книги из ГПНТБ / Бошняк, Л. Л. Измерения при теплотехнических исследованиях

-v]

cn

х1i t

някБош

рбм ййтервалё записи, то такой процесс считается статическим и ха­ рактеризуется единственным значением сигнала, отнесенным к сере­ дине промежутка времени, соответствующего этому интервалу за­ писи. Если на некотором другом интервале производная отлична от нуля и сохраняет постоянное значение (в пределах допуска), то такой процесс, очевидно, соответствует линейному изменению зарегистриро­ ванного сигнала. В зависимости от крутизны линейного изменения и величины ступени квантования по уровню Ау х назначается значе­ ние интервала отсчетов (см. гл. IV)

Наконец, в более сложном случае, если скорость изменения сиг­ нала периодически меняет значение и знак, то интервал отсчета на участке колебаний измеряемой величины выбирается на основе частотных критериев после соответствующего анализа колебаний. Изменение интервалов отсчета уровней сигналов с первичного носи­ теля удобно связывать при перезаписи с изменением скорости дви­ жения второго носителя, сохраняя на нем интервал отсчета прибли­ зительно постоянным и соответствующим скорости ввода данных в последующие устройства обработки информации.

При исследованиях, связанных с изучением пространственных полей распределения параметров объекта (например, температур­ ных), используется большое количество однотипных измерительных устройств, измеряющих значения одного и того же параметра в раз­ личных точках пространства. При анализе таких сигналов часто выяв­ ляется возможность изменения количества перезаписываемых сиг­ налов, т. е. варьирования шага пространственного квантования поля параметра. Шаг квантования Ащ в направлении I определится из соотношения, аналогичного предыдущему,

где Ащ > 1 и равно ближайшему целому числу.

Отметим также возможность изменения уровня квантования Ау х в зависимости от значения у г и характеристик прибора. Последний вариант адаптационной обработки практически еще не нашел при­ менения из-за аппаратурных трудностей осуществления программ перезаписи.

Использование систем перезаписи с адаптацией на входе в устрой­ ства обработки позволяет упростить эти устройства или разгрузить их каналы. Уплотнение информации за счет перезаписи после первич­ ной обработки сигналов принципиально достигается теми же мето­ дами, но значительно менее эффективно из-за излишней загрузки устройств первичной обработки.

Упомянутыми вариантами режимов не исчерпывается многооб­ разие программ, сочетающих различные способы обработки на раз­

178

личных этапах обработки измерительных сигналов. Так, например, вторичная обработка может включать в себя помимо уплотнения ин­ формации одновременное вычисление критериев оптимальности, оп­ ределение коэффициентов и степени аппроксимирующих, формул, проведение сложной статистической обработки или гармонического анализа измеренных величин и т. п. Технические проблемы обработки обычно связаны не со сложностью вычислительных операций и соот­ ветствующих программ, а с разработкой устройств ввода, вывода

иперезаписи сигналов, поступающих от измерительной аппаратуры

квычислительным машинам.

2. Автоматические машины переработки измерительной информации

Развитие средств вычислительной техники, позволяющих эф­ фективно решать различные задачи контроля, регулирования и об­ работки данных, привело к созданию автоматических машин и си­ стем переработки измерительной информации. Существующие и созда-

Рис. 45. Классификация автоматических машин регистрации и обработки измери­ тельных сигналов

ваемые автоматические устройства могут быть отнесены к одной из двух основных групп (рис. 45). В первую группу входят машины, предназначенные в основном для централизованного контроля, сиг­ нализации, регистрации и управления (регулирования) при прове­ дении технологических процессов. Такие машины выполняются как узкоспециализированными, воспринимающими сигналы об идентич­ ных измеряемых величинах (чаще всего — температуры), так и спо­ собными обрабатывать сигналы различных измерительных линий.

