Лекция 24 Тема: Измерительные информационные системы

Цель: Формирование у студента компетенции ПК-10

Вопросы для изучения

1 Телеизмерительные системы. Системы автоматического контроля.

2 Системы технической диагностики. Системы распознавания образов. Статистические измерительные системы.

1. Телеизмерительные системы. Системы автоматического контроля.

Телеизмерительной системой называется совокупность устройств на приемных и передающих сторонах и каналах связи для автоматического измерения одного или ряда параметров на расстоянии. Структурная схема телеизмерительной системы представлена на рисунке 24.1.

Рисунок 24.1 – Структурная схема телеизмерительной системы: ПП – первичные преобразователи; ООИ – блок обработки и отображения информации; КП – контрольные пункты; ПКС – преобразователи кодов и сигналов; КС – канал связи; Ц – централи

Преобразователи кодов и сигналов включают в себя модуляторы-демодуляторы для передачи и приема сигналов при работе по каналу связи, узлы тактовой синхронизации, блоки повышения достоверности, преобразователи последовательного кода в параллельный, устройства памяти.

Блоки управления передачей и приемом информации включают в себя управление информацией: телеуправление (ТУ); телеинформация статистическая (ТС); телеинформация интегральная (ТИИ); телеинформация текущая (ТИТ); производственно-статистическая (ПСИ) и кодовые команды (КК); устройства сопряжения с ПЭВМ.

Блоки обработки и отображения информации содержат преобразователи кодов, например в двоичный и двоично-десятичный; цифроаналоговые преобразователи блоки масштабирования, сравнения кодов, цифровой индикации, управления цифровой регистрацией, управления фото считыванием, управления памятью воспроизведения сигналов состояния объектов для мимического и светового табло.

Блок режима работы (централь) координирует работу всех блоков, объединенных в устройство, реализует выбранную систему приоритетов, устанавливает связь между блоками по заданной программе, контролирует заданную дисциплину передачи информации по каналу связи, формирует сигналы общей неисправности, устройства и тактирующие сигналы для всех блоков.

Вспомогательные узлы – это генераторы тактовых импульсов, распределители импульсов, усилители для выхода на реле и лампы накаливания и т.д. Предусмотрено и возможное расширение блоков системы. Генераторы тактовых импульсов рассчитаны на фиксированные скорости передачи информации по каналу связи (50, 100, 200, 300, 600 и 1200 бит/с).

Особенности построения телеизмерительной системы. Можно указать следующие основные способы построения:

• по виду модуляции – интенсивные (тока, напряжения), время-импульсные и широтно-импульсные (ВИМ и ШИМ), частотно-импульсные и частотные (ЧИМ и ЧМ), кодоимпульсные (двоичные и недвоичные) цифровые и адаптивные;

• виду телеизмеряемого параметра – аналоговые и цифровые;

• числу каналов связи – одноканальные и многоканальные;

• характеристике каналов связи – проводные и радиоканальные;

• виду телеизмерения – непрерывные, по вызову, по выбору.

При этом могут производиться телеизмерения текущих, статистических и интегральных значений параметров.

Установлены следующие классы точности устройств телеизмерений: 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,6, 2,5; 4,0.

Сравнительная оценка систем телеизмерений ведется: по реально достижимой минимальной погрешности; помехоустойчивости; надежности системы; возможности работы с различными каналами связи; стоимости; возможности унификации и массового производства унифи­цированных устройств.

Поисковая система телеизмерений. Она предназначается для передачи на расстояние оперативно-технологической и производственно-статистической информации в системах измерения контроля и управления и в автоматизированных системах управления различных отраслей экономики территориально разобщенным объектам.

Система состоит из набора типовых функциональных узлов и блоков, выполненных в основном на интегральных микросхемах и построенных на их базе комплексах телемеханических устройств. Эти комплексы выполняют функции передачи и приема информации, а также функции простейшей ее обработки на пункте управления и контролируемом пункте.

На контролируемых пунктах источниками информации являются разнообразные датчики измеряемых параметров, датчики состояния объектов, машинные носители информации, устройства ручного ввода информации, сама аппаратура КП и ЭВМ.

На пункте управления источниками информации может быть пульт с ключами и другими элементами управления двухпозиционными и многопозиционными объектами, задатчики уставок автоматических регуляторов, машинные носители, ЭВМ и дисплеи.

Приемниками информации на ПУ являются различные приборы на щите и пульте диспетчера или оператора, ЭВМ, дисплей и машинные носители информации.

В поисковая система телеизмерений приняты: система приоритетов для различных видов информации с со­ответствующим разделением во времени при ее передаче; система приоритетов для различных КП с соответствующим во времени их обслуживанием; адресно-групповой метод передачи информации, обладающие унификация конструктивной базы; агрегатирование технических средств.

