18.2 Измерительно-вычислительные комплексы

Системы, содержащие программно-управляемые цифровые вычислительные средства (микропроцессоры, малые ЭВМ), обладают определенной универсальностью и при соответствующем программном обеспечении могут выполнять функции систем различного назначения. Измерительные системы, содержащие такие вычислительные средства, называют измерительно-вычислительными (ИВС), а ИВС, создаваемые потребителями из стандартных устройств для решения локальных экспериментальных задач, - локальными ИВС. Универсальное ядро ИВС называют измерительно-вычислительным комплексом (ИВК).

ИВК – автоматизированные средства измерения и обработки информации, предназначенные для исследования сложных объектов и представляющие собой совокупность программно-управляемых средств (измерительных и вычислительных) и средств воздействия на

объект измерения.

В состав ИВК входят часть аналоговых преобразователей (например, коммутаторы), аналого-цифровые преобразователи, часть цифровых преобразователей (цифровые коммутаторы и устройства памяти), ЭВМ, набор устройств отображения и регистрации информации, средства интерфейса и устройства, формирующие воздействия на исследуемый объект.

При известных условиях ИВС, могут создаваться на базе управляющих вычислительных комплексов, имеющих в своем составе ЭВМ. При измерении физических величин технические средства ИВС и ИВК могут совпадать, а отличие между ними – только в программном обеспечении. Для нормального функционирования ИИС и ИВС должны иметь следующие совместимости: информационную, метрологическую, энергетическую конструктивную, программную (при наличии программно-управляемых вычислительных средств).

Информационная совместимость обеспечивается согласованностью входных и выходных сигналов; стандартными интерфейсами, под которыми понимаются как средства сопряжения отдельных модулей и блоков, так и правила обмена информацией между блоками, перечень команд.

Метрологическая совместимость обеспечивается согласованностью метрологических характеристик отдельных блоков и модулей.

Метрологические характеристики средств измерений

справедливы и для ИИС. Дополнительными же являются погрешности от взаимного влияния измерительных каналов и погрешности от взаимного влияния измерительных каналов и погрешности аппроксимации, обусловленные неточным воспроизведением непрерывного значения измеряемой величины по дискретным значениям. Погрешности ИИС нормируются в соответствии с ГОСТ 8.009-84.

Энергетическая совместимость достигается унификацией форм и разновидностей элементов конструкций, типоразмеров элементов, использованием единых прогрессивных технологических процессов и сборки конструкций, обеспечения удобства использования и соблюдения единого стиля оформления.

Конструктивная совместимость достигается унификацией форм и разновидностей элементов конструкций, типоразмеров элементов, использованием единых прогрессивных технологических процессов и сборки конструкций обеспечения удобства использования и соблюдения единого стиля оформления.

Программная совместимость обеспечивается унификацией, согласованностью и нормированием правил обмена информацией между функциональными блоками и модулями.

Для построения какой-либо конкретной ИИС на базе ИВК необходимо ИВК дополнить первичными преобразователями, соответствующими измерительными цепями, а также прикладными программами, позволяющими решать задачи, поставленные перед создаваемой ИИС.

Измерительно-вычислительные комплексы, производимые серийно, проходят государственные контрольные испытания, поверке подвергаются все измерительные каналы.

По назначению ИВК подразделяются на типовые, проблемные и специализированные.

Типовые ИВК используют для решения широкого круга типовых задач автоматизации измерений. Проблемные ИВК ориентированы на решение задач автоматизации в конкретной области применения. Специализированные ИВК используются для решения уникальных единичных задач автоматизации измерений.

Основными техническими компонентами ИИК являются измерительные и вычислительные компоненты, меры, счетчики текущего времени и средства ввода-вывода цифровых и релейных сигналов.

Программными компонентами ИВК являются системное программное обеспечение (программы ЭВМ и ИВК, обеспечивающие работу ИВК в диалоговом режиме, управление измерительными компонентами и обменом информацией между ними, проверку работоспособности ИВК) и прикладное программное обеспечение (типовые программы обработки измерительной информации, планирование эксперимента, метрологического обслуживания ИВК). Различают ИВК одно- и многоуровневые. В одноуровневых ИВК вся измерительная периферия соединяется с интерфейсом ЭВМ; в двухуровневых ИВК – вычислительная мощность распределяется между различными уровнями.

Для исследования сложных объектов создают двухуровневые системы; на нижнем уровне используется микроЭВМ, на верхнем уровне обеспечивается совместная работа ЭВМ и объекта измерения, выполняются сложные виду обработки измерительной информации.

Объединение в ИВК современных средств измерительной и вычислительной техники, стандартных интерфейсов дает возможность изменять по мере необходимости их состав, применять алгоритмы, позволяющие выполнять сложные задачи измерений, выполнять коррекцию результатов измерения и т.д.

Знание современной элементарной базы систем автоматизации измерений различных физических величин позволяет создавать современные информационно-измерительные системы и информационно-вычислительные комплексы с требуемыми характеристиками, для решения широкого класса задач, встречающихся в инженерной практике при автоматизации измерений.