Студопедия  
Главная страница | Контакты | Случайная страница

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Измерительно-вычислительные комплексы

Читайте также:
  1. Антивирусные программы и комплексы
  2. Глава ІІ Учебно-методические комплексы по информатике в начальной школе
  3. Египетское монументальная живопись в эпоху Нового Царства. Царские комплексы и гробницы знати в эпоху Тутмессидов
  4. Комплексы, системы и сети
  5. Культурные комплексы.
  6. Машинные комплексы
  7. Отрасли экономики и межотраслевые комплексы
  8. По конструктивному исполнению средства измерений подразделяются на меры, измерительные приборы, измерительные преобразователи, измерительные системы (комплексы).
  9. Раскройте сущность природные аквальные комплексы.

Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП)

Технической базой для проектирования АСНИ могут служить приборы и устройства, разработанные в рамках Государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП). Эта система включает датчики, измерительные приборы, устройства, исполнительные механизмы, аппаратуру для передачи информации и вычислительные машины, а также средства, составляющие интерфейсную систему КАМАК.

Устройства, разработанные в рамках ГСП, объединены в агрегатные комплексы, т.е. в наборы проблемно ориентированных устройств и приборов. Эти комплексы находят самостоятельное применение, а также используются в качестве составной части сложных систем, включающих в себе и другие агрегатные комплексы. Номенклатура агрегатных комплексов включает в себя более 20 тысяч наименований и содержит агрегатные комплексы электроизмерительной техники (АСЭТ), телемеханической техники (АСТТ), контроля и регулирования (АСКР) и другие комплексы, которые включают в свой состав аппаратуру, необходимую для автоматизации экспериментальных исследований.

Агрегатный комплекс средств электроизмерительной техники представляет собой совокупность средств обеспечивающих автоматизацию измерений в промышленности и научных исследованиях и, предназначенных для построения на их основе информационно измерительных систем, для применения в составе информационных систем, построенных на основе средств других агрегатных комплексов, а также для использования в виде автономных приборов. Состав АСЭТ включает свыше 350 первичных измерительных преобразователей, около 30 промежуточных преобразователей, более 90 типов коммутаторов, АЦП, ЦАП, цифровых и аналоговых приборов, более 10 типов устройств отображения информации, около 20 типов исполнительных вспомогательных приборов.

Функциональные элементы АСЭТ изготавливаются и в приборном исполнении, т.е. завершенным конструктивно и имеющем автономное питание, и в модульном исполнении, позволяющем выполнять свои функции лишь при объединении с блоками питания, управления и т.п. Приборные функциональные блоки могут быть объединены в систему в соответствии со стандартом МЭК на приборный интерфейс, а модульные на системный интерфейс в соответствии со стандартом КАМАК. Совокупность технических средств, объединенных в систему в соответствии со стандартом КАМАК, называют интерфейсной системой КАМАК.

 

Стандартные интерфейсы

Современные стандарты, на интерфейсы, предназначенные для применения в составе АСНИ разрабатываются с учетом принципов модульности, магистральности и принципа программной управляемости модулей, позволяющего в соответствии с программой с помощью команд подаваемых ЭВМ или управляющим блоком, оперативно менять конфигурацию, технические характеристики и возможности системы. Наибольшее распространение в АСНИ получили интерфейсная система КАМАК и приборный интерфейс МЭК.

 

Интерфейсная система КАМАК (Применение компьютеров для измерения и контроля) состоит из набора стандартных программноуправляемых модулей. Конфигурация (структура) системы задается программой, написанной на языке КАМАК, хранящейся в управляющем модуле или в ЭВМ. Для перестройки системы на другой эксперимент аппаратура сохраняется, а меняется только программа ее работы. Между отдельными частями системы обеспечивается полная информационная, энергетическая и конструкционная совместимость. Энергетическая совместимость обеспечивается унифицированным значением питающих напряжений и доступными их изменениями, а также ограничениями на токопотребление и максимальное значение рассеиваемой мощности. Конструкционная совместимость обеспечивается регламентацией размеров каждого элемента системы.

