Многоточечные (последовательно-параллельного действия) ИС. 4 страница

Интерфейс КАМАК применяется для разветвленных систем сбора информации с большим числом первичных преобразова­телей и служит для построения ИИС с двумя уровнями центра­лизации.

Основными конструктивами являются крейт, модуль, стойка.

Крейт (каркас) имеет 25 станций (ячеек), в которые вставля­ются модули (вставные кассеты). Из них 23 станции — рабочие, служат для включения модулей, две вводятся для контроллера крей-
та (КК). Функциональные блоки (ФБ) могут располагаться про­извольно, так как адрес каждому ФБ присваивается после его установки в крейт.

Структурная схема системы в стандарте КАМАК представлена на рис. 10.26.

Магистраль крейта состоит из 81 сквозной шины, проходящей через все модули, и двух индивидуальных шин связи каждого уп­равляемого модуля с контроллером крейта. Внутри крейтовые связи образуют горизонтальный интерфейс системы КАМАК (Dataway). Крейты связываются между собой и с центральной ЭВМ верхнего уровня. Межкрейтовые связи проходят через контроллеры крей- тов и строятся по принципам ветви (до семи крейтов вертикаль­ный) или замкнутого кольца. Эти связи образуют интерфейс си-

Крейт 1

Контроллер крейта

j N Адреса модулей

А Субадрес (4 шины)

F Код операции (5 шин)

5, Строб 1

S₂ Строб 2

W Запись (24 шины)

R Чтение (24 шины)

1 . Запрос

J на обслуживание

В Занятость

Q Ответ

X Готовность

Z Запуск

С Сброс

I Запрет

стемы КАМАК (Branch highway). Структура КАМАК, таким обра­зом, пирамидальная и включает в себя 2...4 уровня: верхний — ЭВМ; второй — контроллеры ветвей; третий — контроллеры крей- тов; четвертый — управляемые модули. Однокрейтовые системы двухуровневые.

Основной принцип, заложенный в системе КАМАК, — прин­цип использования центральной ЭВМ, направление протоколов команд и информации жестко связано. Для защиты от помех ис­пользуются экранирование, заземление, согласование характери­стик линий связи, а также контроль по четности и повторение передачи кодов.

Основной недостаток системы — большая аппаратурная избы­точность и наличие сложной системной части практически в каж­дом модуле, большая стоимость интерфейса и всей системы в це­лом. Поэтому стандарт КАМАК следует использовать только в сло­еных ИИС.

Интерфейсы периферийной части ЭВМ. Интерфейс «Общая шина» разработан для связи центрального процессора семейства IBM, где используется магистральная система шин с раздельны­ми объединенными шинами для адресных сигналов и данных, а также отдельной шиной для сигналов управления. К каналу обме­на информацией между отдельными функциональными блоками ЭВМ можно подключать дополнительные блоки памяти и раз­личные устройства ввода-вывода. Такое расширение возможнос­тей ЭВМ позволяет использовать ее в ИИС, АСУТП и строить на ее базе ИВК.

Обмен информацией между функциональными блоками про­исходит асинхронно по каналу, который представляет собой ма­гистраль, состоящую из 38 линий (рис. 10.27).

Интерфейс 2К предназначен для ЭВМ, совместимого с HP.

Рис. 10.27. Структурная схема интерфейса «Общая шина»

Наибольшее распространение в мировой практике получили ЭВМ фирмы IBM и HP. К сожалению, российские компьютеры не выдержали конкуренции.

Следует отметить специальные промышленные компьютеры фирм Digital Equipment (DE), (CUIA)-PDP-8 и PDP-11, а затем 7531/32 на базе Intel 80286-80486; Texas Micro(CIIIA)-486DK и Pentium; Hewlet Pakard модели 745/747L Память 16... 128 Мбайт с ОСРВ.

