NAUCZANIE SYSTEMÓW POMIAROWYCH W POLSKICH UCZELNIACH TECHNICZNYCH

Transkrypt

1 ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŁÓDZKIEJ SCIENTIFIC BULLETIN OF ŁÓDŹ TECHNICAL UNIVERSITY Nr 886 ELEKTRYKA, z NAUCZANIE SYSTEMÓW POMIAROWYCH W POLSKICH UCZELNIACH TECHNICZNYCH STRESZCZENIE Krzysztof Jellonek 1, Eligiusz Pawłowski 2, Dariusz Świsulski 3,Wiesław Winiecki 4 W artykule, którego współautorzy są pracownikami różnych uczelni, przedstawiono i porównano treści wykładów oraz ćwiczeń laboratoryjnych realizowanych w kilku krajowych uczelniach w ramach przedmiotów dotyczących nauczania systemów pomiarowych. Przestawiony materiał może być pomocny przy układaniu nowych i modyfikowaniu starych programów nauczania przedmiotów poświęconych systemom pomiarowym. 1. WPROWADZENIE Absolwenci wyższych uczelni technicznych coraz częściej w swej pracy zawodowej spotykają się z systemami pomiarowymi i bez względu na to, czy będą je projektować, budować, czy też jedynie użytkować, muszą na ich temat posiadać odpowiednią wiedzę teoretyczną i praktyczną. Znajomość systemów pomiarowych wymagana jest od inżynierów różnych specjalności i dlatego ich nauka prowadzona jest nie tylko na wydziałach elektroniki i informatyki, ale również ogólnotechnicznych, elektrycznych i mechanicznych. Tematyka niezbędnych wykładów i ćwiczeń laboratoryjnych jest bardzo szeroka i dodatkowo powinna być możliwie często aktualizowana. 1 Politechnika Wrocławska, Wydział Podstawowych Problemów Techniki, Wydziałowy Zakład Pomiarowej i Medycznej Aparatury Pomiarowej, ul. Smoluchowskiego 19, Wrocław, tel. (071) , krzysiek@pwr.wroc.pl 2 Politechnika Lubelska, Wydział Elektryczny, Katedra Automatyki i Metrologii, ul. Nadbystrzycka 38 A, Lublin, tel. (081) , elekp@elektron.pol.lublin.pl 3 Politechnika Gdańska, Wydział Elektrotechniki i Automatyki, Katedra Miernictwa Elektrycznego, ul. Narutowicza 11/12, Gdańsk, tel. (058) , dswis@ely.pg.gda.pl 4 Politechnika Warszawska, Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych, Instytut Radioelektroniki, Zakład Urządzeń Radiotechnicznych, ul. Nowowiejska 15/19, Warszawa, w.winiecki@ire.pw.edu.pl

2 134 Krzysztof Jellonek, Eligiusz Pawłowski,Dariusz Świsulski, Wiesław Winiecki Ze względu na bardzo szybki rozwój technologii systemów pomiarowych niewiele jest dostępnej aktualnej literatury na ich temat, a prowadząc zajęcia pracownicy uczelni w dużym stopniu opierają się na własnych doświadczeniach. Muszą oni również na bieżąco śledzić kierunki rozwoju systemów pomiarowych, orientować się w możliwościach nowego sprzętu i oprogramowania. Nieocenionym źródłem nowych informacji są w tym przypadku konferencje naukowe i publikacje w czasopismach naukowo-technicznych. Wykłady z systemów pomiarowych z reguły są uzupełniane praktycznymi zajęciami w laboratorium. Istotnym problemem jest jego odpowiednie wyposażenie, ponieważ zwykle uczelnia nie dysponuje wystarczającymi funduszami, by na bieżąco uzupełniać nowoczesny sprzęt i uaktualniać oprogramowanie. Tematyka ćwiczeń laboratoryjnych jest zazwyczaj daleko idącym kompromisem wynikającym z możliwości finansowych i lokalowych uczelni, liczebności grup studenckich, programu studiów i zatwierdzonej siatki godzinowej oraz osobistego zaangażowania się wykładowcy w przygotowanie niezbędnych materiałów dydaktycznych dla studentów. 2. TEMATYKA WYKŁADÓW 2.1 Wykład na Wydziale Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej Na Wydziale Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej prowadzony jest wykład z przedmiotu Przemysłowe dla specjalności Automatyka i Robotyka na semestrze VII w wymiarze 30 godzin oraz wykład z przedmiotu obieralnego Komputerowe dla specjalności Elektrotechnika na semestrze VII w wymiarze 30 godzin i dla studentów Wydziału Mechanicznego na semestrze VIII w wymiarze 15 godzin. Tematyka tych wykładów jest zbliżona, a zakres wykładanego materiału jest dostosowany do poszczególnych specjalizacji. Uzupełnieniem