Mavzu №1. Kirish. Fizik ulchovlarni loihalash va avtomatlashtirish.
Kirish.
O’lchov inson tabiatini bilishning yeng muhim usullaridan biridir. Ular
zamonaviy jamiyatda muhim rol o’ynaydi. Ilm-fan, texnika va sanoat
o’lchovlarsiz mavjud bo’lolmaydi. Dunyoda har soniyada 1 milliard o’lchov
operasiyalari amalga oshiriladi, ularning natijalari mahsulotning texnik darajasi
va zarur sifatini, transport xavfsizligi va boshqalarni ta’minlash uchun
ishlatiladi. O’lchangan qiymatlar diapazoni doimiy ravishda o’sib
bormoqda. Masalan, uzunlik 10-10 oralig’ida o’lchanadi 10-17 metrgacha,
harorat-0,5 dan 10
6
K gacha, qarshilik - 10-26 dan 10
kuchi - 10-16 dan 10
4
16
Ohmgacha, oqim
A gacha.o’lchangan qiymatlar oralig’ining o’sishi bilan
o’lchovning murakkabligi ham oshadi. O’lchovlar, aslida, bitta faol harakatni
to’xtatadi, yeksperimentni tayyorlashning murakkab tartibini o’zgartiradi,
o’lchangan ma’lumotlarni sharhlaydi. Bunday holda, o’lchov ma’lumotlarini
olishga qaratilgan harakatlar ketma-ketligi sifatida tushuniladigan o’lchov
texnologiyalari haqida gapirish kerak. O’lchov omilini tasdiqlovchi yana bir omil
- bu ularning ahamiyati. Boshqarish, tahlil qilish, rejalashtirish, nazorat qilish
va tartibga solishning har qanday shaklining asosi fizik miqdorlar, parametrlar
va ko’rsatkichlarni o’lchash orqali olinishi mumkin bo’lgan ishonchli dastlabki
ma’lumotdir. Faqat o’lchov natijalarining yuqori va kafolatlangan aniqligi
qo’llaniladigan yechimlarning to’g’riligini ta’minlashi mumkin.
Ilm-fan va texnikaning zamonaviy darajasi ko’plab va aniq o’lchovlarni amalga
oshirishga imkon beradi biroq, ularning xarajatlari ijro operasiyalari
xarajatlariga teng. Metrologiyaning fan sifatida muhim vazifasi zamonaviy fan
va texnologiya uchun zarur bo’lgan diapazonga yega bo’lgan fizik
miqdorlarning standartlarini yaratishdir. Ushbu standartlar fanning so’nggi
kashfiyotlarini hisobga olgan holda doimiy ravishda
takomillashtirilmoqda. Jahon standartlari tizimini saqlash narxi yuqori. Xorijiy
mamlakatlar bilan hamkorlik ilmiy dasturlarni birgalikda ishlab chiqish. Uning
yuqori aniqligi, baholash tamoyillari va usullarining bir xilligi sifati va
ishonchliligi va o’lchov aniqligi katta ahamiyatga yega. Metrologiya sohasidagi
yutuqlardan foydalanishda normativ hujjatlar muhim rol o’ynaydi.
O’lchovlarni avtomatlashtirish o’lchash jarayonlarini sezilarli darajada
osonlashtirishga, o’lchovlarning aniqligi va sifatini oshirishga imkon
berdi. Jismoniy miqdorlarni o’lchash vositalarini avtomatlashtirishni
rivojlantirishning asosiy bosqichlarini ko’rib chiqib, taraqqiyot uchun maqsadlar
qo’yishingiz mumkin. Avtomatlashtirilgan o’lchash vositalari qanday
o’zgargan? Turli bosqichlarda o’lchash vositalarining afzalliklari va kamchiliklari
qanday yedi? Rivojlanishning keyingi bosqichi qanday bo’ladi? Qanday
maqsadlarga yerishish mumkin? Ushbu kursda savollarga mumkin bo’lgan
javoblar ko’rib chiqiladi.
