Учебно-методический комплекс учебной дисциплины «измерительные информационные системы» вузовского компонента цикла опд по специальности информационно-измерительная техника и технологии составитель

скачать ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Факультет высоких технологий Рассмотрено и одобрено на заседании кафедры «Информационных и измерительных технологий» Протокол №______ «____» _______________200 г. Зав. кафедрой _______________ УТВЕРЖДАЮ Декан факультета ____________________ ____________________ «_____» _______________200 г. ^ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС Учебной дисциплины «ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ» вузовского компонента цикла ОПД по специальности ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ Составитель Кандидат физико-математических наук, доцент Сучков А.А. Ростов-на-Дону 2006 ^ ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Цели и задачи дисциплины Целью данной дисциплины является приобретение студентами знания: компонентов, алгоритмов работы, структур, характеристик, разновидностей и назначений современных ИИС и их частей; особенностей применения компьютеров (ЭВМ) и ВТ в ИИС; организации взаимодействия человека и техники в ИИС; стадий и главных этапов создания и эксплуатации ИИС; метрологического обеспечения систем; источников, видов и показателей эффективности ИИС. Основная задача изучения дисциплины: формирование у студентов знаний в области принципов действия, свойств, областей применения и потенциальных возможностей основных ИИС; изучение основных типов ИВК (измерительно – вычислительных комплексов), УВК (управляющих вычислительных комплексов). Место в учебном процессе Дисциплина «Измерительные информационные системы» основывается на знаниях, полученных студентами в процессе изучения курса «Электроника и микропроцессорная техника», «Цифровые измерительные устройства», «Теоретические основы измерительных и информационных технологий» и является одной из завершающих в курсе обучения. Требования к уровню освоения содержания дисциплины В результате изучения дисциплины студент должен знать: основные характеристики современных ИИС, УВК; основные параметры современных информационных и управляющих шин, применяемых в ИИС; параметры, свойства информационных каналов, применяемых в современных ИИС; типовые блоки, используемые в современных ИИС (УВК). уметь: составлять блок-схемы ИИС для различных областей применения; разрабатывать блок-схемы алгоритмов работы ИИС; применять в составе ИИС первичные преобразователи (датчики); применять стандартные и при необходимости разрабатывать согласующие (нормализующие) преобразователи для применения в составе ИИС различных типов датчиков; применять в составе ИИС управляющие микропроцессоры и микроконтроллеры. Федеральное Агентство по образования Российской Федерации Ростовский государственный университет Утверждаю Декан факультета высоких технологий А.Е.Панич «____»_________________2006 ^ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА по дисциплине «Измерительные Информационные Системы» для специальности «Информационно-измерительная техника и технологии» Факультет Кафедра Курс Семестр Лекции Лабораторные работы Практические работы Самостоятельная работа Курсовая работа Итоговая аттестация: Высоких технологий Информационных и измерительных технологий 4 7,8 68 часов 17 105 часов 7 семестр – зачет; 8 семестр – Экзамен Объем дисциплины и виды учебной работы № Раздел дисциплины Лекции ПЗ (или С) ЛР 1 Роль множественных измерений в производственном научном эксперименте Л ---- --- 2 Виды и структуры измерительных информационных систем (ИИС) Л ПЗ --- 3 Измерительные системы Л 4 Системы автоматического контроля Л ПЗ 5 Системы технической диагностики Л 6 Телеизмерительные системы Л 7 Принципы разделения измерительных каналов Л ---- 8 Интерфейсы ИИС Л ---- ЛР 9 Обеспечение точности, быстродействия и помехоустойчивости в ИИС Л ---- --- 10 Особенности проектирования ИИС Л ---- --- 11 Метрологический анализ Л ПЗ ЛР 12 ИИС на основе процессорных средств Л ---- 12.1 Виртуальные системы Л ---- ЛР 12.2 Интеллектуальные системы Л ---- 13 Управляющие вычислительные комплексы. Л ---- ЛР Содержание дисциплины 1. Роль множественных измерений в производстве и научном эксперименте. Роль информационных процессов в развитии человеческого общества. Назначение и основные функции измерительно-информационных систем (ИИС). Поколения ИИС. Взаимосвязь ИИС с системами автоматического управления, связи, хранении информации и с вычислительными системами. Применение ИИС в промышленном производстве, научных экспериментах, медицине и т.п. 2. Виды и структуры измерительных информационных систем (ИИС). Способы организации передачи информации между функциональными блоками ИИС. Цепочечная, радиальная и магистральная структуры ИИС. Основные компоненты измерительных информационных систем. Обобщенная структурно - функциональная схема ИИС. Методы описания структур и алгоритмов работы ИИС. Основные типы ИИС ближнего и дальнего действия: измерительные, контрольные, диагностические и распознающие системы. Классификация ИИС. 3. Измерительные системы. Разновидности измерительных информационных систем. ИС для прямых измерений. Выбор структуры и функциональных узлов. Алгоритмы работы. Многоканальные ИС параллельного действия. Сканирующие ИС. Пассивный и активный поиск. Многоточечные ИС с коммутаторами. Мультиплицированные ИС. Погрешности ИС. ИС для косвенных, совместных и совокупных измерений. Выбор структуры и режима функционирования. Статистические ИС (измерения параметров законов распределения вероятностей, корреляционных функций, частотных спектров). Погрешности ИС. 4. Системы автоматического контроля. Функции систем контроля. Ошибки контроля. Объем выборки при контроле. Дискретизация контролируемой величины. Оценка эффективности контроля. Компоненты систем контроля: виды каналов контроля; устройств формирования норм и сравнения установок с контролируемыми величинами. Структуры, алгоритмы, характеристики систем контроля параллельного, последовательного и параллельно-последовательного действия. Системы автоматического допускового контроля. Системы спорадического контроля. 5. Системы технической диагностики. Структуры, алгоритмы и характеристики систем технической диагностики. Сигнатурные анализаторы. Системы распознавания образов. Обобщенные структурно функциональная схема системы распознавания. 6. Телеизмерительные системы. Классификация систем телеизмерения (ТИ) и телеконтроля (ТК). Особенности построения, выбор структурных схем и основные характеристики систем. Каналы связи в системах ТИ, ТК и их характеристики /проводные и радиоканалы/. Помехи в каналах связи. Аналоговые одноканальные системы ТИ. Принцип действия, виды модуляции, оценка помехоустойчивости. Характеристики и примеры систем ТИ. Цифровые одноканальные ТИ системы. Повышение помехоустойчивости путем применения избыточных кодов и способов передачи кодов. Погрешности цифровых систем. Примеры систем. Многоканальные ТИ системы. Аналоговые и цифровые многоканальные системы. Синхронизация в системах. Погрешности ТИ. ТИ системы для рассредоточенных объектов. ТИ по вызову. Системы ТК. Адресные передачи и система приоритетов информации как метод адаптации в сложных многофункциональных комплексах. Сравнительная оценка систем ТИ. 7. Принципы разделения измерительных каналов. Теоретические основы способов разделения каналов и сигналов. Многоканальное разделение. Частотное разделение. Временное разделение. Кодовое (цифровое) разделение. Ортогональное разделение сигналов. 8. Интерфейсы ИИС. Определение, характеристики, алгоритмы, структуры. Модульный принцип построения. Стандартные интерфейсы ИИС. Приборный интерфейс МЭК (IEEE-488), интерфейс КАМАК (CAMAC). Периферийные интерфейсы ЭВМ. Машинные интерфейсы, интерфейсы аналоговой части ИИС. 9. Обеспечение точности, быстродействия и помехоустойчивости ИИС. Методы повышения (обеспечения) точности измерений. Классификация методов уменьшения погрешностей. Компенсация и коррекция статистической и динамической погрешности. Методы повышения быстродействия ИИС. Структурные схемы и алгоритмы повышения быстродействия без снижения точности систем. Виды и источники помех. Способы защиты от помех. Повышение помехоустойчивости средств статистических и динамических измерений. 10. Особенности проектирования ИИС. Стадии проектирования ИИС. Предпроектные, проектные, стадии реализации. Технико-экономическая эффективность. Системы автоматизированного проектирования: технического, математического, программного, информационного и организационного обеспечения ИИС. Эксплуатация ИИС. 11. Метрологический анализ. Общие положения. Состав метрологического обеспечения. Метрологические характеристики ИИС. Принципы регламентации метрологических характеристик. Нормируемые, расчетные и экспериментально определяемые метрологические характеристики измерительных информационных систем. Метрологическая аттестация ИИС. Установление продолжительности межпроверочных интервалов, объема представительной выборки количества исследуемых точек, количества наблюдений в исследуемых точках. Комплексная проверка измерительных информационных систем. Государственные испытания ИИС. Метрологическое обеспечение измерительно-вычислительных комплексов. Контроль метрологических характеристик ИИС встроенными средствами контроля (ВСК). Распределение погрешностей между звеньями ИИС. Оценка полной погрешности ИИС. Автоматизация поверки ИИС. 12. ИИС на основе процессорных средств. Структуры, алгоритмы и характеристики систем. Виртуальные системы. Интеллектуальные системы. Ближайшие перспективы развития. 13. Управляющие вычислительные комплексы. Принципы построения управляющих вычислительных комплексов (УВК). Общие принципы построения промышленных контроллеров. Структуры промышленных контроллеров. Шины обмена информации, применяемые в УВК – CompactPCI, USB. Интерфейсы УВК – RS232, RS422/485. Основные особенности операционных систем реального времени, применяемых в УВК. Основные понятия об ОСРВ Usix. Автоматизированная система управления производственными процессами SCADA – основные понятия, характерные особенности, примеры применения. Примерный перечень лабораторных работ Изучение интерфейса RS 232 Изучение интерфейсов RS 422/485. Изучение шины USB. Изучение шины compactPCI. Изучение и исследование программных средств, применяемых при работе с измерительной частью ИИС (LabVIEW). Изучение и исследование программ метрологии, используемых в ИИС и ИИУС. Темы практических занятий Разработка простейших блок-схем ИИС для многоточечных измерений. Разработка нормирующего усилителя для термопары ХК. Разработка нормирующего усилителя для пьезодатчиков (вибрация). Разработка блок-схемы ИИС для системы автоматического контроля. Темы курсовых работ 1. Разработать ИИС для автоматизированного измерения параметров пьезокерамических элементов – fр, fа, |Z(f)|, Rр, Rа, C0. 2. Разработать ИИС для автоматизированного измерения температурных параметров сегнетокерамики – C0(T), σ(T), ρ(T). 3. Разработать ИИС для использования на ТЭЦ (распределение температуры, давления, вибрации по блокам). N п/п Датчики ЦОУ Интерфейс Блок управления 1 ХК, 10; -40..+200 С ЖКИ 5 дес. цифр RS-232 PI, 160 МГц 2 Вибрация, АК317 (30..2000) Гц СДИ 8 дес. цифр RS-485 PI, 160 МГц 4. Разработать ИИС для сбора информации жилого дома для учета коммунальных платежей: расход горячей и холодной воды, расход тепла (используются датчики температуры воды), расход электроэнергии. N п/п Датчики ЦОУ Интерфейс Блок управления Датчики расхода воды, электроэнергии, температуры ЖКИ, 2*16 знаков USB, RS-485, RS-232 PIII, 1200 МГц 5. Разработать ИИС для охранных устройств: датчики открывания окон и дверей, датчики движения, температуры (пожарная сигнализация). N п/п Датчики ЦОУ Интерфейс Блок управления Видеонаблюдение; t ˚C; датчики открывания; движения ЖКИ, 2*8 знаков RS-485, RS-232 Микропроцессор, PI, 160 МГц 6. Разработать ИИС для сбора данных и управления АЭС (распределение давления, температуры, уровеней радиации). N п/п Датчики ЦОУ Интерфейс Блок управления Уровень радиации, Температура, Вибрация тубогенераторов (все многоточечные) ЖКИ (2*16 знаков), СДИ, Дисплей компьютера RS-485, RS-232, USB Микропроцессор, Микркомпьютер, Компьютер 7. Разработать ИИС для управления уличным освещением и экологическими параметрами (уровень естественного освещения, контроль загазованности и запыленности, уровень радиации, видеонаблюдение). N п/п Датчики ЦОУ Интерфейс Блок управления 1 Освешенности, Газоанализатор, Уровень шума Информационное СДИ – табло, На пульте диспетчера RS-485, RS-232, USB Микропроцессор Самостоятельная работа Вопросы для самоконтроля по дисциплине «Измерительные информационные