1.2 Классификация иис
Классификация ИИС производится в соответствии с различными классификационными признаками, отражающими область применения, функции и конструкцию ИИС [2]:
функциональное назначение;
вид и характер входных величин;
вид выходной информации;
вид структурно-функциональной схемы ИИС;
принцип построения.
Первый классификационный признак представляется наиболее важным, так как он в первую очередь интересует потребителя (пользователя) ИИС. Этот признак не зависит от технических средств реализации измерительной системы. По функциональному назначению ИИС делятся на:
измерительные ИИС, которые выполняют прямые, косвенные, совместные и совокупные измерения с соответствующей математической обработкой и выдачей числового значения физической величины (телеизмерительные ИИС, если объект измерений находится на очень большом расстоянии);
ИИС автоматического контроля, предназначенные для установления соответствия между состоянием (свойством) объекта контроля и заданной нормой, которая определяет качественно разные области его состояния. ИИС выдает информацию о состоянии объекта контроля и об отклонении от заданной нормы;
ИИС технической диагностики, собирающие информацию о неисправностях и повреждении какой-либо системы, на основании которой решается задача отыскания места повреждений и установление причин этих повреждений и неисправностей, выявление дефектных элементов и восстановление нормальной работы объекта;
ИИС идентификации (распознавания образов), предназначенные для установления соответствия между объектом и заданным образом. При этом образ может быть задан в виде образцового изделия или в виде перечня определенных свойств и значений параметров с указанием полей допуска.
Если проанализировать функциональную структуру любой ИИС (рис. 1.1), то можно выделить следующие функциональные блоки:
устройство измерения;
устройство обработки информации;
устройство хранения информации;
устройство представления информации;
устройство управления;
устройство воздействия на объект.
Рисунок 1.1 – Обобщенная структурная схема ИИС
Наиболее перспективным методом проектирования ИИС на сегодняшний день есть принцип агрегатно-модульного построения разных систем из сравнительно ограниченного набора унифицированных узлов, которые выпускаются промышленностью.
Агрегатно-модульный принцип построения ИИС предусматривает применение стандартных интерфейсов, под которыми понимают как совокупность правил, протоколов и программного обеспечения процесса обмена информацией, так и технические средства соединения модулей в системе.
В зависимости от способа организации передачи информации между функциональными узлами, которые являются приемниками и передатчиками информации, различают три типа структуры:
последовательную (цепочечную);
радиальную;
магистральную.
Последовательная (цепочечная) структура представляет собой последовательное или каскадное соединение функциональных узлов (ФУ), осуществляющих преобразование измерительного сигнала от первичного измерительного преобразователя (датчика) до выдачи результата измерения. Этот тип структуры ИИС представлен на рис. 1.2.
Рисунок 1.2 – Последовательная структура ИИС
К достоинствам последовательной структуры можно отнести простоту, а к недостаткам – низкую надежность и ограниченные функциональные возможности. Действительно, отказ любого функционального узла приведет к разрыву измерительного канала и, как следствие, к неработоспособности всей измерительной системы в целом.
Радиальная структура ИИС представлена на рис. 1.3. Центральным устройством такой системы является контроллер, который осуществляет функции управления отдельными функциональными узлами и распределяет потоки информации между ними. Отказ одного из функциональных блоков в радиальной структуре в общем случае не приводит к отказу всей системы, речь может идти только о частичной потере функциональности ИИС.
Рисунок 1.3 – Радиальная структура ИИС
Достоинствами радиальной структуры являются повышенная надежность и более широкие функциональные возможности в сравнении с последовательной структурой, а недостатками – ограниченное количество подключаемых функциональных узлов (определяется количеством портов ввода-вывода контроллера) и сложность контроллера.
Магистральная структура (другое ее название – общая шина) изображена на рис. 1.4. Главное преимущество магистральной структуры – возможность легко изменять конфигурацию системы, подключая либо отключая отдельные функциональные узлы. Максимальное количество подключаемых устройств будет определяться нагрузочной способностью магистрали. Надежностные характеристики такой структуры тоже определяются магистралью.
Рисунок 1.4 – Магистральная структура ИИС
Недостатки магистральной структуры вытекают из необходимости использования разделяемого ресурса – общей шины. Пропускная способность магистрали делится на количество подключаемых функциональных узлов. Следовательно, чем больше устройств будет подключено к магистрали, тем медленнее будет работать система в целом.
Уместно будет упомянуть и еще одну классификацию ИИС. В соответствии с организацией алгоритма функционирования различают:
системы с жестким заранее заданным алгоритмом функционирования. В системах этого типа, называемых еще системами с жесткой логикой, алгоритм работы ИИС не изменяется, поэтому такие системы применяются в основном для исследования объектов, которые работают в определенном установившемся режиме;
программированные системы. В программированных системах алгоритм работы изменяется согласно заранее заданной программе, которая составляется в зависимости от условий функционирования объекта исследования. Это позволяет значительно увеличить гибкость системы за счет возможности обеспечивать быструю переналадку с одних измерительных задач на другие программным способом. Достаточно изменить управляющую программу такой системы и конфигурацию коммутирующих соединений, чтобы полностью поменять функциональность измерительной системы;
адаптивные системы. В адаптивных системах алгоритм работы, а иногда и структура ИИС изменяются, приспосабливаясь к изменениям измеренных величин и условий работы объекта исследования. При построении адаптивной ИИС требуется меньшее количество априорной информации, которая имеет большое значение при исследовании новых объектов, характеристики которых еще мало известны.