Механической основой системы КАМАК является крейт (кассета). Крейт содержит 25 гнезд (станций) для модулей, из которых составляется необходимая измерительная система. Соответственно, в крейте можно поместить 25 модулей. При необходимости ширина блока может кратно увеличиваться (23 и т.д. раз). Модуль представляет собой функциональное устройство (типа АЦП, ЦАП, коммутатора и т.п.) выполненное на основе интегральных микросхем. Разъемы модулей соединяются магистралью крейта, которая состоит из системы шин. Станции с 1 по 24 называют нормальным. Они используются для размещения функциональных модулей. Крайняя станция носит название управляющей. Она служит для размещения управляющего модуля – контроллера, предназначенного для управления крейтом и для связи с ЭВМ. Информация между модулями передается через контроллер.

Контроллеры считаются наиболее важными блоками в стандарте КАМАК. Они подразделяются на ручные и управляемые от ЭВМ или программного блока. В случае работы экспериментальной установки без ЭВМ применяют контроллеры, совмещающие в себе некоторые функции ЭВМ. Контроллер в этом случае может либо содержать в себе наибольшую программу, набираемую на коммутационной панели, либо с помощью разъема подключаются к специальному устройству с блоком памяти. В случае сопряжения системы с ЭВМ для каждой машины разрабатывается свой специальный контроллер, подключаемый непосредственно к каналу машины. Вся остальная часть системы КАМАК не меняется.

Функциональные модули можно подразделить на пять основных групп. К первой группе – входных модулей относят АЦП, устройства приема цифровых и сигнальных данных, счетчики, синхронизаторы. Ко второй группе относят выходные модули, управляющие соленоидами, цифровыми и аналоговыми индикаторами и т.п. К третьей – соединительные модули, магнитные устройства памяти, телетайпы и т.п. К четвертой – быстродействующие коммутаторы аналоговых сигналов, усилители с изменяемым коэффициентом усиления и т.п. К пятой группе – преобразователи двоичного в двоично-десятичного кода. А также устройства умножения и деления, арифметические устройства, работающие с плавающей запятой.

Связь функциональных модулей в крейте обеспечивается стандартной линией связи, называемой «горизонталью» или горизонтальной магистралью. Через нее передаются цифровые данные, сигналы управления и питания. Связь между крейтами осуществляется с помощью другой линии связи называемой «вертикалью». «Вертикаль» обеспечивает построение многокрейтовой (до 7 крейтов) системы, которую называют ветвью.

Конструктивные особенностями системы КАМАК обеспечивают компактное размещение модулей, подключение большого числа внешних устройств, связь со всеми модулями системы. Одновременное выполнение нескольких команд, простоту устройства модулей за счет усложнения устройства контроллеров, независимость от типа ЭВМ, использование общей техники программирования независимо от области применения конкретной системы. Система КАМАК обладает большой гибкостью при построении АСНИ.

Недостатками ее являются высокая стоимость, большие затраты времени и средств на первоначальную организацию АСНИ, поэтому ее целесообразно использовать в масштабе крупных лабораторий и научных центров.

Приборный интерфейс МЭК ориентирован на построение АСНИ с использованием серийных приборов. Аппаратурное обеспечение системы автоматизации в этом случае оказывается более простым и дешевым. В связи с этим интерфейс МЭК может быть использован для автоматизации экспериментов на одной установке или в масштабе небольшой лаборатории.

Стандарт МЭК не накладывает конструктивных ограничений на используемые в АСНИ приборы, за исключением вида электрических разъемов и длины соединительной линии (до 20 м). Не является обязательным и их энергетическая совместимость. Каждый прибор, используемый для объединения в систему кроме функциональной части должен содержать интерфейсную часть, которая и обеспечивает возможность сопряжения разных приборов. Стандарт предусматривает десять интерфейсных функций, выполнение которых возлагается на интерфейсную часть, которая и обеспечивает возможность, подключения в систему прибора, принимать и передавать определенный ряд сообщений. Функциональная и интерфейсная части прибора почти не зависят друг от друга, а для обеспечения совместимости приборов требуется лишь разработка интерфейсной части.

В настоящее время интерфейсные части приборов выполняют в двух вариантах – в виде составной части прибора и в виде отдельных интерфейсных модулей (интерфейсных карт), подключаемых к серийным цифровым приборам и устройствам, не имеющей такой части. Интерфейсная карта является переходным устройством (адаптером) между выходом прибора и стандартным входом в магистраль интерфейса.

Объединение приборов в систему производится путем их подключения к единой стандартной информационной магистрали, содержащих 16 линий (шин).

Для каждой шины стандарт регламентирует ее назначение, способ использования, порядок работы и взаимодействие с другими шинами, а также скорость передачи информации.