O'lchovlarni avtomatlashtirish o'lchov jarayonlarini sezilarli darajada osonlashtirish,
o'lchovlarning aniqligi va sifatini oshirish imkonini berdi. Jismoniy miqdorlarni o'lchash
vositalarini avtomatlashtirishni rivojlantirishning asosiy bosqichlarini ko'rib chiqib, biz
rivojlanish uchun maqsadlar qo'yishimiz mumkin. Avtomatlashtirilgan vositalar qanday
o'zgargan. Fizik xodisalarni urganish va ulardan amalda foydalanish turli fizik
kattaliklarni ulchash, ya’ni ma’lumot olish bilan boglik. Ma’lumot kancha tula va
xodisona bulsa, fizik xodisalarning tub ma’nosini tushunish shunchalik chukur
buladi. Fizik kattalikning muayyan kiymati texnologik jarayonning rivojlanishi
xakidagi ma’lumotning muxim kismidir. Turli usul va asboblar orkali ifodalangan
texnologik jarayonning xolati xakidagi axborotlarni ma’lumot, ya’ni informasiya
deb bilamiz. Informasiyalar, asosan, ulchash asboblari va kurilmalari yordamida
olinadi. Fizik xodisalarni urganish va ulardan amalda foydalanish turli fizik
kattaliklarni ulchash, ya’ni ma’lumot olish bilan boglik. Ma’lumot kancha tula va
xodisona bulsa, fizik xodisalarning tub ma’nosini tushunish shunchalik chukur
buladi. Fizik kattalikning muayyan kiymati texnologik jarayonning rivojlanishi
xakidagi ma’lumotning muxim kismidir. Turli usul va asboblar orkali ifodalangan
texnologik jarayonning xolati xakidagi axborotlarni ma’lumot, ya’ni informasiya
deb bilamiz. Informasiyalar, asosan, ulchash asboblari va kurilmalari yordamida
olinadi.
Fizik obyekning sifat jixatdan umumiy, lekin mikdor jixatdan xar bir obyekt
uchun aloxida xususiyati fizik kattalik deb ataladi. Shunday kilib, xar bir fizik
kattalik aynan shu kattalikning sonli kiymati birligiga kupaytmasidan iborat bulgan
individual kiymati bilan ifodalanadi.
Bir-biriga muayyan erksizlik bilan boglangan kattaliklar yigindisi fizik
kattatliklar sistemasi deyiladi. Fizik kattaliklar sistemasi asosiy, kushimcha va
xosila kattaliklardan iborat. Sistemaga kirgan va boshka sistemalarga nisbatan
shartli ravishda erkin xisoblangan fizik kattalik asosiy kattalik deb ataladi.
Xalkaro birliklar siste masi – SI (Sisteme International - SI) fan va
texnikaning barcha soxalari uchun fizik kattaliklarning universal sistemasi bulib,
1960 yilning oktyabr oyida Ulchov va tarozilar XI Bosh konferensiyasida kabul
kilingan Sining joriy etilishi shu sistemada nazarda tutilgan va uning tarkibiga
kirmaydigan (ammo xozir ulchov birliklari sifatida kullanilayotgan) birliklarning
ilmiy-tadkikot natijalarini xisoblashda, ishlab chikarish vositalari va asbob
uskunalarini loyixalashda, kurilish xamda kurilgan obyektlardan foydalanishda,
shuningdek ukuv-ta’lim ishlarida kup kiyinchiliklar tugdirayotgan ulchov
birliklaridagi bir xillikka barxam beradi. Sining xozirgi kullanilayotgan ayrim
ulchov sistemalariga nisbatan muxim afzalligi shundaki, universal; ulchov
birliklarini amaliyot uchun kulay ulchamlarga mujassamlashtirgan; kogerent, ya’ni
xosilaviy birliklar ulchamlarini aniklovchi fizik tenglamalardagi mutanosiblik
koeffisiyentlarini tugatgan sistemadir. Uning tatbiki bilan xisoblash
formulalarining yozilishi ancha soddalashdi.
Xalkaro birliklar sistemasi (SI) da yettita asosiy va ikkita kushimcha kattalik
kabul kilingan. Shuningdek, ular asosida kupgina xosilaviy kattaliklar va ularning
birliklari xam tasdiklangan.
Shunday soxalar borki, unda SI birliklari ishlatish xisoblashlarda bir oz
kiyinchiliklar tugdiradi. Masalan, SI ga binoan massani doimo kilogrammlarda
ulchash nokulay. U gox gramm (g) larda ifodalansa. gox tonna (t) larda ulchanadi.
Shu sababli massani gramm (g), milligramm (mg), tonna (t) kabi birliklarda
ifodalash kulay. Ular asosida massa xisobini shu birliklarda olib borish xato
xisoblanmaydi. Shuning uchun ba’zi xisoblashlarda kulaylik yaratish maksadida
birliklarning unlik karrali va ulushli kiymatlaridan foydalaniladi.
