Проектирование интеллектуальных приборов для систем экологического и промышленного мониторинга
Рассмотрены требования, предъявляемые к интеллектуальным приборам, проанализированы варианты структур построения систем экологического и промышленного мониторинга....
Gespeichert in:
| Datum: | 2007 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2007
|
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/6474 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Проектирование интеллектуальных приборов для систем экологического и промышленного мониторинга / Ю.А. Брайко, Р.Г. Имамутдинова // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2007. — № 6. — С. 61-66. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-6474 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-64742010-03-05T12:01:12Z Проектирование интеллектуальных приборов для систем экологического и промышленного мониторинга Брайко, Ю.А. Имамутдинова, Р.Г. Рассмотрены требования, предъявляемые к интеллектуальным приборам, проанализированы варианты структур построения систем экологического и промышленного мониторинга. It is considered the demands to smart devises and analyzed of ecological and industrial monitoring system structures. 2007 Article Проектирование интеллектуальных приборов для систем экологического и промышленного мониторинга / Ю.А. Брайко, Р.Г. Имамутдинова // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2007. — № 6. — С. 61-66. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 1817-9908 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/6474 381.3(031) ru Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Рассмотрены требования, предъявляемые к интеллектуальным приборам, проанализированы варианты структур построения систем экологического и промышленного мониторинга. |
| format |
Article |
| author |
Брайко, Ю.А. Имамутдинова, Р.Г. |
| spellingShingle |
Брайко, Ю.А. Имамутдинова, Р.Г. Проектирование интеллектуальных приборов для систем экологического и промышленного мониторинга |
| author_facet |
Брайко, Ю.А. Имамутдинова, Р.Г. |
| author_sort |
Брайко, Ю.А. |
| title |
Проектирование интеллектуальных приборов для систем экологического и промышленного мониторинга |
| title_short |
Проектирование интеллектуальных приборов для систем экологического и промышленного мониторинга |
| title_full |
Проектирование интеллектуальных приборов для систем экологического и промышленного мониторинга |
| title_fullStr |
Проектирование интеллектуальных приборов для систем экологического и промышленного мониторинга |
| title_full_unstemmed |
Проектирование интеллектуальных приборов для систем экологического и промышленного мониторинга |
| title_sort |
проектирование интеллектуальных приборов для систем экологического и промышленного мониторинга |
| publisher |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| publishDate |
2007 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/6474 |
| citation_txt |
Проектирование интеллектуальных приборов для систем экологического и промышленного мониторинга / Ю.А. Брайко, Р.Г. Имамутдинова // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2007. — № 6. — С. 61-66. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT brajkoûa proektirovanieintellektualʹnyhpriborovdlâsistemékologičeskogoipromyšlennogomonitoringa AT imamutdinovarg proektirovanieintellektualʹnyhpriborovdlâsistemékologičeskogoipromyšlennogomonitoringa |
| first_indexed |
2025-07-02T09:24:17Z |
| last_indexed |
2025-07-02T09:24:17Z |
| _version_ |
1836526608001794048 |
| fulltext |
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2007, № 6
61
Y. Brayko, R. Imamutdinova
THE DESIGNING OF SMART
DEVICES TO ECOLOGIC
AND INDUSTRIAL
MONITORING SYSTEMS
It is considered the demands to
smart devises and analyzed of eco-
logical and industrial monitoring
system structures.
Рассмотрены требования, предъ-
являемые к интеллектуальным
приборам, проанализированы ва-
рианты структур построения си-
стем экологического и промыш-
ленного мониторинга.
Ю.А. Брайко,
Р.Г. Имамутдинова, 2007
УДК 381.3(031)
Ю.А. БРАЙКО, Р.Г. ИМАМУТДИНОВА
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
ДЛЯ СИСТЕМ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО И
ПРОМЫШЛЕННОГО МОНИТОРИНГА
Интеллектуальные приборы (Smart Devices)
и интеллектуальные датчики (Smart Sensors)
[1] нашли широкое применение в составе
сложных компьютерных систем сбора и об-
работки данных, таких как системы эколо-
гического и промышленного мониторинга.
