Дәріс. Өлшеу ақпараттық жүйелер

Дәрістің мазмұны: өлшеу-ақпараттық жүйелер (ӨАЖ), тізбектелген, радиалды және магистралды ӨАЖ, ЭЕБАЖ, ЛЭЕБАЖ, РЭЕБАЖ.

Дәрістің мақсаты: ӨАЖ жинақталған құрылымдық схемасын оқу, жобалау әдістері, функциялары, әртүрлі құрылымдар, мысалы ретінде электрэнергияны есептеу және бақылау автоматтандырылған жүйесін (ЭЕБАЖ) қарастыру.

Кәзіргі заман өндірісінің күрделілендіру, әртүрлі бағыттарда ғылыми зерттеулердің дамуы бір мезгілде жүздеген, кейбір кезде мыңдаған физикалық шамаларды өлшеу немесе бақылау қажеттігіне әкелді. Бұл жағдайда жеке өлшеу нәтижелерін емес, өлшеу ақпараттар ағындарын пайдалану негізінде шешім қабылдауға өту көзделді, өлшенетін шамалар саны және жиілік диапазоны үлкейген себебінен ақпарат қарқындылығы да өседі. Ақпараттың үлкен көлемін қабылдауға және өндеуге адамның табигі физиологиялық мүмкіншіліктері шектелгендігінен өлшеу ақпараттық жүйелер сияқты өлшеу құралдары пайда болуына әкелді [6].

Функционалды тағайындалу бойынша ӨАЖ былай бөлінеді: өлшеу жүйелері, автоматты бақылау жүйелері, техникалық диагностика жүйелері. Соңғы кезде таралған өлшеу-есептеуіш кешендері (ӨЕК) – ӨАЖ түрі, олардың құрамына еркін программаланатын ЭЕМ кіреді, ол тек қана өлшеу нәтижелерін өндеу үшін емес, тағы да өлшеу процестің өзін басқару үшін, сонымен қатар зерттеу объектіне басқару әсерлерін жасау үшін пайдаланылады.

Кәзіргі кезде ең келешегі бар ӨАЖ жобалау әдісі агрегатты-модульдік принцип табылады, әртүрлі жүйелер әнеркәсіп шығаратын әмбебап тораптардың шектелген жиынтығынан құрастырылады. Агрегатты-модульдік принцип бойынша ӨАЖ құру үшін стандартты интерфейстерді пайдалану керек, оларды ақпаратты айырбастау процесін программалық қамтамасыз ету және протоколдар тәртіптерінің жиынтығы сияқты деп, тағы да жүйедегі модульдерді байланыстыру техникалық құралдары деп түсінеді.

ӨАЖ функцияларының негізгілері болып табылатын – зерттелетін объектінен өлшеу ақпаратын алу, оны өндеу, операторға немесе ЭЕМ ақпаратты тағайындау, зерттелетін объектісіне басқару әсерлерін жасау. 12.1 суретте келтірілген ӨАЖ жалпы құрылымдық сұлбасы келесі құрылғылардан тұрады:

1) өлшеу құрылғысы, оны құрайтындар біріншіреттік және екіншіреттік өлшеу түрлендіргіштер және өлшеу құрылғының өзі, ол кодтау, кванттау, өлшеуішпен салыстыру операцияларын орындайды, бұл құрылғысына және коммутатор кіруі мүмкін;

2) өлшеу ақпаратты өндеу құрылғысы, ол өлшеу ақпаратты өндеуін белгілі алгоритм бойынша орындайды (артықшылығын қысқарту, математикалық операцияларды, модуляция және т.б.);

3) ақпаратты сақтау құрылғысы;

4) тіркеуіштер және индикаторлар түрінде ақпаратты тағайындау құрылғысы;

5) басқару құрылғысы, ӨАЖ барлық тораптар бір-бірімен әрекеттесуін ұйымдастыру үшін қызмет етеді;

6) объектке әсер ететін құрылғы, оған ынталандыру әсерлер генераторы кіреді.

