ЦП Автоматизированные системы управления и промышленная безопасность

Обычно под микропроцессором представляют функционально законченное программно управляемое устройство, предназначенное для обработки информации.

Микропроцессор может быть реализован в виде одного, либо нескольких кристаллов.

В зависимости от технологии, области применения он может содержать от сотен, до десятков миллионов элементов, которые выполнены в едином элементе.

Микропроцессор является дешёвым и надёжным средством обработки информации.

При реализации микропроцессора используют:

1. Модульные принципы конструирования.

2. Программные принципы организации и обработки информации.

Для более серьёзной задачи вместе с микропроцессором используются совокупность совместимых БИС для построения микропроцессорных систем. В них входят: микропроцессор, устройство ОЗУ, ПЗУ, другие перепрограммируемые памяти.

БИС для ввода/вывода информации из различных источников.

Виды вычислительных средств на основе микропроцессоров:

1. Микропроцессор – обеспечивает функции, например, арифметико-логическое устройство, внутренние регистры, регистры управления, внутренний интерфейс, который обеспечивает связь устройств между собой, наличие внутренней шины данных.

2. Микропроцессор модуль – функционально заключаются в виде платы. Содержит БИС, микропроцессор, ОЗУ, ПЗУ, интерфейс внешних устройств, генератор тактовых импульсов. Такой микропроцессорный модуль без внешних источников питания, корпуса, пульта управления может выполнять функции контроллера или микро-ЭВМ при встраивании его в микропроцессорную систему.

3. Микро-ЭВМ, в отличии от модуля это конструктивно завершённое цифровое вычислительное устройство (микропроцессорный модуль, источник питания, всё это в одном корпусе, устройства ввода/вывода).

Основой программного обеспечения для ЭВМ для измерений является:

1. Формализация измерительных задач, которая предусматривает перечень измерительных величин, формы представления результата измерения, критерии обработки информации, которые представляются в виде математических выражений.

_{2. Алгоритмизация измерительной задачи, предусматривает последовательность действий функционирующего устройства средства измерения с учётом характера измерительной информации, специфики обработки, темпы её поступления.}

ИВС – это совокупность технических средств, которые обеспечивают измерение, сбор, вычислительную обработку, распределение измерительной информации в системах управления при проведении научных исследований и комплексных испытаний.

К ИВС относятся как измерительные приборы, так и измерительные комплексы, которые содержат аналоговые, цифровые или гибридные процессорные средства. Различают ИВП – измерительно-вычислительные приборы; ИВК – измерительно-вычислительные комплексы.

На основе ИВС создают информационно-измерительные приборы, информационно-измерительные системы, которые отличаются следующими признаками:

1) Они имеют расширенные функциональные возможности, которые функцией перепрограммирования.

2) обладают улучшенными метрологическими характеристиками за счет применения статистических методов обработки измеренной информации с учетом внешних влияющих факторов.

К вычислительным средствам, которые используются в СИ, возлагают функции:

I группа. фильтрация помех, внесение поправок, учет внешних факторов, вычисление косвенных измерений, определение статистических величин, адаптация к условиям измерения;

II группа. накопление, хранение и сервисная обработка измеренной информации, представление информации в виде, удобном для восприятия.

III группа. управление СИ, а также его узлами и функциями; организация очередности запросов, диалоговое общение с оператором, работа с памятью, контроль работоспособности узлов.

В общем случае вычислительные средства обеспечивают автоматизацию измерительных процедур от начала измерения до получения окончательных результатов.

Особое место в ИВС занимают процессорные средства, которые используются почти во всех измерительных устройствах. Современные ИИС на основе ИВС входят в состав автоматических систем управления, автоматических систем научно исследовательских комплексных испытаний АСНИКИ, САПР, гибких автоматических производств, автоматических обучающих систем.

Основные компоненты: аналоговые измерительные преобразователи, АЦП, ЦАП, средства сопряжения. Сочетание перечисленных преобразователей и их различная структурная организация позволяет обеспечить требуемые функции и требуемую погрешность измерительного канала.

В токовых ТИС (системы интенсивности) размер измерительной величины передаётся по проводящим линиям

Помехи имеют равномерный спектр. Чем больше пост. времени миллиамперметра, тем более точно производится усреднение и результат тем ближе к 0. В многоканальных ТИС применяют временное разделение канала и на передающей стороне устанавливают коммуникатор. Прим. приборы обеспечивают блоками памяти, которые предназначены для хранения информации показаний для очередного переключения коммутатора. Это приводит к усложнению системы. Быстродействие системы ограничено необходимостью усреднение помех. Применяют коммутацию по вызову оператора.

В различных областях науки и техники при решении производственных задач возникает необходимость осуществления на объектах на значительном расстоянии от которых находится средство отображения информации и ее обработки (параметров движения, характеристик объектов, распределенных на большой площади), а также в случае измерений на объектах, опасных для человека.

ТИС обладают специальным каналом связи – совокупность технических средств, необходимых для передачи информации от различных источников.

Основная часть канала связи – линия связи.

Линия связи – физическая среда для передачи информационных сообщений на значительные расстояния.

Виды линий связи

проводные,

радиолинии,

оптические.

Основная характеристика – полоса пропускаемых частот. Она зависит от: разновидности ЛС (физических особенностей), наличия помех.

Для передачи информации от нескольких источников по 1 ЛС применяют различные принципы разделения информационных каналов. Наиболее распространены временное и частотное разделение.

Временное – поочередная последовательная передача по одной ЛС нескольких измеряемых величин. Часто в таких ТИС разделение измерительного канала осуществляется с помощью измерительных коммутаторов.

Частотное – одновременная или параллельная передача по ЛС значений нескольких измеряемых величин. Для этого используют определенную полосу частот для каждой измеряемой величины.

В зависимости от информативного параметра сигнала, ТИС делятся на несколько разновидностей:

- токовые

- частотные

- времяимпульсные

- цифровые

Эти ИС являются одним из самых распространённых видов ИС и содержат в своём составе полный набор ранее перечисленных структурных элементов.

Такие системы обладают высокой надёжностью, наибольшим быстродействием, при одновременном получении результатов измерения. Для каждого канала возможно осуществлять индивидуальный подбор СИ в зависимости от х_т. При построении таких систем иногда отказываются от принципа унификации блоков системы.

Недостаток: сложность построения, повышенная стоимость.

К измерительным системам обычно относят ИИС, в которых значительно преобладают измерения. При этом функции хранения и обработки данных могут быть незначительны или вообще отсутствовать.

ИИС делят на:

1)Системы ближнего действия.

2) Системы дальнего действия(телеизмерительные системы).

На вход ИС поступает множество измеренных величин  х_i, которые могут изменяться как во времени, так и могут определённым образом распределяться в пространстве. На выходе получают результаты: именованные величины либо отношение измеренных величин.

Измерительные системы могут выполнять различные виды измерений: совместные, совокупные, косвенные, прямые. Прямые наиболее распространены.

Для всех ИС характерно: наличие воспринимающих элементов, элементы сравнения (сравнение реализуется с помощью меры), устройство вывода результатов измерений или контроля.

В зависимости от вида и числа различных элементов их делят на:

-многоканальные ИС(ИС с параллельной структурой)

-сканирующие ИС(ИС с последовательной структурой)

-мультиплицированные ИС( ИС с общей мерой)

-многоточечные ИС(ИС с параллельно-последовательной структурой)

.

Унификация заключается в приведении сигнала измерений информации к определенному масштабу или размеру, который в последующем может восприниматься др. преобразователями.

Унифицированные сигналы:

1)непрерывные сигналы в виде постоянных или переменных токов и напряжений. Параметры: мгновенное значение, действительное значение, , частота, период  и т.д. - являются информативными параметрами. Диапазоны изменений некоторых параметров регламентированы государственными стандартами - нормированные сигналы.

Приведение или нормирование параметров сигналов к определённому уровню осуществляется нормирующими измерительными преобразователями.

2) Импульсные сигналы в виде серий импульсов постоянного тока. Амплитуда, частота, длительность импульсов, интервал между импульсами.

3) Кодоимпульсные сигналы. Импульсы частоты тока или напряжения, комбинации которых передают значения кодируемых измеряемых величин.

Применение тех или иных сигналов зависит от:

-требуемых характеристик ИИС

-вида канала, связи

-формы представления измерительной информации

-использование целой элементной базы.

В зависимости от способа организации передачи данных между узлами различают ряд структур:

1)Цепочечная

2)Радиальная.

3)Магистральная.

1.     В ИИС с цепочечной структурой передача информации от устройства к устройству протекает последовательно, при этом все функциональные устройства выполняют заранее заданные операции над входными сигналами. Такая структура отличается простотой, но имеет ограниченные функциональные возможности.

2.     Радиальная. Обмен информации происходит через центральное устройство управления-контроллер, который задает:

а) Режим работы функциональных узлов.

б) Изменяет число и состав взаимодействующих узлов.

в) Изменяет связи между функциональными узлами.

Это приводит к изменению функций, которые выполняются ИИС. При этом каждый

функциональный узел подключается к контроллеру через индивидуальную шину. Недостаток – наличие индивидуальных шин и усложнение контроллеров при увеличении числа функциональных узлов.

3.     Магистраль. Существует общая магистраль, через которую объединяются все функциональные устройства. К ней подключается контроллер. Это структура открытого типа и позволяет легко производить наращивание системы.

I – подход (с раздельными шинами): выделяются шины данных, управления, адреса.

II – подход (мультипликсированные шины): совмещаются несколько шин.