Многоточечные (последовательно-параллельного действия) ИС. 1 страница

Их применяют в сложных объектах с большим числом измеря­емых параметров (рис. 10.9). В этих системах при множестве датчи­ков {Д,},^и имеется всего один измерительный тракт (см. рис. 10.9, а) и измерительный коммутатор SW либо множество датчиков {Д,}/¹ и множество индикаторов {Д}," (см. рис. 10.9, б).

Измерительные коммутаторы служат для согласования параллель­ных и последовательных элементов во времени. Они должны обладать определенными метрологическими характеристиками (погрешностью, быстродействием и др.). Лучшие по точности результаты дают контакт­ные измерительные коммутаторы (Ю^-5... Ю^-6), но они имеют низ­кое быстродействие, малое количество коммутируемых цепей и не работают по заявкам. Бесконтактные измерительные коммутато­ры имеют более низкую точность (погрешность составляет 10"³... 10~⁴), но остальные показатели у них значительно лучше.

Недостаток систем — пониженное быстродействие и точность за счет использования ключей коммутаторов.

Многомерные ИС. Эти системы основаны на одновременном измерении различных свойств среды, зависящих от ее состава, с последующей математической обработкой результатов измерения. Измеряемыми могут быть, например, электропроводность и плот­ность, температура кипения и показатель преломления или удель­ный вес и т.д. Во всех случаях независимо от характера выполня­емого расчета возможность измерения связана с возможностью составления системы независимых уравнений:

-/i(Ci,Сг,Сз,...,£?, ...Q);

-/l(Ci,C₂,C₃, - Mi ■■■C_k)\ 1= C, + C₂ + C₃ + ... + C, + ... + С_ъ

где Z,, ..., X_h ..., — измеряемые параметры анализируемой среды, С_ь С₂, С₃, ...,(?„ • • •, Q — концентрации компонентов ана­лизируемой среды,/,, ..., | — функции, выражающие ха­рактер зависимости измеряемых параметров от состава среды.

Выполнение функциональной независимости уравнений си­стемы обеспечивает принципиальную возможность ее решения, т. е. нахождения нужного С_к. Данные системы обеспечивают, та­ким образом, избирательное определение величин интересующе­го нас компонента в многокомпонентной среде путем примене­ния недостаточно избирательных измерительных средств.

Аппроксимирующие измерительные системы (АИС). Их приме­няют с целью количественной оценки или восстановления исход­ной величины, являющейся функцией некоторого аргумента. Есть два пути выполнения этих измерений: 1) измерение дискретной величины и восстановление ее путем аппроксимации с помощью многочленов; 2) измерение коэффициентов многочленов, ап­проксимирующих исходную функцию на всем интервале ее ис­следования.

Основные области применения АИС — это измерение статис­тических характеристик случайных процессов, характеристик не­линейных элементов, сжатие, фильтрация, генерация сигналов заданной формы.

10.8. ТЕЛЕИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

Система телеизмерения — совокупность устройств на прием­ных и передающих сторонах и каналах связи для автоматического

Рис. 10.10. Структурная схема системы телеизмерения

измерения одного или ряда параметров на расстоянии. Структур­ная схема представлена на рис. 10.10.

Особенности построения. Можно указать следующие основные способы построения:

• по виду модуляции — интенсивные (тока, напряжения), время-импульсные (ВИМ и ШИМ), частотные (ЧИМ и ЧМ), кодоимпульсные (двоичные и недвоичные) цифровые и адап­тивные;

• виду телеизмеряемого параметра — аналоговые и цифровые;

• числу каналов связи — одноканальные и многоканальные;

• характеристике каналов связи — проводные, радиоканаль­ные и волоконно-оптические;

• виду телеизмерения — непрерывные; по вызову; по выбору.

При этом могут производиться телеизмерения текущих, стати­стических и интегральных значений параметров.

Виды каналов: совмещенные каналы связи (КС) и линии свя­зи (JTC), симплексные КС; дуплексные (прямые и обратные) ка­налы связи (КС).

Установлены следующие классы точности устройств телеизме­рений: 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0.