Принципы построения поисковая система телеизмерений позволяют: сопрягать блоки и устройства с устройствами других ветвей; разрабатывать различные устройства телемеханики из ограниченного набора функциональных блоков; увеличивать серийность производства и сократить стоимость аппаратуры путем централизованного производства функциональных блоков с типовыми конструкциями; сокращать объем и сроки разработки, проектирования, а также упрощать эксплуатацию устройств телемеханики.

Предпочтительными системами телеизмерений являются те, у которых, используется принцип кодоимпульсной модуляции. Структурная схема кодоимпульсной системы телеизмерений представлена на рисунке 24.2.

В эту систему входят первичный преобразователь (ПП), линейный усилитель (ЛУ) узел выявления информации (ВИ), управляющее устройство (УУ), формирователь адреса (ФА), цифровой индикатор (ЦИ), формирователь кодовых сигналов (ФКС), модулятор (М), выделитель тактовых импульсов (ВТИ), узел защиты кодов (УЗК), декодирующие узлы адреса (ДКА), преобразователь последовательного кода в параллельный (Пс-Пр), преобразователь кодов (ПК).

На рисунке 24.3 представлены временные диаграммы передачи сообщений многоканальной системы

Системы автоматического контроля. Автоматический контроль устанавливает соответствие межу состоянием объекта контроля и заданной нормой без непосредственного участия человека. Автоконтроль освобождает человека от утомительных рутинных операций.

Рисунок 24.2 – Структурная схема кодоимпульсной системы телеизмерений

Рисунок 24.3 – Временные диаграммы передачи сообщений многоканальной системы: а – сигналы на входе телеизмерительной системы; б – сигнал несущей частоты; в – модулированные сигналы; г, д – демодулированные сигналы

Необходимым условием осуществления автоконтроля в любом его применении является знание установленной нормы. Норма может быть выражена в количественной или качественной форме. В последнем случае нормой может быть, например, определенное качество усвоения материала при обучении. В дальнейшем ограничимся автоконтролем с нормой только в количественной форме.

Функции систем контроля. При автоконтроле в отличие от ав­томатических измерений нет необходимости знать численные значения контролируемых величин, а достаточно установить значения абсолютного или относительного допуска на отклонение от нормы (например, не больше чем на 5, 10, 20%, на 10... 15%).

Отклонение за пределы установленной нормы вызывают пре­дупредительный, аварийный или другие сигналы. Формирование таких сигналов является одной из главных функций автоконтроля.

Система автоконтроля – это комплекс устройств, осуществляющих автоматический контроль одной или большого числа величин, требующих значительной обработки информации для суждения об отклонении от установленной нормы, например обработка изделий в результате статистической отработки результатов контроля.

Промышленные системы автоконтроля различают в зависимости от того, что в них 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.

В подавляющем большинстве случаев системы автоконтроля совмещают функции контроля и измерения, т.е. являются контрольно-измерительными системами. Они выполняют функций контроля, а в случае необходимости расширить информацию о контролируемом параметре осуществляют процесс измерения. Это необходимо учитывать при определении коэффициента «сжатия» информации.

Структуры систем контроля. Структурные схемы систем авто­матического контроля большого числа величин приведены на рисунке 24.4.

б

Рисунок 24.4 – Структурные схемы систем автоматического контроля с аналоговой нормой: а – с одним коммутатором; б – с двумя коммутаторами

Фигурные скобки обозначают наличие 1...п одинаковых узлов внутри скобок. На рисунке 24.4 контролируемые величины в норме выражаются в аналоговой форме. В отличие от рассмотренных ранее систем здесь на элемент сравнения подается не мера, а норма (Н), кроме того, на выходе сравнивающего устройства включено устройство формирования сигналов (ФС), формирующее сигнал отклонения от заданной нормы.

Структурная схема многоточечной системы автоматического контроля представлена на рисунке 24.5 а.

а б

Рисунок 24.5 – Структурная схема многоточечной системы автоматического контроля: а – с АЦП; б – с АЦП и цифровой мерой

В системах автоконтроля, реализуемых по схеме 24.5, хранение нормы осуществляется в цифровой форме, но тогда в системе включается АЦП.

Системы автоконтроля часто выполняют дополнительные функции, не имеющие прямого отношения к автоконтролю. К ним относятся:

• промежуточные преобразования сигналов;

• формирование тестовых (испытательных) сигналов;

• операция счета (изделий и т.п.);

• измерения (аналоговые или цифровые);

• математическая обработка результатов контроля для прогнозирования и выполнения других операций;

• диагностические функции.