Основной особенностью машин централизованного контроля (МЦК) является относительно низкое быстродействие. Схемы и конструкции подобных МЦК (МАРС-200Р, МАРС-УБ, ACT, АСТ-ТС, АМУР, АМУР-ТМ, ЭЛРУ-2М, ЭЛРУ-3, ЭЛРУ-8, «Зенит-2», «Зенит-З», «Пуск-3» ИВ-500 и др.) подробно рассмотрены в [145 и 2]. Быстро­ действие МЦК в основном определяется скоростью опроса измери­ тельных линий, которая, в свою очередь, зависит от устройства вход­ ного коммутатора машины. Транзисторные схемы коммутаторов обес­

проведении исследований для регистрации медленно меняющихся параметров.

Некоторые МЦК снабжаются несложным вычислительным устрой­ ством, позволяющим частично производить первичную обработку измерительных сигналов и передачу информации в другие устрой­ ства автоматической обработки. Примером подобной МЦК может служить машина первичной переработки информации типа МППИ-1, которая выполняет следующие функции [125]: 1) автоматический сбор по заданной программе информации от 128 аналогичных измери­ тельных преобразователей и 72 интегральных и позиционных пре­ образователей (по двухимпульсным входам 63 и по число-импульс­ ным— девять); при необходимости количество аналоговых входов с помощью выносных групповых преобразователей может быть до­ ведено до 368; 2) математическую обработку текущих значений сигна­ лов об измеряемых параметрах, включая усреднение и интегрирова­ ние величин за большой промежуток времени, нормализацию сигна­ лов, коррекцию, сравнение с уставками на регулирование, а также некоторые расчетные операции по фиксированной заранее программе; 3) передачу информации в другие устройства; 4) регистрацию зна­ чений текущих и комплексных параметров; 5) сигнализацию о нару­ шении уровней параметров; 6) контроль значений параметров на цифровом индикаторе по вызову оператора.

В МППИ-1 аналоговые входные сигналы могут иметь диапазон изменения 0,5—5 или 1—5 мА либо 1— 10 В постоянного тока, цепи двухпозиционных и число-импульсных сигналов рассчитаны на пи­ тание 12 В, 20 мА постоянного тока. Цифровая регистрация выпол­ няется с помощью цифропечатающего устройства со специальным печатающим колесом. По вызову оператора тот или иной параметр записывается на диаграмме автоматического потенциометра ЭПП-09. При проведении теплотехнических исследований МЦК находят при­ менение в случаях длительных исследований режимов работы объек­ тов, близких к статическим. Более широкие возможности автомати­ зации процессов переработки информации обеспечиваются при исполь­ зовании быстродействующих электронных вычислительных машин.

Для обработки измерительной информации могут применяться как специализированные, так и универсальные ЭВМ. Специализи­ рованные ЭВМ предназначаются для решения некоторых математи­ ческих задач (например, для решения определенных систем уравне­ ний, вычисления коэффициентов и функций корреляции) или для

180

управления режимами объектов исследований и производственных процессов. Для целей обработки результатов измерений при сложных теплотехнических исследованиях наиболее пригодны универсаль­ ные ЭВМ, способные оперировать с большим объемом информации по любым сложным алгоритмам.

Порядок взаимодействия всех элементов ЭВМ задается програм­ мой выполнения команд. Команда представляет собой закодирован­

ной

п р о гр а м м ы

Рис. 46. Упрощенная блок-схема ЭВМ

ную в виде цифр группу сигналов, показывающую, какую арифме­ тическую или логическую операции и над какими числами следует выполнить. Одна часть группы сигналов определяет характер опера­ ции и называется кодом операции. Остальные сигналы той же группы называются адресами и показывают, откуда взяты числа для выпол­ нения операции и куда следует направить ее результат.

В структурную схему ЭВМ любого типа (рис. 46) входит ряд устройств, выполняющих следующие функции. Устройства ввода осуществляют сбор информации с измерительных «линий, унифика­ цию сигналов, кодирование сигналов по системе счисления, принятой

181

вЭВМ, а также ввод в машину данных из запоминающих устройств

ирабочих программ. Входные устройства ЭВМ состоят из внешних входных устройств и устройств ввода. Внешние устройства произ­

водят подготовку поступающих сигналов и программы решения в в форме, необходимой для ввода в. машину. В них осуществляется

Ручной ввод

^ данных

----------v -----

Рис. 47. Примерная блок-схема входных устройств ЭЦВМ

перевод чисел из одной системы счисления в другую, унификация аналоговых величин и преобразование их в дискретные величины.

Кроме информации, поступающей по измерительным линиям, ряд данных вводится в машину вручную или в кодированном виде

спомощью перфолент, перфокарт, магнитных лент или других средств.

Взависимости от формы представления исходных данных и способов их введения меняется структура внешних входных устройств. На рис. 47 приведена примерная блок-схема ввода информации в ма­ шину [2]. Для контроля правильности ввода данные ручного ввода или ввода с носителей повторяются дважды и проходят через кон­

182

тролирующие устройства, где проверяется идентичность двух вво­ дов информации.

Сбор информации, поступившей по различным каналам ввода, производится обегающим устройством, работающим по программе. После считывания и кодирования (обычно в двоичном коде) входная информация записывается на магнитной ленте, а затем через устрой­ ство ввода поступает в запоминающее устройство ЭВМ. С целью повышения скорости обработки информации перевод сигналов из одной системы счисления в другую, осуществляемый на стадии ко­ дирования, может выполняться непосредственно в арифметическом устройстве машины. Запоминающие устройства, предназначенные для приема, хранения и выдачи программ работы, вспомогательной ин­ формации, промежуточных и конечных результатов, состоят из ряда отдельных устройств, отличающихся своими функциями и характери­ стиками. Так, оперативное запоминающее устройство — внутренняя память машины характеризуется высоким быстродействием, сравни­ тельно небольшой емкостью и предназначено для хранения данных, необходимых при ближайших вычислениях. Долговременное за­ поминающее устройство служит для хранения постоянно применяе­ мого табличного материала и стандартных подпрограмм, которые записываются при его изготовлении. Внешнее запоминающее устрой­ ство имеет большую емкость и сравнительно низкое быстродействие, непосредственно в процессе вычисления не участвует, а служит резервом для оперативного запоминающего устройства. В некоторых типах ЭВМ имеется дополнительное, так называемое буферное запо­ минающее устройство, не показанное на рис. 45.

Запоминающие устройства ЭВМ характеризуются емкостью и быстродействием. Емкость определяется количеством двоичных чи­ сел, которые могут храниться в них одновременно, быстродействие — временем обращения к запоминающему устройству, т. е. временем, необходимым для записи или считывания чисел, включая время поис­ ка числа и (при необходимости) его восстановления после считыва­ ния. Ячейка запоминающего устройства состоит из элементов (число которых соответствует количеству разрядов числа) с двумя устой­ чивыми состояниями, из них одно принимается за нулевое, а другое — за единичное. Каждой ячейке, запоминающей одно число, придается порядковый номер, являющийся адресом ячейки и числа, занесен­ ного в ячейку.

По способу доступа к хранимой информации различают три типа запоминающих устройств: с последовательным, циклическим и произ­ вольным доступом. В запоминающих устройствах с последователь­ ным доступом считывание информации осуществляется только в оп­ ределенной последовательности: например, при использовании маг­ нитной ленты информация считывается только в процессе перемотки ленты в одном направлении. В устройствах с циклическим доступом носитель информации совершает периодическое движение относитель­ но читающего элемента, например считывание с магнитного барабана возможно только в определенные моменты времени. В устройствах с произвольным доступом достигается наибольшее быстродействие;

183

здесь отыскание соответствующей ячейки и считывание числа обеспе­ чивается работой переключающих схем. Такие запоминающие устрой­ ства используются обычно в качестве внутренней памяти и выпол­ няются в виде матричных накопителей на ферритовых сердечниках или накопителей на электронно-лучевых трубках.

Запоминающие устройства могут иметь стирающиеся формы за­ писи. В первом случае возможна только однократная запись инфор­ мации в соответствующую ячейку, во-втором— многократная переза­ пись до естественного износа носителя информации. В некоторых ти­ пах запоминающих устройств требуется периодическое восстановле­ ние записанной информации, а при отключении питания машины ин­ формация теряется. В устройствах долговременного типа записанная информация сохраняется и при выключении ЭВМ.