Сравнительная оценка систем телеизмерений ведется:

• по реально достижимой минимальной погрешности;

• помехоустойчивости;

• надежности системы;

• возможности работы с различными каналами связи;

• стоимости;

• возможности унификации и массового производства унифи­цированных устройств.

Лучшие системы — это системы кодоимпульсных телеизмерений.

Поисковая система измерений. Она предназначена для переда­чи на расстояние оперативно-технологической и производствен- но-статистической информации в системах измерения контроля и управления, а также в автоматизированных системах управле­ния (АСУ) различных отраслей народного хозяйства территори­ально разобщенных объектов.

Система состоит из набора типовых функциональных узлов и блоков, выполненных в основном на интегральных микросхемах и построенных на их базе комплексах телемеханических устройств. Эти комплексы выполняют функции передачи и приема инфор­мации, а также простейшей ее обработки на пункте управления (ПУ) и контролируемом пункте (КП).

На контролируемых пунктах источниками информации явля­ются разнообразные датчики измеряемых параметров, датчики со­стояния объектов, машинные носители информации (на перфо­ленте, перфокартах и т.п.), устройства ручного ввода информа­ции, сама аппаратура КП и ЭВМ.

На пункте управления источниками информации могут быть пульт с ключами и другими элементами управления двухпозици- онными и многопозиционными объектами, датчики установок ав­томатических регуляторов, машинные носители, ЭВМ и дисплеи.

Приемниками информации на ПУ являются различные при­боры на щите и пульте диспетчера или оператора, ЭВМ, дисплей и машинные носители информации.

В поисковой системе телеизмерений приняты:

• система приоритетов для различных видов информации с со­ответствующим разделением во времени при ее передаче;

• система приоритетов для различных КП с соответствующим во времени их обслуживанием;

• адресно-групповой метод передачи информации, облада­ющий широкими возможностями выбирать и изменять различное число КП, объемы и виды прерываемой информации;

• спорадические методы передачи дискретной и непрерывной информации;

• обработка информации, осуществляемая как устройствами для обработки, так и ЭВМ с учетом специфических особенностей используемых каналов связи (КС);

• унификация сопряжения;

• унификация конструктивной базы;

• агрегатирование технических средств.

Перечисленные принципы построения системы позволяют:

• сопрягать блоки и устройства с устройствами других ветвей;

• разрабатывать различные устройства телемеханики из огра­ниченного набора функциональных блоков;

• увеличивать серийность производства и сокращать стоимость аппаратуры путем централизованного производства функциональ­ных блоков с типовыми конструкциями;

• сокращать объем и сроки разработки, проектирования, а также упрощать эксплуатацию устройств телемеханики.

Функциональные блоки системы делятся на следующие груп­пы: источники информации; приемники информации; приемни- ки-источники.

Централи, блоки режима работы, выполняют функции управ­ления и координации, позволяющие приемникам и источникам работать асинхронно.

Функциональные блоки подразделяются на инициативные и неинициативные. Инициативные блоки-источники формируют сиг­нал запроса связи и содержат узлы наличия информации. Блоки- источники могут работать в неинициативном режиме — по ко­манде, поступающей на вход блока. К инициативным блокам от­носятся также блоки-приемники, формирующие сигнал запроса связи, например при обнаружении искажений в принятой ин­формации. Кроме того, все функциональные блоки разделяются по выполняемым функциям на следующие группы, размещаемые на КП и ПУ (см. рис. 10.10):

• первичные преобразователи ПП (см. гл. 6);

• преобразователи кодов и сигналов (ПКС) для передачи и приема информации;

• блоки управления передачей и приемом отдельных видов информации;

• блоки обработки и отображения информации (ООИ);

• блоки режима работы, определяющие алгоритм устройства (Ц-централи).

Преобразователи кодов и сигналов. К ним относятся модулято­ры-демодуляторы для передачи и приема сигналов при работе по каналу связи, узлы тактовой синхронизации, блоки повышения достоверности, преобразователи последовательного кода в парал­лельный, устройства памяти.