Birliklarning unlik karrali va ulushli kiymatlari barcha birliklardan emas,
balki amaliy xisoblarda kulaylik yaratadigan birliklardangina xosil kilinadi.
Shunday soxalar xam borki, ularda doimo karrali yoki ulushli birliklargina
ishlatiladi (masalan. chizmachilikda ularning ulchamlari fakat millimetr - mm da
ifodalanadi).
Avtomatlashtirishning zaruriy sharti - bu odamlarning o'z ishlarini avtomatik
ishlaydigan qurilmalar ishi bilan almashtirishga bo'lgan abadiy istagi.
Avtomatlashtirish darajasiga ko'ra avtomatlashtirilgan va avtomatik tizimlar
farqlanadi. Avtomatlashtirilgan tizimlarda funktsiyalarning bir qismi inson
operatori tomonidan amalga oshiriladi, avtomatik tizimlar esa inson
aralashuvisiz ishlaydi.
Avtomatlashtirish maqsadlari:
ilmiy: modellarni to‘liqroq o‘rganish orqali ilmiy natijalar samaradorligi va
sifatini oshirish;
eksperimentni optimallashtirish orqali tadqiqot natijalarining aniqligi va
ishonchliligini oshirish;
kompyutersiz mumkin bo'lmagan sifat jihatidan yangi ilmiy natijalarni olish;
texnik: operatsiyalarning takrorlanishi hisobiga mahsulot sifatini oshirish,
o'lchovlar sonini ko'paytirish va mahsulotlarning xususiyatlari haqida
to'liqroq ma'lumotlarni olish;
qarish jarayonlari va ularning o'tmishdoshlari haqida to'liqroq ma'lumotlarni
olish orqali mahsulotlarning ishonchliligini oshirish;
iqtisodiy: inson mehnatini mashina mehnati bilan almashtirish orqali mehnat
resurslarini tejash;
ishning mehnat zichligini kamaytirish hisobiga sanoatda tannarxni
kamaytirish;
mehnat unumdorligini odam va mashina o'rtasida optimal taqsimlash va
ob'ektga vaqti-vaqti bilan texnik xizmat ko'rsatishda to'liq bo'lmagan
yuklanishni bartaraf etish asosida oshirish;
ijtimoiy: muntazam operatsiyalarni mashinaga ishonib topshirish orqali
intellektual salohiyatni oshirish;
nomaqbul sharoitlarda operatsiyalarni amalga oshirish orqali xodimlarni
ishga joylashtirish holatlarini bartaraf etish;
insonni og'ir jismoniy mehnatdan ozod qilish va tejalgan vaqtni ma'naviy
ehtiyojlarini qondirish uchun ishlatish.
Avtomatlashtirishning asosiy maqsadi o'lchash, nazorat qilish va
boshqarish jarayonlarining texnik-iqtisodiy ko'rsatkichlarini yaxshilashdir.
Ba'zan ba'zi jarayonlarni avtomatlashtirishsiz amalga oshirish mutlaqo
mumkin emas. Masalan, tezkor jarayonlarni o'lchash, o'lchov ma'lumotlarini
olish va real vaqt rejimida nazorat qilish, diagnostikada naqshni aniqlash.
O'lchov - bu fizik miqdorning qiymatini empirik tarzda topish jarayoni.
O'lchov jarayonida o'lchangan qiymat va taqqoslash birligi sifatida qabul
qilingan uning ba'zi qiymatlari orasidagi son nisbati aniqlanadi.
Nazorat - bu ob'ektning holati va berilgan normalar o'rtasidagi muvofiqlikni
o'rnatish jarayoni. Nazorat natijasida “oddiy” yoki “normal” turdagi hukmlar
ishlab chiqiladi. Ob'ektning holatini belgilangan me'yorlar doirasida
tavsiflash mumkin bo'lgan joyda nazorat qilish mumkin. Standartlarning
tavsifi analog va raqamli sozlamalar shaklida miqdoriy hisoblanadi.
Ob'ektning texnik holatini aniqlash jarayoni texnik diagnostika deb ataladi.
Texnik diagnostika parametrlarning miqdoriy qiymatlarini o'lchash, o'lchash
natijalarini tahlil qilish va qayta ishlash va diagnostika algoritmlariga
muvofiq ob'ektni boshqarish orqali amalga oshiriladi. Bunday holda,
quyidagi vazifalar hal qilinadi: xizmat ko'rsatishni tekshirish, ishlashni
tekshirish, funktsional tekshirish va nuqsonlarni qidirish. Masalan,
mikroprotsessorli qurilmalarni test diagnostikasi, yarimo'tkazgichli
qurilmalarni ortiqcha elektr shovqini bilan diagnostika qilish.
