Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Отчет 54 с., 21 рисунков, 8 таблиц, 44 источников, 1 приложение




Инв. №

УТВЕРЖДАЮ

Ректор КарГУ им. Е.А. Букетова

д.ю.н., профессор

 

________________ Е.К.Кубеев

 

«____»_____________2012 г.

 

 

ОТЧЕТ

о научно-исследовательской РАБОТЕ

 

РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ В ПРОИЗВОДСТВО ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ВЗВЕШИВАНИЯ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ НА КОНВЕЙЕРАХ

 

 

Проректор

по научной работе

д.т.н., профессор ___________________________ Х.Б. Омаров

 

Научный руководитель проекта:

к.ф.-м.н., доцент __________________________ Ж. Т. Исмаилов

 

 

Караганда 2012


СПИСОК ИСПОЛНИТЕЛЕЙ

 

Руководитель темы,

к.ф.-м. н., доцент _________________ Ж.Т. Исмаилов (введение, разд. 1-5)

 

Ответственный исполнитель:

МНС, магистр _________________ В.А. Колесников(раздел 1- 4)

 

Исполнители:

 

СНС, к.ф.-м.н, доц. _________________ В.М. Юров (разделы 1-5, закл.)

 

МНС _________________ Т.П. Колесникова (раздел 3)

 

МНС _________________ Р.А. Мурзалин (раздел 3, 4)

 

МНС _________________ Б.Ж. Тохметов (раздел 3, 4)

 

Инженер __________________ Я.Ж. Байсагов (раздел 3)

 

Инженер __________________ Д.М. Закиев (раздел 3)


РЕФЕРАТ

 

Отчет 54 с., 21 рисунков, 8 таблиц, 44 источников, 1 приложение

КОНВЕЙЕРНАЯ УСТАНОВКА, АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА, ВЕСОВОЙ КОМПЛЕКС, ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ПРИЕМО-ПЕРЕДАТЧИК.

Большинство отечественных и зарубежных конвейерных весов, при всем классе точности регистрирующей аппаратуры не обеспечивают заявленную точность взвешивания. Это обусловлено, в основном, невозможностью учета ряда факторов, таких как, например, геометрия конвейера, влажность и кусковатость груза, качество ленты, переменная сила трения роликов в опорах и их биения, и целый ряд других.

Целью проекта является разработка и изготовление конвейерных весоизмерительных устройств и автоматизированной информационно-измерительной системы для взвешивания сыпучих материалов на конвейерах с повышенной точностью измерения и расширенными сервисными функциями на основе современных методов системного и структурного анализа, теории информационных устройств и систем..

Задачами настоящего этапа проекта явились:

- разработка технологии встройки узла силоприемного в силопередающее устройство механической мехатронной части;

- разработка концепции универсального передатчика с различными каналами передачи информации между разрозненными блоками информационно-измерительной системы для взвешивания сыпучих материалов на конвейере;

- разработка принципа действия универсального одно и двух канального аналого-цифрового преобразователя блока АЦП системы.

При решении задач настоящего этапа получены следующие результаты:

- анализ существующего состояния методов и схем конвейерных весоизмерительных систем позволяет заключить, что решены не все проблемы и наиболее разумным способом решения этих проблем является поиск новых конструкторских решений, обеспечивающих привязку к определенным технологическим линиям или производству, а также оценка экономической эффективности как разработки весоизмерительной ИИС, так и ее эксплуатации;

- - показана экспоненциальная зависимость эффективности работы ИИС от канальной емкости. Это значительно более сильная зависимость, чем это следует из обычных подходов. Важность полученного результата подчеркивает необходимость создания ИИС на элементной базе, обладающей большой канальной емкостью;

- показано, что точность информационно-измерительной системы можно повысить путем увеличения канальной емкости;

- метод аналогий используется для анализа проектирования информационно-измерительных систем. Рассмотрены их характерные параметры и экономические показатели. Получена формула, которая определяет правило выбора процессора при проектировании информационно-измерительной системы;

- в ходе работы разработана блок схема и алгоритм работы универсального передатчика, входящего в состав информационно-измерительной системы взвешивания сыпучих материалов на конвейерах. Разработанная концепция позволит быстро и правильно разработать принципиальную схему передатчика, выбрать соответствующие комплектующие для макетирования передатчика и разработать микропрограмму для контроллера передатчика;

- разработана концепция универсального аналого-цифрового преобразователя, входящего в состав информационно-измерительной системы взвешивания сыпучих материалов на конвейерах. Она позволит разработать принципиальную схему аналого-цифрового преобразователя, выбрать соответствующие комплектующие для макетирования и разработать микропрограмму для микропроцессора АЦП;

- разработана конструкторская документация на силоприемное и силопередающее устройства;

- разработана конструкторская документация на блок АЦП;

- разработана конструкторская документация на универсальный блок передачи информации.