Блоки управления передачей и приемом ин­формации. Они включают в себя управление информацией: телеуправление (ТУ); телеинформацию статистическую (ТС); те­леинформацию интегральную (ТИП); телеинформацию текущую (ТИТ); производственно-статистическую текущую (ПСИ) и ко­довые команды (КК); устройства сопряжения с ПЭВМ.

Блоки обработки и отображения информации. К ним относятся: преобразователи кодов, например в двоичный и двоично-десятичный; цифроаналоговые преобразователи, бло­ки масштабирования, сравнения кодов, цифровой индикации, управления цифровой регистрацией, управления фотосчитывани­ем; управления памятью, воспроизведения сигналов состояния объектов для мимического и светового табло.

Блок режима работы (централь). Блок координиру­ет работу всех блоков, объединенных в устройство; реализует выб­ранную систему приоритетов; устанавливает связь между блока­ми по заданной программе; контролирует заданную дисциплину передачи информации по каналу связи; формирует сигналы об­щей неисправности, устройства и тактирующие сигналы для всех блоков.

Вспомогательные узлы. Это генераторы тактовых им­пульсов, распределители импульсов, усилители для выхода на реле и лампы накаливания и т.д. Предусмотрено и возможное расши­рение блоков системы. Генераторы тактовых импульсов рассчита­ны на фиксированные скорости передачи информации по каналу связи (50, 100, 200, 300, 600 и 1200 бит/с).

На рис. 10.11 представлена структурная схема кодоимпульсной си­стемы телеизмерений. В эту систему входят первичный преобразова­тель (ПП), линейный усилитель (ЛУ), узел выявления информации (ВИ), управляющее устройство (УУ), формирователь адреса (ФА), цифровой индикатор (ЦИ), формирователь кодовых сигналов (ФКС),

о Я a.

И, Прд!

И, Прд₂

Прд₈

О

п,

1 С"

">Линия Ч'^к*

/ i ^связи I / 1, / 1 /4

D

Рис. 10.12. Упрощенная схема 8-канальной системы с временным разде­лением сигналов

МО

-Ait

SW

я

г\

Рис. 10.14. Структурные схемы систем автоматического контроля с анало­говой нормой: а — с одним коммутатором; 6 — с двумя коммутаторами

Здесь так же, как и на рис. 10.9, фигурные скобки обозначают наличие 1... п одинаковых узлов внутри скобок.

На рис. 10.14 а, б контролируемые величины в норме выража­ются в аналоговой форме. В отличие от рассмотренных ранее си­стем (см. рис. 10.9) здесь на элемент сравнения подается не мера, а норма, кроме того, на выходе сравнивающего устройства вклю­чено устройство формирования сигналов ФС, формирующее сиг­нал отклонения от заданной нормы, который отражается и (или) записывается.

SW

UT

я

г-^гШ

SW _,

Я

Рис. 10.15. Структурная схема многоточечной системы автоматического

контроля:

а — с одним коммутатором; 6 — с двумя коммутаторами

Схема на рис. 10.15, а может быть реализована с параллельным или последовательным сбором информации.

В первом случае она выражается в п параллельно работающих каналах автоконтроля с п датчиками, п элементами сравнения, п уставками (нормами), п узлами ФС и п устройствами отображе­ния информации. В отличие от этого при последовательном сборе информации на выходе п датчиков и на входе п уставок включают­ся коммутаторы, работающие синхронно и синфазно (рис. 10.15, б).

В системах автоконтроля, реализуемых по схеме на рис. 10.15, норма должна храниться в аналоговой форме, что связано с техническими трудностями. Для устранения этого недостатка хранение нормы осу­ществляется в цифровой форме (магнитная и другая запись), а меж­ду устройством хранения нормы и элементом сравнения включается цифроаналоговый преобразователь (рис. 10.16, а).

Возможен и другой вариант хранения нормы в цифровой фор­ме, но с аналогоцифровым преобразователем на выходе датчиков и устройством сравнения в цифровой форме, например в виде дешифратора кодов (рис. 10.16, б).

Системы автоконтроля часто выполняют дополнительные функ­ции, не имеющие прямого отношения к автоконтролю. К ним относятся:

• промежуточные преобразования сигналов;

• формирование тестовых (испытательных) сигналов;

• операция счета (изделий и т.п.);

• измерения (аналоговые или цифровые);

• математическая обработка результатов контроля для прогно­зирования и выполнения других операций;

•диагностические функции.

