11.2. Системы автоматического контроля

Системы подразделяются на два типа – непрерывного и дискретного контроля параметров.

Система первого типа (рис. 11.4)включает в себя сравнивающее устройство (СУ) индикации отклонения (ИО), причем число этих каналов может быть от одного до четырех: предупредительный «меньше», «больше» и аварийный «меньше», «больше».

Рис. 11.4

Устройство выработки и хранения норм (Н) может быть общим для всех каналов или индивидуальным. Применяются такие системы для контроля наиболее ответственных параметров.

Более распространены системы с дискретным последовательным контролем (рис. 11.5).

Рис. 11.5

Измеряемые величины U1…Un через измерительный коммутатор ИК поступают в устройство сравнения СУ, где сравниваются с нормами. Изменение норм и переключение ИК осуществляется с помощью устройства управления УУ. Средство представления информации СПИ может иметь устройство индикации отклонения или цифровой регистрации. При этом фиксируется номер канала и время (от устройства формирования сигнала времени УФВ).

Система достаточно сложная, при этом возможна ситуация, при которой одновременно возникающие аварийные режимы не будут различимы. Поэтому наиболее предпочтительны комбинированные системы, в которых наиболее существенные параметры контролируются непрерывно, а по всем остальным осуществляется дискретный контроль.

11.3. Процессорные измерительные средства

Отличительная особенность процессорных измерительных средств (ПИС) состоит в том, что часть измерительной процедуры выполняется в числовой форме с помощью вводимой в измерительную цепь перепрограммируемой вычислительной мощности.

На первом этапе развития ИИС на ЭВМ возлагалась обработка измерительной информации и управление функционированием всего устройства в целом. Таким образом, на этом этапе ЭВМ в формировании результата не участвовала.

Усложнение измерительных систем и комплексов, необходимость сопряжения измерительных, вычислительных, периферийных и вспомогательных устройств, появление программного обеспечения как составной части ИИС и информационно-вычислительных комплексов (ИВК) потребовали пересмотра системотехнических принципов их построения. Это касалось совместимости аналоговых и процессорных блоков; организации управления, выбора и применения стандартных интерфейсов; развития системного программного обеспечения и принципов системной унификации компонентов.

На базе применения мини- и микроЭВМ была создана структура, реализующая магистрально-модульный принцип построения измерительно-информационной техники.

С помощью микропроцессорных систем достигается многофункциональность контроля, упрощение процесса измерения, автоматизация регулировок, самокалибровка и автоматическая поверка, улучшение метрологических характеристик, выполнение вычислительных процедур, статистическая обработка результатов измерения. Создание программируемых, полностью автоматизированных приборов открыло возможность построения многофункциональных приборов с гибкими программами работы, выхода на стандартную интерфейсную шину (канал общего пользования – КОП) и управления интерфейсом.

Многофункциональные приборы выпускались и ранее, однако они выполнялись по схеме с жесткой логикой. Серьёзные трудности возникали при решении проблемы коммутации.

Применение микропроцессоров преобразовало такое устройство в программно-управляемое. Программа может быть видоизменена при переходе к другой, хранимой в постоянном запоминающем устройстве. Создание гибкости перенастройки, возможность наращивать функции при модернизации. Точность (близость погрешностей к 0) систематических (правильность) и случайных (сходимость) погрешностей повышается за счет автоматической компенсации систематической погрешности (установка 0), самокалибровка, уменьшение влияния случайной составляющей за счет многократных наблюдений с последующим усреднением.

Расширение измерительных возможностей процессорных измерительных средств происходит за счет использования совокупных и косвенных измерений.

С помощью компьютерной системы производится выбор режимов измерения, запоминаются результаты, осуществляется расчёт и выдача найденного выражения на дисплей.

При выполнении совокупных измерений искомое значение находят решением системы уравнений.

С помощью встроенных микропроцессоров возможно умножение на коэффициенты, определение относительного отклонения (в %), представление в логарифмических единицах, линеаризация зависимостей.

Возможно также определение среднеквадратичного отклонения, коэффициента корреляции, исключения систематической погрешности.

Для широко применяемых микропроцессоров накоплена библиотека пакета прикладных программ.

Возможность подключения прибора с микропроцессором к КОП позволяет объединить совокупность приборов в едином ИВК.

Следующий этап в развитии ПИС характеризуется включением микроЭВМ и микропроцессорных комплексов не только в состав ИИС, но и прибора и даже отдельного модуля или первичного измерительного преобразователя.

Таким образом, ПИС включает в себя две составные части: аппаратную и программную. Функционирование ПИС обеспечивается совокупностью интерфейсов.

В состав ПИС входят следующие аппаратные средства:

- средства получения, аналогового преобразования и обмена информации – все аналоговые измерительные модули, АЦП, ЦАП, а также средства ввода и вывода дискретных сигналов;

- средства числового преобразования и хранения информации – процессоры, ЗУ, ПЗУ, ППЗУ, магнитные диски;

- средства управления – интерфейсные устройства (контроллеры, адаптеры, магистрали);

- вспомогательные средства – средства ручного управления, источники питания, несущие конструкции, сервисное оборудование и средства тестирования.

Программная часть включает в себя прикладное, системное и технологическое (вспомогательное) обеспечение.

Прикладное программное обеспечение оформляется в виде пакетов прикладных программ (ППП) и включает в себя совокупность программ реализации входящих в измерительную процедуру числовых преобразований, программ обработки измерительной информации.

Системное программное обеспечение предназначено для управления функционированием ПИС (синхронизация, согласование, организация обмена), оформляется в виде операционных систем, системных программ, драйверных программ, трансляторов.

Вспомогательное ПО включает в себя программное тестирование, программы управления базами данных, работы с сервисными средствами (обучение, представление справочных данных).

В процессе развития ПИС все большую ее часть занимает программное обеспечение. Вместе с тем развитие измерительной техники требует разработки и соответствующей метрологической основы в виде алгоритмического обеспечения и методологии определения погрешностей и характеристик погрешностей результатов измерения.