

• первичные преобразователи, размещенные постоянно в определенных точках пространства или сканирующего типа;

• множество аналоговых преобразователей: нормирующие преобразователи аналоговых сигналов (масштабные преобразователи, преобразователи различного вида модуляции сигнала), унифицирующие преобразователи (приведение сигналов к диапазону стандартных значений), коммутаторы аналоговых сигналов, аналоговые вычислительные устройства, устройства памяти, сравнения, аналоговые измерительные приборы (показывающие и регистрирующие);

• множество аналого-цифровых преобразователей;

• цифровые устройства – формирователи кодоимпульсных сигналов, коммутаторы, универсальные, программируемые цифровые вычислительные устройства (микропроцессоры, микроЭВМ), накопители информации, устройства вывода, отображения и регистрации информации, цифровые индикаторы;

• цифро-аналоговые преобразователи.

Функциональные блоки могут соединяться между собой через стандартные интерфейсы, технические средства которых содержат системы шин, интерфейсных узлов и устройств управления. Устройство управления принимает информацию от функциональных блоков, подает команды на исполнительные устройства для формирования воздействия на объект измерения в виде электрических, механических, тепловых, оптических, акустических, гидравлических и других величин.

Таким образом, структуру любой ИИС можно представить совокупностью функциональных блоков и технических средств информационных, а также служебных связей между этими блоками и для выполнения одних и тех же функций создать системы с различной структурой и алгоритмом работы.

На входы ИИС может поступать большое количество однородных или разнородных по физической природе величин (механических, электрических, тепловых, гидравлических и др.). Входные величины, воспринимаемые первичными преобразователями могут быть независимыми и взаимосвязанными, изменяться во времени и быть распределенными в пространстве.

Кроме классических первичных преобразователей (индуктивных, емкостных, резистивных, термоэлектрических и др.) используются голографические, телевизионные, рентгенографические измерительные преобразователи.

Разнообразие требований к ИИС и условий их эксплуатации привели к необходимости иметь различные ИИС по назначению, характеристикам, а следовательно, по существенно различающимся структурам, функциональным схемам, основным блокам, средствам измерения, автоматизации и алгоритму работы.

В быстродействующих ИИС, работающих в реальном масштабе времени, объединяются процедуры измерения и обработки информации. Существенно расширяется применение устройств памяти широко используются наборы функциональных устройств, объединяемых стандартными интерфейсами. Большое значение приобретают диалоговые режимы работы оператора с ИИС; измерительные, контрольные, и другие работы.

Перспективным методом проектирования ИИС стал принцип использования пригодных для совместной работы функциональных блоков, модулей агрегатных комплексов Государственной Системы приборов (ГСП) и стандартных цифровых интерфейсов, которые определяют многие характеристики ИИС.