СОДЕРЖАНИЕ

 

  ВВЕДЕНИЕ...........................................................................................................
Информационно-измерительные системы...............................
1.1 Классификация ИИС.............................................................................................
1.2 Компоненты ИИС.................................................................................................
1.3 Этапы развития ИИС..........................................................................................
1.4 Математические модели и алгоритмы .............................................................
1.5 Основные характеристики ИИС........................................................................
1.6 Состояние и перспективы развития весоизмерительных комплексов..........
Термодинамический анализ информационно-измерительных систем..........................................................................
2.1 Диссипативные процессы в информационно-измерительных системах......
2.2 Влияние канальной емкости на эффективность ИИС.....................................
2.3 Термодинамические ограничения канальной емкости информационно-измерительных систем........................................................................................
2.4 Энтропийный анализ ИИС................................................................................
2.5 Метод аналогий и проектирование ИИС.........................................................
Технологические принципы построения ИИС весоизмерительного комплекса....................................................
3.1 Силопередающее устройство механической части конвейерных весов.......
3.2 Структурная схема универсального передатчика ИИС взвешивания сыпучих материалов на конвейерах..................................................................
3.3 Блок схема алгоритма работы универсального передатчика ИИС взвешивания сыпучих материалов на конвейерах..........................................
3.4 Универсальный аналого-цифровой преобразователь......................................
3.5 Блок схема алгоритма работы аналого-цифрового преобразователя блока АЦП информационно-измерительной системы взвешивания сыпучих материалов на конвейерах..................................................................................
  ЗАКЛЮЧЕНИЕ...................................................................................................
  СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ........................................
  ПРИЛОЖЕНИЕ А – Трехмерный вид и эскиз силоприемного и силопередающего устройства............................................................................

 


НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

 

ГОСТ 26.011-80 Средства измерений и автоматизаций. Сигналы тока и напряжения электрические непрерывные входные и выходные.

ГОСТ 26.020-80 Шрифты для средств измерений и автоматизации. Начертания и основные размеры.

ГОСТ 27.410-87 Надежность в технике. Методы контроля показателей надежности и планы контрольных испытаний на надежность.

ГОСТ 15150-69 Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды.

ГОСТ 18321-73 Статистический контроль качества. Методы случайного отбора выборок штучной продукции.

ГОСТ 23852-79 Покрытия лакокрасочные. Общие требования к выбору по декоративным свойствам.

ГОСТ 29329-92 Весы для статического взвешивания. Общие технические требования.

ГОСТ 30124-94 Весы и весовые дозаторы непрерывного действия. Общие технические требования.

Международная рекомендация № 50. Автоматические весы непрерывного действия. Международная организация законодательной метрологии (МОЗМ). V Международная конференция законодательной метрологии - июнь, 1994.

Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей и Правилами техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей.

ГОСТ 1908-88 Бумага конденсаторная. Общие технические условия

ГОСТ 2.105—95 Единая система конструкторской документации. Общие требования к текстовым документам

ГОСТ 2.111—68 Единая система конструкторской документации. Нормоконтроль

ГОСТ 6.38—90 Унифицированные системы документации. Система организационно-распорядительной документации. Требования к оформлению документов

ГОСТ 7.1—84 Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу.Библиографическое описание документа. Общие требования и правила составления

ГОСТ 7.9—95 (ИСО 214—76) Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Реферат и аннотация. Общие требования

ГОСТ 7.12—93 Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Библиографическая запись. Сокращение слов на русском языке. Общие требования и правила

ГОСТ 7.32—2001 Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления

ГОСТ 7.54—88 Система стандартов по информации, библиотечному и издательскому делу. Представление численных данных о свойствах веществ и материалов в научно-технических документах. Общие требования

ГОСТ 8.417—81 Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы физических величин

ГОСТ 15.011—82 Система разработки и постановки продукции на производство. Порядок проведения патентных исследований

ГОСТ 9327—60 Бумага и изделия из бумаги. Потребительские форматы.


Термины и определения

 

Линейная плотность материала Единица, характеризующая массу сыпучего материала на единицу длины.

 

НмПВ Наименьший предел взвешивания.

 

Блок АЦПБлок аналого-цифрового преобразования.

 

Блок БЛИК-М Блок индикации и режимов работы информационной системы микропроцессорный.

 

Комплект ЗИП Запасные части, инструменты, принадлежности и материалы, необходимые для технического обслуживания и ремонта изделий и скомплектованные в зависимости от назначения и особенностей использования.

 

Силопередающее устройство Комплект приспособлений, используемых для передачи усилия создаваемого лентой конвейера с грузом или без на устройство встройки тензодатчика.

 

Силоприемное устройство Комплект приспособлений, используемых для крепления различных типов тензорезисторных датчиков на раму весоприемного устройства.


ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

 

АЦП – аналого-цифровой преобразователь

ШИМ – широтно-импульсный модулятор

ПК – персональный компьютер

БЛИК-М блок индикации и контроля микропроцессорный


ВВЕДЕНИЕ

 

Согласно определениям, содержащимся в МОЗМ, под весами понимается средство измерения, которое предназначено для определения массы тела, через силу тяжести, действующую на это тело. Весы делятся на весы автоматического и неавтоматического действия. Весы автоматического действия выполняют свои функции автоматически по заранее установленной программе без вмешательства оператора. В свою очередь весы автоматического действия делятся еще не несколько категорий. Нас интересуют весы автоматические суммирующие непрерывного действия (конвейерные весы), предназначенные для непрерывного взвешивания насыпного (сыпучего) продукта на конвейерной ленте без разделения на порции и без прерывания движения конвейерной ленты, на которые действуют рекомендации МОЗМ МР50 (1997) Автоматические суммирующие весы непрерывного действия (конвейерные весы). Для весов каждого назначения устанавливаются свои метрологические и технологические требования.

В настоящее время в условиях постоянно растущих потребностях промышленных и других отраслей промышленности, использующих конвейерные линии как основной вид технологического транспорта, остро стоит вопрос в точном и оперативном измерении веса транспортируемого материала на современном уровне.

Требования, предъявляемые к устройствам подобного класса весьма высоки: класс точности 1 и 0,5, сохранение полной работоспособности в тяжелых промышленных условиях, таких как пониженные и повышенные температуры, повышенная влажность, высокие вибрации, пыль и т.д., способность быстрой адаптации мехатронной части весов к реальным параметрам конвейерного стана, высокая скорость обработки информации, наглядность представления информации, способность работать с современными сетями передачи информации и т.д.

Вместе с этим, распространено неоднозначное толкование величины эксплуатационной погрешности конвейерных весов из-за большого количества факторов, влияющих на данный параметр. При этом обеспечение постоянства допускаемой погрешности конвейерных весов в диапазоне ±0,5% при изменении не соответствующих действующим ГОСТ 30124 и ГОСТ 8.005 условиям эксплуатации (колебания нагрузки, состояние ленты, состояние роликоопор и др.) нереально. Кроме того, необходимо учитывать, что при первичной поверке, согласно п.2.2.1 Рекомендаций №50 МОЗМ, она должна быть в два раза меньше, т.е. ±0,25%. Поэтому явное несоответствие действительности заявляемой точности конвейерных весов казахстанских и зарубежных фирм-производителей становится очевидной.

Зачастую считается, что точность конвейерных весов должна соответствовать высокой точности современной микропроцессорной техники и не учитывается, из-за нежелания или некомпетентности в вопросах механики, тот факт, что конвейерные весы в целом являются физической системой, находящейся в динамическом режиме с непредсказуемо изменяющимися во времени параметрами как измеряемой величины, так и влияющих на измерения факторов, в т.ч. нелинейных параметров такого элемента, как лента и смежных с конвейерными весами элементами конструкции конвейера. В связи с этим систематическая погрешность конвейерных весов не может быть полностью скомпенсирована или устранена точной калибровкой (ГОСТ Р УСО 5725). Ее абсолютную величину можно только снижать в идеальных условиях эксплуатации, что в подавляющем большинстве производств нереально. Это приводит, как правило, к необходимости частых неплановых поверок и корректировок конвейерных весов. Поэтому объективная оценка точности возможна при использовании теории вероятности и математической статистики, алгебра Буля, теории дискретной математики, методов программирования, теории уравнений в частных производных параболического типа с неклассическими краевыми условиями, неравновесной квантовой термодинамики, теории функций Грина, теории информации, методов математического моделирования, теории электронных устройств и систем, теории информационных устройств и систем, а также относительно нового в истории измерений, согласно международным требованиям, понятия «неопределенности» измерений, определяемого стандартным отклонением результатов измерений, т.е. эмпирическим средним квадратическим отклонением.

Таким образом, становится понятно, что необходим комплексных подход к решению проблемы разработки и внедрения конвейерных весов. Необходимо совершенствовать как конструктивные и технологические методы повышения точности самих датчиков веса, систем приема и передачи усилий, а также систем анализа, обработки и передачи сигнала, соответствуя современным веяниям мехатронной техники переходить на модульные системы, использовать готовые, давно апробированные и хорошо себя зарекомендовавшие промышленные решения, взамен изготавливаемых самостоятельно датчиков веса и других частей. Потому что, конвейерные весы, не решая полностью задачи компенсации продольных составляющих нагрузок, не компенсируют влияние и других не менее существенных факторов (асимметричная деформация ленты на наклонных конвейерах, динамика ленты и материала и др.), т.к. воспринимают нагрузку через нелинейный элемент – ленту и элементы конструкций грузоприемных устройств (в т.ч. желобчатых весовых роликоопор), усложняющие процесс взаимодействия в динамической системе «материал – лента – грузоприемное устройство- датчики веса».

Целью настоящего этапа является работа над мехатронной частью весов.

Задачами настоящего этапа явились:

- разработка технологии встройки узла силоприемного в силопередающее устройство механической части;

- разработка концепции универсального передатчика с различными каналами передачи информации;

- разработка принципа действия универсального аналого-цифрового преобразователя блока АЦП системы.

В настоящее время нами разработан способ встройки силоприемного в силопередающее устройство, разработаны принципы создания и работы передатчика и блока АЦП для информационно-измерительной системы.

В основе нашего подхода лежит способ повышения точности системы за счет использования современного электронного оборудования, позволяющего воплотить современные методы первичного анализа сигнала и осуществить полную информационную обработку сигнала на основе современных численных методов, повышении точности и энергоемкости и безотказности механической части конвейерных весов, а также богатый опыт разработки и внедрения подобных комплексов и систем.

 


1 ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

 

В настоящее время с небывалым ростом происходит постепенная автоматизация почти всех производственных процессов. Компьютерам доверяют на таких производствах, где не всякий человек сможет справится с поставленной задачей. В связи с этим увеличивается значимость таких информационных систем, как информационно-измерительные системы, которые используют для получения или измерения каких-то данных, которые либо являются результатом производственного процесса, либо являются немаловажным фактором в зависимости от значения которого, будет принято то или иное производственное решение.

В настоящем разделе кратко изложены основные сведения об ИИС, современное состояние и тенденции развития весоизмерительных конвейерных ИИС.

 

1.1 Классификация ИИС

 

Измерительные информационные системы (ИИС) - это совокупность функционально объединенных измерительных, вычислительных и других вспомогательных технических средств получения измерительной информации, ее преобразования, обработки в целях предоставления потребителю (в том числе ввода в АСУТП) в требуемом виде либо в целях автоматического осуществления логических функций измерения, контроля, диагностики, идентификации и т.д. [1-5].

В зависимости от выполняемых функций ИИС реализуются в виде:

- измерительных систем (ИС);

- систем автоматического контроля (САК);

- систем технической диагностики (СТД);

- систем распознавания образов (идентификации) (СРО);

- телеизмерительных систем (ТИС).

 

а — цепочечная; 6 — радиальная; в — магистральная

 

Рисунок 1.1 - Основные структуры ИИС

 

В СТД, САК, СРО измерительная система входит как подсистема. Назначение любой измерительной информационной системы, необходимые функциональные возможности, технические и другие характеристики в решающей степени определяются объектом исследования, для которого данная система создается. Назначение измерительной информационной системы можно определить как целенаправленное оптимальное ведение измерительного процесса и как обеспечение смежных систем высшего уровня достоверной информацией. Исходя из этого основными функциями измерительной информационной системы являются: получение измерительной информации от исследования, ее обработка, передача, представление информации оператору или ЭВМ, запоминание, отображение и формирование управляющих воздействий. Измерительные информационные системы оптимизируют по многим частичным критериям, таким как точность, помехоустойчивость, надежность, пропускная способность, адаптивность, сложность, экономичность и др. В зависимости от способа организации передачи информации между функциональными блоками (ФБ) различают цепочечную, радиальную и магистральную структуры (рисунок 1.1).

 

1.2 Компоненты ИИС

 

Состав и структура конкретной информационной измерительной системы определяется общими техническими требованиями, установленными ГОСТом, и частными требованиями, содержащимися в техническом задании на ее создание. Измерительная информационная система должна управлять измерительным процессом или экспериментом в соответствии с принятым критерием функционирования; выполнять возложенные на нее функции в соответствии с назначением и целью; обладать требуемыми показателями и характеристиками точности, надежности и быстродействия; отвечать экономическим требованиям, предъявляемым к способам и форме представления информации, размещения технических средств и т.д.; быть приспособленной к функционированию с измерительными информационными системами смежных уровней иерархии и другими ИИС и вычислительными комплексами (ИВК), т.е. обладать свойствами технической, информационной и метрологической совместимости; допускать возможность дальнейшей модернизации и развития и т.д. Упрощенная схема взаимодействия основных компонентов измерительной информационной системы представлена на рисунке 1.2.

 

 

Рисунок 1.2 - Основные компоненты ИИС

 

Процессом функционирования измерительной информационной системы (как и любой другой технической системы) является целенаправленное преобразование входной информации в выходную. Это преобразование выполняется либо автоматически комплексом технических средств (КТС) (техническим обеспечением), либо совместно - оперативным персоналом и КТС в сложных ИИС, ИВК. Чтобы люди и комплекс технических средств могли функционировать оптимально, необходимы соответствующие инструкции и правила. Эту задачу выполняет организационное обеспечение.

Математическое, программное и информационное обеспечения входят в состав только ИИС и ИВК с цифровым вычислительным комплексом.

Математическое обеспечение - это модели и вычислительные алгоритмы.

Программное обеспечение гарантирует конкретную реализацию вычислительных алгоритмов и алгоритмов функционирования системы и охватывает круг решений, связанных с разработкой и эксплуатацией программ.

Информационное обеспечение определяет способы и конкретные формы информационного отображения состояния объекта исследования в виде документов, диаграмм, графиков, сигналов для их представления обслуживающему персоналу и ЭВМ для дальнейшего использования в управлении.

Всю систему в целом охватывает метрологическое обеспечение. Технические средства ИИС состоят из следующих множества блоков: первичных измерительных преобразователей (датчиков); вторичных измерительных преобразователей; элементов сравнения - мер; цифровых устройств; элементов описания - норм; преобразователей сигнала, средств отображения, памяти и др. Блоки 1 - 6 используются в цифровых ИС; 1 - 3 и 6 - в аналоговых ИС. При наличии в составе ИИС ЭВМ информация к ЭВМ может поступить непосредственно от устройств обработки и (или) хранения.

 

1.3 Этапы развития ИИС

 

В развитии измерительных информационных систем можно отметить ряд поколений.

Первое поколение — формирование концепции ИИС: системная организация совместной автоматической работы средств получения, обработки передачи количественной информации. Системы первого поколения - это системы в основном централизованного циклического получения измерительной информации с элементами вычислительной техники на базе дискретной полупроводниковой техники. Этот этап (конец 1950-х - начало 1960-х гг.) принято назвать периодом детерминизма, так как для анализа в ИИС использовался хорошо разработанный аппарат аналитической математики.

