Применение и развитие измерительной техники всегда было обусловлено потребностями производства, торговли и других сфер человеческой деятельности. Контрольно-измерительные операции давно стали неотъемлемой частью технологических процессов и в значительной степени определяют качество выпускаемой продукции. Прогресс измерительной техники неразрывно связан с научно-техническим прогрессом. Новые научные и технические задачи приводят и к новым измерительным задачам, для решения которых нужны новые средства измерений (СИ), а новые научные и технические результаты влияют на уровень измерительной техники:

повышается точность измерений, и расширяются диапазоны измерения;

растет номенклатура измеряемых величин;

увеличивается производительность измерительных операций, и за счет их автоматизации уменьшается влияние человеческого фактора;

возрастает число выполняемых функций.

ИИС являются одним из наиболее ярких примеров этой взаимосвязи. Появление ИИС обусловлено в первую очередь конкретными задачами производства и научных исследований, требующих получения, обработки, отображения и хранения больших объемов измерительной информации. Практическое решение этих задач оказалось возможным благодаря бурному развитию вычислительной техники и измерительной техники, в частности первичных измерительных преобразователей (датчиков).

1. Структура и технические средства ИИС. Выбор ЭВМ

ЭВМ в составе ИИС выполняет следующие основные функции:

управление процессом сбора первичной измерительной информации путем подачи соответствующих команд на АЦП, вторичные преобразователи и устройства, оказывающие воздействие на исследуемый объект;

обработка первичной измерительной информации в соответствии с алгоритмом, определяемым целевым назначением ИИС;

отображение результатов обработки в форме, удобной пользователю;

хранение массивов первичной измерительной информации и результатов измерений и их дальнейшая обработка при постановке задач более высокого уровня.

К числу вспомогательных функций ЭВМ можно отнести тестирование состояния отдельных узлов и ИК ИИС, организацию их самонастройки, управление каналами связи и некоторые другие.

Из перечисления функций ЭВМ видно, что ее состав и характеристики определяются содержанием задач, решаемых ИИС. В этом отношении дать какие-либо общие рекомендации сложно. Поэтому остановимся на выборе одного из двух используемых вариантов ЭВМ:

серийно выпускаемый персональный компьютер;

специализированное вычислительное устройство, спроектированное и выпускаемое для конкретной ИИС или достаточно узкого круга ИИС.

Рассмотрим кратко преимущества и недостатки этих вариантов в различных аспектах.

1.1 Функциональные возможности

Современные ПК обладают весьма широкими функциональными возможностями, достаточными для решения большинства практических задач. Однако специализированные вычислительные устройства, создаваемые в настоящее время на базе микропроцессоров и других больших интегральных схем, также имеют практически неограниченные функциональные возможности. При необходимости они могут сопрягаться с различными устройствами отображения и иметь многообразные интерфейсы. Поэтому по отношению к функциональным возможностям оба варианта эквивалентны. При этом следует отметить, что функциональные возможности ПК (быстродействие, объемы памяти и др.) более чем на 90% используются на обеспечение сервиса (простоты программирования, удобства общения, наглядности отображения и т.п.). Для решения чисто инженерных задач достаточно нескольких процентов ресурса современных ПК.

1.2 Условия эксплуатации

Большинство ПК предназначено для работы в условиях офисов, могут использоваться и в лабораториях. Однако для производственных и других сложных условий, где может понадобиться защита от воздействия пыли, влаги, электромагнитных помех и других внешних факторов, они мало пригодны. Ряд фирм выпускает ПК для неблагоприятных условий эксплуатации. Такие промышленные компьютеры используются, например, в координатно-измерительных машинах и в автоматизированных приборах для контроля высокоточных зубчатых колес. Однако они дороги и их номенклатура ограничена. Поэтому во многих случаях целесообразнее использовать специализированные вычислительные устройства, для которых проще обеспечить надежную работу в жестких условиях эксплуатации. Примером таких специализированных серийно выпускаемых устройств являются электронные блоки систем числового программного управления металлообрабатывающим оборудованием.

информационная измерительная интерфейсное устройство

1.3 Эргономичность

ПК имеют хорошо развитую систему органов управления и отображения. Это свойство, безусловно положительное при работе в офисе или лаборатории, для производственных условий может оказаться отрицательным. Большое количество клавиш затрудняет работу оператора и может привести к субъективным сбоям. В производственных условиях на клавиатуру иногда ставят дополнительный кожух, закрывающий неиспользуемые клавиши. В специализированном устройстве можно предусмотреть только те органы управления и отображения, которые необходимы для данной ИИС, и обеспечить большее удобство эксплуатации по сравнению с универсальными ЭВМ.

1.4 Возможность наращивания числа решаемых задач

Гибкие ИИС, у которых число решаемых задач наращивается при эксплуатации, можно создавать только на персональных ЭВМ. Обеспечить такую гибкость при использовании специализированных устройств практически невозможно.

1.5 Стоимость

Стоимость крупносерийной продукции ниже, чем единичного или мелкосерийного изделия. Поэтому стоимость ПК, несмотря на его избыточность, может оказаться сопоставимой или даже ниже, чем стоимость более простого специализированного устройства, выпускаемого в небольших количествах. Однако стоимость компьютеров с высокой степенью защиты в несколько раз больше стоимости компьютера для работы в нормальных условиях. Объемы выпуска таких компьютеров на несколько порядков ниже. Поэтому преимущества за счет большой серийности для них отсутствуют. В стоимость специализированного устройства часто приходится включать стоимость его разработки или доработки базового исполнения. Перечисленные факторы действуют в противоположных направлениях. Поэтому с точки зрения стоимости в общем случае нельзя сделать однозначный вывод о предпочтительности одного варианта перед другим.

1.6. Обслуживание

Обслуживание и замена крупносерийного изделия всегда проще, чем специализированного. В этом смысле преимущество персональной ЭВМ бесспорно. Однако надежность современных электронных компонентов настолько высока, что заменять их приходится довольно редко. Из изложенного следует, что в каждом конкретном случае выбор между серийным ПК и специализированной ЭВМ производится индивидуально с учетом всех влияющих факторов. Относительно общий характер имеют только два вывода:

в гибких ИИС, используемых, как правило, при научных исследованиях, следует использовать ПК;

для производственных условий, особенно при неблагоприятном характере внешних факторов, следует использовать или промышленные ПК, или специализированные вычислительные устройства.

Следует отметить возможность промежуточного варианта. Ряд фирм выпускает единичные или мелкосерийные электронные блоки, в том числе и специализированных вычислительных устройств, на основе своих базовых разработок, адаптируя их к конкретным требованиям потребителя. Адаптация, в частности, проводится в отношении органов управления и отображения, связи с внешними устройствами, объемов памяти и т.д. В этом случае сохраняются положительные свойства серийной продукции (объем базовой части составляет 80.90% общего объема специализированного устройства), а за счет адаптации (доработка оставшихся 10.20%) исключается избыточность и обеспечиваются требуемые эргономические свойства.

В данной работе мы говорим о выборе центральной ЭВМ, обеспечивающей основную обработку и хранение измерительной информации и выдачу ее пользователю. Однако в различных узлах ИК также могут использоваться микропроцессорные устройства для первичной обработки измерительной информации, выполненные на базе серийно выпускаемых БИС.

2. Базирующие устройства

Преобразователи, каналы связи, ЭВМ и интерфейсные устройства являются серийно выпускаемыми изделиями, которые могут использоваться в качестве унифицированных комплектующих в ИИС самого различного назначения. Несколько иным является базирующее устройство, на котором размещаются датчики и во многих случаях ИО. Это устройство не является ни средством измерения, ни средством вычислительной техники. По традиционной классификации технических средств, используемых в процессе измерения, оно должно быть отнесено к вспомогательным средствам. Базирующее устройство выполняет две основные функции:

обеспечение взаимодействия датчиков с ИО (датчики могут быть контактными или бесконтактными, что не меняет сущности этой функции);