8. ИИС для определения и тестирования параметров охлаждающей способности закалочных сред
измерительный техника величина параметр
Применяется для определения теплофизических параметров жидкостей: масла, полимеров на водной основе, эмульсий и т. д. Может применяться в металлургии (при закалке), химическом производстве и в других отраслях, требующих контроля характеристик рабочих жидкостей. Характеристики охлаждения закаливающей среды могут меняться вследствие термической деградации, многократного использования, загрязнения и т. д.
Для определения охлаждающих характеристик закалочных сред используется множество методов. Наиболее распространенным является так называемый метод серебряного шара, используемого в качестве зонда, в центре которого находится датчик с термопарой. Зонд нагревается и закаливается в испытуемой закалочной среде. Измерительная система измеряет и регистрирует температуру и скорость изменения температуры зонда, задает и контролирует температуры муфельной печи, нагревающей испытательный зонд, и термостата с испытуемой охлаждающей жидкостью. Измерительная информация передается в ПК для последующей обработки, хранения результатов в виде базы данных и построения графиков зависимости температуры и скорости изменения температуры от времени.
Система имеет три канала ввода информации:
- канал измерения температуры зонда на основе платы ввода сигналов с термопар АРС1-3200-4;
- канал контроля температуры печи — встроенный терморегулятор и порт RS-232C;
- канал контроля температуры термостата — встроенный терморегулятор и порт RS-232C.
Для обработки информации используется пакет LabVIEW, что позволило сократить временные затраты на разработку и отладку программного обеспечения комплекса.
Автоматизация процесса измерения позволяет многократно повторять рутинные испытания с требуемой точностью и минимальными трудозатратами оператора.
9. ИИС плавильного цеха
Данная ИИС по существу объединяет функции измерительной и управляющей систем. Объектом исследования является комплекс агрегатов, включающий в себя:
- электропечные агрегаты (печи закрытого типа РКЗ-33);
- станции газоочистки, состоящие из двух блоков, обеспечивающих двухступенчатую очистку;
- станции отсоса чистого газа;
- гидросистемы электропечного агрегата.
ИИС предназначена для непрерывного автоматизированного контроля и управления группой рудно-термических печей, используемых для производства ферросплавов электродуговым способом. Основными целями ИИС являются:
- обеспечение продолжительной безаварийной работы технологического оборудования;
- контроль и отображение технологических параметров;
- управление комплексом технологического оборудования в автоматическом и ручном режимах.
В ходе достижения этих целей ИИС выполняет следующие функции:
- сбор, нормализация, преобразование и обработка информации с датчиков аналоговых сигналов (ток в диапазонах 0...5мА или 4...20 мА);
- сбор, нормализация, преобразование и обработка информации с датчиков температуры;
- сбор и обработка информации с дискретных датчиков;
- формирование импульсных и дискретных сигналов для управления исполнительными механизмами;
- формирование и индикация сигналов предупредительной и аварийной сигнализации;
- вычисление технологических параметров и расчеты управляющих воздействий в соответствии с алгоритмами регулирования и управления;
- автоматический контроль исправности датчиков, исполнительных механизмов и линий связи путем непосредственных измерений или по косвенным признакам;
- автоматизированный пуск, вывод на режим, поддержание рабочего режима и останов любого из исполнительных механизмов по выбору оператора;
- автоматическая блокировка соответствующих команд управления при выявлении диагностируемых неисправностей соответствующих исполнительных механизмов, взаимных блокировок, а также при ошибочных действиях оператора;
- формирование команд управления на останов исполнительного механизма при выходе параметров его защиты за пределы аварийных значений;
- автоматическое поддержание с необходимой точностью заданных оператором значений регулируемых параметров;
- визуализация в режиме реального времени состояния агрегатов, вспомогательных механизмов и устройств на экране монитора станции оператора в виде анимационных мнемосхем;
- вывод значений технологических параметров на экран монитора в виде графиков, таблиц или текущих значений на соответствующих мнемосхемах;
- индикация сообщений о неисправности диагностируемых элементов и устройств (модулей, датчиков, исполнительных механизмов и др.).
ИИС является системой с открытой архитектурой и имеет возможность дальнейшего развития и подключения дополнительных микропроцессорных контроллеров, АРМ и другого оборудования. Поэтому число измерительных каналов жестко не оговорено.
Рассмотренные выше ИИС предназначены для исследования технических объектов, технологических процессов и окружающей среды. Наряду с этим все чаще становятся предметом автоматизированных исследований и контроля биологические объекты. Несмотря на специфику этих объектов, общий подход к построению ИИС для их исследования, как увидим из приводимых ниже примеров, не имеет принципиальных отличий.
10. ИИС контроля за состоянием особей рыб в условиях закрытого водоема
Данная ИИС позволяет исключить ручной труд и случаи травмирования рыб при исследовании. Входная информация представляет собой реальное видеоизображение, поступающее от видеокамеры, расположенной над бассейном. Далее изображение подвергается обработке на ЭВМ. Целью обработки является определение общего числа рыб и измерение их длины. При этом возникает ряд проблем:
- неравномерная освещенность бассейна, наличие в нем затененных областей, что усложняет процесс обработки;
- слияние изображений нескольких рыб в один объект, что вносит дополнительную погрешность в определение количества рыб;
- расположение особей на разной глубине, что должно учитываться при измерении их длины.
Заложенный в ИИС алгоритм обработки, позволяющий преодолеть эти трудности, включает в себя:
- модель погрешности измерений, учитывающую дискретность изображения и влияние преломляющего слоя;
- алгоритмы выделения фонового изображения, на основе сглаживания и фильтрации с использованием преобразования Фурье;
- формирование бинаризованных изображений рыб;
- идентификацию эталонов длины и вертикали;
- вычисление длины особей;
- подсчет количества особей с учетом слившихся изображений отдельных особей;
- расчет погрешностей для каждого измерения.
ИИС обеспечивает приемлемую точность и уровень автоматизации. Получаемая информация пригодна для пополнения базы данных предприятия, выращивающего ценные породы рыб.
11. ИИС «Фитомониторинг»
Существует концепция управления вегетацией растений с использованием информации от постоянно находящихся на вегетирующем растении миниатюрных датчиков. Такая методика получила название «фитомониторинг». В настоящее время разработаны и созданы подходящие типы датчиков для непрерывного мониторинга физиологических функций растений и соответствующие ИИС. В эти ИИС заложены методы интерпретации результатов мониторинга и алгоритмы диагностики состояния растения, необходимые для физиологических и биофизических исследований. Получаемые результаты могут использоваться для принятия технологических решений по управлению процессом вегетации. Номенклатура регистрируемых характеристик представляет собой компромисс между желанием получить как можно более полную информацию и реальными возможностями современной методики мониторинга. В ИИС измеряются следующие параметры среды:
- облученность;
- температура и влажность воздуха и корнеобитаемой среды (почвы, гидропонного наполнителя).
Из физиологических характеристик растения определяются наиболее информативные:
- температура листа;
- разность температур лист—воздух;
- водный поток в стебле или черешке листа, поток в плодоносе;
- изменения толщины стебля, черешка, листа, корня;
- размеры плода и динамика его роста.
Для диагностики в системе фитомониторинга используются первичные, непосредственно измеряемые характеристики собственно растения и окружающей среды, а также вторичные характеристики, то есть величины, вычисленные из первичных характеристик по соответствующим формулам, которые можно трактовать как результаты косвенных измерений. Основной выходной информацией в фитомониторинге являются: результаты анализа изменений во времени первичных характеристик растений и результаты анализа корреляций этих характеристик между собой или с параметрами среды.
Прикладные хозяйственные задачи фитомониторинга состоят в диагностике текущего состояния растений и выдаче информации в системы управления, а также в определении свойств генотипа. Соответственно, областями применения этой методики являются как фундаментальные дисциплины (генетика, физиология и биофизика растений), так и прикладные (селекция и растениеводство в защищенном и открытом грунте).
12. ИИС в учебном процессе
В Киевском государственном университете разработана и функционирует распределенная ИИС для поддержки научно-образовательного процесса. Не вдаваясь в технические и программные вопросы, отметим, что эта ИИС используется для обработки экспериментальных данных, получаемых студентами в ходе выполнения лабораторных работ, курсового и дипломного проектирования.