Использование интеллектуальных приборов
позволяет осуществлять непосредственно на
исследуемом физическом объекте не только
измерения величин, но также выполнять их
обработку, накопление данных, передачу и
прием информации с помощью различных
каналов связи, выполнять экспресс-анализ и
выводить его результаты на цифровой или
графический индикатор.
Переход к распределенным системам по-
зволяет повысить оперативность сбора и об-
работки данных, сделать систему более гиб-
кой, надежной, что, в конечном итоге, при-
водит к повышению ее эффективности [2].
Интеллектуальные приборы должны обес-
печивать работу в автономном и/или ин-
терактивном режимах в течение длитель-
ных интервалов времени при изменении ус-
ловий эксплуатации в широких диапазонах
параметров.
Такие требования приводят к необходимо-
сти расширения функциональных возмож-
ностей по сбору, регистрации и обработке
данных, а также функций интерфейса опера-
тора при необходимости получения опера-
тивной информации и визуализации резуль-
татов измерений. При этом значительно ус-
ложняется встроенное программное обеспе-
Ю.А. БРАЙКО, Р.Г. ИМАМУТДИНОВА
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2007, № 6 62
чение интеллектуальных приборов, увеличивается вычислительная мощность
встроенного процессора, объем памяти программ, оперативной памяти и не-
стираемой (Flash) памяти измерительной информации.
Рассмотрим функции, реализуемые интеллектуальными приборами в соста-
ве системы мониторинга, и представим их в виде множества функциональных
операторов, реализуемых системой мониторинга в процессе сбора и обработки
данных.
= { Ψ ì },
где i 1, …, n; n целое положительное число; Ψ1 Ψип оператор измеритель-
ного преобразования; Ψ2 Ψам оператор аналогового мультиплексирования;
Ψ3 Ψн оператор нормализации сигнала; Ψ4 Ψвд оператор выбора ди-
апазона измерения сигнала; Ψ5 Ψцап оператор цифроаналогового преобразо-
вания; Ψ6 Ψацп оператор аналого-цифрового преобразования; Ψ7 Ψсд опе-
ратор сжатия данных; Ψ8 Ψрв оператор формирования реального времени и
временных меток; Ψ9 Ψпсд оператор прямого считывания данных; Ψ10 Ψмп
оператор мониторинга автономного источника питания; Ψ11 Ψвд оператор
визуализации данных; Ψ12 Ψнк оператор настройки и калибровки; Ψ13 Ψпд
оператор передачи данных.
Каждый из приведенных операторов может в свою очередь быть элементом
подмножества, отражающего альтернативные варианты его реализации. Напри-
мер, оператор измерительного преобразования Ψип является элементом множе-
ства датчиков, которые могут быть использованы для преобразования измеряе-
мой величины в электрический сигнал, удобный для измерения (преобразования
в цифровую форму). Например, уровень воды в гидрогеологической скважине
может быть определен двумя способами:
- с помощью датчика давления столба воды (оператор Ψд), расположенного
выше датчика;
- с помощью ультразвукового датчика, определяющего время, в течение ко-
торого зондирующий эхо-сигнал распространяется от излучателя до поверхно-
сти жидкости и обратно к приемнику (оператор Ψуз).
Ψип = {Ψд , Ψуз }
Может быть построена классификация интеллектуальных приборов для сис-
тем мониторинга на основе выбора различных вариантов реализации функцио-
нальных операторов (таблица).
В данной таблице приведены классификационные признаки, представляю-
щие собой функции, выполняемые системой, а также альтернативные варианты
их реализации.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ПРИБОРОВ ДЛЯ СИСТЕМ …
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2007, № 6 63
ТАБЛИЦА
Классификационный
признак
Альтернативы
1 2
Вид измерительного
преобразования
Прямое преобразование.
Косвенное преобразование
Количество
входных каналов
Одноканальный.
