6.3. Средства цифровой техники
Активное использование цифровой техники для организации измерений различных физических величин и параметров привело к появлению микропроцессорных и компьютерно-измерительных направлений в измерительных системах.
Микропроцессорные измерительные системы представляют собой набор различных измерительных преобразователей, блоков согласования, систем обработки информации – микропроцессоров, устройств отображения измеряемых величин, подключенных через соответствующие блоки непосредственно к магистрали микропроцессора.
На рис. 6.3 как пример показана схема микропроцессорной системы измерения давления. Измеряемое давление воздействует на чувствительный элемент измерительного преобразователя, на выходе которого формируется электрический сигнал, пропорциональной ризм. В аналого-цифровом преобразователе этот сигнал преобразуется в цифровую форму, пригодную для восприятия микропроцессором. Цифровое табло, подключенное к одному из выходов микропроцессора, отображает измеряемое значение давления. К выходу микропроцессора также подключены релейные выходы, обеспечивающие управление сигнализирующими цепями технологических процессов. Другой выход микропроцессора через интерфейс обеспечивает генерирование аналогового или цифрового сигнала по измеряемому давлению.
Рис. 6.3. Схема микропроцессорной системы измерения давления
Кнопки управления позволяют выбирать уставки релейных выходов, а также формировать через интерфейс форму и вид выходных сигналов для систем управления.
Отличительная особенность микропроцессорных систем заключается в организации функционирования такого типа приборов по строго заложенной в постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) программе.
Использование компьютерной техники в создании измерительных систем позволяет сделать их более гибкими и легко перестраиваемыми. Оператор всегда может обратиться к программному обеспечению и изменить настройку измерительной системы.
Такое управление, а также применение цифровой техники обеспечивают организацию и проведение высококачественных и точных измерений. Кроме компьютера, в системе используется плата сбора информации, устанавливаемая обычно в слоты ISA или PSI, или внешнее устройство, включаемое через LPT-порт. Плата соединяется с первичными измерительными преобразователями. Установка дополнительного оснащения должна сопровождаться соответствующим программным обеспечением, позволяющим организовать связь, обеспечить питание и получение информации об измеряемом параметре.
Качество работы измерительного канала определяется техническими характеристиками платы, к которым относятся разрядность и тактовая частота аналого-цифрового преобразователя (АЦП), показатели скорости срабатывания и погрешности преобразовательного блока. В значительной мере на характеристики измерительного канала может оказывать влияние программное обеспечение (оптимальность его алгоритмов, уровень организации функционирования, удобство управления сбором и отображением информации на дисплее.
Программа управления измерительным каналом может формировать на экране дисплея как панель традиционного прибора измерения давления со всеми переключателями, так и, например, визуальный вид объекта со шкалой измеряемого параметра.
Включение измерительного канала на компьютере осуществляется с клавиатуры или «мышкой».
Компьютерно-измерительные каналы, отличающиеся практически неограниченными возможностями в обработке сигналов измеряемых параметров, их графическом представлении обеспечивают минимальную погрешность при высокой скорости обработки. Такие каналы могут производить определение различных дополнительных характеристик измеряемого параметра (например, скорость увеличения или уменьшения давления, статистику размеров максимальных или минимальных выбросов рабочей величины), представлять усредненные измерения, составляющие погрешностей и т. п. Информация, заносимая в память компьютера с частотой, например,
10–4 с, позволяет низко динамичные промышленные технологические процессы представлять как непрерывную запись. Любой участок этой записи может быть затребован с магнитного или оптического носителя компьютера и представлен в разных масштабах, что особенно актуально для измерений давлений на энергетических установках в критических режимах.
Измерительные каналы на базе цифровой техники могут формировать, как это проиллюстрировано ниже, выходные сигналы для измерительных блоков и систем автоматического управления.
Таким образом, компьютерно-измерительные системы имеют следующие преимущества:
· практически неограниченные возможности в решении прикладных задач измерений, таких как сбор информации с датчиков в любой последовательности и с желаемой скоростью опроса, управление технологическими процессами и промышленными агрегатами, а также возможность разработки программного обеспечения для конкретных задач измерений;
· подключение различных устройств и возможность организации документирования результатов измерений в различных табличных формах и графическом оформлении;
· передачу результатов измерений по локальным и глобальным компьютерным сетям, как это имеет место в сети Internet, и др.
Схема компьютерно-измерительной системы, обеспечивающей управление техническим объектом, приведена на рис. 6.4. Получение информации о состоянии технического объекта, параметров его рабочего тела, в частности давления, осуществляется через измерительные преобразователи. Сбор информации с этих преобразователей обеспечивается мультиплексорами (выходами), связанных с аналого-цифровыми преобразователями. Процессор с помощью компьютерной шины воспринимает информацию
Рис. 6.4. Схема компьютерно-измерительной системы, обеспечивающей управление техническим объектом
измерительных преобразователей от АЦП, обрабатывает ее согласно заложенному программному обеспечению, а также указаниям, поступающим с клавиатуры или «мыши». Результаты иллюстрируются на дисплее и могут представляться на бумажном носителе посредством печатающих устройств – принтеров.
На основании заданного алгоритма действий процессор принимает решения и выдает команды действий на цифроаналоговый преобразователь (ЦАП). ЦАП через демультиплексор формирует сигнал команды для исполнительного механизма технического объекта. Воздействие на исполнительный механизм, а также другие различные возмущающие действия отслеживаются измерительными преобразователями.