системы» Раздел 1. Роль множественных измерений в производстве и научном эксперименте Каково применение ИИС в промышленном производстве? Охарактеризуйте стадии развития ИИС (поколения ИИС). В чем сходство и различия ИИС с системами автоматического управлении? Раздел 2. Виды и структуры измерительных информационных систем (ИИС). Нарисуйте основные структуры ИИС. Охарактеризуйте методы описания структур и алгоритмов работы ИИС. В чем различия ИИС ближнего и дальнего действия? Раздел 3. Измерительные системы. Назовите разновидности измерительных информационных систем. В чем характерное отличие ИИС для прямых измерений от других типов ИИС? Нарисуйте блок-схему алгоритма работы многоканальной ИС параллельного действия.. Раздел 4. Системы автоматического контроля. В чем заключаются функции систем контроля? Назовите компоненты систем контроля. Охарактеризуйте системы контроля параллельного, последовательного и параллельно-последовательного действия. Раздел 5. Системы технической диагностики. Нарисуйте основные структуры систем технической диагностики. Нарисуйте структурно функциональную схему системы распознавания. Раздел 6. Телеизмерительные системы. Дайте классификацию систем телеизмерения (ТИ) и телеконтроля (ТК). Какие каналы связи применяются в системах ТИ, ТК? Чем определяется помехоустойчивость каналов связи? Какие виды модуляции применяются в каналах связи? Как осуществляется синхронизация в ИС? Раздел 7. Принципы разделения измерительных каналов. Охарактеризуйте принципы разделения измерительных каналов. В чем основное отличие ортогонального разделения каналов в ИС? Какой способ разделения каналов чаще применяется для ТИС? Раздел 8. Интерфейсы ИИС. Охарактеризуйте стандартные интерфейсы ИИС. В чем состоит модульный принцип построения интерфейсов ИИС.? Чем отличаются интерфейсы цифровой и аналоговой части ИИС? Раздел 9. Обеспечение точности, быстродействия и помехоустойчивости ИИС. Назовите методы повышения точности измерений. Чем отличаются статистическая и динамическая погрешности? Назовите и охарактеризуйте способы защиты от помех в ИИС. Раздел 10. Особенности проектирования ИИС. Назовите стадии проектирования ИИС. Чем определяется технико-экономическая эффективность ИИС? Раздел 11. Метрологический анализ. Назовите метрологические характеристики ИИС. Как распределяются погрешностей между звеньями ИИС? Раздел 12. ИИС на основе процессорных средств. Чем отличаются структуры, алгоритмы и характеристики систем на основе микропроцессорных средств?. Что такое виртуальные ИИС, где они могут быть применены? Раздел 13. Управляющие вычислительные комплексы. Дайте определение УВК как разновидности ИИС. В чем состоят основные особенности построения и применения промышленных контроллеров? В чем состоит особенность ОС РВ в сравнении с ОС персональных компьютеров общего применения? Назовите основные особенности построения и применения систем SCADA. Учебно-методическое обеспечение а) основная литература Цапенко М.П. Измерительные информационные системы: – М.: Энергоатомиздат, 1985, 440 с. – с ил. Управляющие вычислительные комплексы// Под. Ред. Прохорова Н.Л. /М: Финансы и статистика, 2003 г. б) дополнительная литература Информационно-измерительная техника и технологии: Учебник для вузов \ В.И.Калашников, С.В.Нефедов, А.Б.Путилин и др.; Под редакцией Г.Г.Раннева, - М.: Высшая школа, 2001., 362с.-с ил. Раннев Г.Г. Измерительные информационные системы: Лекции – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Изд. МГОУ, 2001, 224 с. – с ил. Р.Э. Капиев. Измерительно-вычислительные комплексы. Л., Энергоатомиздат, 1988 г. Манаев К.М. Приборы и методы электрических измерений.: Учеб. пособие для вузов в 2 т. – Махачкала.: Изд.: “Юпитер”, 1998, т1 294с с ил; т2 215 с с. – с ил. Путилин А.Б. Интерфейсы в ИИТ.: М.: изд. МГОУ, 1996, с 140 с ил. Диденко Е.В. Система управления гибкими исследовательскими и технологическими стендами “Лаборатория 2D”.: Мир компьютерной автоматизации, №4, 1999, с,59-64. Раннев Г.Г. Хлебородова В.М. Виртуальные информационно-измерительные приборы и системы.: Новые технологии, №3,1998, с.37-41. Скачать 173,9 Kb. оставить комментарий Сучков А.А Дата 28.09.2011 Размер 173,9 Kb. Тип Учебно-методический комплекс, Образовательные материалы