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 wartoÅ›ci 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:

• WyodrÄ™bnienie zjawiska/wÅ‚asnoÅ›ci fizycznej

• Rejestracja sygnałów z sensora(sensorów)

• Teletransmisja (przesyÅ‚anie sygnałów drogÄ… przewodowÄ…)

• Próbkowanie w czasie

• Kwantowanie wartoÅ›ci

• Obróbka sygnałów wg wÅ‚asnych 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 spójnoÅ›ci 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 dostÄ™pu 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