Микропроцессоры и микроЭВМ в ИИС используют для связи приборов в единый комплекс и выполнения следующих функ­ций: контроллерных, вычислительных, тестовых, сервисных и рас­пределенной обработки данных. Кроме того, необходимо отме­тить функции метасистемы, обеспечивающей выполнение всех пе­речисленных выше функций и их согласование между собой.

Контроллерные функции. Их можно подразделить на ряд под­функций:

управление измерительной цепью, т.е. переключение каналов и диапазонов, подключение образцовых мер;

управление измерительными усилителями.

Обычно они выполняются чисто программными методами, иногда с участием таймера — с помощью микропроцессора и пор­тов ввода-вывода;

управление аналого-цифровым преобразователем;

управление средствами общения с оператором ~ управление кла­виатурой, индикаторами, звуковой сигнализацией и дисплеем;

управление регистраторами, т. е. печатающими устройствами, самописцами, графопостроителями, накопителями на магнитных носителях;

управление внешней памятью, т.е. быстродействующие накопи­тели на магнитной ленте в режиме двухстороннего обмена на дис­ках и дополнительные внешние модули памяти.

Вычислительные функции. К ним относятся первичная, вто­ричная и окончательная обработка данных. Сюда относятся: ка­либровка, нормализация, масштабирование, фильтрация, сжа­тие данных, распознавание, устранение ошибок, статистическая обработка, корреляционный, спектральный, амплитудно-времен­ной анализ и др.;

Тестовые функции. К этим функциям относятся обнаружение и локализация неисправности, в большинстве случаев до типово­го элемента. Известны три класса тестирования: 1) с применени­ем внешних микропроцессорных средств; 2) полностью автоном­ное тестирование; 3) комбинированное.

Для первого класса применяются специальные тестеры микро- ЭВМ. Программы тестирования входят в программное обеспече­ние тестера или самой системы. Для второго класса — функции тестирования чаще всего выполняет основной процессор ИИС, однако возможно наличие специального микропроцессорного узла, предназначенного только для автоматической диагностики. Тес­тирование производится в двух основных режимах: определения работоспособности, диагностики неисправности. При этом хра­нение программы тестирования может быть осуществлено либо во внешнем устройстве памяти, если оно имеется в ИИС, либо в тестовом ПЗУ.

Сервисные функции. Они расширяют возможности измеритель­ных приборов и систем со всесторонними микропроцессорами или микроЭВМ, увеличивающими объем информации, число режи­мов измерений и обработки, число параметров и их комбинаций, число дополнительных директив, объем визуальной и звуковой информации, число альтернативных вариантов измерений и об­работки.

При этом можно выделить ряд этапов измерения и анализа с применением диалога: ввод задания, сбор и предварительную об­работку первичной информации, вторичную обработку и интер­претацию результатов, вывод результатов исследования для ин­терпретации документации, архивации и управления.

Распределенная обработка данных. Вычислительные функции распределяются между программируемыми контроллерами. Воз­можность распределения обработки данных обеспечивает высо­кую надежность управления измерительной информационной си­стемой.

Таким образом, использование микропроцессоров и микроЭВМ в ИИС повышает точность, быстродействие, надежность, помехо­устойчивость; расширяет динамический диапазон измерений; улуч­шает конструктивные показатели, качество метрологического обес­печения; расширяет многофункциональность системы; повышает удобство представления, хранения, регистрации, что способствует созданию интеллектуальных приборов и систем и ремонтопригод­ности аппаратуры за счет повышения степени взаимозаменяемос­ти, самоконтроля, диагностики, автоподстройки.

Выбор микропроцессора или ЭВМ определяется техническим заданием на ИИС и зависит от необходимого числа входов-выхо­дов, их типа (аналоговый, дискретный) и объема необходимой памяти.