12.1 сурет – ӨАЖ жалпы құрылымдық сұлбасы

ӨАЖ ақпараты операторға беріледі немесе ЭЕМ-ге түседі. Оператор және ЭЕМ басқару құрылғысына әсер ету мүмкіндігі бар, ӨАЖ жұмысының программасын өзгерту арқылы. ӨАЖ қатарында кейбір құрылғылар және байланыстар болмауы мүмкін немесе түрі өзгереді. Сөйтіп, объектке әсер ету, ақпаратты сақтау және өндеу құрылғылары болмауы мүмкін. Егер ӨАЖ құрамында ЭЕМ болса, онда ЭЕМ-ге ақпарат тікелей өндеу немесе сақтау құрылғыларынан баруы мүмкін.

Ақпарат қабылдағыштар және таратқыштар болып табылатын, функционалды тораптар (ФТ) арасында ақпаратты таратуын ұйымдастыру тәсіліне тәуелді тізбектелген, радиалды және магистралды ӨАЖ құрылымдарын айырады. Тізбектелген құрылымы бар ӨАЖ (12.2, а суретін қара) ақпаратты таратуы бір ФТ-ден басқасына тізбектеленіп жасалынады, барлық ФТ кіріс сигналымен бұрыннан берілген операциясын орындайды Мұндай құрылымы бар ӨАЖ қарапайым. Бірақ онын функционалды мүмкіншіліктері шектелген. Радиалды құрылымы бар ӨАЖ-де (12.2, б суретін қара) ФТ арасындағы сигналдар айырбастауы орталық басқару құрылғысы аркылы жасалынады – ФТ жұмыс режимын беретін, контроллер бір-бірімен әрекеттесетін ФТ құрамын және санын өзгертеді, тағы да олардың арасындағы байланыстарын, бұл ӨАЖ функцияларын өзгертуге әкеледі. Бұл құрылымда әрбір ФТ контроллерге дербес шина арқылы қосылады. Радиалды құрылымның кемшілігі – ФТ саны көбейгенде контроллер күрделілендіріледі. Магистралды құрылымы бар (12.2, в суретті қара) ӨАЖ-нің барлық ФТ үшін жалпы магистраль болады, сонымен ФТ-лардың бір-бірімен әрекеттесу сигналдары таратылады. Мұндай құрылымда жүйедегі функционалды тораптардың санын көбейту жеңіл.

12.2 сурет – Тізбектелген (а), радиалды (б) және магистралды (в) ӨАЖ құрылымы

Тағы да радиалды-тізбектелген және радиалды-магистралдық құрылымдар болады, олар қарастырылған құрылымдар комбинациясы болып табылады.

ӨАЖ көмегімен өлшенетін және бақылауланатын физикалық шамалар өте әртүрлі. ӨАЖ әмбебап болу үшін, яғни әртүрлі шамаларды өлшеуге және бақылауға жарамды болу үшін, өлшенетін және бақылауланатын шамалар бір ізге салынған электр сигналдарымен тағайындалады. Бір ізге салуды жасау мынада – сигналдың ақпараттық параметрмен өлшенетін шама арасындағы тәуелділікті линиялық болуын істеу және ақпараттық параметрдің максималды және минималды өлшемдерін берілген мәндерге келтіру.

Электрэнергияны есептеу және бақылау автоматтандырылған жүйе(ЭЕБАЖ, басқа аты – электрэнергияны коммерциялық есептеу автоматтандырылған өлшеу-ақпараттық жүйе (ЭКЕАӨАЖ)) – өлшеу жүйесінің арнайы түрі, ол өлшеу процесін және өлшеу нәтижелерін алуын автоматтандырылғанын қамтамасыз етеді. ЭЕБАЖ функциялары:

- шығарылған, таратылған және тұтынылған электр энергия мен қуат мөлшері туралы дұрыстық ақпарат алу;

- электрэнергияның сапасын бақылау және тұтыну режиміне оперативті талдау жасау;

- электрэнергия мен құат тұтынушылардың тұтыну режимін оперативті бақылау және талдау;

- тұтынушылар жүктемесін оптималды басқару;

- энергообъекттерінде мәліметтер базасын жасау.

ЭЕБАЖ сериялы шығарылатын техникалық құралдар және программалық қамтамасыз ету негізінде жасалынады. Техникалық құралдарға жататындар: ток және кернеу өлшеу трансформаторлары, электр энергия санауыштары (кәзіргі кезде, әдеттегідей, цифрлық), санауыштардың мәліметтерін тарату және жинау құрылғылары, өлшеу ақпаратты тарату үшін байланыс каналдары және ақпаратты өндеу (әдеттегідей, дербес ЭЕМ).

Ұйымдастыру принципі бойынша ЭЕБАЖ екі түрге бөлуге болады: локалдық (жеке кәсіпорындар үшін) және регионалдық (көпдеңгейлі).

Локалдық ЭЕБАЖ (ЛЭЕБАЖ) бір кәсіпорында орналасады (мысалы, подстанцияда) және келесі құрылымы болады (И қосымшасында, И.1 суретті қара):

- ток және кернеу өлшеу трансформаторлары (ИТТ және ИТН) — олардың саны кәсіпорындағы электрэнергия тұтынушылардың жалпы санына сәйкес (фазалар санын есептегенде);

- электр энергия санауыштары (ЭС) телеметриялық (шығысында импулстердің пропорционалды тізбегі) немесе цифрлық (шығысында цифрлық код) ақпаратты шығару;

- мәліметтерді тарату және жинау құрылғылары (МТЖҚ) – телесумматорлар, мультиплексорлар және басқа;

- өлшеу ақпаратты тарату үшін электрондық байланыс құрылғылары және сәйкес каналдарды құрайтын аппаратурасы бар (модемдер);

- энергожүйенің УСПД мәліметтерін сұрау сервері (ССМТЖҚ) — МТЖҚ мәліметтерін қабылдауға және оларды өлшеу нәтижелерінің мәліметтер базасында сақтауға мүмкіншілігі бар, арнайы программалық камтамасыз етілген ЭЕМ;

- локалдық есептеу желісі (ЛЕЖ), оның құрамында технологтардың жұмыстық орындары (ЖО), ССМТЖҚ және мәліметтер базасының сервері (МБ). Бұл жағдайда МТЖҚ мәліметтерін сұрау сервері және БД сервері ЛЭЕБАЖ торапы болып анықталады.

Регионалды ЭЕБАЖ (РЭЕБАЖ) көпдеңгейлі жүйе болып табылады, бірнеше ЛЭЕБАЖ мәліметтерін жинайтын және өндейтін. РЭЕБАЖ төменгі деңгейіне электр энергия тұтыну ақпараты түсетін ЛЭЕБАЖ жатады.

Өлшеу нәтижелер дұрыстығы ЛЭЕБАЖ пайдаланатын құралдардың сапа көрсеткіштерімен және метрологиялық мінездемелерімен қамтамасыз етіледі, тағы да өлшеу ақпаратын байланыс линиялар бойынша тарату дәлдігімен.

Белгілеп қою керек, тәжірибеде кез келген ЭЕБАЖ әмбебап блоктардан тұратын болса да, құрылымы, орналасу орны, байланыс каналдар ұзындығы, өлшемдер жиынтығы әртүрлі болғандықтан, ол бірегей болып табылады. Сондықтан ЭЕБАЖ қазіргі нормативтік құжаттарға сәйкес типті бекіту және Мемлекеттік өлшеу құралдар реестріне еңгізу мақсатымен сынаудан өту керек.

Тақырып бойынша қосымша ақпаратты [6,9,12] әдебиеттен алуға болады.