Общая структура информационно-измерительных систем

Прежде чем приступить к рассмотрению структур различных автоматизированных измерительных систем, уместно привести обобщенную структуру ИИС (рис.5.1).

В обобщенной структуре (функциональной схеме) показано множество аналоговых и цифровых датчиков 1, размещенных постоянно в определенных точках пространства ТОУ, перемещающихся в пространстве (сканирующего типа) или воспринимающих одновременно поле исследуемой величины, множество аналоговых 2, аналого-цифровых 3 преобразователей, цифровые части 4 и 5, множество цифро-аналоговых преобразователей 6. Функциональные блоки могут соединяться между собой через стандартные интерфейсы, технические средства которых содержат системы шин (магистраль) 7.1, интерфейсы ввода-вывода (ИВВ) 7.2 и устройств управления 8. На рис.5.1 показана также возможность соединения функциональных блоков жестко установленными связями.

Устройство управления может формировать командную информацию У, принимать информацию Х от функциональных блоков и подавать команды на исполнительные устройства 9 для формирования воздействия на объект исследования. Воздействия могут быть, например, в виде электрических U, механических Р, тепловых Т, оптических О, гидравлических G, пневматических А и прочих величин. Воздействия могут организовываться, во-первых, в целях создания соответствующих условий для проведения эксперимента (тестовые и рабочие воздействия) и, во-вторых, для уравновешивания величин, действующих на входы датчиков. В последнем случае система называется замкнутой с компенсационной обратной связью, а формируемые воздействия – компенсирующими величинами.

Множество аналоговых преобразователей 2 содержат преобразователи 2.1 и нормирующие преобразователи 2.2 аналоговых сигналов (например, масштабные преобразователи, преобразователи вида модуляции), коммутаторы аналоговых сигналов 2.3, аналоговые вычислительные устройства 2.4, аналоговые устройства памяти 2.5, устройства сравнения аналоговых сигналов 2.6, аналоговые каналы связи 2.7, аналоговые показывающие и регистрирующие измерительные приборы 2.8, цифровые измерительные приборы 2.9. Кроме того, 2.3 и 2.7 могут содержать цифровую часть для передачи сигнала от цифровых датчиков.

Интерфейсные устройства ИВВ аналоговых блоков главным образом служат для приема командных сигналов и передачи информации о состоянии блоков. Например, через ИВВ могут передаваться команды на изменение режима работы, на подключение заданной цепи с помощью коммутатора. Между аналоговыми и цифровыми устройствами включено множество аналого-цифровых преобразователей 3.1, аналоговых устройств допускового контроля (например, компараторов), устройств цифрового ввода 3.3. ИВВ цифровых измерительных приборов в отличие от аналоговых могут передавать измерительную информацию в магистраль ЭВМ 7.1. верхнего уровня или через устройства цифрового ввода 3.3.

К цифровым устройствам 4 относятся формирователи импульсов 4.1, преобразователи кодов 4.2, коммутаторы 4.3, специализированные цифровые вычислительные устройства 4.4, устройства памяти 4.5, устройства сравнения кодов 4.6, каналы цифровой связи 4.7, универсальные программируемые вычислительные устройства – микропроцессоры, микроЭВМ и т.п. – 4.8.

U P T O G A

7.2

7.2

…

7.1

7.2

…

Рис.5.1. Обобщенная структура информационно-измерительной системы

Группа цифровых устройств вывода, отображения и регистрации 5 содержит формирователи кодоимпульсных сигналов 5.1, печатающие устройства 5.2, устройства записи на флэш-память 5.3 и считывания с флэш-памяти 5.4, накопители информации на гибких 5.5 и жестких магнитных дисках 5.6, дисплеи 5.7, сигнализаторы 5.8, цифровые индикаторы 5.9.

Уместно отметить, что ЭВМ 4.8 могут взять на себя ряд преобразований, выполняемых, например, в блоках 2.4, 2.5, 2.6, 4.2, 4.4, 4.6, 5.1, 5.3, 5.4, а также функции управления (блок 8). Эти преобразования, естественно, будут выполняться программным путем.

Конечно, не во всякой ИИС требуется присутствие всех приведенных на рис.5.1 блоков. Для каждой конкретной системы количество блоков, состав функций и связи между блоками должны устанавливаться особо.

Нужно отметить, что в технической литературе можно встретить название компонентов ИИС, являющихся объединением нескольких функциональных блоков. Так, например, объединение коммутаторов аналоговых сигналови аналого-цифровых преобразователей иногда называют многоканальными АЦП.

Функциональная схема (рис.5.1) содержит важную информацию о системе, но эта информация не позволяет судить о последовательности, режимах, вообще об алгоритмах работы данной системы. Это особенно относится к системам, основанным на использовании вычислительных комплексов, цифровых интерфейсов, содержащих микропроцессоры, ЭВМ и другие многофункциональные устройства, в том числе и ЭВМ нескольких уровней, соединенных локальной вычислительной сетью (например, таким образом построены системы мониторинга технологических процессов, в состав которых может входить несколько ИИС и ЭВМ) [2].

На ТОУ общепромышленного назначения измерению и контролю в общем случае могут быть подвергнуты около 200 различных параметров (п.2.1), то есть в зависимости от назначения и функций объектов количество измеряемых параметров может варьироваться в широких пределах. Поэтому при рассмотрении реализации ИИС будем ограничиваться отдельными информационно-измерительными каналами (ИИК) наиболее часто измеряемых параметров в промышленности, например, таких, как температура, давление, расход, уровень, перемещение, вибрации и т.п. При этом автоматизированные ИИК по двум последним группам перечисленных измеряемых величин были подробно рассмотрены в учебных пособиях, опубликованных ранее [1,3].