Интеллектуальные измерительные системы. Интеллектуальные измерительные системы способны выполнять все функции из­мерения и контроля в реальном масштабе времени. Это позволя­ет системе осуществлять функции измерения и контроля «высо­кого уровня» без использования больших и дорогих ЭВМ. При автономном функционировании такая система обеспечивает не­прерывные измерения и контроль заданных параметров, сбор дан­ных и обработку сигналов. Модульная конструкция позволяет осу­ществлять постепенное расширение существующей системы пу­
тем введения дополнительных модулей и, наконец, превраще­ние ее в систему средств супервизорного или цифрового управ­ления измерительным экспериментом путем включения в нее миниЭВМ.

Интеллектуальные измерительные системы могут индивидуаль­но программироваться на выполнение специфических задач, ис­пользуя программируемый терминал (программатор) для ввода параметров конфигурирования. Системы обычно имеют средства представления информации: дисплей для визуализации мнемо­нических символов команд, цифровые индикаторы, дающие опе­ратору всю необходимую информацию, а также клавиши пере­ключения видов работы. Резервный блок питания обеспечивает сохранность программы при отключении питания на длительный период времени.

Интеллектуальные измерительные системы имеют значитель­ные преимущества перед традиционными, описанными выше:

универсальность — стандартные интерфейсы обеспечивают про­стое подключение к любым системам и оборудованию;

высокая надежность на каждом системном уровне, а также при­менение четко определенных и универсальных методов обеспечи­вают безотказную работу;

высокое быстродействие контуров управления процессами из­мерения и контроля любого производства, а также высокая ско­рость сбора данных;

взаимозаменяемость — важное свойство, поскольку интеллек­туальные системы выпускаются в виде стандартных устройств, ин­дивидуально программируемых в расчете на их специфические функции, каждое из них может быть заменено другим того же функционального назначения. Поэтому каждая система может рас­сматриваться как резервная для любого типа систем того же клас­са, что снижает число дополнительных резервных средств изме­рения, контроля и регулирования и сводит к минимуму аварий­ный период в маловероятном случае выхода из строя какого-либо элемента.

Структуры и алгоритмы. Структуры интеллектуальных измери­тельных систем интегрируют в себе все лучшие стороны рассмот­ренных в этом разделе систем, но более насыщены микропроцес­сорной и вычислительной техникой.

Применение интеллектуальных измерительных систем позво­ляет создать алгоритмы измерений, которые учитывают рабочую, вспомогательную и промежуточную информацию о свойствах объекта измерений, условия измерений, предъявляемые специ­фические требования и накладываемые ограничения. Обладая спо­собностью к перенастройке в соответствии с изменяющимися ус­ловиями функционирования, интеллектуальные алгоритмы по­зволяют повысить метрологический уровень измерений.

1 1 Ранне»

Контрольные вопросы

1. Что такое информационная технология?

2. Дайте определение понятий «система» и «измерительная информа­ционная система».

3. Назовите этапы развития ИИС.

4. Какова роль ИИС в системах автоматического контроля, управле­ния, диагностики, распознавания образов, АСУТП и АСУГТ?

5. Назовите области применения ИИС.

6. Каково назначение математических моделей объектов измерений и исследований?

7. Назовите методы описания структур и алгоритмов работы ИИС.

8. Изобразите графически структурную схему и опишите с помощью содержательных логических схем алгоритмов любой канал измерения, используемый у вас на предприятии.

9. Объясните обобщенную структурно-функциональную схему ИИС.

10. Дайте определение измерительных систем, систем автоматическо­го контроля, технической диагностики, распознавания образов, телеиз­мерения, телеконтроля и телесигнализации.

11. Объясните классификационные признаки построения ИИС.

12. Назовите устройства индикации, записи и хранения информации.

13. Перечислите известные вам интерфейсы, используемые в ИИС.

14. Расскажите о назначении, характеристиках и структурах интер­фейсов в ИИС.

15. В чем разница синхронного и асинхронного обмена информации?

16. Назовите основные характеристики интерфейса КАМАК.

