technical science

Мухтарова М.Н., Яр-Мухамедова Г.Ш.,

Мажренова Н.Р., Ермаганбетова С.Д., Барахан Н.

Al-Farabi Kazakh National University

Almaty, Kazakhstan

О современном подходе к решению проблем автоматизации измерений и управления

В современной технической литературе пишут о технологии виртуальных приборов как о революционном подходе к решению проблем автоматизации измерений и управления, говорят о современном поколении СИ как о поколении виртуальных средств измерений, но точного и всеми принятого определения нет. Отмечаются преимущества этой технологии, которые состоят в использовании интуитивно понятного и мощного ПО в сочетании с гибко настраиваемой модульной аппаратурой. При этом функциональность же виртуальной ИС определяется большей частью ПО, которое может создаваться пользователем в отличие от традиционных средств измерений, у которых функциональность определяется производителем. Технология ВП опирается на современную компьютерную технику в сочетании с гибким программным обеспечением и высокопроизводительным модульным оборудованием. Прогресс в области измерительных технологий обеспечивается бурным развитием информационных технологий, повышением производительности компьютеров и развитием программного обеспечения. Такой подход позволяет использовать постоянно растущую производительность персональных компьютеров и создавать системы автоматизации, отвечающие именно требованиям конкретного пользователя.

Преимущества использования технологии ВП оказываются очевидными при решении многих задач автоматизации измерений. Неоспоримым преимуществом технологии является возможность синтеза различных средств измерений с использованием среды графического программирования (например, среды Lab VIEW фирмы National Instruments), в которую интегрируются драйверы многих средств измерений многих производителей. При использовании многочисленных встроенных функций обработки и отображения измерительной информации трудоемкость создания прикладного ПО оказывается очень низкой по сравнению со случаями использования сред программирования общего назначения. Кроме того, созданные приложения могут быть легко адаптированы к требованиям быстро меняющегося рынка.

Современные виртуальные ИС строятся на основе той или иной аппаратно-программной платформы. В состав аппаратных средств ИС входят измерительные модули и ПК или контроллер. В состав программных средств входит необходимое для функционирования системы системное и прикладное ПО.

Принципы построения ИС в целом, их аппаратных и программных средств у разных фирм-производителей схожи между собой и соответствуют современному уровню развития измерительной техники. Это позволяет нарисовать общую структурную схему, на основе которой в преобладающем большинстве случаев создаются конкретные ИС (рис. 1).

Рис. 1. Общая структура сосредоточенной измерительной системы.

От объекта измерения измерительные сигналы поступают на датчики Д1, Д2, ...Д_n одного или различных типов. С выходов датчиков измерительная информация в разной форме поступает на вход многоканального блока нормализации сигналов БНС, при этом каналы БИС в общем случае также не однотипны, то есть тип канала зависит от типа датчика, подключаемого к его входу. На выходе БНС формируется n нормализованных сигналов в форме напряжений определенного диапазона значений.

С выходов БНС измерительная информация поступает на блок сбора данных БСД, в котором производится ее коммутация, аналого-цифровое преобразование и предварительная обработка. Выход БСД связан каким-либо стандартным компьютерным интерфейсом с ПК (или контроллером), на котором установлено ПО. ПК в комплекте с ПО управляет БСД, посылая команды, принимает массивы измерительной информации, обрабатывает их по определенным алгоритмам, отображает, хранит и передает по вычислительной сети (ВС), если это требуется для решения поставленных измерительных задач. От БСД может в некоторых случаях осуществляться управление работой БНС и датчиков. Эти связи показаны прерывистой линией.

Под стандартным компьютерным интерфейсом здесь следует понимать:

- внешние интерфейсы ПК - RS-232, USB, Fire Wire (IEEE-1394) и др.;

- стандарты локальных компьютерных сетей: Ethernet, Arcnet и др.;

- системные шины ПК - ISA, PCI, Compact PCI, PCICMCIA и др.;

- приборный интерфейс IEEE-488.1 (другие названия: HPIB, GPIB, МЭК-625.1), (Канал общего пользования (КОП));

- магистрали для промышленных систем и контроллеров (PLC) - CANbus, MODbus, Fieldbus и др.;

- магистрали магистрально-модульных измерительно-вычислительных и управляющих систем и комплексов: САМАС (КАМАК - ГОСТ 26.001- 80), Multibus, УМЕ, VXI, PXI и др.

В качестве БСД применяются различные устройства. Это может быть плата сбора данных (ПСД), содержащая микроконтроллер с фиксированным набором команд; интеллектуальная ПСД с микропроцессором, имеющее свое программное обеспечение - микропрограмму сбора и обработки данных; промышленный контроллер сбора данных в реальном масштабе времени и др.

ПК в распределенной ИС либо управляет сбором данных, посылая к УСД соответствующие команды, либо собирает уже готовые массивы измерительной информации для последующей обработки более высокого уровня.

Виртуальные измерительные системы строятся на основе персонального компьютера, на основе аппаратной платформы. В первом случае имеются в виду достаточно простые ИС. Они состоят из какого-либо персонального компьютера, снабженного платами или модулями сбора данных. Во втором случае имеются в виду сложные высокопроизводительные магистрально-модульные системы.

Использованная литература:

1. ГОСТ 34.003-90. Автоматизированные системы. Термины и определения.

2. ГОСТ 8.009-84. ГСИ. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений.

3. МИ 2439-97. Рекомендация. ГСИ. Метрологические характеристики измерительных систем. Номенклатура. Принципы регламентации, определения и контроля.

4. Евдокимов Ю.К., Линдваль В.Р., Щербаков Г.И. LabVIEW для радиоинженера: от виртуальной модели до реального прибора. Практическое руководство для работы в программной среде LabVIEW. - М.: ДМК Пресс, 2007.

5. Измерение электрических и неэлектрических величин: Учеб. пособие для вузов / Н.Н. Евтихиев, Я.А. Купершмидт, В.Ф. Папуловский, В.Н. Скугоров; под общ. ред. Н.Н. Евтихиева. - М.: Энерго- атомиздат, 1990.