Арифметическое устройство служит для непосредственного вы­ полнения арифметических и логических действий над числами и командами. Структура и конструкция арифметического устройства определяет быстродействие ЭВМ и круг решаемых ею задач.

Независимо от системы счисления и других признаков арифме­ тическое устройство состоит из сумматора, выполняющего операции сложения; регистров для приема, хранения во время операции и вы­ дачи чисел; блока управления, осуществляющего передачи между регистрами и сумматором и управляющего взаимодействием между арифметическим устройством и другими устройствами ЭВМ. Полу­ чив код операции, блок управления формирует последовательность сигналов, необходимых для реализации заданной арифметической операции путем последовательности элементарных операций.

В некоторых типах арифметических устройств вместо универсаль­ ного сумматора используются функциональные блоки умножения, сравнения и др. При этом схема управления направляет поступаю­ щие числа в соответствующий блок в зависимости от кода операции. По признаку порядка выполнения операций над отдельными числами арифметические устройства подразделяются на устройства последо­ вательного и параллельного действия. В первом случае поступление чисел в арифметическое устройство и операции над ними произво­ дятся последовательно, разряд за разрядом, во втором — операции над числами производятся одновременно по всем разрядам.

Устройство управления автоматически управляет вычислитель­ ным процессом, обеспечивая заданную программой последователь­ ность выполнения операций. Пульт управления служит для контроля за ходом вычислений и оперативного управления ЭВМ (пуск, оста­ новка, проверка состояния отдельных блоков и т. п.). Команды, со­ ставляющие программу работы машины, состоят из счетных (вычи­ слительных и логических) и служебных (управляющих) команд. Устройство управления обеспечивает определенный ритм их выпол­ нения. Для этого систематически вырабатываются серии тактовых (управляющих) импульсов, задающие начало и очередность выпол­ нения блоками ЭВМ отдельных элементарных операций.

В вычислительных машинах, выполняющих однотипные опера­ ции, применяется центральная система управления, при которой

184

длительность рабочего цикла машины постоянна и, следовательно, количество тактовых импульсов не зависит от выполняемой опера­ ции. В машинах, имеющих разнообразную программу, для сокра­ щения возможных холостых ходов применяется смешанная (централь­ ная и местная) системы управления. В такой системе кроме основного цикла с постоянным числом тактовых импульсов имеется возмож­ ность подачи дополнительной серии импульсов, необходимых для выполнения операции, не укладывающейся по продолжительности в основной рабочий такт машины.

Выходные устройства ЭВМ выводят из машины полученные ре­ зультаты, записывают и передают их по каналам связи в виде зако­ дированных сигналов, используемых для управления объектом или

для оценки результатов исследований. Если поступаю­

щие из машины данные пред­ ставляются в виде печатных документов, то выводные бло­ ки состоят из различных ти­ пов считывающих устройств (магнитных и перфорацион­ ных), дешифраторов, пред­ ставляющих полученную ин­ формацию в десятичном коде, и печатающих аппаратов штангового или ротационного типа. Если результаты обра­ ботки должны быть переданы в различные отделы и служ­

бы, то в общую цепь аппаратов включаются также телеграфные или иные передающие устройства. Так как быстродействие остальных блоков ЭВМ значительно превосходит быстродействие выходных устройств, то в некоторых случаях вывод из машины осуществляется несколькими действующими параллельно цепями аппаратов. В слу­

в аналоговые сигналы. Основные характеристики отечественных ЭВМ, используемых при исследованиях, приведены в табл. 20.

Аналоговые вычислительные устройства редко используются для обработки результатов измерений, за исключением тех случаев, когда объем поступающих данных очень велик, а сам процесс обра­ ботки производится по ограниченному числу несложных программ. Более перспективно использование аналоговых вычислительных устройств для моделирования отсутствующих при исследовании ча­ стей объекта. Например, известно, что рабочие характеристики гидропневматических регуляторов зависят от гидравлических ха­ рактеристик магистралей, в которых регуляторы установлены. Ис­ следование вновь разрабатываемых регуляторов может быть осуще­ ствлено по схеме, изображенной на рис. 48. Здесь во время экспе-

185