{^ЫЕШНО} ЧИН

Чэ}.

{Ир о-¹

б

Рис. 10.16. Структурные схемы систем автоматического контроля с включе­нием цифроаналогового (а) и аналого-цифрового (б) преобразователей

Системы автоматического контроля, в которых имеются два устройства сравнения типа «больше —меньше», называются си­стемами допускового контроля.

В подобных системах возможно изменение зоны (уставки) в про­цессе контроля, при этом создается представление о степени бли­зости контролируемой величины к интересующему состоянию. Та­кие системы принято называть системами спорадического контроля.

10.10. СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ

Автоматический поиск и локализация неисправностей (техни­ческая диагностика) относятся к автоконтролю, так как при этом устанавливается представление между состоянием объекта конт­роля и заданной нормой. Однако в рассмотренных ранее системах автоконтроля устанавливался только факт работоспособного и неработоспособного состояний (параметры в норме или за грани­цами нормы).

В системах технической диагностики ставится более сложная за­дача: не только установление факта работоспособности, но и на­хождение местоположения отказа (локализация неисправностей). Это достигается специальными методами и способами поиска неисправ­ностей, реализующимися алгоритмами диагностики. Восстановление отказавшей системы или устройства в результате нахождения места повреждений достигается в современной аппаратуре заменой отка­завшего модуля работоспособным. Разделение на типовые модули упрощает поиск неисправностей и эксплуатацию аппаратуры.

Общее число возможных состояний объекта контроля при раз­делении его на N функциональных элементов для принятых усло­вий поиска:

Определение такого большого числа состояний даже при N > 1 связано с техническими трудностями. Поэтому ограничиваются пред­положением, что отказал только один из N функциональных эле­ментов, т.е. ограничиваются одиночными отказами, число которых

Функциональные модели являются удобной формой представ­ления объекта контроля для поиска неисправностей во многих аналоговых и дискретных устройствах, за исключением, напри­мер, резервированных систем. В последнем случае используется логическая модель объекта контроля, которая строится также на основе структурной схемы. Отличие заключается в том, что вход­ные и выходные сигналы рассматриваются как логические пере­менные, принимающие только два возможных значения: 0 и 1.

Состояния объекта контроля определяются путем формального применения алгебры логики.

Для поиска неисправностей применяются методы: последова­тельный, комбинационный и различные сочетания последователь­но-комбинационного метода, в соответствии с которыми разра­батывается программа поиска.

Последовательный метод. Последовательный метод заключает­ся в таком построении процедуры поиска неисправностей, при котором информация о состоянии отдельных функциональных эле­ментов вводится и логически обрабатывается последовательно. Ре­ализация метода заключается в основном в определении очеред­ности контроля выходных параметров функциональных элемен­тов. Программа поиска при этом может быть жесткой или гибкой. По жесткой программе контроль выходных параметров функцио­нальных элементов осуществляется в заранее определенной пос­ледовательности. В отличие от этого по гибкой программе содер­жание и порядок последующих проверок зависят от предыдущих результатов. Такая программа требует более сложной логической обработки результатов контроля и применяется в комплексе с более производительными ЭВМ.

Системы для автоматического поиска неисправностей относят к отдельному классу систем технической диагностики, т.е. они отличаются более сложной логической частью, реализующей спо­собы поиска неисправностей. Включение датчиков и структура си­стемы технической диагностики в остальном существенно не отли­чаются от систем автоконтроля или от измерительных систем.

Рассмотрим способы поиска и локализации неисправностей. Прежде всего для автоматического поиска неисправностей систе­мы или устройства должны обладать следующими свойствами (ус­ловиями для поиска):

• могут находиться только в двух взаимоисключающих различ­ных состояниях: работоспособном и неработоспособном (1 или 0);

• могут быть разделены на отдельные функциональные эле­менты, каждый из которых может одновременно находиться только в работоспособном или неработоспособном состоянии (1 или 0).