17. Назовите особенности приборного интерфейса.

18. Сравните интерфейсы КАМАК, приборный И-41 и оцените обла­сти их применения.

19. Расскажите об интерфейсах периферийной части ЭВМ.

20. Каковы функции, выполняемые ЭВМ в ИИС?

21. Назовите основные виды модуляции аналоговых сигналов в ИИС.

22. Дайте обоснование необходимости унификации сигналов и назо­вите известные унифицирующие преобразователи (тока, напряжения, частоты).

23. Каковы основные измерительные характеристики измерительных коммутаторов (контактных и бесконтактных)?

24. Расскажите о мерах по защите аналоговых измерительных цепей от продольных и поперечных помех.

25. Назовите достоинства и недостатки структур: параллельного дей­ствия (многоканальной); с общей образцовой мерой (мультиплициро­ванной); параллельно-последовательного действия (многоточечной, ком­мутаторной); последовательного (сканирующего) действия.

26. Каковы основные структуры ИС и их разновидности? В чем разли­чие между ними?

27. В каких целях используются программируемые вычислительные средства в системах измерения независимых входных величин? Перечис­лите функции микропроцессоров в измерительных приборах.

28. В чем особенности статистических характеристик случайных ве­личин?

29. Назовите численные характеристики случайных процессов и при­ведите алгоритмы измерения этих величин.

30. Каковы основные особенности статистических измерительных си­стем для анализа нестационарных случайных процессов?

31. Приведите аналитические выражения и виды корреляционных функций.

32. Начертите структурные схемы систем для измерения корреляци­онных функций.

33. Приведите аналитические выражения, графическое изображение спектральной плотности и структурные схемы систем спектральных ана­лизаторов.

34. Каковы основные особенности статистических измерительных си­стем для анализа характеристик нестационарных случайных?

35. Каковы функции и основные особенности систем автоматическо­го контроля (АСК)?

36. В чем сложность и различие измерительных и контролирующих систем? Какова роль измерения при контроле?

37. Начертите структурную схему системы автоматического контроля с параллельным выполнением операций.

38. Каким образом производится оценка эффективности и стоимости систем автоматического контроля?

39. В чем разница между аппаратурным и программным способами сравнения?

40. Начертите структурную схему САК:

а) параллельного действия;

б) последовательного действия;

в) для контроля с выдачей результатов контроля, измерения и сигналов в систему управления;

г) для схемы цифровой сканирующей САК.

41. Каково назначение и основные структуры систем технической ди­агностики?

42. Перечислите основные способы построения программ поиска не­зависимостей.

43. Каковы различия, преимущества и недостатки последовательного и комбинационного методов поиска неисправностей?

44. Как используются микропроцессорные комплексы и ЭВМ при со­здании СТД?

45. Назовите основные стадии проектирования ИИС.

46. Расскажите о трех возможных направлениях создания ИИС.

47. Каковы цель и содержание технического задания на проектирова­ние ИИС?

48. Какие этапы предусматривается выполнять на стадии техническо­го предложения?

49. Как обеспечивается техническая, информационная, программная, метрологическая и конструктивная совместимость всех функциональных элементов ИИС?

50. Какие требования предъявляются к стадиям эскизного и техни­ческого проектов на стадии ИИС?

51. Каковы состав и требования к стадии «рабочая документация» ИИС?

52. Что такое САПР и как эти системы используются при проектиро­вании ИИС?

53. Каковы показатели точности и формы представлений результатов измерений?

54. Что понимается под погрешностями измерений?

55. Расскажите о критериях оценки погрешности. Оцените полную по­грешность измерительной информационной системы.

56. Каковы перспективы при создании первичных и вторичных пре­образователей?

57. В чем трудности создания измерительных информационных и уп­равляющих систем (ИИУС)?

58. Назовите известные вам ИИС и ИИУС четвертого поколения, вы­пускаемые серийно.