13-3. ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ КОМПЛЕКСЫ

Назначение и типы.

ИВК представляет собой совокупность программно-управляемых измерительных, вычислительных и вспомогательных технических средств, функционирующих на основе единого метрологического обеспечения и реализующих алгоритм получения, обработки и использования измерительной информации.

Комплексы при этом обеспечивают: первичную обработку результатов измерения; получение результатов косвенных, совокупных и совместных измерений, в том числе в темпе поступления данных; управление функционированием отдельных узлов в ходе эксперимента, включая организацию запросов, очередей, установление приоритетов, диалоговый режим с оператором; контроль работоспособности трактов комплексов, включая контроль метрологических характеристик; сервисную обработку получаемой информации (представление результатов в виде таблиц, графиков и т. п.); хранение получаемой информации; выработку управляющих воздействий на исследуемый объект в виде аналоговых и дискретных сигналов. Общие требования к ИВК изложены в ГОСТ 26.203-84.

В ИВК измерительные и вычислительные средства взаимодействуют на основе единого алгоритма, обеспечивающего получение, обработку и использование измерительной информации. ИВК строятся на основе технических средств, имеющих блочномодульный принцип исполнения, что обеспечивает возможность создания ИВК с перестраиваемой структурой. Такие ИВК предназначены для создания автоматизированных систем научных исследований (АСНИ), для автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП), а также для управления такими сложными объектами, как космические корабли, морские суда и другие транспортные средства.

В зависимости от назначения различают такие типы ИВК:

универсальные, предназначенные для создания АСНИ, а также для испытаний различных изделий и материалов; их характерной особенностью является наличие перестраиваемой структуры, а также развитого программно-алгоритмического обеспечения;

проблемно-ориентированные, предназначенные для ограниченного набора однотипных задач АСНИ или АСУ ТП;

уникальные, предназначенные для единичных (специфических) задач исследования или испытаний.

Программное управление ИВК осуществляется программируемым процессором, который обеспечивает реализацию алгоритма функционирования системы в соответствии с требуемой обработкой измерительной информации.

Работоспособность ИВК определяют техническое, математическое и метрологическое обеспечение. В состав технического обеспечения входят измерительные, вычислительные и вспомогательные устройства.

К измерительным средствам относят: цифровые и аналоговые измерительные приборы; нормирующие, линейные, функциональные измерительные преобразователи; коммутаторы измерительных цепей, калибраторы, измерительные источники питания и т. п.

В качестве вычислительных средств в ИВК могут быть использованы аналоговые, гибридные и цифровые вычислительные устройства микро- и мини-ЭВМ.

Основным содержанием математического обеспечения ИВК являются алгоритмы и программы. Алгоритмы предусматривают выполнение процедур, связанных с измерением физических величин, обработкой результатов измерения, выполнением плана эксперимента и т. п. Программы обеспечивают функционирование ИВК, поэтому содержат инструкции по самоорганизации комплекса и самоконтролю его узлов, подпрограммы для выполнения алгоритмов типовых процедур и решений типовых задач.

Метрологическое обеспечение предусматривает законодательно закрепленные процедуры нахождения оценок метрологических характеристик отдельных узлов, их самопроверки на основе соответствующих алгоритмов и программ.

В метрологическое обеспечение входят:

теория метрологии, связанная с расчетом, поверкой и контролем метрологических характеристик и проведением испытаний средств измерений (СИ);

образцовые СИ, предназначенные для проведения поверки, контроля метрологических характеристик и испытания СИ;

нормативные документы: государственные и отраслевые стандарты, руководящие технические материалы и методические указания, определяющие законодательные процедуры расчета, поверки и контроля метрологических характеристик и испытаний СИ, обеспечивающие единство измерений.

Системная совместимость.

Научно-технической основой создания любого комплекса является системная совместимость всех функциональных элементов, входящих в его состав. Основными категориями совместимости является совместимость:

информационная, обеспечиваемая путем унификации и нормирования видов и параметров сигналов с учетом их временных и логических соотношений, физической реализации и правил передачи;

метрологическая, которая предусматривает однотипность метрологических характеристик всех средств измерений,

используемых в комплексе и обеспечивающих получение количественной оценки достоверности выполняемых измерений;

программная, достигаемая за счет согласованности используемых программ и подпрограмм, языков программирования, за счет нормирования правил обмена потоками информации между узлами комплекса;

конструктивная, предусматривающая унификацию используемых модулей, выполненных на едином технологическом уровне; нормализацию их конструктивных параметров, а также условий их механического сопряжения;

эксплуатационная, обеспечиваемая за счет унификации и нормирования источников питания, условий окружающей среды, надежности и т. п.

Информационная и конструктивная совместимость всех блоков комплекса достигается за счет использования стандартных интерфейсов. Существуют два способа реализации названной совместимости в ИВК. При первом способе для всего комплекса используется единый интерфейс ЭВМ, входящий в состав ИВК, а при втором — для согласования измерительной и вычислительной аппаратуры комплекса используется специальный интерфейс, имеющий свой блок управления (контроллер).

Структурная организация.

Выпускаемые нашей промышленностью ИВК имеют общие принципы построения на основе управляющих электронных вычислительных машин серии СМ ЭВМ, средств измерений АСЭТ (см. § 4-2) и интерфейса «Общая шина», объединяющего все периферийные устройства посредством единой системы сигналов и единого магистрального канала связи (см. рис. 13-7).

В состав периферийных устройств (ПУ) входят коммутаторы аналоговых сигналов аналого-цифровой (АЦП) и цифро-аналоговый (ЦАП) преобразователи, графопостроитель планшетный (ГП), устройство ввода—вывода дискретной информации (УВВДИ), усилители постоянного тока (УПТ), калибратор напряжений (КБР), цифровой вольтметр (ЦВ).

Сопряжение ПУ с центральным «Процессором» комплекса осуществляется посредством «Устройства сопряжения».

Расширитель общей шины (РОШ) позволяет разделить магистраль «Общая шина» на независимые части с одинаковыми техническими возможностями наращиваний периферийных устройств. В состав комплекса входит панель автономного управления (ПАУ), предназначенная для проверки функционирования в статическом режиме (без включения «Процессора»).

Построение многоуровневых ИВК может быть выполнено за счет наращивания различного сочетания приборных, внутриприборных и машинных интерфейсов.

Промышленностью созданы несколько типов ИВК. В качестве примера ниже даны основные характеристики

Число коммутируемых каналов 100, из которых одновременно могут быть включены 3 или 6. Диапазон коммутируемых напряжений ±10 В. Предел допускаемой основной приведенной погрешности для структуры коммутатор — цифровой вольтметр при урозне зходного сигнала ±10 В не превышает Быстродействие канала этой структуры не более

Выходные аналоговые сигналы напряжения постоянного тока имеют диапазон ±9,99999 В; поддиапазоны ±0,1; ±1,0 В; время установления зыходного напряжения не более Основными функциями ИВК являются: перзичная обработка получаемых результатов; сервисная обработка измерительной информации; управление функционированием отдельных блоков и узлов.