Многоканальный
Нормализация вход-
ных сигналов
С программируемым коэффициентом передачи.
Без нормализации сигнала
Способ выбора
диапазонов входных
сигналов
В аналоговом виде.
В цифровом виде
Способ привязки
начального значения
шкалы
В аналоговом виде.
В цифровом виде
По виду аналого-
цифрового преобра-
зования
С аналого-цифровым преобразованием последовательного
приближения.
С Σ - Δ аналого-цифровым преобразованием
По типу сжатия
данных
С событийным режимом опроса.
С логарифмическим масштабом дискретизации по времени
По способу форми-
рования временной
базы
С поддержкой базы реального времени.
С формированием временных меток
По наличию режима
прямого считывания
данных
С возможностью считывания данных в реальном масштабе
времени.
С накоплением данных во внутренней памяти
По наличию мони-
торинга автономно-
го источника
питания
С встроенной системой мониторинга автономного источ-
ника питания.
Без встроенной системы мониторинга автономного источ-
ника питания
По способу визуали-
зации данных
С визуализацией данных в табличном (символьном) виде
на экране индикатора.
С визуализацией данных в графическим виде на экране
индикатора.
С визуализацией данных на экране монитора компьютера
По типу программи-
рования режимов
работы и тестиро-
вания
С возможностью дистанционного программирования и тес-
тирования.
С возможностью программирования и тестирования с по-
мощью автономного пульта управления
Ю.А. БРАЙКО, Р.Г. ИМАМУТДИНОВА
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2007, № 6 64
Окончание таблицы
1 2
По наличию воз-
можности передачи
измерительной
информации по
каналам связи
С возможностью обмена данными по кабельным каналам
связи.
С возможностью обмена данными по беспроводным кана-
лам связи.
С возможностью обмена данными по оптоволоконным ка-
налам связи
На рисунке представлена обобщенная структурная схема интеллектуаль-
ного прибора, представляющая собой полный набор структурных блоков
Φ = {φ ј}, с помощью которых могут быть реализованы все необходимые сис-
темные функции.
Xвх
РИСУНОК. Обобщенная структурная схема интеллектуального прибора: БИП блок изме-
рительных преобразователей; БН блок нормализации сигналов; АМ аналого-
вый мультиплексор; БВД блок выбора диапазонов; АЦП аналого-цифровой
преобразователь; ЦАП цифроаналоговый преобразователь; БУО блок цифро-
вой обработки; БНК блок настройки и калибровки; БИ блок индикации;
БПД блок передачи данных; БРВ блок реального времени; АБП автоном-
ный блок питания; МБП монитор блока питания
БИ БПД
БН
АБП
МБП
БИП
АМ
БВД
АЦП
ЦАП
БЦО БНК БРВ
К ядру системы
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ПРИБОРОВ ДЛЯ СИСТЕМ …
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2007, № 6 65
Очевидно, что функциональные элементы из множества могут быть реа-
лизованы с помощью различных структурных элементов. Например, выбор диа-
пазонов сигналов может осуществляться как аппаратно, с помощью блока выбо-
ра диапазонов (БВД), так и с помощью блока цифровой обработки (БЦО), если
имеется запас по точности АЦП (эффективному количеству двоичных разрядов).
Для выбора оптимальной структуры интеллектуального прибора необходи-
мо выполнить следующие операции:
- определить множество возможных вариантов структур интеллектуального
прибора;
- выделить варианты структуры из обобщенной структуры;
- исключить варианты структуры, которые не удовлетворяют ограничениям,
накладываемым на значения параметров;
- определить множество компромиссов путем исключения заведомо худших
вариантов;
- определить оптимальную структуру путем упорядочения множества ком-
промиссов с помощью критериев эффективности.
Множество возможных вариантов структур интеллектуальных приборов
может быть определено путем перебора всех возможных вариантов реализации
всего множества функций Ψ. Это множество функций должно быть реализовано
с помощью блоков обобщенной структуры с учетом того, что ряд из них может
выполняться с помощью вычислительных ресурсов ядра системы мониторинга.
