Информационные системы

1. Типы информационных систем.

2. Обобщенная модель информационной системы.

1. Типы информационных систем.

На сегодня абсолютное число измерений характеристик и параметров сложных технических объектов выполняется в автоматическом режиме с помощью информационно-измерительных систем (ИИС). Эти устройства сформировались в результате постепенного обобщения, объединения измерительных систем. Большинство измерительных систем промышленного применения имеют самостоятельные конструктивы и включают средства автоматизированной обработки результатов.

Первая ИИС – набор отдельных самостоятельных измерительных блоков объединенных линиями связи. Сегодня это уже конструктивно объединенные блоки, стойки и переносные устройства.

По назначению ИИС разделяют на:

1) информационно-контролирующие системы;

2) информационно-диагностические;

3) информационно-логические;

4) информационно-управляющие

5) информационно-вычислительные.

По конструктивному:

– в виде приборов, стоек.

По месту установки: стационарные и передвижные.

Существующие ранее системы телеизмерения и телеконтроля интегрировались в перечисленные пять типов систем.

Информационно-контролирующие системы.

Рис. . Структура информационно-контролирующей системы.

На объект контроля устанавливают датчики, имеющие аналоговый или пороговый релейный уровень. Первичные преобразователи формируют электрический сигнал определенной величины, в зависимости от состояния объекта. Эти сигналы сравниваются с некими пороговыми уровнями (могут быть различные для различных сигналов) и в случае превышения уровня блок сравнения выдает сигнал на средство сигнализации.

Системы контроля параметров выдают предупредительные сигналы, если одна или несколько характеристик этих сигналов выходят за пределы нормированных значений, то есть за пределы пороговых уровней.

Контролирующие системы достаточно универсальны и находят применения для контроля (индикации) текущих характеристик электрических сигналов.

Информационно-диагностические системы.

Рис. . Структура информационно-диагностической системы.

Принципы диагностики основаны на поиске стандартной типовой комбинации входных параметров, которая несет в себе информацию о характерных дефектах в системе. Прежде чем начать диагностирование объектов необходимо в его память записать эталоны – те самые комбинации параметров, которые заранее известны и несут информацию о той или иной неисправности объекта.

Любая диагностическая система может обнаружить у объекта лишь заранее известную комбинацию неисправностей, если такой комбинации нет в памяти (эталона) результат будет отрицательным.

Системы диагностики первоначально работали с аналоговыми сигналами – датчики формировали аналоговые сигналы, уровни которых сравнивались с эталонными и блок сравнения выдавал решения.

Сегодня в основе любой диагностической системы – вычислитель – простой контролер, простая ЭВМ, супер ЭВМ. Вычислитель позволяет определить степень близости параметров к критическим и более точно назначить решение. Если ввести обратную связь от блока сравнения на объект, то можно провести расширенную диагностику с изменением режимов работы объекта. Диагностические системы целесообразно выполнять переносными.

Информационно-логические системы

Рис. . Структура информационно-логической системы.

Иногда их называют системами прогнозирования (угадывания), но «угадать» такая система может лишь то, что содержится в ее памяти. В отличие логические системы обрабатывают множество входных сигналов, как по количеству, так и по времени. Рассматривая характер поведения тех или иных величин (событий), логический блок ищет в своей памяти похожую комбинацию параметров и при ее нахождении отображает свойство этой комбинации как текущие, так и возможный прогноз. Для анализа состояния сложного объекта можно использовать его динамические характеристики и по этим характеристикам прогнозировать степень изношенности, возможность часов проработки, необходимость ремонта. Подобные системы используют для прогнозирования социально-экономических событий в обществе.

Информационно-управляющие системы

Рис. . Структура информационно-управляющей системы.

Основа – замкнутая цепь. Параметры объекта управления через первичный преобразователь вводятся в вычислительный блок. В этом блоке эти величины сравниваются со значениями необходимыми (нормированными) в этот момент времени. Формируется разность (сигнал ошибки). Усиленный сигнал ошибки воздействует на исполнительной устройство объекта управления изменяя его характеристики.

Постоянно формируется сигнал ошибки за счет несовпадения текущих характеристик с необходимыми. Возможны методы ручной коррекции той или иной зависимости. Система управления отслеживает это изменение в виде нового сигнала ошибки. Такая структура имеет постоянного запаздывание из-за инерционности исполнительных устройств, преобразователей информации и чем выше скорость изменения основных параметров, тем меньше должна быть постоянная запаздывания. Отображение информации на стандартных средствах: самописцы, дисплей, цифровое табло.

Информационно-вычислительные системы (ИВС)

Рис. . Структура информационно-вычислительной системы.

Структура отличается от универсальной ЭВМ тем, что имеет систему ввода первичных параметров, число которых может быть большим (100 и более).

Каждый параметр обрабатывается, запоминается отдельно и привязан к реальному времени измерения. Как правило, ИВС выполняют на стандартных вычислителях, добавляя лишь систему ввода ЭВМ. В результате расширяется область использования вычислителей.

Стандартно выпускаются промышленностью.

Наиболее общий класс измерительных систем универсального применения. Программная перестройка позволяет применять систему для выполнения различных функций: контроля, диагностики, управления, значительно реже такие системы настраиваются на реализацию логических функций. ИВС строятся на основе серийных ЭВМ с добавлением стандартных моделей ввода и вывода и соответствующего рабочего программного обеспечения.

2. Обобщенная модель ИИС

Не смотря на многообразие выполняемых функций для произвольной измерительной системы, возможно, представить некую общую модель структурно (по блокам).

Разнообразие значительно, следовательно, в основе модели функциональный подход, то есть перечень тех функций (задачи), которые выполняет любая функциональная система. От функциональной системы можно перейти и к составу (аппаратной части системы).

Произвольная информация λ_i – электрические сигналы (ток, напряжение), неэлектрические величины (температура, давление) в подсистеме получения информации преобразуются в электрическое напряжение номинального диапазона. Это наиболее переменная составляющая в системе. Разнообразие входной информации определяет и разнообразие первичных преобразователей. Желательно применять такие преобразователи, которые формируют цифровой код, либо входное напряжение, которых соответствует динамическому диапазону АЦП. Если такое не наблюдается, ставят промежуточные усилители, которые измеряют границы входного сигнала до требуемых. Операция кодирования – это представление аналоговой величины цифровым кодом.

двоичный→ помехоустойчивый код

код Грэя

ЧИК

Задача кодирования определяется тем, что последующие преобразования информации выполняются, как правило, на ЭВМ. На сегодня современных аналого-цифровых систем не выполняют.

Основная причина перехода к цифровой форме представления – требуемая точность результатов и возможность хранения на магнитных оптических носителях, представление твердых копий документа. В реальных системах подсистема получения и кодирования заканчивается цифровыми преобразователями.

Рис. . Обобщенная модель ИИС.

Подсистема передачи информации обязательна в случаях, когда обработка, запоминание производится в другом месте на расстояние, от подсистемы получения информации – в распределенных объектах.

В минимальной сложности подсистема передачи сводится к линиям связи (каналы связи). Если используется проводная линия – рекомендуют передавать сигнал в токовых посылках – уровнем тока. При передаче уровнем напряжения велика вероятность изменения за счет внешних помех.

Если расстояние значительное применяют в качестве канала связи:

1) линии;

2) телефонные коммутируемые линии;

3) телефонные выделенные линии;

4) радиоканал.

Для передачи по линиям необходимую информацию представленную кодом необходимо преобразовать в помехоустойчивый код.

– Код Хэмминга – во всех компьютерах

– Контроль по четности

– БЧХ

– Циклический код СRC

Подсистема приема и выделения информации возвращает принятый помехоустойчивый код в его исходную первичную форму. В ней производится анализ на возможную ошибку и исправление этой ошибки, если она появляется (коды Хэмминга).

Выход сигнала после выделения поступает в вычислитель – две подсистемы: подсистема запоминания и обработки и подсистема отображения.

Обычно информация передается в виде количественных параметров – отсчетов, однако если использовать разностное представление эта подсистема должна восстановить истинное значение измеренных величин – восстановить характеристики. Любая величина дискретная, промежутки времени различны между отсчетами. Вычислитель должен интерполировать принятые значения в промежутках – восстановить непрерывную кривую. Восстановление – с помощью полиномов (квадратичных).

Обработка информации сводится к анализу достоверности результатов отбраковки нереальных случайный результатов. Вычисление характеристик принятых зависимостей. Результаты отработанной информации представляются для документирования и визуального контроля различными средствами: на печать, в виде графиков, в виде таблиц, в виде функций (через полиномы), в виде гистограммы распределения.

Подсистема отображения может учитывать расхождение номинальных значений измеренных параметров от истинных – контролировать с соответствующей индикацией (опасно, авария). Наиболее информативной считается мнемосхема – стилизованное представление объекта контроля возле каждого элемента, которого отображается цифровая или графическая информация о текущих параметрах. Мнемосхема может быть выполнена на отдельном большом экране – перед диспетчером, либо на экране монитора перед дежурным.

Особенности систем с мультиплексом

Система с мультиплексом – многовходные ИИС, имеющие один канал, по которому информация пересылается дальше.

Рис. . Схема сравнения входного сигнала с эталонным уровнем.

Схема сравнения входного сигнала с эталонным уровнем. Эталонный уровень изменяется ступенчато. Каждая ступень свой двоичный код: 1 ст. – 1; 2ст. – 2 и т.д. Цикл измерения занимает время Т_изм, за которое эталон последовательно изменяется с 0 до U_max. В произвольный момент времени схема сравнения при равенстве эталона и входного сигнала выдает сигнал на мультиплексор, который и передает соответствующий двоичный код. Особенность время измерения зависит от величины входного сигнала, но не превышает полного цикла измерений. Погрешность по всем каналам одинакова. Динамический диапазон всех входных сигналов должен быть одинаков (усилители).