Интеллектуальные измерительные системы

Интеллектуальные измерительные системы способны выполнять все функции измерения и контроля в реальном масштабе времени. Это позволяет системе осуществлять функции измерения и контроля высокого уровня без задействования больших и дорогих ЭВМ. При автономном функционировании такая система обеспечивает непрерывные измерения и контроль заданных параметров, сбор данных и обработку сигналов. Модульная конструкция позволяет осуществлять постепенное расширение существующей системы путем введения дополнительных модулей и в конечном итоге превращать ее в систему средств супервизорного или цифрового управления измерительным экспериментом путем включения в нее мини-ЭВМ.

Интеллектуальные измерительные системы могут индивидуально программироваться на выполнение специфических задач с использованием программируемого терминала (программатора) для ввода параметров конфигурирования. Системы обычно имеют средства представления информации: дисплеи для визуализации мнемонических символов команд, цифровые индикаторы, дающие оператору всю необходимую информацию, а также клавиши переключения видов работы. Резервный блок питания обеспечивает сохранность программы при отключении питания на длительный период времени.

Интеллектуальные измерительные системы имеют значительные преимущества перед традиционными ИС, описанными ранее. К этим преимуществам относятся:

- универсальность, поскольку стандартные интерфейсы обеспечивают простое подключение к любым системам и оборудованию;

- высокая надежность на каждом системном уровне, которая при условии применения четко определенных и универсальных методов обеспечивает безотказную работу;

- высокое быстродействие контуров управления процессами измерения и контроля любого производства, а также высокая скорость сбора данных;

- взаимозаменяемость. Интеллектуальные системы выпускаются в виде стандартных устройств, индивидуально программируемых в расчете на их специфические функции. Каждое из таких устройств может быть заменено другим того же функционального го назначения, поэтому каждая система может рассматриваться как резервная для любого типа систем того же класса, что снижает число дополнительных резервных средств измерения, контроля и регулирования и сводит к минимуму аварийный период в маловероятном случае выхода из строя какого-либо элемента.

Интеллектуальные измерительные системы интегрируют в себе все лучшие стороны рассмотренных ранее систем, при этом они более насыщены микропроцессорной и вычислительной техникой.

Применение интеллектуальных измерительных систем позволяет создать алгоритмы измерений, которые учитывают рабочую, вспомогательную и промежуточную информацию о свойствах объекта измерений, условия измерений, предъявляемые специфические требования к системе и накладываемые ограничения. Обладая способностью к перенастройке в соответствии с изменяющимися условиями функционирования, интеллектуальные алгоритмы позволяют повысить метрологический уровень измерений.

Примером интеллектуальной измерительной системы может служить универсальный набор приборов NI ELVIS (рис. 5.38) для лабораторий в высших учебных заведениях. Комплекс NI ELVIS состоит из многофункциональной компьютерной платы ввода- вывода сигналов, специально разработанной настольной станции и съемной платы (монтажной панели) для проведения лабораторных работ. Управление комплексом, сбор и обработка данных производятся с помощью виртуальных приборов, созданных в программной среде LabVIEW.

Рис. 5.38. Интеллектуальная система для учебных целей:

а – аппаратное обеспечение NI ELVIS; б – съемная монтажная панель

Программный код на LabVIEW всех приборов является открытым. Имеются драйверы под LabVIEW для всех приборов, поэтому можно модифицировать виртуальные приборы в соответствии с конкретными требованиями и создавать собственные приложения.

Программное обеспечение NI ELVIS включает в себя большое число виртуальных приборов: цифровой мультиметр, осциллограф, генератор сигналов произвольной формы, программно управляемый источник питания, частотно-фазовый анализатор, анализатор импеданса, анализатор динамических сигналов, двух- и трехпроводные вольт-амперные анализаторы.

Многофункциональная DAQ-плата NI PCI-6014 (или NI PCI- 6070Е) имеет 16 аналоговых входов с частотой дискретизации 200 кГц (или 1,25 МГц), два аналоговых выхода с частотой дискретизации 10 кГц (или 1 МГц), восемь цифровых линий входа- выхода, два 24-битных счетчика-таймера. Разрешение составляет 16 бит (или 12 бит), максимальная амплитуда аналогового сигнала ±10 В.

Настольная станция имеет регулируемый источник питания напряжением от –12 до 12 В (программное или ручное управление не зависит от платы ввода-вывода сигналов), регулируемый генератор сигналов частотой до 250 кГц (программное или ручное управление не зависит от платы ввода-вывода сигналов), встроенный блок питания напряжением ±15 и ±5 В, входы цифрового мультиметра и осциллографа, встроенную защиту от короткого замыкания и превышения напряжения.