Cyfrowe systemy pomiarowe – system pomiarowy jest zbiorem współpracujących ze sobą przyrządów pomiarowych służących do otrzymywania, przetwarzania, przesyłania oraz zapamiętywania informacji pomiarowej^[1]. Zakwalifikowanie do kategorii systemów pomiarowych związane jest z funkcją dodatkową jaką pełni urządzenie oprócz pobrania informacji z obiektu mierzonego, a mianowicie z przetwarzaniem wyniku pomiaru. Proces pobrania informacji z obiektu badanego to proces pomiarowy. W teorii występuje^[1] podział na systemy p. analogowe i systemy p.cyfrowe, jednak obecnie praktycznie wszelkie tworzone systemy pomiarowe są systemami cyfrowymi, stąd stosuje się określenie cyfrowe systemy pomiarowe.

Automatyzacja procesu pomiarowego (p.p.), a więc wyłączanie z ww. procesu bezpośredniego udziału człowieka, pozwalają na:

• zwiększenie wydajności działań metrologicznych
• wysoki stopień obiektywności
• eliminację błędów operatora.

Stopień automatyzacji p.p. dzieli systemy pomiarowe na:

• systemy ze sterowaniem ręcznym
• systemy półautomatyczne
• systemy automatyczne

Zastosowanie urządzeń zastępujących człowieka w procesie pomiarowym umożliwia wykonanie większej ilości pomiarów w jednostce czasu, czyli realizację działań metrologicznych na większą skalę i obróbkę większej ilości informacji pomiarowych.

Poprzez określenie celu cyklu pomiarowego dokonuje się podziału na:

• system pomiarowy – celem jest uzyskanie prostej informacji o obiekcie
• system pomiarowo-kontrolny – celem jest uzyskanie prostej informacji o stanie badanego obiektu dzięki wykonaniu szeregu pomiarów
• system pomiarowo-diagnostyczny – celem jest otrzymanie informacji o przyczynach danego stanu obiektu badanego (diagnoza) oraz wykonanie odpowiednich działań korekcyjnych na badanym obiekcie. Pomiary wieloparametrowe Wykorzystanie systemów pomiarowo-kontrolnych (pomiarowo-diagnostycznych) do zastosowań przemysłowych – procesy produkcyjne, nadzór nad działaniem złożonych obiektów itp., zdecydowanie wpływa na zwiększenie wydajności, zmniejszenie awaryjności – podwyższenie niezawodności działania badanych obiektów.

W teorii^[1] występuje podział na systemy pomiarowe analogowe i s.p. cyfrowe, jednak obecnie praktycznie wszelkie tworzone systemy pomiarowe są systemami cyfrowymi, stąd dalej stosuje się określenie cyfrowe systemy pomiarowe.

Ogólny proces pomiarowo-kontrolny (diagnostyczny), ze względu na realizowane zadania, można przedstawić następująco^[2]:

System pomiarowy realizuje czynności I.1÷II.7 .

System pomiarowo-kontrolny realizuje czynności I.1÷III.10 .

System pomiarowo-diagnostyczny realizuje czynności I.1÷III.12 .

Uogólnioną strukturę systemu pomiarowo-kontrolnego można przedstawić w następujący sposób:

Możliwa jest również struktura ze sterowaniem rozproszonym tzn. każdy z modułów ma własne sterowanie (praca autonomiczna) i brak koordynującego modułu sterowania, współdziałanie między modułami dzięki transmisji sygnałów informacyjnych. Współdziałanie poszczególnych bloków jest możliwe przez skoordynowanie sterowań wewnątrz-modułowych.

Z przedstawionych dwóch powyższych struktur systemów szersze zastosowanie znalazła wersja ze sterowaniem ogólnym (sterowanie główne), którego poszczególne moduły schematu systemu pomiarowego – prostego scharakteryzowano poniżej.

Opisywane moduły są odpowiedzialne za wykonanie kolejnych faz ogólnego procesu pomiarowo-kontrolnego, przedstawionego w ww. ujęciu tabelarycznym.

Zespół odpowiedzialny bezpośrednio za pomiar obiektu badanego, realizuje działania w procesie pomiarowo-kontrolnym:

I. przygotowanie pomiaru

II. pomiar właściwy (p. ww. ujęcie tabelaryczne).

Ostatnią funkcją dotyczącą jednego pomiaru jest przesłanie informacji pomiarowej do kolejnego bloku systemu pomiarowo-kontrolnego. Działaniem tego modułu kieruje moduł sterowania.

Moduł ten realizuje funkcję obróbki matematycznej wyników pomiarów (III.9 z tab.1). Moduł powyższy posiada strukturę sprzętowo-programową z przewagą działań programowych (algorytmy obróbki danych). Pracą m. przetwarzania informacji zarządza układ sterujący.

W module dokonywana jest interpretacja wyników pomiarów (III.10 tab.1) przynajmniej w częściowym stopniu. Ściślej określa się formy prezentacji przetworzonych wyników pomiarów.

W systemach pomiarowo-kontrolnych należy dążyć do wykonania co najmniej częściowej analizy otrzymanych wyników. Stworzona w ten sposób forma prezentacji ułatwi (wyręczy) operatorowi podjęcie decyzji (diagnozy). Przy określaniu formy prezentacji (cyfrowa, graficzna, dźwiękowa) należy także uwzględnić:

• czytelność formy
• jednoznaczność formy
• prędkość prezentowania wyników.

Moduł interfejsu z otoczeniem jest kierowany przez układ sterowania.

Zapewnia poprawne współdziałanie wszystkich trzech omówionych modułów. Jest to jego główne zadanie, stąd nie realizuje bezpośrednio żadnej z czynności elementarnych procesu pomiarowo-kontrolnego z ww. tablicy. Układ ten jest określany również jako kontroler.

Sposób działania kontrolera określa metodę sterowania pozostałych modułów, a więc działanie całego systemu pomiarowo-kontrolnego.

Rozróżnia się różne typy kontrolerów – różne metody sterowania pracą systemu:

• kontroler o sterowaniu sekwencyjnym w pętli otwartej.

Praca systemu w tempie określonym przez zegar jednostki centralnej – kontrolera. Zapoczątkowany cykl przez zewnętrzny czynnik inicjujący. Po wykonaniu zbioru określonych czynności, system przechodzi w stan spoczynkowy – oczekiwania na następny cz. inicjujący.

• kontroler o sterowaniu sekwencyjnym w pętli zamkniętej.

Praca systemu w tempie określonym przez zegar jednostki centralnej – kontrolera. Zapoczątkowany cykl przez zewnętrzny czynnik inicjujący. Po wykonaniu zbioru określonych czynności, układ samoczynnie przechodzi do następnego cyklu. Praca w „pętli nieskończonej”.

• kontroler o sterowaniu asynchronicznym.

Kolejne etapy cyklu pomiarowo-kontrolnego wykonywane są po otrzymaniu informacji zwrotnej z modułów systemu o poprawnym wykonaniu operacji bieżącej.

Odrębne zagadnienie to zasady przesyłu danych stosowane w systemie pomiarowo-kontrolnym. Wymiana danych między dwoma urządzeń implikuje konieczność dopasowania ich szybkości transmisji:

• asynchroniczny przesył danych – z potwierdzeniem

Możliwość nadawania/odbioru znaku następnego jest sygnalizowana sygnałem potwierdzenia odbioru. Szybkość transmisji jest uzależniona od szybkości wolniejszego z dwóch urządzeń.

• synchroniczny przesył danych – bez potwierdzenia

Przesył danych w założonym a priori cyklu o szybkości działania transmisji niezmiennej w czasie.

• Badźmirowski K., Karkowska M., Karkowski Z.: Cyfrowe systemy pomiarowe, Warszawa WNT 1979
• Sowiński A.: Cyfrowa technika pomiarowa, Warszawa WKIŁ 1976