"Виртуальные" приборы или как сделать контрольно-измерительную систему быстро и качественно - Контрольно-измерительные приборы и системы, 1998г., Октябрь, стр.15
«Виртуальные» приборы или как сделать контрольно-измерительную систему быстро и качественно
Развитие вычислительной техники, приведшее к созданию персонального компьютера (ПК), дало возможность человеку более полно раскрыть свою творческую натуру. Применение ПК в бухгалтерии, в полиграфии, где все рутинные вычисления и операции по представлению и хранению данных взял на себя ПК, стало обычным. Более сложный путь проходит сегодня компьютер, вытесняя из автоматизации всеми признанное устройство - контроллер. Несмотря на привычность контроллера, практика показывает, что применение систем на базе ПК более эффективно в задачах, связанных с обработкой данных, мониторингом технологических процессов или работой в информационных сетях и базах данных.
Отличительным преимуществом ПК в системах автоматизации технологических процессов, работы с базами данных и других областях является возможность создания максимально дружелюбного интерфейса для человека. Желание использовать эту особенность ПК для создания эксплуатационных удобств управления процессом сбора и обработки данных привело к оснащению его контроллером общего пользования (КОП) или интерфейсом 1ЕЕЕ-488 (международный стандарт).
Применение данных систем позволяет управлять обычными автономными измерительными приборами и снимать данные с них. Хотя непосредственное измерение в таких системах происходит с помощью привычных приборов, конфигурация системы, необходимая обработка и представление результатов задаются программно. Таким образом, создаётся измерительная система, адаптированная к требованиям конкретной задачи и для конкретных условий применения. Именно такая идеология исторически легла в основу первых работ в области построения виртуальных измерительных систем за рубежом. Наиболее известны достижения компании «National Instruments». Ориентируясь на возможность свободного доступа западного потребителя к широкому спектру контрольно-измерительных приборов, оснащенных интерфейсом GPIB (IEEE-488), эта компания предложила на рынке программные средства, эмулировавшие на экране ПК монитор измерительного прибора и позволявшие управлять процессом измерений с клавиатуры ПК. При этом сбор информации этим же ПК и возможность построения программной связи между процессами управления измерениями, сбора данных и их обработки позволили создать из них единый «технологический» цикл. Такая ситуация создала предпосылки для представления о виртуальном пиборе/инструменте как о программе, объединяющей в единое целое измерительный прибор, компьютер и процесс сбора и обработки данных.
В нашей стране ситуация с приборным парком и надежностью работы КОПа заставила разработчиков виртуальных инструментов пойти по другому пути, когда параллельно разрабатывались блок съема и преобразования данных на базе аналого-цифрового преобразователя (АЦП) в виде платы к ПК и программное обеспечение, управляющее работой этого прибора. Такие «спарки» появились у «National Instruments» лишь в 1997 году, тогда как Центр АЦП «Руднев-Шиляев» продемонстрировал первые образцы виртуальных приборов такого типа в 1993 году.
Приступив к работам по использованию АЦП в радиолокационной аппаратуре в 1987 году, сотрудники ИРЭ РАН, составившие впоследствии костяк Центра АЦП «Руднев-Шиляев», выяснили, что отечественные 12-и разрядные АЦП ведут себя в условиях реального сигнала как устройства вдвое меньшей разрядности. Результатом осознания этого факта явились предложения по изменению ГОСТов в части метрологического обеспечения АЦП. В настоящее время Центр АЦП использует как известные и общепринятые методики поверки выпускаемых устройств, так и оригинальные, разработанные специалистами Центра для калибровки аналого-цифровых каналов в реальных условиях их применения по динамическим параметрам: отношению сигнал/шум, коэффициенту гармонических искажений, реальному динамическому диапазону и числу эффективных разрядов в зависимости от частоты входного воздействия на АЦП плат сбора данных. Все это позволяет сопровождать поставляемые платы индивидуальным метрологическим паспортом с указанием результатов калибровки по параметрам согласно ГОСТ 24736-81 «Преобразователи интегральные. Цифро-аналоговые и аналого-цифровые. Основные параметры», ГОСТ 8.009-84 «Нормирование и использование метрологических характеристик средств измерений». Знание этих характеристик позволяет более корректно решать задачу применения ПСД в реальных условиях и еще до эксперимента оценить погрешности, вносимые всем виртуальным прибором в конечный результат измерения.
Однако уже имеющиеся виртуальные приборы в виде плат к ПК и соответствующего программного обеспечения находят широкое применение в различных сферах инженерной и научной деятельности. Можно выделить три таких области применения:
- ремонтные и диагностические работы;
- мониторинг технологических процессов и отдельных устройств;
- научно-исследовательская деятельность.