Выходные данные интеллектуального прибора, как подсистемы нижнего
уровня, после передачи в компьютер системы должны преобразовываться в
форматы, необходимые для дальнейшей обработки с помощью стандартных или
специализированных программных пакетов.
Декартово произведение М множеств и Φ будет представлять собой мно-
жество M:
М = Φ .
Каждый из элементов этого множества является двойкой m = < ì, φј > . Каж-
дую двойку из множества M можно рассматривать как структурный блок из
множества Φ, с закрепленной функцией из множества .
Среди элементов множества M часть элементов mij окажутся ложными, по-
скольку не все элементы множества структурных блоков Φ могут быть исполь-
зованы для реализации функции Ψ ì из множества .
После анализа элементов множества M и выделения действительных эле-
ментов, воспользовавшись данными из таблицы, можно определить множест-
во R M, которое будет содержать только действительные двойки элементов
< Ψì, φј >. Следовательно, множество М будет содержать элементы, которые от-
ражают возможность реализации функциональных операторов с помощью опре-
деленных структурных блоков. Каждому функциональному оператору Ψì будет
поставлено в соответствие подмножество R (Ψì) R , элементами которого бу-
дут двойки, содержащие функциональный оператор Ψì.
Множество возможных вариантов структур S определяется как множество
Ю.А. БРАЙКО, Р.Г. ИМАМУТДИНОВА
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2007, № 6 66
возможных комбинаций элементов, каждый из которых взят из различных под-
множеств R (Ψì) при условии реализации всех функциональных элементов.
Таким образом, множество возможных вариантов структур S формируется с
помощью обобщенной функционально избыточной структуры.
На следующем этапе проектирования множество возможных вариантов S
может быть задано на морфологической таблице, которая представляет собой
декартово произведение классификационных признаков (параметров) [3]:
K = K1 K2 … Kn .
Каждый из параметров Kf задается набором значений классификационного
признака:
Kf = {Kf 1, Kf 2
, … Kf к}.
Следовательно, каждой структуре может быть поставлен в соответствие
вектор значений классификационных признаков. При необходимости эти значе-
ния могут быть пронормированы и приведены к виду, удобному для сравнения.
Как правило, все параметры имеют ограничения, налагаемые на их
значения,
О = {Of 1, Of 2
, … Of к}.
Таким образом, структуры, имеющие параметры, не удовлетворяющие ограни-
чениям, могут быть исключены из дальнейшего рассмотрения.
Следующим шагом выбора структуры является определение множества ком-
промиссов. Элементы этого множества не должны обладать свойством абсолют-
ного предпочтения перед другими элементами:
P = {P1, P2, … Pn}.
Далее осуществляется упорядочение структур на основе выбранного крите-
рия эффективности. При этом параметры ранжируются и часть из них перево-
дится в разряд ограничений.
Из выделенных параметров формируется обобщенный критерий эффектив-
ности путем их свертки или формирования отношения эффект / затраты.
Таким образом, при выборе оптимальной структуры интеллектуального
прибора или датчика на первом этапе формируется множество возможных
структур, затем количество структур сокращается путем учета ограничений, на-
кладываемых на параметры, и определения множества компромиссов. Завер-
шающий этап состоит в упорядочении множества компромиссов на основе вы-
бранного критерия.
1. Брайко Ю.А., Имамутдинова Р.Г. Компьютерный измерительный комплекс парамет-
ров датчиков физических величин // Комп'ютерні засоби, системи та мережі. 2004.
№ 3. C. 65–71.
2. Структурна організація віртуальної лабораторії для проектування засобів обчислюваль-
ної техніки / О.В. Палагін, Ю.О. Брайко, І.Б. Галелюка та ін. // Комп'ютерні засоби, си-
стеми та мережі. 2005. № 4. C. 4756.
3. Анкундинов Г.И. Синтез структуры сложных объектов. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1986.
– 260 с.
Получено 20.06.2007
|