ИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ

При проектировании ИИС по заданным техническим и эксплуатационным характеристикам возникает задача, свя­занная с выбором рациональной структуры и набором тех­нических средств для ее построения. Структура ИИС в ос­новном определяется методом измерения, положенным в ее основу, а количество и тип технических средств — инфор­мационным процессом, протекающим в системе. Оценку характера информационного процесса и видов преобразо­вания информации можно произвести на основании ана­лиза информационной модели ИИС.

Так как ИИС является многоканальной и содержит в своем составе устройства обработки измерительной инфор­мации и банки данных, с которыми происходит непрерывный обмен информации, информационные связи в ИИС сложные, и построение информационной модели системы является трудоемким процессом, а сама модель настолько сложна, что затрудняет решение поставленной задачи.

В связи с тем, что в ИИС третьего поколения обработка информации осуществляется в основном универсальными ЭВМ, являющимися структурным компонентом ИИС, и при проектировании последней они выбираются из ограничен­ного ряда серийных ЭВМ, то информационную модель ИИС можно упростить, сведя ее к модели измерительного канала (ИК).

Рис. 6.1. Информационная модель ИИС

Во всех измерительных каналах ИИС, включа­ющих в себя элементы информационных процессов от от­бора информации у объекта исследования или управления до ее отображения или обработки и запоминания, содер­жится некоторое ограниченное количество видов преобра­зования информации. Объединив все виды преобразования информации в одном измерительном канале и выделив по­следний из состава ИИС, а также имея в виду, что на вхо­де измерительной системы всегда действуют аналоговые сигналы, получим две модели (рис. 6.1, а, б).

Информационная модель, приведенная на рис. 6.1, а, описывает весь класс ИК, предназначенных для реализации прямых измерений, а модель на рис. 6.1, б соответствует измерению с обратным преобразованием информации. Дей­ствительно, любой процесс преобразования и получения (измерения) информации может быть представлен в виде приведенных моделей. Даже такой сложный алгоритм пре­образования информации, как тестовый, может быть разбит на три независимых последовательных информационных процесса, каждый из которых соответствует модели на рис. 6.1, а.

На моделях, в узлах 0—4 происходит преобразование ин­формации. Стрелки указывают направление информацион­ных потоков, а их буквенные обозначения — вид преобра­зования. Узел 0 является выходом объекта исследования или управления, на котором формируется аналоговая ин­формация А, определяющая состояние объекта. Информа­ция А поступает в узел 1, где она преобразуется к виду А _н, удобному для дальнейших преобразований в системе. В узле 1 могут осуществляться преобразования неэлектри­ческого носителя информации в электрический, усиление последнего, масштабирование, линеаризация и т. д., т. е. нормирование параметров носителя информации А.

В узле 2 нормированный носитель информации А _н для передачи по линии связи модулируется и представляется в виде аналогового А _м либо дискретного Д _м сигнала.

Аналоговая информация А _н в узле 3₁ демодулируется и поступает в узел 4₁, где она измеряется и отображается.

Дискретная информация в узле 3₂ либо преобразуется в аналоговую информацию А _д и поступает в узел 4₁, либо после цифрового преобразования поступает на средство отображения цифровой информации или в устройство ее обработки.

В некоторых ИК нормированный носитель информации А из узла 1 сразу поступает в узел 4 для измерения и ото­бражения. В других ИК аналоговая информация А без операции нормирования сразу поступает в узел 2, где она дискретизируется.

Таким образом, информационная модель (рис. 6.1, а) имеет шесть ветвей, по которым могут передаваться потоки информации: аналоговые ветви 0—1—2—3₁—4₁ и 0— 1—4₁ и аналого-дискретные 0—1—2—3₂—4₁, 0—1—2— 3₂—4₂ и 0—2—3₂—4₁, 0—2—3₂—4₂. Ветвь 0—1— 4₁ не используется при построении измерительных каналов ИИС, а применяется лишь в автономных измерительных приборах, и потому в модели на рис. 6.2, б она не показана.

Модель, приведенная на рис. 6.1, б, отличается от мо­дели на рис. 6.1, а лишь наличием ветвей 3₂—1’—0, 3₁— 1’—0,3₁—1’—1, по которым осуществляется обратная пе­редача аналогового носителя информации А ’_д. В узле 1’ выходной носитель аналоговой информации А ’_д преобразу­ется в однородный с носителем входной информации А или носителем нормированной информации А ­_н сигнал А ’­. Ком­пенсация может быть осуществлена как по А, так и по А _н.

Анализ информационных моделей измерительных кана­лов ИИС показал, что при построении ее на основе метода прямого измерения возможны лишь пять вариантов струк­тур, а при использовании методов измерения с обратным преобразованием информации 20.

В подавляющем большинстве случаев (особенно при построении ИИС для удаленных объектов) обобщенная информационная модель ИК ИИС имеет вид, показанный на рис. 6.1, а, а наибольшее распространение получили аналого-дискретные ветви 0—1—2—3₂—4₂ и 0—2—3₂—4₂. Как видно, для указанных ветвей число уровней преобразо­вания информации в ИК не превышает трех.

Так как в узлах располагаются технические средства, осуществляющие преобразование информации, то, учиты­вая ограниченное число уровней преобразования, их можно объединить в три группы. Это позволит при разработке ИК ИИС выбрать нужные технические средства для реа­лизации той или иной структуры.

Группа технических средств узла 1 включает в себя весь набор первичных измерительных преобразователей, а также унифицирующие (нормирующие) измерительные преобразователи (УИП), осуществляющие масштабирова­ние, линеаризацию, преобразование мощности и т. д., блоки формирования тестов и образцовые меры.