Второе поколение (1970-е гг.) - использование адресного сбора информации, обработка информации с помощью встроенных ЭВМ. Элементную базу представляют микроэлектронные схемы малой и средней степени интеграции. Этот период характерен решением целого ряда вопросов теории систем в рамках теории случайных процессов и математической статистики, поэтому его принято называть периодом стохастичности.

Третье поколение характеризуется широким введением в ИИС БИС, микропроцессоров и микропроцессорных наборов, микро-ЭВМ и промышленных функциональных блоков, совместимых между собой по информационным, метрологическим, энергетическим и конструктивным характеристикам; созданием распределенных ИИС. Этот период характерен тем, что появилось адаптивные ИИС.

Четвертое поколение - появление гибких перестраиваемых программируемых ИИС в связи с развитием системотехники и вычислительной техники.

В элементной базе резко возрастает доля интегральных схем большой и сверхбольшой степени интеграции.

Пятое поколение набирает силу и входит в жизнь - это интеллектуальные и виртуальные измерительные информационные системы, построенные на базе ПЭВМ и современного математического и программного обеспечения.

 

 

1.4 Математические модели и алгоритмы

 

Поскольку области применения ИИС весьма обширны (промышленное и сельскохозяйственное производство, медицина и космос, искусство и научный эксперимент, АСУТП и АСУ, связь и вычислительные системы), математические модели объектов столь же разнообразны. Однако методы математического моделирования позволяют одинаковыми формулами представлять различные по своей природе объекты и использовать для исследования и решения задач оптимизации и синтеза ИИС электронно-вычислительные машины и ПЭВМ.

Математическая модель объекта измерения включает в себя описание взаимодействия между переменными входа и выхода для установившегося и переходного состояний, т.е. модели статики и динамики: граничные условия и допустимое изменение переменных процесса.

Если переменные объекта изменяются только во времени, то модели, описывающие свойства таких объектов, называются моделями с сосредоточенными параметрами.

Модели объектов исследований, переменные которых изменяются как во времени, так и в пространстве, называются моделями с распределенными параметрами.

Форма записи математической модели может быть различна: алгебраические и трансцендентные уравнения, дифференциальные уравнения и уравнения в частных производных. Могут использоваться переходные и передаточные функций, частотные и спектральные характеристики и др.

Различают три основных метода получения математических моделей объектов исследования:

- аналитический;

- экспериментальный;

- экспериментально-аналитический.

В последние годы при создании ИИС широко используется математическое моделирование, реализующее цепочку: объект – модель - вычислительный алгоритм - программа для ПЭВМ - расчет на ПЭВМ - анализ результатов расчета - управление объектом исследования.

Ядро вычислительного эксперимента модель – алгоритм - программа калибрует и формирует оптимальную модель объекта исследования.

Алгоритм измерения может быть представлен словесно, аналитически, графически или сочетанием этих методов.

Последовательность действий не произвольна, а реализует тот или иной метод решения задачи. Во всех случаях она должна быть настолько точно сформулирована, чтобы не осталось места для различных толкований и двусмысленностей.

Так, Э. И. Цветков оценку измеряемой величины представляет выражением

 

(1.1)

 

где RU - оператор, представляющий алгоритм измерений; λ - сигнал, несущий информацию о значении измеряемой величины; λ0 - мера, образцовая величина, лежащая в основе операции сравнения. Графически этот же процесс представлен на рисунке 3.

Тот же процесс М.П. Цапенко предлагает записать в форме содержательных логических схем алгоритмов (СЛСА), которая отражает параллельную работу самостоятельных измерительных каналов:

 

(1.2)

 

Наиболее простой и распространенной формой алгоритмической структуры является блок-схема, представленная на рисунке 1.4.

 

Рисунок 1.3 - К-сеть процедуры измерения величины Рисунок 1.4 - Блок-схема алгоритма измерения

 

 

1.5 Основные характеристики ИИС

 

Измерительные информационные системы, предназначенные для измерения и хранений информации, носят название измерительных ИС. Измерительные системы могут быть ближнего или дальнего действия. На вход системы поступает множество изменяющихся по времени и (или) распределенных в пространстве величин . Упрощенная классификация измерительных систем представлена на рисунке 1.5. Наиболее распространены системы для прямых измерений. Обобщенная структура ИС подставлена на рисунке 1.6. Для всех ИС основными элементами являются первичные преобразователи {Д} элементы сравнения {С}, меры {М} и элементы отображения информации {В}. Для совместных и совокупных измерений часто используют многомерные и аппроксимирующие системы.

