Измерительные информационные системы

Создание и эксплуатация современных машин и сооружений, контроль параметров технологических процессов требуют организации измерений большого числа различных физических величин, собираемых множеством датчиков. Решение таких задач традиционными способами — подключением к каждой контролируемой точке индивидуального измерительного прибора (ИП) — просто невозможно уже хотя бы потому, что из-за большого количества приборов оператор не в состоянии следить за их показаниями. Подобного рода трудности возникают и при небольшом числе первичных ИП в случае контроля быстропротекающих процессов. Между тем в задачах такого рода измерительная информация, поступающая от первичных ИП, должна быть собрана, обработана и в удобной форме представлена оператору.

Передача информации осуществляется либо непосредственно через каналы связи (при небольших дистанциях или специально выделенных каналах связи), либо через устройства телемеханики (на большие расстояния). Передача сигналов от многих источников в одно место достигается при помощи устройств централизованного контроля.

К средствам представления информации относятся показывающие стрелочные, цифровые, символьные и др. индикаторы, самопишущие приборы, печатающие устройства и графопостроители. Для лучшего восприятия широко применяется метод визуального контроля с помощью промышленного телевидения, мнемонических схем (рис. 14.1).

При большом количестве информации, необходимости ее предварительного логического и математического анализа или синтеза, в связи с решением сложных экономических, технологических и иных задач, а также при управлении современными технологическими и энергетическими комплексами применяют средства вычислительной техники.

Измерительно-информационная система (ИИС) представляет собой функционально объединенную совокупность средств измерения нескольких физических величин и вспомогательных устройств и предназначается для получения измерительной информации об исследуемом объекте в условиях его функционирования или хранения.

Для того чтобы упорядочить проектирование, производство и освоение ИИС существует Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП). ГСП состоит из унифицированных элементов, модулей и блоков, допускающих информационное, энергетическое и конструктивное сопряжение в агрегатных комплексах и автоматизированных системах управления.

В зависимости от назначения ИИС подразделяются на:

• системы сбора измерительной информации от исследуемого объекта; такие системы часто называют просто измерительными системами;

• системы автоматического контроля, предназначенные для контроля за работой разного рода машин, агрегатов или технологических процессов;

• системы технической диагностики, предназначенные для выявления технической неисправности различных изделий;

• телеизмерительные системы, предназначенные для сбора измерительной информации с удаленных на большие расстояния объектов.

Важнейшей разновидностью ИИС являются измерительно-вычислительные комплексы (ИВК), получившие применение в последние годы. Так же, как и ИИС, ИВК представляют собой автоматизированные средства измерений и обработки измерительной информации, предназначенные для применения на сложных объектах. Их отличительной чертой является наличие в системе ЭВМ, которая используется не только для обработки результатов измерения, но и для управления самим процессом измерения, а также для управления воздействием (если это необходимо) на объект исследования.

Первоначально ИИС разрабатывались индивидуально для каждой конкретной измерительной задачи, причем всякий раз заново разрабатывались не только структура системы, но и все ее функциональные узлы. Такой подход оказался нерентабельным — срок разработки затягивался, стоимость ИИС была высокой. Поэтому в настоящее время взят курс на агрегатный принцип построения, согласно которому ИИС строится из конструктивно законченных и выпускаемых серийно приборостроительной промышленностью функциональных узлов, объединенных общим алгоритмом функционирования и совместимыми соединителями интерфейса. Под интерфейсом понимаются электрические, логические и конструктивные условия, которые определяют требования к соединяемым функциональным узлам и связям между ними.

Агрегатный принцип построения ИИС обладает рядом достоинств: резко сокращается срок разработки системы и ввод ее в действие; система просто перестраивается в процессе эксплуатации, если требования к ней изменяются; отдельные функциональные узлы можно легко заменить на более совершенные образцы и т. д.

Различают пять видов совместимости изделий агрегатных комплексов: энергетическую, метрологическую, конструктивную, эксплуатационную и информационную.

Энергетическая совместимость предполагает выбор одного рода энергии носителя сигналов в измерительных устройствах. Для этой цели в ГСП предусмотрено три вида энергии: электрическая (наиболее распространенная), пневматическая и гидравлическая. Последние обычно применяются в особых условиях эксплуатации ИИС, например во взрывоопасных помещениях и т. д.

Метрологическая совместимость обеспечивает сопоставимость метрологических характеристик агрегатных средств, их сохранность во времени и под действием влияющих величин, а также возможность расчетного определения метрологических характеристик всего измерительного тракта ИИС по метрологическим хараткеристикам отдельных функциональных узлов, образующих измерительный тракт. При этом метрологические характеристики агрегатных средств нормируются по единому методу, а параметры входных и выходных цепей согласуются, чтобы сопряжение агрегатных средств не сопровождалось заметными дополнительными погрешностями.

Эксплуатационная совместимость достигается согласованностью характеристик, определяющих действие внешних факторов на агрегатные средства в рабочих условиях, а также характеристик надежности и стабильности функционирования. Для этого все средства делятся на группы по использованию в зависимости от условий окружающей среды, механических воздействий и т. д. Эксплуатационная совместимость создаст возможность компоновки системы с заданными значениями параметров надежности и рабочими условиями эксплуатации.

Конструктивная совместимость обеспечивает согласованность конструктивных параметров, механическое сопряжение средств, согласованность эстетических требований. Достигается это путем нормирования единых форм элементов конструкций, установочных и присоединительных размеров, применения единой технологии изготовления и сборки конструкций, соблюдения единого стиля оформления.

Информационная совместимость обеспечивает согласованность входных и выходных сигналов по виду, диапазону изменения, порядку обмена сигналами. Информационная совместимость определяется унификацией измерительных сигналов и применением стандартных интерфейсов. Унификация измерительных сигналов означает, что их параметры не могут выбираться произвольно, а должны отвечать требованиям стандарта на эти сигналы. Электрические условия определяют требования к параметрам сигналов взаимодействия и способу их передачи, логические — номенклатуру сигналов, пространственные и временные — соотношения между ними, конструктивные — конструктивные требования к элементам интерфейса: вид разъема, место его расположения, порядок распайки контактов и т. д.