В связи с неограниченным разнообразием подлежащих диагно­стике устройств задачи автоматического поиска неисправностей можно решить только путем составления их упрощенных моделей и разработки методов диагностики на модели. Наиболее часто ус­тройства представляют в виде функциональной или функциональ­но-логической модели. Функциональная модель объекта контроля может отличаться от структурной схемы выбором функциональ­ных узлов и элементов. Так, при построении обычной структур­ной схемы исходят из закономерностей процессов, описывающих работу устройства. При построении функциональной модели для поиска неисправностей выбор функциональных элементов (узлов)

10 Раннен
определяется точностью локализации неисправностей (например с точностью до одного модуля).

Функциональная модель строится при определенных предпо­ложениях, которые в основном сводятся к тому, что для каждого функционального элемента заданы номинальные значения вход­ных и выходных сигналов, их функциональная зависимость и спо­соб контроля. Функциональный элемент считается неисправным, если при его номинальных входных сигналах выходные сигналы отличаются от номинальных.

Комбинационный метод. Данный метод требует более сложной обработки, так как вначале вводятся все результаты контроля па­раметров, а затем они логически обрабатываются.

Для реальных систем возможно большое разнообразие программ поиска неисправностей, требуются большой объем исходной ин­формации о состоянии объектов контроля и сложная логическая обработка результатов контроля. Поэтому разработаны приближен­ные способы построения оптимальных программ поиска неис­правностей. Эти программы в основном представляют собой мно­гошаговый процесс поиска с выбором на каждом шаге лучшего варианта по экстремуму заданной функции предпочтения.

Перечислим некоторые распространенные способы построе­ния программ поиска неисправностей:

• способ последовательного функционального анализа;

• половинного разбиения;

• «время—вероятность»;

• с применением информационного контроля;

• построения программ методом ветвей и границ;

• построения программы поиска по иерархическому принципу;

• инженерный.

Способ последовательного функционального анализа был од­ним из первых способов построения программ поиска неисправ­ностей. Прежде всего при этом способе определяются основные функции: генерирования сигналов на выходе устройства; приема и преобразования сигналов; отображения сигналов; управления; электропитания и др. Выполнение этих функций позволяет счи­тать, что и все устройство выполняет поставленные перед ним задачи.

Контроль работоспособности всего устройства зависит от кон­троля за выполнением всех перечисленных функций. Для этого выбирают и контролируют параметры, от которых зависит вы­полнение основных функций. И если одна из перечисленных функ­ций не выполняется по одному из контролируемых параметров, возникает задача поиска неисправностей. При этом параметр, вы­шедший за границы допусков, рассматривается как функция дру­гих аргументов. Схему поиска неисправностей называют деревом функций.

Автоматический поиск неисправностей в сложных системах от­носится к интересным и быстроразвивающимся направлениям в науке и технике.

10.11. СИСТЕМЫ РАСПОЗНАВАНИЯ ОБРАЗОВ

Распознавание образов применяется для автоматического рас­познавания печатных, рукописных и фотографированных знаков, текстов, рисунков и схем; для распознавания звуков речи, ко­манд, передаваемых голосом; для выявления некоторых ситуаций в сложных технических комплексах, таких как критическое или аварийное состояние и т.д.

Главными целями распознавания образов являются расшире­ние возможностей общения человека с машиной и расширение возможностей автоматизации путем освобождения человека-опе­ратора от многих операций, которые ограничивают быстродей­ствие, надежность и эффективность функционирования автома­тизированных комплексов.

Распознавание определяется как процесс отнесения ситуаций, явлений, образов к одному из нескольких или многих заранее оп­ределенных классов на основе анализа их характеристик. При рас­познавании возникают взаимосвязанные задачи выбора парамет­ров распознавания и задачи нахождения и оценки качества реша­ющей функции.

Для выбора параметров предварительно выделяют совокупность параметров (признаков), характеризующих рассматриваемый об­раз. Эти признаки могут быть представлены в виде точки в много­мерном пространстве, которое называется пространством объек­тов, а вектор X — вектором объекта.

Задача нахождения решающей функции должна рассматриваться с учетом сведений об объектах. Она должна удовлетворять следу­ющим условиям: