19.5. Измерительные информационные системы

Требования строгого контроля качества промышленной продукции, а также все более расширяющаяся автоматизация технологических процессов при изготовлении различных материалов приводят к необходимости измерения и контроля многих физических величин. Такие массовые измерения невозможны без автоматизации процесса измерений.

Внастоящее время измерение, контроль и обработка большого потока измерительной информации осуществляются с помощью измерительных информационных систем (ИИС).

Основными узлами ИИС являются первичные преобразователи, унифицированные преобразователи, коммутирующие устройства, уставки и устройства сравнения, выходные регистрирующие устройства.

Первичные преобразователи служат для получения первичной информации об объектах исследования. Унификацию различных по характеру и значению выходных сигналов первичных преобразователей осуществляют унифицированные преобразователи. Они могут выполнять и дополнительные функции: линеаризацию зависимости выходного сигнала от измеряемой величины, обеспечение изменения выходного сигнала от нуля до определенного установившегося значения при изменении измеряемой величины от X₁ до X₂ (X₁ ≠ 0). Выходными сигналами унифицированных преобразователей, как правило, являются (рис. 19.18) постоянный ток и напряжение; переменный ток с изменяющейся частотой; переменные токи с изменяющимся сдвигом фаз; импульсы с изменяющимся значением амплитуды; импульсы с изменяющейся длительностью и др.

Значения выходных сигналов унифицированных преобразователей нормируются стандартами Государственной системы приборов (ГСП). Так, например, нормированные значения постоянного тока составляют 0÷5 мА и 0÷10 мА, постоянного напряжения 0÷10 В и т. д.

Коммутирующие устройства предназначены для поочередного подключения преобразователей к блокам передачи и воспроизведения измерительной информации. Основными характеристиками коммутирующих устройств являются: коэффициент передачи, определяемый как отношение сигнала на выходе коммутатора к сигналу на его входе (); быстродействие или частота коммутации, определяемое количеством переключений в единицу времени.

Для регистрации отклонений контролируемых величин от установленных используют уставки и устройства сравнения. Уставками задаются номинальные и предельно допустимые значения измеряемых величин. Как правило, эти узлы делают общими для всех контролируемых величин с автоматической перестройкой номинальных значений уставок одновременно с переключением измерительных каналов.

Представление измерительной информации в ИИС может осуществляться: аналоговыми приборами; цифровыми отсчетными устройствами в виде аналоговых зависимостей и графиков, представленных точками, получаемых соответственно с помощью самопишущих приборов и печатающих машин; в виде таблиц цифр, получаемых с помощью печатающих машин; в виде световых и акустических сигналов, сви­детельствующих о достижении предельных допустимых значений, контролируемых величин. Следует отметить, что представление измерительной информации приборами непосредственного отсчета возможно только при небольшом количестве измерительных каналов, так как возможности оператора следить за изменениями измеряемых величин ограничены.

В современных ИИС с большой информативностью для регистрации параметров измеряемых величин применяют быстродействующие печатающие машины и сигнализирующие средства.

ИИС подразделяются на две группы: измерительные системы и системы автоматического контроля.

Измерительные системы (ИС) предназначены для сбора измерительной информации с последующим представлением ее в удобной для наблюдения и регистрации форме.

Вкачестве примера рассмотрим структурную схему ИС (рис. 19.20). Измеряемые величины X₁ - X_n через унифицированные преобразователи УП₁ - УП_n и коммутатор каналов КК, управляемый устройством управления УУ, поступают в блок преобразования сигналов БПС. Выходные сигналы его в форме, удобной для представления и регистрации, поступают в блоки представления (БПИ) и регистрации (БРИ) измерительной информации. Если в БПС использовать аналого-цифровой преобразователь (АЦП), информацию можно представлять в цифровой форме, передавать на ЭВМ для запоминания и обработки, регистрировать на цифропечатающем устройстве. Управление режимом работы КК (порядок и частота переключений) и другими блоками в соответствии с программой, заданной оператором (Оп) и зафиксированной в программном устройстве (Пр.У), осуществляется устройством управления (УУ). Рассмотренная структурная схема используется в ИС при небольшом отличии диапазонов изменения измеряемых величин в разных каналах. При различии указанных диапазонов в каждом канале устанавливают входные устройства, которые могут содержать делители напряжений или усилители.

Системы автоматического контроля (САК) служат для получения информации об отклонениях контролируемых величин от установленных нормальных значений.

На рис. 19.21 представлена схема реализации САК для контроля изменяющихся во времени параметров объекта. Контролируемые величины x₁(t) - x_n(t) через унифицированные преобразователи УП₁ - УП_n и коммутатор каналов КК, управляемый устройством управления УУ, поступают в сравнивающее устройство Ср.У. Здесь сигналы сравниваются с уставками, формируемыми блоком уставок БУ, а результат сравнения фиксируется блоком представления информации БПИ. УУ управляет работой коммутатора каналов, сравнивающего устройства и блока уставок.

Метрологические характеристики ИИС определяются теми же показателями, что и рассмотренные средства измерения. Дополнительными здесь являются следующие: погрешности: от взаимного влияния измерительных каналов; от непостоянства параметров каналов связи; из-за неточности восстановления непрерывного значения измеряемой величины по дискретным значениям при последовательной передаче измерительной информации.