3.2.1.1. Многоканальные ис
Многоканальные ИС параллельного действия – один из наиболее распространенных видов ИИС, обладающих наиболее высокой надежностью и более высоким быстродействием при одновременном получении информации, возможностью подбора средств измерений к измеряемым величинам, что позволяет исключить обязательную унификацию сигналов. Такие системы отличаются повышенной сложностью и стоимостью. Структурные схемы измерительных систем параллельного действия с цифровой нормой показаны на рис. 3.4, а, б.
а)
б)
Рис. 3.4. Структурная схема многоканальной измерительной схемы:
а – сравнение величин в аналоговом виде; б – сравнение величин в цифровом виде
3.2.1.2. Сканирующие ис
Сканирующие ИС выполняют последовательно измерения множества величин с помощью одного канала. В состав системы входит сканирующее устройство (СкУ), которое перемещает датчик в пространстве (рис. 3.5).
Рис. 3.5. Структурная схема сканирующей измерительной системы
Различают два способа сканирования – пассивное и активное. Пассивное сканирование – движение по заранее заданной траектории. Активное сканирование – траектория изменяться в зависимости от результатов измерения.
Примеры применения сканирующих систем – измерение температурных полей, нахождение экстремальных значений исследуемых полей (давлений, механических напряжений), нахождение одинаковых значений параметра. Недостаток систем – малое быстродействие.
3.2.1.3. Ис параллельно-последовательного действия (многоточечные)
Многоточечные ИС применяют в сложных объектах с большим числом измеряемых параметров (рис. 3.6).
В этих системах при множестве датчиков {Дi} имеется либо один измерительный тракт (см. рис. 3.6, а) и измерительный коммутатор SW, либо множество датчиков {Дi} и множество вторичных приборов {Bi} (см. рис. 3.6, б).
Измерительные коммутаторы служат для согласования параллельных и последовательных элементов во времени. Они должны обладать определенными метрологическими характеристиками (погрешностью, быстродействием).
Контактные измерительные коммутаторы – лучшие показатели по точности (10–5…10–6), но имеют низкое быстродействие, малое количество коммутируемых цепей и не работают по заявкам.
а)
б)
Рис. 3.6. Структурная схема многоточечной измерительной системы:
а – с одним коммутатором; б – с двумя коммутаторами
Бесконтактные измерительные коммутаторы – имеют более низкую точность, погрешность составляет 10-3…10-4, но значительно лучшие остальные показатели.
К недостаткам многоточечных систем относят пониженное быстродействие и точность за счет использования коммутаторов.
3.2.2. Системы автоматического контроля
Автоматический контроль (автоконтроль) устанавливает соответствие между состоянием объекта контроля и заданной нормой без непосредственного участия человека. Соответствие может устанавливаться для текущего или для будущего состояния (прогнозирующий контроль).
При автоконтроле, в отличие от автоматических измерений, нет необходимости предоставлять численные значения контролируемых величин, достаточно установить отклонение от нормы (например, не более 5 %). Отклонения за пределы установленной нормы вызывают предупредительный, аварийный или другие сигналы. Формирование таких сигналов – одна из главных функций систем автоматического контроля.
Система автоматического контроля – комплекс устройств, осуществляющих автоматический контроль за одной или большим числом величин, что требует значительной обработки информации для формирования суждения об отклонении от установленной нормы.
Промышленные системы автоконтроля различают в зависимости от того, что контролируется, – сырье, готовая продукция, процесс производства или процесс эксплуатации.
В реальных системах устанавливаемое допустимое отклонение от нормы, например, в процентах, во много раз больше погрешностей измерительных систем – 5…20 % вместо 0,2…2,5 %, поэтому информационная емкость систем автоконтроля соответственно меньше, т.е. по сравнению с измерительными системами в них имеет место «сжатие» информации. Если же допустимое относительное отклонение от нормы равно погрешности измерений, то «сжатия» информации нет.
Часто системы автоконтроля совмещают функции контроля и измерения, т.е. являются контрольно-измерительными системами. Они выполняют функции контроля, а в случае необходимости расширить информацию о контролируемом параметре осуществляют процесс измерения. Это необходимо учитывать при определении коэффициента «сжатия» информации.
Структурные схемы систем для автоматического контроля большого количества величин приведены на рис. 3.7.
Они похожи на схемы многоточечных измерительных систем. Здесь так же, как и на рис. 3.6, фигурные скобки обозначают наличие от 1 до n одинаковых узлов внутри скобок. На рис. 3.7 норма выражается в аналоговой форме. В отличие от рис. 3.6 в системах автоматического контроля на элемент сравнения подается не мера, а норма.
а)
б)
Рис. 3.7. Структурные схемы систем автоматического контроля с аналоговой нормой
Кроме того, на выходе сравнивающего устройства включено устройство формирования сигналов (ФС), формирующее сигнал отклонения от заданной нормы, который отображается и/или запоминается.
Схема может быть реализована с параллельным или последовательным сбором информации.
В первом случае (см. рис. 3.7,а) схема содержит n параллельно работающих каналов автоконтроля с n датчиками, n элементами сравнения, n нормами (уставками), n узлами формирования сигналов и n устройствами отображения информации.
При последовательном сборе информации на выходе n датчиков и n уставок и на входе n устройств отображения включаются коммутаторы, работающие синхронно и синфазно (см. рис. 3.7,б).
В системах автоконтроля, реализуемых по схеме рис. 3.7, норма должна храниться в аналоговой форме, что связано с техническими трудностями. Для устранения этого недостатка хранение нормы может осуществляться в цифровой форме, а между устройством хранения нормы и элементом сравнения включается ЦАП аналогично рис. 3.4,а.
Возможен и другой вариант хранения нормы в цифровой форме, но с АЦП на выходе датчиков и устройством сравнения в цифровой форме, например в виде дешифратора кодов (аналогично, см. рис. 3.4,б).
Системы автоматического контроля часто выполняют дополнительные функции, не имеющие прямого отношения к контролю. К ним относятся:
промежуточные преобразования сигналов;
формирование тестовых (испытательных) сигналов;
операция счета (например, изделий);
операция измерения;
математическая обработка результатов контроля для прогнозирования и выполнения других операций;
диагностические функции.