Информационная модель измерительно-управляющей системы. Структура систем сбора информации

При проектировании ИИС по заданным техническим и эксплуатационным характеристикам возникает задача выбора рациональной структуры и набора технических средств для ее построения.

Структура ИИС в основном определяется методом измерения, а количество и тип технических средств – информационным процессом, протекающим в системе.

На рис.3.1. приведена информационная модель, описывающая весь класс измерительных каналов, предназначенных для выполнения прямых измерений.

Рис. 3.1.информационная модель измерительного канала

В узлах 0…4происходит преобразование информации.

Узел 0 является выходом объекта исследования или управления. На нем формируется аналоговая информацияАо состоянии объекта.

Вузле 1информацияАпреобразуется в вид более удобный для дальнейших преобразованийА_н.Здесь может производиться преобразование неэлектрического сигнала в электрический, усиление, масштабирование, лианеризация этого сигнала и т.д.

В узле 2унифицированный (нормированный) носитель информацииА_нмодулируется для передачи по линии связи и представляется либо в виде аналоговогоА_м, либо в виде дискретногоД_м сигнала.

В узле 3₁демодулируется аналоговая информацияА_д.

В узле 3₂демодулируется цифровая информация. Здесь информация может преобразовываться либо в аналоговуюА_д, либо в дискретнуюД.А_д поступает в узел4₁,аД– в узел4₂.

Узлы 4₁ и 4₂служат для измерения и отображения соответственно аналоговой и дискретной информации.

В некоторых случаях нормированный носитель информации может из узла 1сразу поступать в узел4. Возможен также вариант, когда аналоговая информация без операции нормирования поступает в узел2.

Информационные потоки могут передаваться по следующим ветвям:

1. 0 – 1 – 2 – 3₁– 4₁;

2. 0 – 1 – 2 – 3₂– 4₁;

3. 0 – 1 – 2 – 3₂– 4₂;

4. 0 – 2 – 3₁– 4₁;

5. 0 – 2 – 3₂– 4₁;

6. 0 – 2 – 3₂– 4₂ (не используется в Иис);

7. 0 – 1 – 4₁.

Эта информационная модель применяется в большинстве случаев для построения многоканальных ИИС, особенно при большой удаленности объектов исследования (управления).

Для выполнения соответствующих преобразований узел 1должен включать в себя следующие технические средства:

• набор датчиков (первичных измерительных преобразователей ПП);

• унифицирующие измерительные преобразователи (УИП).

Технические средства узла 2объединяют в своем составе:

• аналого-цифровые преобразователи (АЦП);

• коммутаторы для подключения соответствующего источника информации к измерительному каналу;

• модуляторы;

• каналы связи.

Узел 3₂ содержит:

• преобразователь кодов (ПК);

• цифроаналоговые преобразователи (ЦАП);

• линии задержки (ЛЗ).

Схема, изображенная на рис. 3.2. является типовой и на ее основе строится большинство многоканальных ИИС, особенно дальнего действия.

Информационная модель, приведенная на рис.3.1. описывает весь класс систем сбора информации, предназначенных для реализации прямых измерений. Измерениям с обратным преобразованием информации соответствует информационная модель, изображенная на рис. 3.2.

Эта модель отличается от приведенной выше лишь наличием ветвей; ;;по которым осуществляется обратная передача аналогового сигнала. В узле 1 сигналпреобразуется в однородный с носителем входной информации сигнал. При этом узел 1 наряду с ПП и УИП может содержать исполнительные механизмы ИМ.

Рис.3.2. Информационная модель измерительного канала

с обратным преобразованием информации

Таким образом, информационная модель измерительного канала позволяет перейти к его структуре. На рис. 3.3. приведена структурная схема ИИС для ветви 0 – 1 – 2 – 3₂– 4₂.

Рис.3.3. Структурная схема ИИС:

ПП– первичный преобразователь;УИП– унифицирующий преобразователь;КмА– коммутатор аналоговых сигналов;АЦП– аналого-цифровой преобразователь;КС– канал связи;ПК– преобразователь кодов;КмИ– коммутатор импульсных сигналов;ИФ– интерфейс;СВО– средство визуального отображения данных;СДО– средство документального отображения данных;УСО- устройство связи с объектом автоматизации.

АСУ технологическими процессами имеют иерархическую структуру [8]:

• Уровень I- объект управления (ОУ). Здесь под ОУ понимаются все объекты и установки, участвующие в технологическом процессе (или взаимосвязанных процессах).

• Уровень II- датчики и исполнительные устройства. Этот уровень содержит компоненты либо предоставляющие информацию о состоянии технологического процесса (первичные преобразователи), либо компоненты, воздействующие на объект управления (исполнительные устройства - ИУ).

• Уровень III- устройства связи с объектами (УСО). Уровень включает компоненты, обеспечивающие сопряжение вычислительных устройств (управляющих контроллеров) с датчиками и ИУ.

• Уровень IV- управляющие контроллеры. Уровень включает вычислительные устройства, обеспечивающие непосредственное управление ОУ или его составляющими.

• Уровень V- диспетчеризация. Уровень содержит компоненты, обеспечивающие визуализацию и архивирование параметров технологического процесса, воздействие персонала на технологический процесс.

важным компонентом АСУ ТП систем сбора информации и АСУ технологическими процессами является программное обеспечение (ПО). ПО АСУ ТП относится к уровням управляющих контроллеров, диспетчеризации, а также сетевому взаимодействию.

Представленная модель является обобщенной, в реальной жизни существуют АСУ ТП, где уровень V отсутствует или его функции (частично) выполняются устройствами IV уровня. То же самое можно сказать и о III уровне модели, когда функции УСО выполняются устройствами II и IV уровней. 

неотъемлемой частью любой АСУ ТП являются устройства связи с объектами, которые выполняют следующие функции:

• нормализация аналогового сигнала – приведение границ сигнала первичного источника к одному из стандартных диапазонов аналого-цифрового преобразования;

• фильтрация аналогового сигнала;

• гальваническая изоляция между источником аналогового или цифрового сигнала и измерительного канала управляющего контроллера;

• гальваническая изоляция выходного канала управляющего контроллера, как цифрового, так и аналогового от исполнительного устройства;

• коммутация мощной нагрузки.

УСО могут изготавливаться в виде:

• в виде отдельного модуля;

• на плате управляющего контроллера; 

• составной части датчика;

• составной части исполнительного устройства.

По способу сопряжения с вычислительной системой модули УСО можно разделить на две группы. К первой группе относятся модули УСО, устанавливаемые в монтажные панели в непосредственной близости от контроллеров и сопрягаемые с последними сигнальными кабелями. Ко второй группе относятся интеллектуальные модули УСО, оснащенные специальным контроллером и подключаемые к управляющей системе через локальную промышленную сеть. 

Таким образом, современные информационно-управляющие системы можно подразделить на [8]:

• системы централизованного управления;

• распределенные системы.