Важнейшими характеристиками ИС являются эффективность, полнота выполняемых функций, достоверность, надежность, быстродействие, характеристики входов и выходов, метрология.

Эффективность. Под эффективностью понимается улучшение работы объекта при использовании системы. Ограничимся рассмотрением экономической эффективности систем, представляющих наибольший интерес для экономики. Приращение экономической эффективности можно выразить формулой

 

, (1.3)

 

где Э2 — экономический эффект от объекта в тот же заданный промежуток времени с применением измерительной системы; Э1 - экономический эффект от объекта в заданный промежуток времени без измерительной системы.

Экономический эффект целесообразно рассчитывать по общепризнанному критерию полных затрат.

Для сравнения различных измерительных систем удобнее использовать нормированный показатель эффективности, называемый коэффициентом эффективности:

 

(1.4)

 

где Эn - экономический эффект от объекта при использовании идеальной измерительной системы, выполняющей все свои фун­кции при отсутствии на это затрат.

 

 

Рисунок 1.5 - Упрощенная классификация измерительных систем

 

 

Рисунок 1.6 - Обобщенная структура измерительной системы

 

Коэффициент эффективности изменяется в пределах 0< η <1. Определение и уточнение эффективности системы производится на нескольких этапах проектирования и эксплуатации системы. На всех этапах проектирования производится предварительная оценка по ожидаемым данным, которая уточняется после ввода ИИС в эксплуатацию.

Полнота (глубина) выполняемых функций. Она показывает, какая часть контролируемого или управляемого объекта охвачена измерительной системой.

Коэффициент, характеризующий полноту:

 

, (1.5)

 

где Nk - число параметров объекта, охваченных измерительной системой; N - общее число параметров объекта (например, контроля, измерения, управления).

Во многих случаях целесообразно использовать информационный критерий полноты:

 

, (1.6)

 

где I0 - общее количество информации о состоянии объекта во всех параметрах контроля, измерения и управления; Ic - количество информации о состоянии объекта в параметрах, охваченных системой.

При этом все параметры объекта принимаются равнозначными, что существенно упрощает задачу за счет несовершенства отображающей ее модели. Тем не менее для ориентировочной предварительной оценки такой подход допустимо отражает степень доверия к информации в системе.

Достоверность. Достоверность относится к обобщенным характеристикам. Требования, предъявляемые к этому показателю, являются исходными для обоснования частных характеристик системы. К наиболее существенным факторам достоверности относятся точность измерения контролируемых параметров, глубина контроля, надежность и помехоустойчивость работы всех устройств. С уменьшением достоверности возрастает вероятность неработоспособного состояния объекта контроля, измерения, управления при информации в системе в пределах допусков.

Характерным примером низкой достоверности является работа с низкой помехоустойчивостью в условиях помех. Аналогичная ситуация возникает при неудовлетворительной надежности системы или при недопустимо малой точности измерений. Универсальный критерий для определения достоверности различных измерительных систем еще не разработан, поэтому ограничимся методикой определения достоверности в отдельно рассматриваемой системе.

Надежность. Критерий надежности и его числовые характеристики выбираются с учетом особенностей назначения информационной системы и характера решаемых задач. К основным критериям надежности систем относятся:

- средняя наработка на отказ ;

- среднее время восстановления ;

- средняя наработка до отказа ;

- интенсивность отказов λ;

- вероятность безотказной работы системы P(t) в течение заданного времени;

- вероятность завершения проверки объекта или группы объектов(вероятность восстановления) F(tв) в течение заданного времени;

- коэффициент готовности системы Кг.

Для стационарных измерительных систем в экономике широко используются критерии , и частично Кг.

В целях уменьшения влияния ненадежности на работоспособность системы используются два основных метода самоконтроля в измерительной системе: программный и схемный (аппаратурный).

Программный метод основан на использовании заранее отработанных испытательных программ (тестов). Такой самоконтроль в основном позволяет проверить устройства системы, производящие обработку информации.

Схемный самоконтр

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2023 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...