Измерительные системы (ИС), имеют в настоящее время широкое применение в системах автоматического контроля, регулирования и управления химико-технологическими процессами. Измерительные системы с несколькими первичными измерительными преобразователями ПИП с одним вторичным прибором имеют ограниченные функциональные возможности и усложняют средства автоматического регулирования параметров.
Применение ИС с индивидуальным вторичным прибором для каждого первичного измерительного преобразователя на современных химико-технологических процессах, где требуется измерение нескольких сотен параметров, сопряжено с существенным увеличением площади щитов контроля и управления и с затруднениями оператора, связанными с необходимостью восприятия большого потока информации в ограниченный отрезок времени. Из-за физиологических ограничений даже весьма тренированный оператор не может должным образом переработать и использовать полученную такими ИС информацию. Поэтому часто этим занимаются одновременно несколько операторов.
Рост мощностей технологических установок, значительное увеличение в связи с этим числа измеряемых параметров, развитие цифровой техники обработки информации и переход к оптимизации процессов путем применения АСУТП определили новые тенденции развития ИС, применение на технологических процессах наряду с ИС и системами автоматического контроля систем технической диагностики и систем распознавания образов, объединенных понятием «информационно-измерительные системы» (ИИС).
В области измерительной техники, связанной с ИИС, кроме приведенных в § 2.7 используются следующие понятия.
Измерительно-вычислительная система (ИВС) — это ИИС, в состав которой входит программно-управляемое цифровое вычислительное устройство (микропроцессор, микро- и миниЭВМ и т. п.).
Измерительно-вычислительный комплекс (ИВК)—это универсальное ядро ИВС, включающее все средства цифровой обработки, хранения, регистрации и отображения измерительной информации, кроме первичных измерительных преобразователей.
При измерении электрических величин технические средства ИВС и ИВК могут совпадать, так как практически отсутствует необходимость первичного преобразования информации.
Основная концепция ИИС, состоящая в системной организации местной автоматической работы средств получения, обработки и передачи измерительной информации, была сформулирована в начале 60-х годов в большой степени под влиянием развивающейся цифровой вычислительной техники. Тогда же были созданы ИИС первого поколения, характеризующиеся централизованным циклическим получением информации с обработкой ее с помощью входящих в ИИС специализированных вычислительных устройств. Элементной базой этих ИИС служила дискретно-полупроводниковая техника.
В технологических процессах ИИС первого поколения использовались в виде так называемых систем централизованного контроля. Эти ИИС не получили широкого применения на химико-технологических процессах из-за табличной формы представления измерительной информации, затрудняющей определение предыстории и тенденции хода процесса, а также из-за дублирования функций щитовой системы измерений и управления, используемой на процессе.
Второе поколение ИИС (70-е годы) характеризуется адресным сбором информации, обработкой ее с помощью ЭВМ, входящей в состав ИИС, и использованием в качестве элементной базы микроэлектронных схем малой и средней степени интеграции.
Третье поколение ИИС, развивающееся в настоящее время, характеризуется использованием в их составе больших интегральных микросхем, микропроцессоров, микропроцессорных комплектов и микроЭВМ, что позволяет значительно улучшить многие характеристики ИИС, и определенной децентрализации процесса сбора, обработки и хранения информации. В этих ИИС за счет микропроцессорных средств выполняется обработка и промежуточное хранение информации в местах, максимально приближенных к месту ее получения, например в рассмотренных измерительных устройствах со встроенными МПС. Центральная ЭВМ выполняет при этом более сложные и срочные задачи. Информационно-измерительные системы второго и третьего поколений в соответствии с приведенным выше определением представляют собой ИВС.
В настоящее время промышленностью выпускается несколько разновидностей ИВК, к которым для создания ИВС достаточно подключить соответствующие измерительные устройства.
При автоматизации технологических процессов, когда задачи измерения технологических параметров решаются в неразрывной связи с задачами регулирования и управления, ИВС создаются в рамках АСУТП на базе управляющих вычислительных машин (УВМ) или управляющих вычислительных комплексов (УВК), входящих в состав АСУТП. Организация последней по своей идеологии аналогична организации ИВК для ИИС третьего поколения.
Широкое применение в современных ИВС и УВК микропроцессоров, мини- и микроЭВМ, построенных по магистрально-модульной структуре, обеспечивает простоту наращивания аппаратных средств и возможность изменения решаемых задач ИВС или УВК путем программирования. Это определяет тот факт, что все разновидности ИИС, а именно измерительных систем сбора и обработки информации, систем автоматического контроля, технической диагностики и распознавания технических образов, имеют по существу одинаковую структуру.
Первичная измерительная информация, например о параметрах химико-технологического процесса (объекта измерений ОИ), вырабатывается первичными измерительными преобразователями (ПИП). Сигналы ПИП унифицируются и преобразуются по форме и виду энергии (например, пневматические преобразуются в электрические) в блоке аналоговых промежуточных преобразователей (БАПП). Унифицированные аналоговые электрические сигналы в блоке аналого-цифровых преобразователей БАЦП преобразуются в код и поступают в цифровое устройство ЦУ, которым в современных ИВС служат мини- или микроЭВМ. В частных случаях в качестве цифровых устройств используются микропроцессоры, специализированные вычислительные устройства. В качестве устройств вывода в ИВС используются дисплеи, цифровые индикаторы, сигнализаторы, накопители на магнитных лентах или и т. п.
Блок цифроаналоговых преобразователей (см. приложение 1) (ЦАП) служит для формирования компенсирующих воздействий в процессе преобразования измеряемых величин. Все функциональные блоки ИВС могут соединяться между собой через стандартные интерфейсные устройства (ИФУ), а управление ИВС осуществляется устройством управления (УУ). В частных случаях реализации некоторые из названных блоков ИВС могут отсутствовать. Например, если в ИВС используются рассмотренные выше измерительные устройства, имеющие выходной сигнал в виде кода, отпадает необходимость включения в ИВС блоков БАПП и БАЦП.