В узле 2 в случае наличия аналого-дискретных ветвей располагается другая группа средств измерения: аналого-цифровые преобразователи (АЦП), коммутаторы Км, слу­жащие для подключения соответствующего источника ин­формации к ИК или устройству обработки, а также кана­лы связи (КС).

Третья группа (узел 32) объединяет в своем составе преобразователи кодов (ПК), цифро-аналоговые преобра­зователи (ЦАП) и линии задержки (ЛЗ).

Таким образом, информационная модель ИК ИИС по­зволяет перейти к его структуре по схеме, которая для вет­ви 0—1—2—3₂—4₂ имеет вид, представленный на рис. 6.2.

На рис. 6.2 ПП — первичный преобразователь; ПК — преобразователь кодов; К д — ключевой элемент управля­емого коммутатора К м.

Приведенная структура ИК, реализующая метод пря­мых измерений, показана без управляющих работой ком­мутационным элементом и АЦП связей. Она является ти­повой, и на ее основе строится большинство многоканаль­ных ИИС, особенно ИИС дальнего действия.

Обобщенная структурная схема многоканальной авто­матизированной ИИС представлена на рис. 6.3. Принцип действия ее заключается в следующем.

Измерительная информация от объекта исследования, представленная в виде физических величин х₁, х₂,..., х _п, преобразуется соответствующими ПП₁ и УИП₁, и при помо­щи системного коммутатора К м подключается ко входу АЦП, а затем поступает в канал связи КС.

Рис. 6.2. Структурная схема измерительного канала ИИС

Рис. 6.3. Обобщенная структурная схема ИИС

С выхода КС измерительная информация в виде некоторого кода посту­пает на вход вычислительного устройства ВУ, где происхо­дит ее обработка. Вычислительное устройство осуществля­ет непрерывный обмен информацией с банком данных БД, в котором находятся заданные нормы, коэффициенты, хра­нится оперативная информация и т. д. Результаты обработки поступают одновременно или поочередно на средства отображения цифровой информации СОИ₂, в уп­равляющую ЭВМ (УЭВМ) или непосредственно на испол­нительные механизмы, регулирующие состояние объекта. При необходимости аналогового представления измеритель­ной информации последняя с выхода КС поступает на цифро-аналоговый преобразователь ЦАП, а затем на сред­ства отображения аналоговой информации СОИ₁ (графо­построитель, электронно-лучевую трубку).

Программное управление системой, а именно работой Км, АЦП и СОЯ, осуществляется либо вычислительным устройством, либо автономным блоком управления с пуль­та оператора.

Рис. 6.4. Модель ин­формационного поля

Приведенная структура ИИС является одной из самых распространенных. Однако в зависимости от назначения и требований, предъявляемых к измерительной системе, мо­жет быть реализовано еще несколько типовых структур многоканальных ИИС.

Многоканальные ИИС представляют собой самый рас­пространенный и наиболее обширный класс измерительных систем.

В промышленности и сельском хозяйстве, в медицине и военном деле, при научных исследованиях и комплексных испытаниях образцов новой техники используются быстродействующие, высокоточные и надежные ИИС. Сложность технологических объек­тов, характеризующихся большим числом потоков информации, распределенность их в пространстве требует наличия многоканальных измерительных структур. В настоя­щее время уже редко можно встре­тить одноканальные измерительные системы, предназначенные для из­мерения одного параметра, локализованного на тех­нологическом объекте. Это объясняется тем, что состояние технологических объектов определяется не одним, а рядом параметров, которые необходимо не только измерять, но и совместно обрабатывать. Поэтому создание нескольких одноканальных ИИС, имеющих одинаковые функциональ­ные блоки с последовательной обработкой результатов их измерения на автономных универсальных ЭВМ, неэффек­тивно.

Так как современный объект исследования можно пред­ставить в виде распределенного в пространстве информа­ционного поля, то для оценки состояния объекта оператив­ную информацию необходимо получать из нескольких ис­точников информации (точки а_i) информационного поля { а_i }, рис. 6.4.

Существует несколько способов получения информации от распределенных объектов.

Один из способов предусматривает наличие одного дат­чика, который путем перемещения в пространстве (скани­рования) позволяет получать информацию от всех источников a_i информационного поля объекта. Этот способ ис­пользуется лишь в том случае, когда физические величины, характеризующие состояние объекта, являются однородны­ми (например, исследование температурных полей, распре­деления зарядов в пространстве, электрохимических свойств океанской или морской воды и т. д.).

Другой способ заключается в том, что во всех точках а_i располагаются соответствующие первичные преобразова­тели, а информацию получают путем последовательного или одновременного опроса каждого ПП.

Этот способ получения информации применяется в том случае, когда необходимо измерять разнородные физиче­ские величины, несущие информацию о состоянии исследу­емого объекта (например, перемещение, температуру, влажность, заряды и т. д.).

Таким образом, по способу получения информации от объекта исследования многоканальные ИИС можно объе­динить в две группы: 1) ИИС последовательного действия; 2) ИИС параллельного действия.

Информационно-измерительные системы последователь­ного действия, если придерживаться терминологии, исполь­зуемой в [23], включают в свой состав сканирующие мно­готочечные и мультиплицированные системы. В указанных ИИС, так же как и в структуре, приведенной на рис. 6.3, используются специфические для измерительных систем унифицирующие измерительные преобразователи и комму­таторы. Так как эти устройства практически не использу­ются в измерительных приборах, то принципы их построе­ния не рассматривались в соответствующих параграфах. Однако в ИИС они играют немаловажную роль, и их сле­дует более подробно рассмотреть.

Поиск по сайту: