Назначение ИИС определяют как целенаправленное оптимальное ведение измерительного процесса и обеспечение смежных систем высшего уровня достоверной информацией. Основные функции ИИС — получение измерительной информации от объек­та исследования, ее обработка, передача, представление информа­ции оператору или/и компьютеру, запоминание, отображение и формирование управляющих воздействий.

Основной функцией ИИС является преобразование входной ин­формации в выходную. Это преобразование выполняется либо авто­матически с помощью аппаратуры технического обеспечения, либо совместно — оперативным персоналом и аппаратурой технического обеспечения в сложных ИИС, ИВК и виртуальных приборах.

Применение современных цифровых средств коренным обра­зом изменило принципы построения ИИС. Кроме того, методы обоснованного распределения и направления информационных потоков дают возможность уменьшить их избыточность. Это по­зволяет ставить задачу о возможно максимальном переносе обра­ботки измерительной информации к месту ее формирования, т. е. перейти к конвейерной обработке измерительной информации в ИИС. В целом такая система состоит из таких частей: системы пер­вичных преобразователей (датчиков), устройств сбора и первичной обработки информации, средств вторичной обработки информации, устройств управления и контроля, устройств связи с Другими систе­мами, накопителей информации.

 

По организации алгоритма функционирования различают ИИС;

• с заранее заданным алгоритмом работы, правила функцио­нирования которых не меняются, поэтому их можно использовать только для исследования объектов, работающих в постоянном ре­жиме;

• программируемые, в которых изменяют алгоритм работы по заданной программе, составляемой в соответствии с условиями функционирования объекта исследования; »

• адаптивные, алгоритм работы которых, а часто и структура изменяются, приспосабливаясь к изменениям измеряемых величин и условий работы объекта;

• интеллектуальные, обладающие способностью к перена­стройке в соответствии с изменяющимися условиями функциони­рования и способные выполнять все функции измерения и кон­троля в реальном масштабе времени.

Математическое, программное и информационное обеспече­ние входит в состав лишь ИИС с вычислительными комплексами.

Математическое обеспечение — математические- модели объекта исследования (измерения) и вычислительные алгоритмы.

В математическую модель объекта измерения входит «писание взаимодействия между переменными входа и выхода для уста­новившегося и переходного состояний, т. е. модели статики и дина­мики, а также граничные условия и допустимое изменение перемен­ных процесса,. Форма записи математической модели различна: алгебраические и трансцендентные уравнения, дифференциальные уравнения и уравнения в частных производных. Различают три мето­да получения математических моделей исследования ИИС: аналити­ческий, экспериментальный и экспериментально-аналитический.

В последние годы при создания большинства ИС наиболее часто используют математическое моделирование, реализующее цепочку: объект — модель — вычислительный алгоритм — про­грамма для компьютера —- расчет на компьютере — анализ ре­зультатов расчета —управление объектом исследования.

Алгоритм измерения может быть представлен программно, словесно, аналитически, графически или сочетанием этих методов. Последовательность действий при этом не произвольна, а реализу­ет тот или иной метод решения задачи. Во всех случаях постав­ленная задача должна быть настолько точно сформулирована, чтобы не осталось места различным двусмысленностям.

Программное обеспечение ИИС включает в себя системное и общее прикладное программное обеспечение, в совокупности обра­зующее математическое обеспечение, которое реализуется программ­ной подсистемой. Системное программное обеспечение — это сово­купность программного обеспечения компьютера, используемого в ИИС, и дополнительных программных средств, позволяющих рабо­тать в диалоговом режиме; управлять измерительными компонента­ми; обмениваться информацией внутри подсистем комплекса; авто­матически проводить диагностику технического состояния.

По существу, программное обеспечение ИИС представляет совокупность подпрограмм, реализующих:

•типовые алгоритмы эффективного представления и обработки измерительной информации, планирования эксперимента и других измерительных процедур;

•архивирование данных измерений;

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

Всю измерительную систему в целом охватывает метрологи­ческое обеспечение (рис. 12.1).

В структуру технической подсистемы ИИС входят:

•блок первичных измерительных преобразователей;

•средства вычислений электрических величин;

•совокупность цифровых устройств и компьютерной техники;

•блок вторичных измерительных преобразователей;

•меры текущего времени и интервалов времени;

 устройства ввода-вывода аналоговых и цифровых сигналов с нормированными метрологическими характеристиками;

•совокупность элементов сравнения, мер и элементов описания;

•блок преобразователей, цифровых табло, дисплеев, памяти и пр.;

•различные накопители информации.

Кроме указанных элементов в подсистемы ИИС может входить ряд устройств согласования со штатными системами исследуемого объекта, телеметрией и пр.

Важное значение для эксплуатации ИИС имеет эргономиче­ское, эффективное и наглядное построение форм дисплея и управ­ляющих элементов, называемых интерфейсом пользователя, обеспечивающего взаимодействие оператора с персональным компьютером. В общем же случае интерфейсом называют устройство сопряжения персонального компьютера со средствами изме­рений или любыми другими внешними техническими системами. Эффективность работы рассматриваемого интерфейса заключает­ся в быстром, насколько это возможно, развитии у пользователя простой концептуальной модели взаимодействия с ИИС. Другими важными характеристиками интерфейса пользователя являются его наглядность, дизайн и конкретность, что обеспечивают с по­мощью последовательно раскрываемых окон, раскрывающихся вложенных меню и командных строк с указанием функциональ­ных «горячих» клавиш.    *

В короткой истории развития ИИС можно отметить ряд поко­лений.

Первое поколение характеризуется формированием концепции ИИС и системной организацией совместной работы средств получе­ния, обработки и передачи количественной информации. Это были в основном системы централизованного циклического получения изме­рительной информации с элементами вычислительной техники. Дан­ный период (конец 50-х — начало 60-х годов прошлого столетия) на­зывают периодом детерминизма, поскольку для исследований в ИИС использовался аппарат аналитической математики.

Второе поколение развития ИИС связано с использованием адресного сбора информации и ее обработки с помощью встроен­ных компьютеров. Элементную базу ИИС представляют микро­электронные схемы малой и средней степени интеграции. Этот период (70-е голы прошлого столетия) характерен решением целого ряда вопросов теории систем в рамках теории случайных процессов и математической статистики, поэтому его принято называть перио­дом стохастичности.

Третье поколение характерно широким введением в инфор­мационно-измерительные системы БИС, микропроцессоров, мик­роэвм и промышленных функциональных блоков, совместимых между собой по информационным, метрологическим, конструк­тивным, энергетическим и эксплуатационным характеристикам, а также созданием распределенных и адаптивных ИИС.

Четвертое поколение отличает появление гибких перестраи­ваемых программируемых ИИС, что связано с развитием вычис­лительной техники. Гибкие ИИС отличаются прежде всего свобо­дой   пользователя в определении функционального назначения системы. Создает и программирует гибкую систему не производи­тель ее компонентов, а пользователь, в соответствии со своими задачами. В элементной базе гибких ИИС резко возрастает доля микросхем большой и сверхбольшой степени интеграции.

Пятое поколение бурно развивается в настоящее время, что обусловлено появлением адаптивных, интеллектуальных и вирту­альных ИИС, построенных, на базе персональных компьютеров и современного математического и программного обеспечения.