§ 30. Информационно-измерительные системы

Ведение технологических процессов в оптимальном режиме и особенно внедрение автоматизированных систем управления тех­нологическими процессами (АСУТП) связаны с измерением и кон­тролем разнообразных параметров технологических процессов. При этом результаты измерений должны быть представлены в форме, удобной для дальнейшего использования их операторами, или в си­стемах автоматического регулирования, сигнализации, управле-*ния.

При большом числе автономных измерительных приборов, ком­понуемых на приборных щитах, оператор часто не может одновре­менно следить за показаниями всех приборов. Подобные трудности возникают и при небольшом числе приборов в случае контроля быстропротекающих процессов. Однако измерительная информа­ция, поступающая с датчиков, должна быть собрана, обработана и в удобной форме представлена оператору. Для этих целей приме­няют специальный вид средств измерений — информационно-из­мерительные системы (ИИС). Информационно-измерительные си­стемы — это функционально объединенная совокупность средств измерений и вспомогательных устройств, предназначенных для получения измерительной информации об исследуемом объекте в условиях его нормального функционирования.

В зависимости от назначения выделяют следующие ИИС:

системы сбора измерительной информации от объекта управле­ния (их часто называют просто измерительными системами);

системы автоматического контроля, предназначенные для кон­троля за работой разного рода машин, агрегатов или технологи­ческих процессов;

системы технической диагностики, с помощью которых выяв­ляют технические неисправности;

телеизмерительные системы, предназначенные для сбора изме­рительной информации с удаленных на большие расстояния объек­тов управления.

Важнейшей разновидностью ИИС являются измерительно-вы­числительные комплексы (ИВК), получившие распространение в последние годы. Как и ИИС, ИВК представляют собой автомати­зированные средства измерений и обработки полученной информа­ции, предназначенные для применения на сложных объектах. Их отличительная черта — присутствие в системе свободно програм­мируемой ЭВМ, которая не только обрабатывает результаты из­мерения, но и управляет как самим процессом измерения, так и объектом исследования.

Основные структурные схемы ИИС. Структуры ИИС можно классифицировать по различным признакам. Наиболее часто клас­сификационным признаком выбирают способ обмена сигналами взаимодействия, т. е. сигналами, которые обеспечивают согласо­ванное преобразование информации всеми функциональными уз­лами системы.

Структура ИИС зависит также от принятого в системе способа управления — децентрализованного или централизованного. В пер­вом случае состав и режим работы функциональных узлов по­стоянны, система проста, компактна и дешева, однако ее возмож­ности ограничены. Во втором случае система содержит централь­ное устройство управления — контроллер, который задает режим работы функциональных узлов, а также связи между ними, т. е. гибко изменяет функциональные возможности системы.

На рис. 52, а показана структура децентрализованной системы с цепочечным соединением функциональных узлов ФУ_i. Все сиг­налы передаются по индивидуальным для каждого узла шинам, а сами функциональные узлы выполняют заранее заданную опе­рацию над информационным сигналом. Примером системы с це­почечной структурой могут служить системы централизованного контроля параметров технологических процессов. Такие системы обычно содержат ряд первичных измерительных преобразовате­лей; циклический коммутатор, посредством которого каждый пре­образователь периодически подключается к ИИС; ряд последова­тельно включенных групповых нормирующих преобразователей, предназначенных для фильтрации, масштабного преобразования и линеаризации выходных сигналов первичных преобразователей; специализированное устройство обработки информации и реги­стратор.

Системы с централизованным управлением разнообразнее, они могут иметь радиальную, магистральную, радиально-цепочечную и радиально-магистральную структуры.

Радиальная структура системы показана на рис. 52, б. Обмен сигналами взаимодействия между функциональными узлами происходит через контроллер, что позволяет программировать узлы путем подачи программных сигналов от контроллера, изме­нять порядок обработки информации и т. д. В данной структуре каждый функциональный узел подключают к контроллеру посредст­вом индивидуальных шин. Однако наращивать число узлов в та­ких структурах трудно из-за усложнения контроллера.

Рис. 52. Информационно-измерительные системы:

а —- цепочечное соединение функциональных узлов; 6 — радиальная структура; в — магистральная структура; г — обобщенная структура; д — обобщенная структура ИВК

Магистральная структура системы показана на рис. 52, в. Особенность ее заключается в наличии общей для всех функциональных узлов шины (однопроводной или многопровод­ной), по которой передаются сигналы взаимодействия. Эта шина называется магистралью. Адресный сигнал показывает, к какому функциональному узлу относится информация, находящаяся на других проводах магистрали. Магистральная структура легко по­зволяет наращивать число узлов в системе.

Радиально-цепочечная и радиально-ма­гистральная структуры представляют собой комбинации рассмотренных выше структур.

Обобщенная структура ИИС показана на рис. 52, г. Информа­ция от объекта управления ОУ поступает на множество первичных измерительных преобразователей ИП, преобразуется в электриче-

скую форму и передается на средства измерения и преобразования информации СИПИ, в которых выходные сигналы первичных пре­образователей наиболее часто подвергаются следующим операциям: фильтрации, масштабированию, линеаризации, аналого-цифровому преобразованию. Затем сигналы в цифровой форме могут переда­ваться на цифровые средства обработки и хранения информации СОХИ для обработки по определенным программам или накопле­ния, а также на средства отображения информации СОИ для ин­дикации или регистрации. Устройство формирования управляю­щих воздействий УВ посредством заданного множества исполни­тельных устройств ИУ воздействует на технологический объект для регулирования.

В качестве средства измерения и преобразования информации в ИИС применяют различные устройства — от специализирован­ных вычислительных устройств и микропроцессоров до универ­сальных ЭВМ. На ЭВМ возлагаются и функции устройства управ­ления УУ.

Измерительно-вычислительные ком-

плексы (ИВК) содержат две части: устройство связи с объек­том (УСО) и вычислительную (рис. 52, д). Вычислительная часть в ИВК образуется свободно программируемой ЭВМ с развитым программно-математическим обеспечением ПМО. Вычислительная машина управляет в ИВК всеми процессами сбора и обработки ин­формации. Структура ИВК может иметь один или два уровня. Одноуровневая структура содержит одну магистраль — магистраль ЭВМ, в которой подключают все устройства ИВК- Двухуровневая структура показана на рис. 52, д и содержит две магистрали — приборов и ЭВМ. Сигналы взаимодействия между магистралями передаются через системный контроллер — транслятор Тр.

Управление ИВК от ЭВМ осуществляют специальные програм­мы—драйверы. Изменение структуры и методов обработки измери­тельной информации программным путем позволяет легко приспо­сабливать ИВК к особенностям объекта управления.