B.6. Akwizycja danych pomiarowych w rozproszonych systemach
automatyki.

Notka: Poruszyłem pobieżnie temat od strony sprzętowej. Myślę, że nie to jest istotą tego

pytania. Rozpatrywanie problemu akwizycji danych na poziomie magisterskim opiera się na
zarządzaniu całą strukturą przedsiębiorstwa i z tym związanymi problemami. Proponuje
skupić się na modelu zakładowej infrastruktury informatycznej i z nim związanymi
problemami. Wybrałem słowa klucze i cytaty z artykułu, z którym polecam się zapoznać [2].
Wszelkie uwagi mile widziane Dodatkowo poruszyłem ten wątek w pracy magisterskiej,
rozdział 4.

Akwizycja danych (AD) to proces polegający na zbieraniu danych opisujących świat
rzeczywisty, a następnie na przekształceniu tych danych w postać numeryczną możliwą do
obróbki przez komputer. Systemy akwizycji danych (DAQ – Data Acquisition Systems)
przekształcają sygnały analogowe do postaci cyfrowej, jako zbiór wartości numerycznych.
Działanie systemów AD opiera się na dwóch podstawowych procesach:



dyskretyzacja sygnałów w czasie (próbkowanie)



dyskretyzacja wartości sygnałów (kwantowanie).

W celu zebrania danych pochodzących z eksperymentu stosuje się szereg urządzeń
elektronicznych, takich jak multimetry cyfrowe, mostki pomiarowe, wolto i amperomierze,
sterowane źródła prądowe i wiele innych, dobranych do specyficznych zadań.

Wikipedia mówi: Wyróżniamy kolejno etapy akwizycji danych:



Wyodrębnienie zjawiska/własności fizycznej



Rejestracja sygnałów z sensora(sensorów)



Teletransmisja (przesyłanie sygnałów drogą przewodową)



Próbkowanie w czasie



Kwantowanie wartości



Obróbka sygnałów wg własnych potrzeb

Co mówi dr A. Czemplik:

Czujnik,Przetwornik pomiarowy – sygnał standardowy, tj. 0-5mA, 0-10mA, 0-20mA, 4-

20mA, 0-10V

C/P sygnałowy – standard na standard

separator - oddzielenie galwanicznie

A/C

Elementy pomiarowe:

klasyczne

Inteligentne

A propos inteligentnych czujników [1]

Od strony infrastruktury informatycznej[2].

Akwizycja danych w systemach informatyki przemysłowej stanowi jedno z istotnych
zagadnień stawianych przed rozproszonymi systemami czasu rzeczywistego. Rozwój
technologii informatycznej związanej bezpośrednio z obsługą procesów przemysłowych
owocuje rosnącą ilością informacji, których akwizycja, przetwarzanie i udostępnianie
staje się niebanalnym problemem stawianym przed systemami przemysłowych baz
danych.

Problemy i zagadnienia systemów z akwizycją danych:

połączenie warstwy sterowania z warstwą systemów wspomagających

Droga od źródła danych do miejsca ich składowania wiedzie poprzez sieci przemysłowe

najniższego poziomu, a wzrastający ruch komunikacyjny ma często niedeterministyczną
naturę wynikającą ze sposobu pracy systemów wspomagających zarządzanie
przedsiębiorstwem.

Kolejnym problemem jest różnorodność stosowanych rozwiązań technicznych i zupełnie

odmienne wymagania stawiane przed systemami leżącymi na różnych poziomach
hierarchicznej struktury akwizycji danych… Tworzone tutaj systemy realizują operacje na
ogromnych zestawach danych, służące wychwyceniu zjawisk zachodzących w skali globalnej.

…połączenie warstwy sterowania z warstwą systemów wspomagających zarządzanie nie

jest zadaniem banalnym. Najlepszym przykładem są funkcjonujące obecnie rozwiązania
firmowe przemysłowych baz danych, koncentrujące się na rozwiązywaniu wybranych
zagadnień i nieuwzględniające własnego wpływu na pozostałe elementy struktury.

Rys. 1. Model zakładowej infrastruktury informatycznej

Przemysłowa infrastruktura informatyczna może być rozpatrywana jako szereg warstw,
których budowa i funkcje dostosowane są do realizowanych przez nie zadań. Strukturę tę
można opisać w postaci modelu składającego się z dwóch piramid stykających się w punkcie:
przemysłowa baza danych (rys. 1). Dolna piramida zapewnia gromadzenie informacji
pobieranej z poziomu kolejnych warstw rozproszonego systemu czasu rzeczywistego,
wykorzystywanego w procesie kontroli i sterowania produkcją. Górna, odwrócona piramida
budowana jest poprzez systemy wspomagające zarządzanie, a jej poszczególne warstwy
służą obróbce i dystrybucji posiadanej informacji.

Pracujące w rozproszonych systemach czasu rzeczywistego systemy wizualizacji i nadzoru
tworzą obraz procesu przemysłowego na podstawie informacji pobieranej w głównej
mierze z warstwy sterowania. Oprócz wymian związanych z cykliczną akwizycją danych
większość systemów przemysłowych wymaga obsługi zachodzących w sposób aperiodyczny
zdarzeń, analizowanych zgodnie z modelem wymuszenie - odpowiedź. Wystąpienie w
systemie zdarzenia wymagającego komunikacji lub synchronizacji z innym węzłem systemu
przekłada się na aperiodyczną wymianę informacji obsługiwaną w zależności od
wykorzystywanego protokołu sieciowego.

… Opisywany w literaturze przypadek lawiny zdarzeń, będący częstym przypadkiem awarii
rozproszonych systemów czasu rzeczywistego, jest dobrym przykładem uzasadniającym
podejście deterministyczne w projektowaniu tychże systemów…

W systemach akwizycji występują w przeważającej mierze miękkie ograniczenia czasowe
(ang. soft real-time system).

Analiza wybranych problemów występujących w systemach akwizycji danych :



Problem spójności informacji

Ilustracją problemu informacyjnego opisującego trzy właściwości obiektu: barwę, kształt i
numer identyfikacyjny. Przerwa w komunikacji bądź brak synchronizacji poszczególnych
składowych wektora informacyjnego może spowodować, iż otrzymany opis pomimo
pozorów kompletności odnosić się będzie do nieistniejącego w rzeczywistości obiektu.



Problem niezawodnego gromadzenia i przechowywania informacji

Rozwiązanie problemu niezawodnego gromadzenia i przechowywania informacji przy

wykorzystaniu zawodnych rozwiązań sprzętowych i programowych wymaga realizacji
systemów z redundancją obejmującą zarówno obróbkę, transmisję, jak i składowanie
danych… Zastosowanie systemów monitorujących na poziomie węzłów odpowiedzialnych za
rejestrację danych pozwoli z jednej strony na wykrywanie niezgodności pomiędzy
rejestrowanymi kopiami informacji (w przypadku monitorowania warunku niezgodność
danych) z drugiej strony umożliwi badanie spójności i niezawodności systemów z
redundancją.



Problem efektywnego i bezpiecznego dostępu do informacji

Wprowadzanie dodatkowych wymian związanych z komunikacją pionową nie może w żaden
sposób zaburzać funkcjonowania komunikacji poziomej w sieci przemysłowej, która
umieszczona jest ponad podstawą dolnej piramidy.

Wykorzystanie infrastruktury sieci otwartych rodzi ryzyko zaburzenia porządku
chronologicznego rejestrowanych zdarzeń. Istotne problemy mogą powstać również w
przypadku źle zaprojektowanych rozwiązań komunikacyjnych i niewłaściwej synchronizacji
stempla czasowego. Ponadto różnice w prędkości przepływu informacji pochodzącej z
różnych warstw mogą prowadzić do błędnego wnioskowania na temat skutków i przyczyn
zachodzących zjawisk. Błędne określenie jednych i drugich prowadzić może do katastrofy nie
tylko w przypadku decyzji podejmowanych przez człowieka, ale szczególnie niebezpieczne jest
w przypadku systemów wspomagających w sposób automatyczny podejmowanie decyzji i
wnioskowanie.

[1] http://wazniak.mimuw.edu.pl/images/9/9a/Sw3.6-m12-1.2.pdf //jeżeli ktoś chce
poczytać o inteligentnych przetwornikach

[2] http://www.wnp.pl/artykuly/akwizycja-danych-w-systemach-przemyslowych,4662.html