Измерительно-вычислительные комплексы

Измерительно-вычислительные комплексы (ИВК) принято называть автоматизированное средство измерений, обеспечивающее выполнение аналого-цифровых измерительных преобразований, проведение вычислений в процессе обработки данных, отображение полученных результатов, формирование сигналов управления. ИВК составляет основу ИИС. Для создания конкретной ИИС, необходимо дополнить ИВК датчиками, исполнительными устройствами (для воздействия на установку и объект исследования), программами прикладного математического обеспечения.

ИВК, предназначенный для разработки той или иной ИИС, может быть создан на основе индивидуальных средств ГПС, на основе агрегатных комплексов или выбран из числа ИВК промышленного изготовления.

При создании ИВК на основе индивидуальных средств ГСП возникают трудности в их сопряжении и объединении в систему, предназначенную для решения конкретной задачи. Для этого требуются специалисты высокой квалификации, а создание такой системы связано с большими затратами времени. В то же время, такие ИВК, оказываются в наилучшей степени, приспособлены для решения стоящей задачи, в них отсутствует аппаратурная избыточность, поэтому они сравнительно дешевы и компактны.

Использование агрегатных комплексов ГСП упрощает и ускоряет создание ИВК, но приводит к появлению аппаратурной избыточности, а, следовательно, к увеличению габаритных размеров и стоимости системы. Преимуществом этих ИВК является большая универсальность.

Использование ИВК промышленного изготовления сводит к минимуму сроки разработки ИИС, но приводит к еще большей аппаратурной избыточности, к возрастанию стоимости и габаритных размеров системы.

 

 

Вычислительная техника, используемая в АСНИ

Центральным элементом АСНИ является ЭВМ. В АСНИ различного назначения и уровня могут использоваться ЭВМ различных типов и классов от простейших микропроцессорных устройств до крупных вычислительных машин. Общая структура большинства ЭВМ остается сходной. В общем случае ЭВМ состоит из процессора, включающего в себя арифметическое устройство и устройство управления, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) и периферийного оборудования содержащего внешнее запоминающее устройство, устройство ввода и вывода. Арифметическое устройство выполняет арифметические и логические операции, предусмотренные программой. Устройство управления согласует работу всех составных частей ЭВМ и управляет ходом вычислительного процесса. Арифметическое устройство и устройство управления в совокупности образуют процессор. Оперативное запоминающее устройство служит для хранения всей информации и программ, необходимых для организации вычислений.

Внешнее запоминающее устройство служит для хранения больших объемов информации, которая не может быть решена в ОЗУ. Устройство ввода обеспечивает передачу программ и числовой информации в ОЗУ. Устройство вывода, которое представляет полученную информацию в форме доступной для непосредственного восприятия исследователем, называют терминалами.

К важнейшим характеристикам ЭВМ относятся производительность, характеризуемая средним числом операций, выполняемым процессором за 1 секунду, объем памяти ОЗУ – характеризуемый числом машинных слов (байт)- информации, которая может быть размещена в ОЗУ, длиной слова (числом двоичных разрядов (бит) в одном слове).

В настоящее время широкое распространение в научно исследовательских работах получили персональные ЭВМ. Они характеризуются развитым программным обеспечением, простотой и удобством управления и взаимодействия с пользователем, наличием малогабаритных сменных накопителей информации большой емкости (дискет, жестких дисков, флэш-памяти, компакт дисков, DVD дисков), небольшими габаритными размерами, сравнительно невысокой стоимостью.

Достаточно большой объем оперативной памяти, и высокое быстродействие позволяют использовать персональные компьютеры для решения подавляющего большинства задач связанных, с автоматизацией процессов, в том числе в АСНИ различного уровня и назначения. Для решения задач обсчета и математической обработки чрезвычайно сложных процессов могут быть использованы большие ЭВМ, в частности, выпускаемые отечественной промышленностью ЭВМ серии БЭСМ.

Ранее для обслуживания и обработки информации в ряде научных приборов (например, спектрофотомер) применялись микро-ЭВМ. В настоящее время эти приборы выпускают в исполнении, позволяют передавать получаемую информацию непосредственно в компьютер, однако приборы со встроенными микро-ЭВМ сохраняются и до настоящего времени.