Ob'ekt va berilgan tasvir o'rtasidagi yozishmalarni o'rnatish jarayoni
naqshni aniqlash deb ataladi. Rasm tolerantlik maydonlarini ko'rsatgan
holda parametrlarning (xususiyatlarning) muhim xususiyatlari va qiymatlari
ro'yxati shaklida, shuningdek namunaviy mahsulot shaklida ko'rsatilishi
mumkin. Ko'p jihatdan nazorat va naqshni aniqlash vazifalari bir xil.
Masalan, shovqin fonida ikki o'lchamli signallarni (tasvirlarni) aniqlash,
axborot va boshqaruv robotlarida uch o'lchovli fazodagi ob'ektlarni ularning
tekis tasvirlari (sahna tahlili deb ataladigan) orqali tanib olish, issiqlikdan
integral mikrosxemalar diagnostikasi. , akustik, rentgen tasvirlari.
Yuqorida muhokama qilingan jarayonlarni amalga oshirish tizimlari mos
ravishda nomlandi: o'lchash tizimlari (IS), boshqaruv tizimlari (SC), texnik
diagnostika tizimlari (STD), tanib olish tizimlari (PC). Ushbu jarayonlar
avtomatlashtirilgan tizimlar AIS, ASC, ASTD deb ataladi.
IS - o'lchovlar uchun mo'ljallangan va umumiy holatda umumiy algoritm
bilan birlashtirilgan o'lchov asboblari, o'lchash o'tkazgichlari (shu jumladan
signalni sozlash moslamalari), o'lchovlar, o'lchash kalitlari, aloqa liniyalari,
raqamli va analog hisoblash asboblari to'plamini ifodalovchi texnik tizim.
ob'ektning holati to'g'risida ma'lumotlarni avtomatik (avtomatlashtirilgan)
olish uchun mo'ljallangan va bu holatni tavsiflovchi vaqt bo'yicha
o'zgaruvchan va makonda taqsimlangan miqdorlar to'plamining o'zgarishini
o'lchash; o'lchov natijalarini mashinada qayta ishlash; o'lchov natijalarini va
ularni mashinada qayta ishlash natijalarini ro'yxatga olish va ko'rsatish; bu
ma'lumotlarni turli maqsadlar uchun tizim chiqish signallariga aylantirish.
Ko'pgina hollarda, bu tizimlar murakkabroq axborot va boshqaruv
tizimlarining tarkibiy qismlari yoki quyi tizimlari hisoblanadi. Demak, agar
boshqaruv jarayonlari datchiklar yordamida olingan boshqaruv ob'ektining
holati to'g'risidagi ma'lumotlarni o'lchashga asoslangan bo'lsa, boshqaruv
tizimi o'lchash tizimini o'z ichiga oladi.
Рис 1. O'lchov tizimining umumlashtirilgan blok diagrammasi
O'lchov, nazorat qilish, tanib olish va diagnostika tizimlarining
funktsiyalarini birlashtirgan axborot tizimlarining kengroq sinfi
axborot va o'lchov tizimlarining (IMS) umumiy nomini oldi.
Axborot-o'lchov tizimi - iste'molchiga kerakli shaklda taqdim
etish yoki avtomatik ravishda nazorat qilish, diagnostika, tanib
olish funktsiyalarini bajarish uchun o'lchov ma'lumotlarini olish,
uni o'zgartirish, qayta ishlash uchun funktsional birlashtirilgan
o'lchash, hisoblash va boshqa yordamchi vositalar to'plami. ,
identifikatsiya. Ushbu ta'rif doirasida individual AIS, ASC va
ASTD tizimlarini ixtisoslashtirilgan IIS deb hisoblash mumkin.
O'lchov tizimining umumlashtirilgan blok diagrammasi rasmda
ko'rsatilgan. rasm 1. Ushbu sxemani tahlil qilish o'lchov
jarayonlarini avtomatlashtirishning asosiy vazifalarini
shakllantirishga imkon beradi:
o'lchov ma'lumotlarini yig'ishni avtomatlashtirish, buning uchun
fizik kattaliklarni o'lchash transduserlarining chiqish signallarini
birlashtirishni ta'minlash, ushbu signallarni umumiy aloqa
kanaliga dastur bilan boshqariladigan almashtirish, o'lchov
diapazonlarini avtomatik tanlash;
o'lchash sxemasi operatsiyalarini avtomatlashtirish - ob'ektdan
ma'lumot olish, dastlabki analog signalni qayta ishlash,
kuchaytirish, analogdan raqamliga o'tkazish va boshqalar;
o'lchash sxemasidan kompyuterga ma'lumotlarni uzatishni
avtomatlashtirish, bu o'lchov sxemasini EHMning axborot
magistrali bilan mos ravishda muvofiqlashtirishni talab qiladi
(muvofiqlashtirishning texnik vositalari "interfeys" yoki o'lchash
asboblari uchun - "instrument interfeysi" deb ataladi) . Interfeys
uzatiladigan va qabul qilingan ma'lumotlarning formatini, signal
darajalarini, aloqa liniyalarining empedansini, shuningdek,
boshqaruv signallarini tashkil etishni va ular uchun tegishli
vaqtni belgilaydi;
o'lchash sxemasiga hisoblash vositalarini kiritish orqali o'lchov
ma'lumotlarini qayta ishlashni avtomatlashtirish;
o'lchov vositalarini (tizimlarini) turli xil periferik chiqish
qurilmalari bilan jihozlash orqali o'lchov natijalarini ko'rsatish va
hujjatlashtirishni avtomatlashtirish. Shu bilan birga, kerakli
periferik qurilmani avtomatik tanlash va unga ma'lumotni
avtomatik ravishda chiqarishni ta'minlash kerak.
O'lchovlarni avtomatlashtirishni ishlab chiqishda bir qator
shakllanish bosqichlarini ajratish mumkin.
Avtomatlashtirishning birinchi bosqichida faqat o'lchov
ma'lumotlarini yig'ish va uni analog ko'rsatuvchi va qayd qiluvchi
qurilmalarda ro'yxatdan o'tkazish vositalari avtomatlashtirishga
duchor bo'ldi. O'lchov natijalarini qayta ishlash va tegishli
qarorlar va ijro buyruqlarini ishlab chiqish operator tomonidan
amalga oshirildi. Bunday tizimlarda o'lchov asboblari individual
o'lchov asboblari to'plami edi. Natijada, ob'ektning ko'p sonli
parametrlarini o'lchashda operator olingan barcha ma'lumotlarni
qamrab ololmadi va ob'ektni boshqarish bo'yicha optimal qaror
qabul qila olmadi. Bu texnik xizmat ko'rsatuvchi xodimlarning
kengayishiga, nazoratning ishonchliligi va sifatining pasayishiga
va operatsion xarajatlarning oshishiga olib keldi.
Ikkinchi bosqichda oʻlchov vositalariga boʻlgan talablarning
tobora ortib borishi oʻlchov axborotlari oqimining kuchayishi
hisobiga axborot-oʻlchov tizimlarining yaratilishiga olib keldi.
O'lchov moslamasidan farqli o'laroq, axborot o'lchash tizimi
ob'ektning ko'p sonli parametrlarini o'lchaydi va tizimga
o'rnatilgan hisoblash asboblari yordamida olingan ma'lumotlarni
avtomatik ravishda qayta ishlaydi. Boshqaruv tizimi
operatorining vazifasi endi faqat o'lchovlar natijalari bo'yicha
qarorlar qabul qilish va boshqaruv buyruqlarini ishlab chiqishdan
iborat edi. Axborotni markazlashtirilgan holda yig'ish va uni
kompyuter texnologiyalari yordamida qayta ishlash operatorning
ish unumdorligini keskin oshirdi, lekin uni tizim tomonidan
xizmat ko'rsatuvchi ob'ektni boshqarish uchun javobgarlikdan
ozod qilmadi.
Rivojlanishning uchinchi bosqichida axborot-nazorat tizimlari va
axborot-hisoblash komplekslari axborotni qabul qilishdan tortib
to ishlov berishgacha bo'lgan tegishli qarorlar qabul qilish va
ob'ektga boshqaruv buyruqlari berishgacha bo'lgan to'liq yopiq
tsikl bilan paydo bo'ldi. operator. Tizimning ishlash algoritmi
dastur tomonidan boshqariladigan bo'lib, ob'ektning ish rejimlari
yoki ish sharoitlari o'zgarganda osongina qayta sozlanishi
mumkin. Operatorning ishi boshqaruv tizimining holatini
diagnostika qilish, o'lchash usullari va operatsion dasturlarni
ishlab chiqish uchun qisqartiriladi.