7.2. Информационно-измерительные системы

Вторая ступень автоматизации — создание гибких измерительных систем (ГИС) на основе цифровой техники. В ГИС программным (soft) способом перестраивают систему, способную измерять различные па­раметры и менять режим измерений без изменения аппаратной (hard) части системы. Такие системы — измерительно-информационные си­стемы (ИИС) - представляют собой совокупность средств измерения нескольких физических величин и вспомогательных устройств. За­дача ИИС заключается в получении измерительной информации об исследуемом объекте в динамике (в условиях функционирования или хранения).

ИИС предназначены для целевого оптимального проведения изме­рений и обеспечивают достоверной информацией смежные системы высшего уровня. В их задачу входит получение измерительной инфор­мации об исследуемом объекте, преобразование входной информа­ции в выходную, передача и представление полученной информации оператору (компьютеру), отображение, запоминание и формирование управляющих воздействий.

Унификация функциональных узлов (блоков, модулей), из кото­рых состоит ИИС, позволяет образовать агрегатные комплексы Госу­дарственной системы промышленных приборов и средств автоматиза­ции (ГСП).

По назначению ИИС разделяются на несколько групп:

• системы сбора измерительной информации по исследуемому объ­екту — измерительные системы;

• системы автоматического контроля за работой узлов, технологиче­ских процессов, агрегатов;

• системы диагностики и выявления неисправностей изделий;

• системы телеметрии, обеспечивающие сбор измерительной инфор­мации с удаленных объектов.

По структуре ГИС разделяются на интерфейсные, микропроцес­сорные и компьютерно-измерительные.

Современные ИИС строятся по агрегатному принципу, что по­зволяет значительно сократить время разработки системы и ввода ее в действие. В процессе эксплуатации система легко перенастраи­вается при изменении требований к ней. При агрегатном построе­нии ИИС упрощается замена функциональных узлов на более со­вершенные.

По способу обмена сигналами взаимодействия, обеспечивающими согласованное преобразование информации всеми функциональными узлами системы, по способу управления и по структуре построения ИИС разделяются на децентрализованные и централизованные.

Д ецентрализованные ИИС имеют постоянный состав функцио­нальных узлов и режим их работы. Возможности таких систем ограни­чены, но они отличаются простотой, малыми габаритными размерами и низкой стоимостью. В настоящее время децентрализованные ИИС практически не применяются.

Централизованные ИИС содержат центральное устройство управ­ления (контроллер), задающее режим работы функциональных узлов путем изменения их состава, количества и связей между ними, в ре­зультате чего изменятся функциональные возможности системы.

Централизованные ИИС весьма раз­нообразны и по структуре подразделя­ются на радиальные, магистральные, радиально-цепочечные и радиально-магистральные. На рисунке 7.1, а пред­ставлена схема ИИС радиальной струк­туры.

Ч

Рис. 7.1. Схемы ИИС

радиальной (а)

и магистральной (б) структуры

ерез контроллер осуществляется обмен сигналами взаимодействия меж­ду функциональными узлами (ФУ), что позволяет программировать их путем подачи соответствующих сигналов от контроллера и изменять порядок обра­ботки информации. В ИИС радиальной структуры каждый ФУ подключается к контроллеру с помощью индивиду­альных шин. Недостатком радиальной структуры являются трудности в нара­щивании функциональных узлов из-за усложнения контроллера. По­этому более широкое применение нашли ИИС магистральной струк­туры, схема которой приведена на рис. 7.1, б.

Наличие однопроводной или многопроводной шины (магистрали) является общей чертой всех ФУ. По магистрали передаются сигналы взаимодействия, причем каждый такой сигнал адресуется к конкрет­ному ФУ. В магистральной структуре легко наращивать количество ФУ в системе, что позволяет использовать ее для решения задач по ав­томатизации различных экспериментальных исследований.

Использование современных цифровых средств привело к изме­нению структуры ИИС, позволяющей максимально перенести обра­ботку измерительной информации к месту ее формирования. Такое решение получило название конвейерной обработки измерительной информации в ИИС.

ИИС включает в себя комплекс первичных преобразователей, устройства сбора и обработки информации, устройства вторичной об­работки информации, средства управления и контроля, средства связи с другими системами, накопители информации.

Работа ИИС основана на использовании систем нескольких видов: с заранее заданным алгоритмом работы (жесткая система), програм­мируемые (гибкая система), адаптивные, виртуальные, интеллекту­альные.

Любая ИИС с вычислительными комплексами включает в себя ма­тематическое, программное и информационное обеспечение, а также метрологическое обеспечение, обслуживающее всю измерительную систему.

Определяющими в эксплуатации ИИС являются эргономические показатели дисплея и управляющих элементов — интерфейсов поль­зователя. Интерфейс пользователя — это устройство сопряжения, осуществляющее взаимодействие персонального компьютера (ПК) со средствами измерений и другими внешними техническими систе­мами.