wykładów są laboratoria prowadzone w tym samym semestrze co wykład [20], [21]. Programy wykładów z Systemów Pomiarowych obejmują następujące zagadnienia: struktura i organizacja systemów pomiarowych (klasyfikacja, podział funkcjonalny, konfiguracje, budowa), jednostki funkcjonalne systemu pomiarowego (kontroler, blok komunikacji, czujniki pomiarowe, blok akwizycji sygnałów pomiarowych, blok przetwarzania danych, blok generacji sygnałów), przesyłanie sygnałów w systemach pomiarowo-informacyjnych (przesyłanie szeregowe, równoległe, szeregowo-równoległe, praca synchroniczna i asynchroniczna), interfejsy w systemach pomiarowych (interfejsy kasetowe i przyrządowe, interfejsy standardowe RS-232, RS485, IEC-625, VME,VXI), oprogramowanie systemów pomiarowych (oprogramowanie podstawowe i użytkowe, języki programowania, zintegrowane środowiska programowania LabVIEW, TestPoint, HP VEE), wykorzystanie Internetu do przesyłania danych pomiarowych (protokół TCP/IP, technologia DataSocket, ActiveX, aplety Javy, program Internet Developers Toolkits), projektowanie systemów pomiarowo-informacyjnych (identyfikacja obiektu, ocena wymagań użytkownika, wybór struktury i algorytmu pracy systemu, dobór przetworników pomiarowych, konfiguracja oprogramowania, zobrazowanie i rejestracja wyników, testowanie). Do wykładów podany jest zestaw literatury uzupełniającej [4], [10], [12], [14], [17], [20], [30].

3 Nauczanie systemów pomiarowych Wykład na Wydziale Elektrycznym Politechniki Lubelskiej Na Wydziale Elektrycznym Politechniki Lubelskiej prowadzony jest wykład z przedmiotu Komputerowe na kierunku Elektrotechnika dla specjalności Inżynierskie Zastosowania Informatyki w wymiarze 30 godzin na semestrze VIII, dla specjalności Przetwarzanie i Użytkowanie Energii Elektrycznej w wymiarze 45 godzin na semestrze IX oraz dla studentów zaocznych magisterskich studiów uzupełniających w wymiarze 14 godzin na semestrze I. Wykłady mają zbliżoną tematykę, przy czym zakres materiału jest dostosowany do specjalizacji i wymiaru godzinowego. Uzupełnieniem wykładów są laboratoria prowadzone w semestrach IX, X i I [15]. Program wykładów obejmuje następujące zagadnienia: podstawowe pojęcia i definicje, struktury systemów pomiarowych, algorytmy pracy systemów pomiarowych, elementy składowe systemów pomiarowych, budowa i zasada działania komputera, sposoby sprzęgania komputera z systemem pomiarowym, systemy interfejsów stosowane w miernictwie (magistrala wewnętrzna komputera, interfejsy szeregowe i równoległe, specjalizowane interfejsy pomiarowe, zastosowanie sieci komputerowych), podstawowe bloki funkcjonalne współczesnych systemów pomiarowych (przetworniki wejściowe i ich układy pracy, wzmacniacze, filtry, analogowe układy przetwarzające, układy próbkującopamiętające, przetworniki C/A i A/C, czujniki inteligentne smart sensor ), pomiarowe karty rozszerzające do komputerów (wyposażenie i zastosowanie kart pomiarowych, współpraca karty pomiarowej z komputerem, programowanie karty do pomiarów napięć, synchronizacja pomiarów z programem sterującym, kontrola pracy karty, obsługa systemu przerwań, karty pomiarowe klasy Personal Instuments, algorytmy cyfrowej obróbki wartości chwilowych sygnałów pomiarowych), przyrządy pomiarowe do pracy w komputerowych systemach pomiarowych IEC 625 (multimetry cyfrowe, częstościomierzeliczniki uniwersalne, multipleksery, generatory sygnałowe, oscyloskopy cyfrowe), przyrządy pomiarowe klasy Virtual Instruments, koncepcja przyrządów wirtualnych firmy National Instruments (LabView, LabWindows), ochrona przeciwzakłóceniowa i kompatybilność elektromagnetyczna w systemach pomiarowych. Do wykładów podany jest zestaw literatury uzupełniającej [1], [7] [11], [13], [17], [30]. 1.3 Wykłady na Wydziale Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechniki Warszawskiej Na Wydziale Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechniki Warszawskiej realizowane są dwa potoki studiów. Pierwszy z nich obejmuje 6 następujących specjalności: Inżynieria Biomedyczna, Inżynieria Komputerowa, Mikroelektronika, Optoelektronika, Radiokomunikacja i Techniki Multimedialne oraz Systemy Pomiarowo- Kontrolne (SPK). Drugi potok obejmuje 6 specjalności z informatyki, automatyki i telekomunikacji. Systemy pomiarowe nauczane są tylko w pierwszej grupie specjalności [26], [28]. Dla wszystkich specjalności z tej grupy, poza SPK, prowadzony jest na semestrze V wykład z przedmiotu (SPOM) w łącznym wymiarze 45 godzin. Dla specjalności SPK przedmiot prowadzony jest w wymiarze po 30 godzin wykładu na semestrze V (SPOM I) i na semestrze VI (SPOM II). Ponadto studenci tej specjalności muszą wybrać przedmioty (wykłady i projekty): Oprogramowanie

4 136 Krzysztof Jellonek, Eligiusz Pawłowski,Dariusz Świsulski, Wiesław Winiecki Systemów Pomiarowych (poświęcony głównie technologiom projektowania sieciowych systemów pomiarowych), Systemowe Urządzenia Sterujące i Pomiarowe, Czujniki Pomiarowe, System VXI. Program przedmiotu (SPOM) obejmuje zagadnienia takie jak: model toru pomiarowego, systemowe ujęcie pomiarów, schemat funkcjonalny systemu pomiarowego, pojęcie bloku funkcjonalnego systemu pomiarowego, dekompozycja i synteza zadania pomiarowego, konfiguracje systemów pomiarowych, bloki funkcjonalne systemu pomiarowego, magistrala systemu pomiarowego, protokoły transmisji danych, interfejsy w systemie pomiarowym, standard IEC-625, wirtualne systemy pomiarowe, standard VXI, oprogramowanie systemów pomiarowych, struktura oprogramowania, standaryzacja instrukcji (SCPI), firmowe narzędzia projektowania i obsługi systemów pomiarowych (LabWindows, LabView), metody i techniki podwyższania dokładności pomiaru, planowanie i ocena wyników bezpośrednich pomiarów fizycznych, planowanie eksperymentów pomiarowych, planowanie randomizacyjne, planowanie optymalizacyjne, metoda analizy regresji w eksperymencie pomiarowym, zastosowania techniki eksperymentu w testowaniu i diagnostyce obiektów technicznych, w sterowaniu jakością produkcji, w testowaniu i diagnostyce obiektów biologicznych, w badaniach socjoekonomicznych, marketingu i zarządzaniu. Program przedmiotu (SPOM I) dla specjalności SPK jest zbliżony do programu SPOM i obejmuje jego początkowy materiał w zakresie podstaw projektowania, konstrukcji i eksploatacji systemów pomiarowych. Celem wykładu z przedmiotu SPOM II jest wyposażenie studentów w podstawową wiedzę i elementarne umiejętności z zakresu metodyki eksperymentowania, ze szczególnym uwzględnieniem pomiarów elektrycznych i technik zmniejszania błędów pomiaru. Program przedmiotu SPOM II obejmuje zagadnienia takie jak: pojęcia podstawowe (obiekt fizyczny, model matematyczny obiektu fizycznego, pomiar, metoda pomiarowa, eksperyment pomiarowy, technika eksperymentu), klasyfikacja i ogólna charakterystyka metod pomiarowych, przykłady technicznej realizacji wybranych metod pomiarowych, metody i techniki pomiarów elektrycznych, częstotliwości i czasu oraz przesunięcia fazy, pomiaru napięcia stałego i zmiennego oraz natężenia prądu, pomiaru impedancji, metody i techniki podwyższania dokładności, planowanie bezpośrednich pomiarów fizycznych, ocena wyników bezpośrednich pomiarów fizycznych, planowanie złożonych eksperymentów pomiarowych, metoda analizy regresji w eksperymencie pomiarowym, zastosowania techniki eksperymentu. Do wykładu opracowano podręcznik akademicki [30] oraz podano zestaw literatury pomocniczej [11], [23], [29]. 1.4 Wykład na Wydziale Podstawowych Problemów Techniki Politechniki Wrocławskiej Na Wydziale Podstawowych Problemów Techniki Politechniki Wrocławskiej wykład z przedmiotu Systemy Pomiarowo Diagnostyczne [6] jest prowadzony dla studentów specjalności Inżynieria Biomedyczna na specjalizacjach Aparatura Medyczna i Zastosowanie Komputerów w Medycynie w wymiarze 30 godzin na semestrze VII. Uzupełnieniem wykładu jest laboratorium w semestrze VIII.

5 Nauczanie systemów pomiarowych Przedmiot ten stanowi kompendium interdyscyplinarnej wiedzy niezbędnej do projektowania i eksploatacji nowoczesnych komputerowych systemów pomiarowo diagnostycznych. W ramach wykładu omawiane są następujące zagadnienia: architektura systemów SPD, opis systemów za pomocą języka metrologii, techniki projektowania i doboru bloków funkcjonalnych (przetworniki wielkości fizycznych, wzmacniacze pomiarowe, filtry, procesory, DSP, FUZZY LOGIC, komputery, karty pomiarowe, standardowe interfejsy, urządzenia sieciowe, układy PLC), narzędzia i techniki do tworzenia oprogramowania SPD (LabWindows, interfejsy programowe API, CGI, interfejsy gniazd, aplety Javy, GUI), algorytmy przetwarzania danych pomiarowych i wiedzy w SPD (filtry cyfrowe, transformaty FFT, Falkowa, sieci neuronowe, systemy ekspertowe), sieciowe SPD (architektura intersieci, oprogramowanie sieciowe, techniki klient serwer, protokół TCP/IP), zastosowanie technik telekomunikacyjnych do realizacji SPD (GSM, WAP), specyfika projektowania SPD w medycynie (bezpieczeństwo, przepisy, wymagania użytkownika). Do wykładów podany jest zestaw literatury uzupełniającej [2], [3], [5], [8], [17], [18], [19], [22], [30]. 3. ORGANIZACJA LABORATORIÓW 3.1 Laboratorium na Wydziale Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej Laboratorium z Systemów Pomiarowych [21] prowadzone jest dla specjalności Automatyka i Robotyka i dla specjalności Elektrotechnika w tym samym wymiarze 30 godzin na semestrze VII oraz dla studentów Wydziału Mechanicznego na semestrze VIII w wymiarze 15 godzin. Na potrzeby prowadzonych zajęć opracowano skrypt uczelniany [20]. W laboratorium przygotowanych jest 9 ćwiczeń obejmujących: wykorzystanie systemu TestPoint do oprogramowania systemów pomiarowych, wykorzystanie systemu LabView do oprogramowania systemów pomiarowych, układy akwizycji sygnałów pomiarowych, modułowy system pomiarowy, interfejs szeregowy RS-232, interfejs IEC-625, elementy sieci komputerowych w systemach pomiarowych, przetwarzanie sygnałów w komputerowych systemach pomiarowych, system sterowania procesami technologicznymi PMSX. Zajęcia w laboratorium prowadzone są w 4 grupach trzyosobowych. Ćwiczenia, w których oprócz komputera nie jest wymagana dodatkowa aparatura (np. zapoznanie ze zintegrowanymi środowiskami programowania TestPoint i LabVIEW) wszystkie grupy wykonują jednocześnie. Ćwiczenia wymagające dodatkowego sprzętu, np. kart akwizycji sygnałów pomiarowych, aparatury dołączonej do komputera przez interfejs IEC-625 lub RS-232, realizowane są równolegle, co tydzień następuje zmiana grupy wykonującej dane ćwiczenie. W ramach ćwiczenia studenci przygotowują zadane przez prowadzącego programy, począwszy od prostej komunikacji z przyrządem pomiarowym, aż do pełnego oprogramowania systemu pomiarowego. Programy przygotowywane przez studentów realizowane są w języku Turbo Pascal oraz przy wykorzystaniu zintegrowanych środowisk programowania TestPoint i LabView.

6 138 Krzysztof Jellonek, Eligiusz Pawłowski,Dariusz Świsulski, Wiesław Winiecki 3.2 Laboratorium na Wydziale Elektrycznym Politechniki Lubelskiej Laboratorium z Komputerowych Systemów Pomiarowych [15] prowadzone jest na kierunku Elektrotechnika dla specjalności Inżynierskie Zastosowania Informatyki w wymiarze 30 godzin na semestrze IX, dla specjalności Przetwarzanie i Użytkowanie Energii Elektrycznej w wymiarze 45 godzin na semestrze X oraz dla studentów zaocznych magisterskich studiów uzupełniających w wymiarze 7 godzin na semestrze I. W laboratorium przygotowanych jest łącznie 12 ćwiczeń, przy czym są one pogrupowane w 4 bloki tematyczne, z których każdy realizowany jest na tym samym stanowisku na kolejnych trzech zajęciach. Studenci realizują każdy z bloków tematycznych rozwiązując na kolejnych zajęciach zadania o narastającym stopniu trudności: od prostej obsługi pojedynczych przyrządów, poprzez jednoczesne nadzorowanie całego zestawu aparatury, aż do oprogramowania całości złożonego eksperymentu pomiarowego obejmującego pełną obsługę przyrządów, wykonanie serii pomiarów, niezbędne przetwarzanie danych i prezentację uzyskanych wyników. W zależności od przewidzianego w programie studiów wymiaru zajęć laboratoryjnych, studenci realizują wszystkie cztery bloki tematyczne lub tylko w ograniczonym zakresie niektóre z nich. Cztery bloki tematyczne obejmują realizację eksperymentów pomiarowych z wykorzystaniem: systemu pomiarowego z częstotliwościowym nośnikiem informacji (pomiary parametrów czasowo-częstotliwościowych sygnałów metodami sprzętowymi i programowymi, wykorzystanie przetworników pomiarowych z wyjściem częstotliwościowym), systemu pomiarowego w standardzie IEC 625 (programowanie pojedynczych przyrządów w systemie, projektowanie eksperymentu w systemie IEC 625, wyznaczanie wybranych charakterystyk rzeczywistych obiektów), systemu pomiarowego z przetwornikami typu PC INSTRUMENTS (pomiary pojedynczych wielkości fizycznych na przykładzie pomiarów częstotliwości i napięcia, projektowanie eksperymentu pomiarowego w systemie przyrządów wirtualnych, wspomagane komputerem pomiary właściwości magnetycznych materiałów), systemu pomiarowego z kartą próbkującego przetwornika analogowo-cyfrowego [16] (programowanie komputera osobistego do obsługi karty wielokanałowego przetwornika A/C, pomiary parametrów sygnałów metodą próbkowania wartości chwilowych, podstawowe algorytmy cyfrowego przetwarzania sygnałów). Przygotowywane w ramach zajęć przez studentów oprogramowanie eksperymentów pomiarowych realizowane jest przede wszystkim w języku Turbo Pascal oraz Basic. 3.3 Laboratorium na Wydziale Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechniki Warszawskiej Laboratorium Systemów Pomiarowych w wymiarze 45 godzin prowadzone jest na V semestrze równolegle z wykładem dla studentów pięciu następujących specjalności: Inżynieria Biomedyczna, Inżynieria Komputerowa, Mikroelektronika, Optoelektronika oraz Radiokomunikacja i Techniki Multimedialne. Dla studentów specjalności Systemy Pomiarowo-Kontrolne (SPK) zajęcia w tym laboratorium prowadzone są również równolegle z wykładami na semestrach V i VI w wymiarze łącznym 60 godzin. Laboratorium wyposażone jest w 9 identycznych stanowisk [25], [27] składających się z komputera Pentium z kartą interfejsu IEC-625.2, woltomierza HP34401A i generatora HP33120A oraz testera magistrali IEC-625 [9]. Oprogramowanie stanowi

7 Nauczanie systemów pomiarowych LabWindows/CVI, HP VEE, LabView, C i oprogramowanie kontrolera karty IEC Dla studentów specjalności innych niż SPK przygotowanych jest łącznie 10 ćwiczeń. Na pierwszych 5 ćwiczeniach studenci projektują oprogramowanie typowego systemu pomiarowego z wykorzystaniem: symulatora systemu w standardzie IEC-625 [24], testera magistrali standardu IEC-625 [9], podstawowego oprogramowania w języku wyższego poziomu, środowiska programowego LabWindows oraz środowiska programowego HP VEE. Dwa ćwiczenia mają charakter podstawowy i dotyczą: ochrony układów pomiarowych przed zakłóceniami i badania przetworników A/C i C/A. Ćwiczenie 7 dotyczy podstawowej obróbki danych pomiarowych metodą regresji liniowej. Ostatnie dwa ćwiczenia związane są z techniką eksperymentu i dotyczą: elektrokardiografii i badania charakterystyk użytkowych wybranych podzespołów elektronicznych za pomocą systemu pomiarowego w standardzie RS-485. Studenci specjalności Systemy Pomiarowo-Kontrolne wykonują w ciągu dwóch semestrów łącznie 12 ćwiczeń, które obejmują w większości zagadnienia realizowane na pozostałych specjalnościach. Dodatkowo w ramach tych zajęć realizowane są również następujące tematy: zintegrowane środowisko sprzętowo-programowe VXI/SCPI, odtwarzanie mezurandów metodami spektralnymi, pomiary częstotliwości i czasu oraz przesunięcia fazy, pomiary napięcia stałego i zmiennego oraz natężenia prądu, techniki zmniejszania błędów pomiaru (w tym: ochrona układów pomiarowych przed zakłóceniami), identyfikacja parametrów filtrów mikrofalowych, system reflektometrii czasowej. 1.4 Laboratorium na Wydziale Podstawowych Problemów Techniki Politechniki Wrocławskiej Laboratorium Systemów Pomiarowo Diagnostycznych w wymiarze 60 godzin prowadzone jest na VIII semestrze dla studentów specjalności Inżynieria Biomedyczna (specjalizacje: Aparatura Medyczna i Zastosowanie Komputerów w Medycynie). Zajęcia prowadzone są na zasadzie zadaniowej. Każda 12 osobowa grupa studentów otrzymuje jedno indywidualne zadanie do rozwiązania w ramach realizowanego w danym roku tematu. W roku 1998 realizowanym w Laboratorium tematem był system wspomagający pracę laboratorium biofizyki AM, w roku 1999 tematem był system wspomagający lekarza rodzinnego w jego gabinecie, a w roku 2000 tematem był system wspomagający opiekę nad pacjentem, bazujący na wykorzystaniu telefonu komórkowego. Realizowany w danym roku temat rozdzielany jest pomiędzy dwuosobowe zespoły, które wykonują samodzielnie niezależne zadania. Na zakończenie cyklu zajęć opracowane przez poszczególne zespoły rozwiązania składane są w jeden funkcjonujący system. W czasie trwania laboratorium realizowane są także zadania wspólne dla wszystkich studentów, takie jak: obsługa interfejsów RS232, Centronics, USB, obsługa przetworników i kart pomiarowych, organizacja sieci komputerowych do realizacji rozłożonych zadań pomiarowych. Laboratorium jest wyposażone w sześć komputerów PC wraz z infrastrukturą sieciową, zestaw podstawowych przyrządów pomiarowych oraz karty pomiarowe do komputerów PC. Przyrządy pomiarowe (oscyloskopy cyfrowe, multimetry, generatory programowalne) wyposażone są w interfejsy szeregowe RS232. Dodatkowym wyposażeniem jest zestaw inteligentnych przetworników medycznych: EKG, pulsoksymetr, ciśnieniomierz, spirometr, waga, miernik wzrostu itp., zaprojektowanych i wykonanych na bazie wymiennych

8 140 Krzysztof Jellonek, Eligiusz Pawłowski,Dariusz Świsulski, Wiesław Winiecki modułów dysków twardych HDD. Uzupełnieniem przedstawionej aparatury są zestawy urządzeń do komunikacji bezprzewodowej oraz zestaw płytek i podzespołów do tworzenia makiet układów elektronicznych. Podstawowym narzędziem programistycznym do tworzenia aplikacji jest środowisko LABWindows CVI w wersji PODSUMOWANIE Przedmioty zawierające treści programowe na temat systemów pomiarowych są realizowane z reguły na wyższych latach studiów. W Tabeli 1 zestawiono przedmioty prowadzone na czterech krajowych uczelniach z podaniem kierunku studiów i specjalności oraz wymiaru godzinowego i umiejscowienia w toku studiów. Z przedstawionego w referacie materiału wynika, że tematyka wykładów prowadzonych na różnych uczelniach jest zbliżona, a pewne różnice w programach wynikają ze specyfiki niektórych specjalności, takich jak Inżyniera Biomedyczna czy Optoelektronika. Tabela 1. Zestawienie przedmiotów nauczania z Systemów Pomiarowych Liczba godzin, semestr W / L Automatyka i Robotyka 30 / 30 VII / VII Elektrotechnika 30 / 30 (przedmiot obieralny) VII / VII dla Wydziału Mechanicznego 15 / 15 (przedmiot obieralny) VIII / VIII Elektrotechnika, Inżynierskie 30 / 30 Uczelnia, Wydział Nazwa przedmiotu Kierunek, specjalność Politechnika Gdańska, Wydział Elektrotechniki i Automatyki Politechnika Lubelska, Wydział Elektryczny Politechnika Warszawska, Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych Politechnika Wrocławska, Wydział Podstawowych Problemów Techniki Przemysłowe Komputerowe Komputerowe Komputerowe Komputerowe Komputerowe Systemy Pomiarowo Diagnostyczne Zastosowania Informatyki Elektrotechnika, Przetwarzanie i Użytkowanie Energii Elektrycznej Elektrotechnika, Inżynierskie Zastosowania Informatyki (stud. magist.uzupełniające) Inżynieria Biomedyczna, Inżynieria Komputerowa, Mikroelektronika, Optoelektronika, Radiokomunikacja i Techniki Multimedialne VIII / IX 45 / 45 IX / X 14 / 7 I / I 45 / 45 V / V Systemy Pomiarowo-Kontrolne 60 / 60 V,VI / V,VI Inżynieria Biomedyczna 30 / 60 VII / VIII

9 Nauczanie systemów pomiarowych Większe różnice występują natomiast w programach ćwiczeń laboratoryjnych. Zależnie od ośrodka i przedmiotu, w ramach którego studenci zapoznawani są z systemami pomiarowymi, różne są zasady prowadzenia zajęć w laboratorium. Najczęściej są one prowadzone w sposób tradycyjny: poszczególne grupy studentów na kolejnych zajęciach zapoznają się ze ściśle określonym problemem, np. obsługą kart pomiarowych, obsługą przyrządów podłączonych do komputera za pomocą interfejsu RS-232 lub IEC-625, przesyłaniem danych pomiarowych przez sieci komputerowe itp. Niektóre laboratoria prowadzone są na zasadzie zadaniowej, wtedy grupa studentów otrzymuje do rozwiązania jeden konkretny problem podzielony na kilka mniejszych zadań. Tematyka tych problemów dobierana jest w taki sposób, by wymagała wykorzystania szerokiej wiedzy dotyczącej systemów pomiarowych. Z reguły kilkunastoosobowe grupy laboratoryjne są dzielone na dwu- lub trzyosobowe zespoły. Typowe laboratorium [15], [21], [25] wyposażone jest w kilka komputerów połączonych siecią, karty pomiarowe do komputerów, przyrządy pomiarowe (oscyloskopy, multimetry, generatory) wyposażone w interfejs szeregowy (RS-232 lub RS-485) i IEC W zależności od specyfiki laboratoria posiadają również specjalistyczną aparaturę, np. Wydziałowy Zakład Pomiarowej i Medycznej Aparatury Pomiarowej Politechniki Wrocławskiej posiada zestaw inteligentnych przetworników medycznych. Standardowym narzędziem do tworzenia aplikacji w laboratoriach są zintegrowane środowiska programowania. Na uczelniach, w których studenci w ramach zajęć z informatyki zapoznają się z językiem C często jest to LabWindows CVI, w innych uczelniach używane jest środowisko LabVIEW, rzadziej HP VEE lub TestPoint. Środowiska te umożliwiają prowadzenie zajęć ze studentami, których znajomość informatyki nie jest zbyt zaawansowana. Niektóre z ćwiczeń realizowane są również z wykorzystaniem uniwersalnych środowisk programistycznych, takich jak C++, Turbo Pascal czy też Basic. LITERATURA [1] Badźmirowski K., Karkowska H., Karkowski Z.: Cyfrowe systemy pomiarowe, WNT, Warszawa [2] Comer D.E.: Sieci Komputerowe i Intersieci, WKiŁ, Warszawa [3] Ewers G., Marven C.: Zarys Cyfrowego Przetwarzania Sygnałów, WKiŁ, [4] Gajda J., Szyper M.: Modelowanie i badania symulacyjne systemów pomiarowych, Wyd. Wydz. EAIiE AGH w Krakowie, Kraków [5] Jakubiec J.: Pomiarowe przetwarzanie próbkujące, W.P.ŚL., Gliwice [6] Jellonek K.: Problemy i perspektywy nauczania przedmiotu " Systemy pomiarowo diagnostyczne, mat. XXX MKM 98, Wyd. Pol. Szczecinskiej 1998, s [7] Kwiatkowski W., Stabrowski M., Gielciński M., Staroszczyk Z.: Analogowe i cyfrowe systemy pomiarowe, Wyd. Politechniki Warszawskiej, Warszawa [8] Legierski T. i inni: Programowanie Sterowników PLC, WPKJC [9] Leoniak R., Winiecki W.: Tester interfejsu IEC-625, materiały VIII KKM 95, Warszawa-Zegrze, , tom. II, s [10] [Marks-Wojciechowska Z., Pacholski K., Kulesza W.: Systemy pomiarowe, Wyd. Politechniki Łódzkiej, Łódź [11] Mielczarek W.: Szeregowe interfejsy cyfrowe, Wyd. Helion, Gliwice [12] Mielczarek W.: Urządzenia pomiarowe i systemy kompatybilne ze standardem SCPI, Wyd. Helion, Gliwice 1999.

10 142 Krzysztof Jellonek, Eligiusz Pawłowski,Dariusz Świsulski, Wiesław Winiecki [13] Nowakowski W.: Systemy interfejsu w miernictwie, WKiŁ, Warszawa [14] Nowakowski W., Boratyński A.: System interfejsu IEC-625, WKiŁ, Warszawa [15] Pawłowski E., Jasik J.R., Toborek K.: Laboratorium systemów pomiarowoinformacyjnych, materiały XXV MKM 93, Gliwice 1993, Metrologia i Systemy Pomiarowe Nr.16, Warszawa [16] Pawłowski E.: Wykorzystanie karty przetwornika A/C w Laboratorium Komputerowych Systemów Pomiarowych, materiały cyklu "Zastosowanie komputerów w dydaktyce ZKwD ' 97", Zeszyty Naukowe Politechniki Gdańskiej, Gdańsk [17] Rudy van de Plassche: Scalone Przetworniki A/C i C/A, WKiŁ, Warszawa [18] Simmonds A.: Wprowadzenie do Transmisji Danych, WKiŁ, Warszawa [19] Sydenham P.H. (redakcja): Podręcznik metrologii cz. I i II, WKiŁ, W-wa 1988, [20] Świsulski D.: Laboratorium z Systemów Pomiarowych, Wyd. P.G., Gdańsk [21] Świsulski D.: Realizacja zajęć w Laboratorium Systemów Pomiarowych, materiały XXIX MKM 97, Nałęczów , tom 2, str , Lublin [22] Webster J.G.: Medical Instrumentation, J.Wiley & Sons 1998 [23] Winiecki W., Bobiński P.: Metodyka projektowania programowych sterowników przyrządów pomiarowych dla zintegrowanych środowisk programowych LabWindows/CVI i LabView, materiały KKM 98, Gdańsk , Wyd.: Komitet Organizacyjny KKM 98, Gdańsk 1998, s [24] Winiecki W., Ładocha P.: Symulator systemu IEC-625.1, materiały XXXII MKM 2000, Rzeszów, września [25] Winiecki W.: Koncepcja uniwersalnego stanowiska dydaktycznego do laboratorium systemów pomiarowych, materiały XXVII MKM 95 Zielona Góra, września 1995, tom 2, s [26] [26] Winiecki W.: Methodology for Teaching Measuring Systems, Measurement, Vol.18, No.4, 1996, pp [27] Winiecki W.: Multi-function Laboratory Stand for Teaching of Measuring Systems, Proc. IMEKO TC-4 7 th International Symposium on Modern Electrical and Magnetic Measurement, Prague, September 1995, Part 1, pp [1] Winiecki W.: Nauczanie zagadnień automatyzacji pomiarów z wykorzystaniem technik informatycznych, materiały XXVI MKM'94, Opole, września 1994, tom 1, s [29] Winiecki W.: Przyrządy wirtualne i ich modele, materiały Konferencji PPM 98, Gliwice-Ustroń, 6-8 maja, 1998, Prace Komisji Metrologii PAN, Seria: Konferencje Nr 1, Ed.: Polska Akademia Nauk, Oddział w Katowicach, 1998, s [30] Winiecki W.: Organizacja komputerowych systemów pomiarowych, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1997, 326 s. THE TEACHING OF MEASURING SYSTEMS IN POLISH TECHNICAL UNIVERSITY In the paper teaching of Measuring Systems in a few polish technical university is presented. Organisation and curriculum of Measurement System Laboratory, students exercises and experiments are discussed.