Таким образом, на определённом этапе развития информационно-измерительной техники появилась проблема создания новых средств, способных разгрузить человека от необходимости сбора и обработки интенсивных потоков измерительной информации.
Решение этой проблемы в области ИИТ привело к появлению нового класса информационно-измерительных систем (ИИС) – автоматизированных ИИС, предназначенных для автоматизированного сбора и обработки измерительной информации. В автоматизированных ИИС измеряется и контролируется большое количество величин и выполняется значительная обработка информации. В связи с тем, что проблемы автоматизации решаются посредством средств вычислительной техники, данный класс ИИС далее будем называть информационно-вычислительной системой (ИВС).
Подавляющее большинство ИВС базируется на использовании элементов современной электроники. Это во многом определяется наличием относительно хорошо разработанных методов и средств преобразования разнообразных контролируемых величин в электрические сигналы и удобством выполнения преобразований, передачи и обработки электрических сигналов /3/.
Широкое введение ЭВМ в состав ИВС стало возможным после организации промышленного выпуска управляющих вычислительных машин и комплексов, а также малых ЭВМ с достаточными вычислительными и логическими возможностями, гибким программным управлением, приемлемыми габаритами, потребляемой энергией и стоимостью.
Улучшение многих характеристик ИВС было достигнуто благодаря использованию больших интегральных микросхем, микропроцессоров, микропроцессорных наборов (включая устройства памяти с большим объёмом запоминаемой информации) и микроЭВМ.
Качественно новые возможности при проектировании, изготовлении и эксплуатации ИВС были получены при применении стандартных цифровых интерфейсов и промышленных функциональных блоков, совместимых между собой по информационным, метеорологическими, энергетическим и конструктивным характеристикам. Применение в ИВС ЭВМ и стандартных цифровых интерфейсов привело к необходимости формального описания алгоритмов действия систем и к резкому возрастания роли программного обеспечения систем.
Оказалось, что для цифровых централизованных ИВС с программным управлением можно организовать промышленный выпуск универсального цифрового ядра, в которое входят цифровые измерительные и вычислительные средства и стандартные устройства ввода и вывода цифровой информации.
В ИВС более широко осуществляется многофункциональная обработка измерительной информации благодаря рациональному сочетанию средств с жёсткой структурой (аппаратная реализация) и гибки перестраиваемыми структурами и программами работы. В быстродействующих ИВС, работающих в реальном времени, объединяются процедуры измерения и обработки информации. Существенно расширяется применение устройств памяти. В элементной базе резко увеличивается доля интегральных микросхем большой и сверхбольшой степени интеграции /1/.
Итак основными требованиями предъявляемыми к средствам автоматизации являются:
- обладание необходимой вычислительной мощностью;
- современная элементная база;
- использование стандартных интерфейсов;
- присутствие программируемых модулей;
- возможность быстрой и недорогой модификации.
1.4.3 Требования, предъявляемые к информационно- измерительным системам.
Основным фактором, характеризующим информационную систему, является ее эффективность.
Эффективность информационной системы определяется целым рядом показателей:
- экономическая эффективность;
- надежность в эксплуатации;
- простота в обращении;
- оперативность выдачи информации;
- многоканальность.
Для обеспечения эффективности информационная система должна удовлетворять следующим требованиям:
- минимальные затраты на разработку и внедрение;
- работоспособность в условиях агрессивной внешней среды;
- модульность конструкции;
- быстрое восстановление после аварии;
- необходимое быстродействие для сбора, регистрации и обработки информации.
Для обеспечения многоканальности возникает ряд проблем.
1. Унификация сигналов на входах и выходах отдельных устройств, особенно на выходах первичных измерительных преобразователей. Без такой унификации чрезвычайно затруднительно использование общих блоков в информационно-измерительной системе - требуются индивидуальные нормализующие преобразователи.
2. Масштабирование цифровых шкал. Несмотря на различие диапазонов изменения измеряемых величин и их размерностей общий аналого-цифровой преобразователь получает на входе унифицированные сигналы одного диапазона, выдает цифровые результаты также в одном диапазоне; каждый такой результат требует затем умножения на индивидуальный для каждого канала коэффициент, и только тогда выходные цифровые приборы будут воспроизводить величины в присущих им единицах измерения.
Выход из строя общего блока нарушает работу сразу всех информационных каналов, одним из путей повышения надежности является резервирование общих блоков.
В тех случаях, когда информацию приходится передавать на расстоянии, появляется проблема организации и рационального использования каналов связи. С одной стороны, нужно использовать каналы экономно, обходясь минимальным их количеством при минимальной ширине занимаемой ими частотной полосы. С другой стороны, нужно обеспечивать при этом определенные характеристик быстродействия, точности и достоверности передачи. А каналы лимитирую скорость передачи, и тем сильнее, чем меньше ширина их частотной полосы, наличие помех в канале приводит к искажению сигналов.
От правильного выбора структуры информационно-измерительной системы часто существенно зависит стоимость ее и всей подсистемы в целом
Системы передачи информации должны быть многоканальными и обеспечивать заданную точность. По точности системы делятся на три группы системы средней точности погрешность (3 - 5)%, высокой точности погрешность (1 - 2)% и очень высокой точности - погрешность (0,1 - 0,5) %.
Кроме того, система должна иметь необходимое быстродействие для измерения как медленно меняющихся процессов (температура, давление, напряжение источников питания и т. п.), так и быстроменяющихся (вибрации, колебания).
1.4.4 Требования к средствам измерения и обработки технологической информации.
Измерительная информация, полученная от датчиков, проходит достаточно большой путь по каналам связи между элементами информационно-измерительной системы. Для того, чтобы в процессе следования она не была потеряна или искажена к средствам измерения и обработки технологической информации необходимо предъявить следующие требования:
- диапазон измерения;
- точность в представлении информации;
- число каналов;
- работа в агрессивной среде;
- помехоустойчивость;
- быстродействие;
- выдача необходимой формы результата;
- оперативная выдача информации;
- достоверность в информации;
- надежность;
- ремонтопригодность;
- удобство в эксплуатации.
Средства измерения - датчики - должны мерить требуемый диапазон измерения. То есть, датчики должны быть подобраны таким образом, чтобы они могли снимать и передавать измерительную информацию в соответствии с требованиями, предъявляемым к нормам обеспечения нормальною протекании производственного процесса.
Важной характеристикой измерительных приборов является класс точности. Класс точности определяется на основании приведенной погрешности отношения абсолютной погрешности к разности значений пределов измерения данного прибора. Другими словами датчики должны передавать требуемую информацию с заданной точностью, которая не должна влиять на конечный результат.
Средства измерения и обработки технологической информации должны обеспечивать необходимое количество каналов для связи с датчиками и дальнейшей передачи информации. То есть, подбирается необходимое количество коммутаторов и их разрядность
На работу средств измерения не должны влиять различные вибрации, то есть они должны быть помехоустойчивыми.
Для оперативной выдачи результат средства измерения и обработки должны обеспечивать требуемое быстродействие в передаче информации о датчиков к ЭВМ.
Выдача результата на экран дисплея или на принтер должны соответствовать требованиям, предъявляемым пользователем.
Измерительная информация должна выдаваться оператору в любое время независимо от стадии технологического процесса.
Если тот или иной датчик выходит из строя, он должен быть, как можно скорее заменен на новый. То есть, надежность, ремонтопригодность и совместимость средств измерения напрямую влияют на простой всей производственной линии.