 

Средства отображения информации

 

Средства отображения информации в информационных измерительных системах весьма многообразны: световое табло, цифровые индикаторные устройства, мнемосхемы, дисплеи, графопостроители, печатающие устройства и т. д. Эти средства представляют результаты исследования в форме, доступной для непосредственного восприятия исследователем. Некоторые из устройств (графопостроители, печатающие устройства) одновременно с этим выполняют функцию регистрации получаемой информации.

Цифровые индикаторные устройства подразделяются на: механические, оптические и электронно-оптические.

В механических устройствах информацию о состоянии объекта исследования считывают через специальные окна. Информация о возможных состояниях наносится на барабан или ленту, которые под действием шагового устройства устанавливаются в необходимом положении при поступлении сигнала на реле механизма. Оптические индикаторы основаны на использовании диапозитивов с зарегистрированной на них информацией или на применении светящихся цифровых знаков. Оптоэлектронные цифровые индикаторные устройства совместимые с интегральными схемами характеризуются небольшим потреблением энергии. Индикаторный элемент в них состоит из люминесцирующих диодов, позволяющих синтезировать цифры от 0 до 9. Наряду с ними широкое распространение получили жидкокристаллические оптоэлектронные устройства.

Мнемосхемы представляют собой условное графическое изображение управляемого объекта, на котором выделены агрегаты, линии связи и органы управления. В мнемосхемы могут встраиваться устройства сигнализации (например, световое табло) либо приборы, показывающие значения контролируемых параметров. Иногда на мнемосхемах располагают органы управления агрегатами или исполнительными механизмами.

Наиболее совершенными являются дисплейные средства отображения.

В зависимости от вида отображаемой информации, дисплеи подразделяются на: алфавитно-цифровые, квазиграфические и графические.

 

Последние из них являются наиболее совершенными. Графические дисплеи с точечными элементами позволяют обеспечить наиболее высокую четкость и точность отображения графической информации. Запоминающее устройство дисплея должно хранить информацию о состоянии всех точечных элементов изображения (пикселей). При увеличении числа точек повышается качество изображения, но это вызывает необходимость увеличения емкости и быстродействия дисплейной памяти.

В зависимости от цветовой гаммы используемой при отображении информации на экране дисплея подразделяются на монохромные и цветные.

На сегодняшний день монохромные дисплеи фактически полностью выполнены цветными.

Для обмена с ЭВМ графической и символической информацией предназначена станция индикации графических данных. В состав станции входит световое перо, представляющее собой аналоговое устройство графической связи оператора с ЭВМ. С помощью него обеспечивается возможность вычерчивания и корректировки изображения непосредственно на экране. В настоящее время начинают получать распространение дисплеи с сенсорным слоем, в которых необходимость применения светового пера отпадает.

До недавнего времени наибольшее распространение имели дисплеи, основанные на использовании электронно-лучевых трубок. В последнее время они уступают свое место дисплеям на жидких кристаллах, а также плазменным (газоразрядным) дисплеям.

Печатающие устройства (принтеры) предназначенные для выдачи алфавитно-цифровой информации на бумажный носитель подразделяют на: механические и немеханические. Механические печатающие устройства, имеющие механические носители литер и в виде барабанов, литерных валиков и т.п. работают построчно и характеризуются относительно невысокой скоростью печати информации. Немеханические печатающие устройства основаны на использовании электростатических, фотоэлектрических, электромагнитных, электромеханических, электротермических и фотографических способах печати. К ним относятся, в частности, термопечатающие устройства, а также струйные и лазерные принтеры.

Графопостроители (плоттеры) позволяют получить на бумаге копии графических изображений с экрана дисплея. Для выполнения графических изображений в плоттерах применяется специальное перо и фломастеры.

Для задания координатных точек графических изображений разработаны специальные устройства: планшеты ввода данных, диджитайзеры, считыватели графиков и т.д. Планшет ввода данных имеет сравнительно небольшие размеры, что ограничивает его возможности. Диджитайзер позволяет вводить информацию с больших графиков и чертежей. Он имеет вид стола, по которому перемещают визир. Коды, соответствующие координатам визира автоматически записываются на носитель информации. В дальнейшем информация вводится в ЭВМ и подвергается дальнейшей обработке.




Дата добавления: 2014-12-18; просмотров: 44 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Технические средства АСНИ| Принципиальная схема информационных потоков и сигналов управления АСНИ.

lektsii.net - Лекции.Нет - 2014-2024 год. (0.01 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав