Читайте также:
|
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.
Принципиальная схема информационных потоков и сигналов управления АСНИ.
В процессе эксперимента измеряется большое количество физических величин: температура, давление, скорость потока, тепловой поток, расход электрический ток и напряжение и т.д. С помощью первичных преобразователей – датчиков осуществляется выработка электрического сигнала измерительной информации зависящая от значения измеряемых величин.
Схема преобразования потоков получаемой информации представлена на рисунке:
При этом получаемые с датчиков аналоговые электрические сигналы в виде постоянного тока, напряжения, изменения сопротивления,индуктивности, емкости имеют разную природу и уровень, поэтому они в большинстве должны быть преобразованы в унифицированные сигналы в виде постоянного тока или напряжения с регламентированным диапазоном изменения. Это преобразование осуществляется с помощью промежуточных (унифицирующих или нормирующих) преобразователей.
Между датчиками и промежуточными преобразователями в схеме ИИС устанавливается обычно коммутатор, который обеспечивает их поочередное подключение их к преобразователям и ЭВМ. При этом один и тот же комплект устройств расположенных за коммутатором обслуживает большое число датчиков.
Дальнейшее преобразование унифицированного сигнала в цифровой код осуществляется с помощью аналогово–цифровых преобразователей. Цифровая форма сигналов открывает возможность непосредственной обработки их на ЭВМ, а также представления показаниями цифровых индикаторов, печатающих устройств и передачи без искажений на большие расстояния.
ЭВМ производит обработку поступающей информации по программам, входящим в программное обеспечение. Необходимая справочная информация размещается в постоянных запоминающих устройствах ЭВМ в форме базы данных. Одновременно через блок управления и исполнительные устройства. ЭВМ управляет работой экспериментальной установки.
В блоке управления осуществляется цифро-аналоговое преобразование сигналов от ЭВМ их усиление и распределение по соответствующим исполнительным устройствам.
Совокупность технических устройств (преобразователей, коммутаторов, усилителей и т.п.) и правил обмена информацией между составными частями системы называют интерфейсом. Различают системные,машинные и приборные интерфейсы.
Системный интерфейс охватывает всю систему в целом и решает задачу сопряжения ее составных частей. Машинный интерфейс ввода-вывода обеспечивает совместную работу ЭВМ и периферийных устройств, приборный интерфейс обеспечивает объединение и совместную работу приборов. Любой интерфейс должен обеспечивать информационное (метрологическое и функциональное), энергетическое и конструкционное сопряжение элементов системы.
Интерфейс занимает особое положение в АСНИ, т.к.служит для сопряжения сугубо специализированной экспериментальной установки с универсальными устройствами(ЭВМ, средствами отображения). В этой связи интерфейс в значительной степени определяет гибкость АСНИ (возможность перестройки, замены устаревших блоков и т.д.). Все это определяет характер требований к нему, что реализуется использованием стандартов на интерфейс. Наибольшее распространение к настоящему времени имеют у нас и за рубежом стандарт КАМАК на системный интерфейс и стандарт МЭК на приборный интерфейс.
Общие принципы организации и типовые структуры АСНИ.
К любой АСНИ предъявляется ряд общих требований. Важнейшие из них высокая производительность, надежность, удобство работы с ней, гибкость и универсальность технической части и математического обеспечения и невысокая стоимость.
Для удовлетворения этим требованиям при разработке АСНИ руководствуются определенными принципами:
1. Использование стандартного интерфейса, что позволяет легко заменять устаревшие модули, подключать дополнительные блоки и перестраивать АСНИ в целом.
2. Принцип модульности. Он обеспечивает построения систем разной структуры из стандартных модулей технического обеспечения АСНИ
3. Магистральный принцип организации связи между модулями, что предполагает наличие общей шины (магистрали), к которой подключают отдельные модули и ЭВМ. Наличие общей шины обеспечивает возможность унификации связи между модулями, их программную управляемость, дает возможность подключения новых модулей.
4. Возможность расширения системы. Для обеспечения принципа расширяемости необходимо предусмотреть многоуровневую (иерархическую) структуру АСНИ, на каждом уровне которой возможно решение задач определенного класса.
5. Обеспечение возможности общения с ЭВМ в режиме диалога, что позволяет быстро отладить систему, оперативно скорректировать ход эксперимента…
Выбор структуры АСНИ определяется множеством факторов: местом использования (отдельная установка, лаборатория, крупный научный центр) скоростного протекания исследуемых явлений, числом контролируемых и регулируемых параметров, требуемой точностью измерений, сложностью обработки результатов и т.д.
К типовым структурам АСНИ можно отнести:
1) Узловую структуру, в которой центральной элемент системы С связан радиальными индивидуальными линиями с периферийными элементами Рi
2) Цепочечную структуру, в которой измерительная информация и сигналы управления передаются последовательно от одного элемента к другому
3) Магистральную структуру, в которой все элементы подключаются к общей шине управления и передачи данных
4) Сеточную структуру, в которой элементы расположены в узлах сети
Если сеть имеет форму прямоугольника, ее называют матричной
5) Иерархическую структуру, в которой центральные элементы нижнего (С, С, С) и верхнего (С) уровней образуют узловую (а) или магистральную (б) структуры
(а)
(б)
6) Комбинированную структуру, состоящую из комбинации рассмотренных структур.
Дата добавления: 2014-12-18; просмотров: 92 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
| Измерительно-вычислительные комплексы | | | Лекция № |