ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. В 30-х годах в различных отраслях народного хозяйст­ва, особенно в энергетике и нефтяной промышленности

Глава шестая

ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

В 30-х годах в различных отраслях народного хозяйст­ва, особенно в энергетике и нефтяной промышленности, начали развиваться системы для сбора и передачи измери­тельной информации на значительные расстояния.

История создания подобных систем уходит своими кор­нями во вторую половину XIX в. В 1876 г. Ф. Ф. Врангель и И. М. Диков разработали систему для измерения уровня воды в реке, которая использовала числоимпульсное пред­ставление информации. В 1906 г. была построена система для передачи сейсмической информации с индуктивными преобразователями механических величин.

В 1932 г. в отраслевой лаборатории измерений Всесоюз­ного электротехнического института им. В. И. Ленина была разработана оригинальная фотоимпульсная система для измерения напряжения и мощности. Эта система выпуска­лась небольшими сериями для энергосистем нашей страны.

В общем случае такие измерительные системы содержа­ли относительно сложные и распределенные в пространстве устройства получения, преобразования и передачи инфор­мации (передатчики, расположенные непосредственно на технологическом объекте) и устройство, воспринимающее и отображающее измерительную информацию (приемник), находящееся на центральном пункте сбора информации. При этом расстояние между передатчиком и приемником достигало от сотен метров до тысяч километров. В качестве каналов связи использовались как естественные линии элек­тропередачи, каналы телефонной связи и радиоканалы, так и специально создаваемые проводные каналы связи.

При передаче измерительной информации по каналу связи с целью защиты ее от помех, сокращения объема ин­формации и возможности выделения ее из посторонней ин­формации, имеющейся в естественных каналах связи, в измерительных системах использовались простейшие виды модуляции.

Как правило, такие системы строились одноканальными, и к ним не предъявлялось особых требований по обес­печению высокой точности и быстродействия. Указанные системы получили название телеизмерительных систем, ко­торые в дальнейшем явились прототипом современных ин­формационно-измерительных систем.

Что такое информационно-измерительная система? Чем она отличается от измерительного прибора? Какова область ее применения? На эти и другие не менее важные вопросы постараемся дать ответ в данной главе.

Послевоенный этап развития народного хозяйства на­шей страны характеризуется созданием новых производств и технологий, переходом на всеобщую автоматизацию тех­нологических процессов, расширением и усложнением науч­ных исследований и всесторонних испытаний образцов но­вой техники. Все это потребовало разработки новых средств измерений, обеспечивающих получение информации, ее первичную обработку в "реальном масштабе времени и при ограниченном участии человека,

Поставленная задача частично была решена в конце 50-х годов, которые можно считать временем появления первых информационно-измерительных систем. Эти систе­мы были выполнены по принципу и на основе существую­щих телеизмерительных систем, но обладали большими функциональными возможностями. В них была предусмот­рена автоматизация сбора и простейшая первичная обра­ботка информации.

Появление первых ИИС и связанная с этим разработка теории их проектирования привели к тому, что в начале 60-х годов электроизмерительная техника вступила в но­вую фазу своего развития и получила название информа­ционно-измерительной техники.

При этом были сформулированы требования, предъяв­ляемые к ИИС, дано ее определение, которое раскрывает назначение и функциональные возможности системы и в современной интерпретации звучит следующим образом:

ИИС — это совокупность технических средств, выпол­ненных в блочно-модульном исполнении, объединенных об­щим алгоритмом функционирования, обладающая набором нормированных метрологических характеристик и предназ­наченная для автоматического (автоматизированного) по­лучения информации непосредственно от объекта, преобразования ее, передачи, измерения, обработки, хранения и представления в форме, доступной для восприятия опера­тором и (или) ввода в управляющую систему.

Таким образом, ИИС представляет собой сложный из­мерительный комплекс, включающий в свой состав не только измерительные преобразователи, но и средства вы­числительной техники — ЭВМ различной мощности, пред­назначенные не только для обработки измерительной ин­формации, но и для реализации процесса измерения (на­пример, тестовых или итерационных алгоритмов), а также управления процессом получения информации (управление системными коммутаторами, таймерами и т. д.).

Часто даже среди специалистов возникает вопрос: где кончается измерительный прибор и начинается ИИС, и по­чему прибор, также предназначенный для получения изме­рительной информации, не называется ИИС?

Определение ИИС позволяет провести грань различия между измерительными приборами, обладающими ограни­ченными функциональными возможностями и выполняемы­ми обычно из небольшого числа измерительных преобразо­вателей, объединенных в едином корпусе, и ИИС. Она за­ключается в том, что ИИС позволяет осуществлять:

1) непосредственную связь с объектом исследования;

2) обработку измерительной информации;

3) централизованное автоматическое (автоматизирован­ное) управление;

4) многоканальные измерения различных физических величин.

Эти наиболее характерные признаки в комплексе при­сущи только измерительной системе, но каждый в отдель­ности может существовать и в измерительном приборе.

За время своего существования информационно-изме­рительные системы прошли три этапа развития.

На первом этапе ИИС представляли собой автоматизи­рованные аналоговые системы, в которых осуществлялась первичная обработка информации при помощи функцио­нальных преобразователей или простейших арифметичес­ких устройств (электромеханических и электронных). В них использовался циклический и адресный сбор информации с пульта оператора. При передаче информации использо­валась в основном модуляция на постоянном токе. Инфор­мационно-измерительные системы первого поколения стро­ились на электромеханических и электронно-ламповых элементах; они обладали малым быстродействием, имели низкую точность и надежность.

Интенсивное развитие цифровой техники привело в кон­це 60-х годов к созданию второго поколения ИИС — циф­ровых измерительных систем, в которых обработка инфор­мации производилась при помощи специализированных электронных цифровых вычислительных машин (ЭЦВМ). При этом программное управление процессом сбора инфор­мации осуществлялось при помощи ЭВМ, а циклический и адресный опрос по жесткой программе — при помощи ав­тономных блоков управления, расположенных на пульте оператора.

Информационно-измерительные системы второго поко­ления имели значительно более высокое быстродействие и точность. Применение в них многоступенчатых управляе­мых коммутаторов позволило значительно увеличить число измерительных каналов. Впервые при построении ИИС был использован принцип блочно-модульной компоновки. Изме­рительные системы этого поколения начали впервые се­рийно выпускаться промышленностью (К-200, К-484 и т. д.). Однако существенным недостатком серийных ИИС являлось отсутствие в их составе первичных преобразователей.

Третье поколение ИИС возникло в середине 70-х годов и связано с развитием микроэлектроники, появлением мик­росхем средней и большой степеней интеграции, развитием средств вычислительной техники, разработкой микропро­цессоров, мини- и микро-ЭВМ.

Оно характеризуется созданием неких универсальных ядер, вокруг которых могут быть сформированы ИИС для массового сбора измерительной информации, как в услови­ях производства, так и при научных исследованиях. Эти ядра объединяют в своем составе средства измерительной и вычислительной техники, выполняются в блочно-модульном исполнении, а для программного управления работой модулей и объединения их в систему используются стандартные цифровые интерфейсы. Они получили название из­мерительно-вычислительных комплексов (ИВК). Использо­вание в ИИС универсальных и управляющих мини- и мик­ро-ЭВМ расширило ее функциональные возможности. Значительно увеличился массив обрабатываемой информа­ции, резко возросла скорость обработки; появилась возможность алгоритмизации процесса измерения с целью повышения его точности; за счет наличия в составе измерительных преобразователей, входящих в стандартный ИВК, прецизионных калибраторов удается осуществлять сервисное обслуживание ИИС (калибровку).

Промышленностью выпускается несколько типовых и проблемно-ориентированных ИВК (ИВК-1, ИВК-2, ИВК-3, ИВК «Гамма» и т. д.).

В скором времени появится четвертое поколение ИИС, в которых будут использоваться многофункциональные (ан­самблевые) первичные измерительные преобразователи, позволяющие осуществлять преобразование нескольких од­нородных или разнородных физических величин. Получение информации, преобразование и предварительная обработка будут осуществляться на самом нижнем уровне иерархии ИИС встроенным в первичный преобразователь микропро­цессором, что значительно сократит потоки информации, циркулирующей в системе. Расширится сервисное обслу­живание: путем самодиагностики, а также анализа влияю­щих факторов можно будет осуществлять в ИИС необходи­мые профилактические мероприятия и выбирать соответ­ствующий алгоритм измерения. Применение многопроцес­сорных систем позволит, с одной стороны, разделить функции обработки и управления, а с другой стороны, зна­чительно повысить быстродействие ИИС за счет одновременного измерения нескольких параметров и параллельной их обработки. Быстродействие будет повышено также за счет применения универсальных и быстрых интерфейсов. Использование волоконно-оптических каналов связи зна­чительно повысит помехоустойчивость ИИС.

Поиск по сайту: