Понятие и сущность информационно-измерительных систем

Содержание

Введение

     Основная  тенденция развития измерений в  автоматизированном производстве – это переход к машинному контролю по адаптивным моделям, к применению более сложных управляющих и информационно-измерительных систем (ИИС).

     В связи с этим резко возрастает значение метрологических характеристик измерительных каналов, учитывающих метрологические характеристики не только всех включенных в измерительный канал блоков, но и временные влияния каналов друг на друга.

     В полиграфии информационно-измерительной  системой чаще всего являетются цифровые машины. Справедливости ради следует сказать, что если главным критерием цифровой машины считать способность печатать тираж непосредственно с компьютера без промежуточных формных процессов с производительностью и качеством, сравнимым с традиционной полиграфией, то к классу цифровых можно отнести много моделей оборудования. Созданием подобных устройств, занимаются фирмы Adast, Agfa, Barco, Canon, Heidelberg, IBM, KBA, Oce, Nipson, Scitex, Screen, Indigo, Ricoh, T/R Systems, Xeikon и Xerox. Их машины различаются принципами действия, производительностью, качеством продукции и другими техническими характеристиками. В этой статье мы рассмотрим лишь три марки цифровых машин, наиболее известных российским полиграфистам, имеющих реальные установки в нашей стране, Indigo E-Print 1000+, Xeikon DCP, Heidelberg QM46-4 DI.

1. Информационно-измерительные  системы

1. Общие сведения о ИИС

     Измерительные информационные технологии являются разновидностью информационных технологий и выделяются из этого обширного множества тем, что носят очевидный познавательный характер и реализуют специфические процедуры, присущие только им:

     − получение исходной измерительной  информации в результате взаимодействия первичных измерительных преобразователей (сенсоров) с объектом измерений;

     − преобразование измерительной информации с заданной и гарантированной точностью;

     − сопоставление сигналов измерительной  информации с размерами общепринятых единиц измерения, оценка и представление  характеристик остаточной неопределенности значений измеряемых величин.

     Современные измерительные информационные технологии приобретают дополнительные свойства благодаря использованию аппаратных и программных средств искусственного интеллекта. Одной из важнейших задач развития измерительных информационных технологий является расширение номенклатуры измеряемых величин, обеспечение измерений в условиях воздействия “жестких” внешних факторов (высокая температура, большое давление, ионизирующее излучение и т.д.).

     Решение подобных задач связано с усложнением  структуры используемых средств измерений (СИ); созданием комплексов взаимосвязанных СИ и технических средств, необходимых для их функционирования. Современные объекты исследования характеризуются большим количеством параметров, изменяющихся подчас с большой скоростью.

     Иногда, чтобы получить информацию о параметрах объекта, необходимо проводить комплексные измерения, а значение измеряемой величины получать расчетным путем на основе известных функциональных зависимостей между ней и величинами, подвергаемыми измерениям.

     Указанные задачи успешно решаются с помощью  информационных измерительных систем (ИИС), получивших широкое распространение. В настоящее время нет общепринятого однозначного определения, что такое ИИС. Среди существующих подходов к рассмотрению понятия ИИС следует выделить два основных.

     Сущность  одного подхода отражена в рекомендации по межгосударственной стандартизации РМГ 29-99 “ГСИ. Метрология. Основные термины и определения”, в которой ИИС рассматривается как разновидность измерительной системы (ИС). В пункте 6.14 РМГ 29-99 приведено следующее определение:

     Измерительная система - совокупность функционально объединенных мер, измерительных приборов, измерительных преобразователей, ЭВМ и других технических средств, размещенных в разных точках контролируемого объекта и т.п. с целью измерений одной или нескольких физических величин, свойственных этому объекту, и выработки измерительных сигналов в разных целях.

     Сущность  второго подхода отражена в определениях, приведенных в рекомендации МИ 2438-97 “ГСИ. Системы измерительные. Метрологическое обеспечение. Основные положения”.

     Измерительная система – совокупность определенным образом соединенных между собой средств измерений и других технических устройств (компонентов измерительной системы), образующих измерительные каналы, реализующая процесс измерений и обеспечивающая автоматическое (автоматизированное) получение результатов измерений (выражаемых с помощью чисел или соответствующих им кодов) изменяющихся во времени и распределенных в пространстве физических величин, характеризующих определенные свойства (состояние ) объекта измерений.

     Возможность развития, наращивания ИИС в процессе эксплуатации или возможность изменения ее состава (структуры) в зависимости от целей эксперимента, по существу затрудняет или исключает регламентацию требований к таким ИИС в отличие от обычных СИ, являющихся “завершенными” изделиями на момент выпуска их заводом-изготовителем.

     Название  “информационная” указывает:

     − на конечный продукт, получаемый при  помощи ИИС. Конечным продуктом является именно информация – экспериментальная  количественная информация о состоянии  материальных объектов и о процессах, протекающих в них, будь то сырье, готовые промышленные изделия, природные процессы или живые организмы;

     − на принадлежность ИИС к более  широкой области – информационной технике. Эта более широкая область  имеет и другие составные части. Среди них вычислительная техника, техника связи и хранения информации, которые могут по отношению к  ИИС являться потребителем информации, а могут и входить в состав ИИС. ИИС связывает мир физический с миром цифр и других знаков, из которых строятся математические формулы, различные сообщения и  программы для ЭВМ.

     Основной  процесс эмпирического познания – измерение, при помощи которого получается первичная количественная информация. Поэтому к понятию “информационная” добавляется уточняющее “измерительная”. Одним из условий рассмотрения СИ как системы является необходимость и целесообразность изменений его структуры. Изменения могутn осуществляться как от применения к применению (многофункциональная система), так и в процессе применения (управляемая или адаптивная системы).

     Упрощенная  структура ИИС, предложенная профессором  В.А. Грановским, приведена на рис. 1.

     I – Измерительная подсистема, II –  Классификационная подсистема,

     III – Управляющая подсистема, IV –  Исполнительная подсистема,

     ПИП – первичный измерительный преобразователь

     Рис.1 Упрощенная структура ИИС и АСУ ТП 

     Развитие  ИИС целесообразно рассматривать  в двух аспектах: структурном и функциональном. Первый отражает интегрирование различных подсистем, широкое использование средств вычислительной техники, что приводит к возникновению систем с гибкой структурой. Второй аспект характеризует резкое возрастание числа функций, выполняемых системой. При этом центр тяжести переносится с измерительных функций на другие информационные функции, связанные с использованием результатов измерений. Таким образом, в ИИС измерение во все большей степени становится неразрывно связанным с другими функциями (логической обработки, анализа результатов измерений и др.) и его выделение не всегда возможно.

     Учитывая  приведенные выше особенности ИИС  можно дать два следующих определения ИС и ИИС в широком смысле.

     Измерительная система – система средств  измерений и вспомогательных технических средств, представляющая собой средство измерений.

     Измерительная информационная система – информационная система, вспомогательных технических средств, в которой измерительная информация преобразуется в другие виды информации.

     Наиболее  крупной структурной единицей ИИС, для которой могут нормироваться метрологические характеристики (МХ), является измерительный канал (ИК). Он представляет собой последовательное соединение СИ, образующих ИИС (некоторые из этих СИ сами могут быть многоканальными, в этом случае следует говорить о последовательном соединении ИК указанных СИ).

     Такое соединение СИ, предусмотренное алгоритмом функционирования, позволяет выполнять законченную функцию от восприятия измеряемой величины до индикации или регистрации результата измерений включительно, или преобразование его в сигнал, удобный для дальнейшегот использования вне ИИС, для ввода в цифровое или аналоговое вычислительное устройство, входящее в состав ИИС, для совместного преобразования с другими величинами, для воздействия на исполнительные механизмы. Типовая структура ИК включает в себя первичный измерительный преобразователь, линии связи, промежуточный измерительный преобразователь, аналого-цифровой преобразователь, процессор, цифроаналоговый преобразователь.

     Различают простые ИК, реализующие процедуру  измерения какой-либо величины, и сложные ИК, реализующие процедуры измерения нескольких величин и получение искомой величины расчетным путем на основе известных функциональных зависимостей между измеренными и рассчитываемой величинами. Начальная часть сложных ИК разделяется на несколько простых ИК, например, приизмерениях мощности в электрических сетях начальная часть ИК состоит из простых каналов измерений электрического напряжения и тока. Учитывая многоканальность ИИС, использование одних и тех же устройств в составе различных ИК, последние можно выделить зачастую только функционально и их конфигурация реализуется программным путем. Протяженность ИК может составлять от нескольких метров до нескольких сотен километров. Число ИК – до нескольких тысяч. Информация от первичных преобразователей передается обычно при помощи электрических сигналов (реже - пневматических) – ток, напряжение, частота следования импульсов. В некоторых областях измерений современные первичные измерительные преобразователи имеют цифровой код. При большой протяженности ИК используются радиосигналы.