Информация о курсе Системы реального времени Специальность 230102, профиль Автоматизированные системы обработки информации и управления. Семестр 6 Лекций. - презентация

1 Информация о курсе Системы реального времени Специальность , профиль Автоматизированные системы обработки информации и управления. Семестр 6 Лекций – 9 Экзамен. 1 /192 содержа ние X

2 Начать изучение раздела Содержание раздела Глоссарий Тест Завершение раздела 2/192 Меню

3 Введение в СРВ Системы реального времени (real-time system) – любая система, в которой существенную роль играет время генерации выходного сигнала. 3/192 Изменения в физическом процессе Входной сигнал СРВ Выходной сигнал содержа ние X

4 Введение в СРВ Время реакции системы 4/192 Входной сигнал (получение) Временная задержка Выходной сигнал (выдача) Время реакции Системная характеристика содержа ние X

5 Введение в СРВ Классификация систем в зависимости от времени их реакции 5/192 Системы Время реакци и мсек ч, дн сек СРВ Диалоговые Пакетной обработки Авт. системы контроля Авт. испытательные комплексы Системы торговых аппаратов СУ физ. процессами с применением ЭВМ содержа ние X

6 Введение в СРВ Режим РВ (real time processing) – режим обработки данных, при котором обеспечивается взаимодействие вычислительной системы с внешними по отношению к ней процессами в темпе, соизмеримом со скоростью протекания этих процессов. 6/192 Скорость Вычислительная система Внешние по отношению к ВС процессы Соизмеримы содержа ние X

7 Введение в СРВ СРВ (по Дональду Гиллиесу) – такая система, корректность функционирования которой определяется не только корректностью выполнения вычислений, но и временем, в которое получен требуемый результат. Если требования по времени не выполняются, то считается, что произошёл отказ системы. 7/192 Гарантия выполнения требований по времени Предсказуемое поведение системы Время реакции содержа ние X

8 Введение в СРВ Режимы реального времени Настоящий, «жёсткий» режим РВ (hard real time) Запаздывание –полностью ошибочная ситуация Режим «Квази РВ» (soft real time) Запаздывание – потеря производительности уровень безопасности коррекция поведения 8/192 содержа ние X

9 Введение в СРВ СРВ интерактивная система (on-line) Пример: заказ билетов быстродействующая система Пример: контроль уровня грунтовых вод 9/104 содержа ние X

10 Введение в СРВ Виды исходных требований ко времени реакции 10/104 Время реакции системы Исходные требования ТЗ на систему Логика функцио- нирования системы содержа ние X

11 Введение в СРВ Влияния 11/192 Время реакции системы АЧМС Субъективные факторы Быстродействие СРВ Скорость протекания процессов на объекте контроля и управления содержа ние X

12 Введение в СРВ Оценка быстродействия системы 12/192 Оценка быстродействия системы Теорема Котельникова Частота дискретизации 2 × граничная частота их спектра стационарные процессы содержа ние X

13 Введение в СРВ Системы квази-реального времени 13/192 Широкополосные переходные процессы Быстродействующие АЦП с буферной памятью Запись реализации сигнала Анализ Регистрация До следующего переходного процесса содержа ние X

14 Введение в СРВ Виды систем реального времени 14/192 Системы «жёсткого» РВ«мягкого» РВ Система, где неспособность обеспечить реакцию на какие-либо события в заданное время является отказом и ведёт к невозможности решения поставленной задачи. Точного определения не существует. Будем относить все системы РВ, не попадающие в категорию «жёстких». Те СРВ, в которых способность реагиро- вать в крайние сроки действительно требуется, но отказ выполнения не приводит к отказу системы в целом. Время реакции: 100 мкс ÷ 1 мс.Проблема критериев успешности (нормальности) функционирования системы: максимальная задержка в выполнении какой-либо операции, средняя своевременность обработки событий, и т.п. Эти критерии влияют на то, какой алгоритм планирования задач является оптимальным. содержа ние X

15 Введение в СРВ Ядра и операционные системы РВ 1. Когда-то ОС не было. 2. Вскоре после их появления возникло направление ОС РВ. 3. Все ОС РВ являются многозадачными ОС. Задачи делят между собой ресурсы вычислительной системы, в т.ч. и процессорное время. 15/192 содержа ние X

16 Введение в СРВ Различия между ядром и ОС по функциональным возможностям 16/192 Ядро (Kernel) ОС Набор функциональных возможностей Базовые функции Планирование Синхронизация задач Межзадачная коммуникация Управление памятью + Файловая система Сетевая поддержка Интерфейс с оператором и др. ср-ва высокого уровня содержа ние X

17 Введение в СРВ ОС РВ ОС РВ – система, которая может быть использована для построения систем жесткого реального времени. 17/192 содержа ние X

18 Введение в СРВ Отличия ОС общего назначения от ОС РВ ОС общего назначения ориентированы на оптимальное распределение ресурсов компьютера между пользователями и задачами, а в ОСРВ главная задача - успеть среагировать на события, происходящие на объекте. применение ОС РВ всегда связано с аппаратурой, с объектом, с событиями, происходящими на объекте. применение ОСРВ всегда конкретно. четкое разграничение систем разработки и систем исполнения. 18/192 содержа ние X

19 Введение в СРВ Система исполнения ОС РВ Система исполнения ОСРВ - это набор инструментов, обеспечивающих функционирование приложения реального времени: ядро, драйверы, исполняемые модули. 19/192 содержа ние X

20 Введение в СРВ Система разработки Система разработки – набор средств, обеспечивающих создание и отладку приложения реального времени: компиляторы, отладчики, всевозможный вспомогательный инструментарий. Могут содержать: средства удаленной отладки, средства профилирования, средства эмуляции целевого процессора, специальные средства отладки взаимодействующих задач, средства моделирования. 20/192 содержа ние X

21 В ОС РВ заложен параллелизм. Все ОСРВ являются многозадачными. Время переключения контекста – время, которое система затрачивает на передачу управления от процесса к процессу. Это второй параметр ОСРВ. 21/192 Введение в СРВ Время переключения контекста содержа ние X

22 монолитные ОС, ОС на основе микроядра, объектно-ориентированные ОС. 22/192 Введение в СРВ Различия ОС по внутренней архитектуре содержа ние X

23 23/192 Введение в СРВ ОС РВ с монолитной архитектурой Задача 2 Задача 1Задача 3 Задача N Интерфейс прикладного программирования Операционная система Драйверы Аппаратные средства содержа ние X

24 24/192 Введение в СРВ ОС РВ на основе микроядра Задача 1 Задача 2 Задача N Интерфейс прикладного программирования Менед жер памяти Менед жер файло в … Микроядро Аппаратные средства содержа ние X

25 25/192 Введение в СРВ Объектно-ориентированная ОС РВ Менедже р программ Менедж ер приложе ний Менед жер памяти Менед жер задач Пот ок 1 Пот ок 2 Пот ок Программа 1 Программа 2 … Сеть Ввод вывод Аппаратные средства содержа ние X

26 Задача (в многозадачных ОС РВ) – набор операций (машинных инструкций), предназначенный для выполнения логически законченной функции системы. Две разновидности задач: процессы и потоки. Процесс – отдельно загружаемый программный модуль (файл), который, как правило, во время исполнения имеет в памяти свои независимые области для кода и данных. В отличие от этого потоки могут пользоваться общими участками кода и данных в рамках единого программного продукта. 26/192 Введение в СРВ Задачи, процессы, потоки содержа ние X

27 1.Экономия ресурсов внешней и внутренней памяти. 2.Эффективная организация межзадачного обмена сообщениями. 3.Малое время переключения между потоками, по сравнению с процессами. 4.Простое использование программ-отладчиков. 27/192 Введение в СРВ Преимущества потоков содержа ние X

28 1.Не могут подгружаться динамически. Малая гибкость разрабатываемых модулей. 2.Возможно внесение потоком неверных данных в область другого потока. 28/192 Введение в СРВ Недостатки потоков содержа ние X

29 29/192 Информация о курсе…… стр.1 Системы реального времени (real-time system)…………………..стр.3 Время реакции системы………………………………………………………….стр.4 Классификация систем в зависимости от времени их реакции…………………………………………………………………………………….стр.5 Режим РВ (real time processing)……………………………………………..стр.6 СРВ (по Дональду Гиллиесу)…………………………………………………..стр.7 Режимы реального времени…………………………………………………….стр.8 СРВ ……………………………………..………………………………………………….стр.9 Виды исходных требований ко времени реакции…………………стр.10 Влияния……………………………………..……………………………………………..стр.11 Оценка быстродействия системы……………………………………………стр.12 Системы квази-реального времени………………………………………..стр.13 Виды систем реального времени…………………………………………….стр.14 Содержание Содержание раздела содержа ние X

30 Содержание Содержание раздела Ядра и операционные системы РВ………………………………………..стр.15 Различия между ядром и ОС по функциональным возможностям………………………………………………………………………….стр.16 ОС РВ…………………………………………………………………………………….…стр.17 Отличия ОС общего назначения от ОС РВ…………………….…….стр.18 Система исполнения ОС РВ……………………………………………………стр.19 Система разработки…………………………………………………………….…стр.20 Время переключения контекста……………………………………….….стр.21 Различия ОС по внутренней архитектуре…………………………..стр.22 ОС РВ с монолитной архитектурой………………………………………стр.23 ОС РВ на основе микроядра…………………………………………………стр.24 Объектно-ориентированная ОС РВ……………………………… стр.25 Задачи, процессы, потоки …………………………………………………...стр.26 Преимущества потоков …………………………………………………………стр.27 Недостатки потоков ……………………………………………………………..стр Повтор содержа ние X

31 Глоссарий 1. Системы реального времени 2. Режим РВ (real time processing) 2. Режим РВ (real time processing) 3. Системы реального времени (по Дональду Гиллиесу) 3. Системы реального времени (по Дональду Гиллиесу) 4. ОС РВ 5. Система исполнения ОС РВ 6. Система разработки 7. Время переключения контекста 8. Задача (в многозадачных ОС РВ) 8. Задача (в многозадачных ОС РВ) 9. Процесс 9. Процесс 31/104 содержа ние X

32 Проверка знаний Самотестирование 32/192 Самотестирование предназначено для самостоятельного контроля знаний, полученных в ходе прохождения модулей и разделов. Кроме того, самотестирование готовит Вас к прохождению контрольного тестирования в конце курса. Поэтому, несмотря на то, что результаты самотестирования не учитываются системой, отнеситесь к прохождению задач самотестирования максимально ответственно. Если Вы дали неправильный ответ или сомневаетесь в выборе правильного ответа - перечитайте материалы соответствующего модуля или раздела, и Вы обязательно найдете ответ на вопрос, вызывающий у Вас затруднение. ПЕРЕЧЕНЬ И ТЕМАТИКА ВОПРОСОВ!!! содержа ние X

33 33 Тест Щелкните кнопку Тест для редактирования этого теста

34 Начать изучение раздела Содержание раздела Глоссарий Тест Завершение раздела 34/192 Меню

35 При решении задач автоматизации контроля и управления техническими системами возникает необходимость сбора и обработки информации, представленной в виде аналоговых электрических сигналов. Источником информации при этом являются первичные преобразователи (датчики). При этом часто требуется, чтобы и управляющие воздействия были представлены в аналоговой форме. Решение такого рода задач основано на использовании специальных устройств сопряжения аналоговых источников и приемников информации с управляющей ЭВМ: аналого-цифровых (АЦП) и цифро-аналоговых (ЦАП) преобразователей. 35/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Средства сопряжения аналоговых устройств с ЭВМ содержа ние X

36 36/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Классификация АЦПпо методам преобразования содержа ние X

37 АЦП постоянного тока; АЦП среднего быстродействия; скоростные АЦП; сверхскоростные АЦП. 37/192 содержа ние X Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Классификация АЦП по быстродействию

38 АЦП низкой точности; АЦП средней точности; АЦП высокой точности. 38/192 содержа ние X Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Классификация АЦП по точности

39 39/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Соотношение быстродействия и точности АЦП содержа ние X

40 для преобразования медленно меняющихся сигналовдатчиков мостового типа, термопар, температурных датчиков сопротивления, измерения напряжения постоянного тока Класс: последовательные (интегрирующие [преобразователи напряжение/частота]), а также последовательные (интегрирующие [многотактные]) 40/192 содержа ние X Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи АЦП постоянного тока

41 Для построения высокоточных низкоскоростных систем сбора данных, систем управления двигателями постоянного тока Класс: последовательные (последовательного приближения, интегрирующие [сигма дельта]) 41/192 содержа ние X Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи АЦП среднего быстродействия

42 Для приборов ультразвуковой диагностики, проводных и беспроводных систем коммуникаций, испытательного оборудования систем связи, а также недорогих цифровых осциллографов Класс: последовательно параллельные (многоступенчатые [конвейерные]) 42/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Скоростные АЦП содержа ние X

43 Для радиолокационных систем, цифровых осциллографов, широкополосных цифровых приемников, в том числе многоканальных приемников базовых станций сотовой телефонии Класс: последовательно параллельные (многоступенчатые [конвейерные]),а также параллельные 43/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Сверхскоростные АЦП содержа ние X

44 Вход – аналоговый сигнал U: - диапазон изменения U min, U max ; - частотный спектр; Выход – параллельный двоичный код X: - разрядность n (8, 10, 12, 16); Х= Разрядность влияет на точность r-цена одного разряда кода [Вольт/ед.вых.кода] Характеристики преобразования: 44/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Характеристика аналого-цифрового преобразования разрешающая способность r=(U max -U min )/2 n, характеризующая величину изменения входного напряжения, приводящую к изменению значения кода Х на единицу. метод преобразования: последовательных приближений, поразрядного кодирования, параллельного преобразования, интегральный, с динамической компенсацией и т.д.; время преобразования τ; погрешность преобразования: систематическая, усиления, интегральная и дифференциальная нелинейность; функция преобразования (передаточная характеристика) Х=f(U) содержа ние X

45 45/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Характеристика аналого-цифрового преобразования [] – взять целую часть X min =f(U min )=0 X max =f(U max )= 2 n -1 содержа ние X

46 Дискретизация - это процесс перевода аналогового сигнала в дискретный сигнал. 46/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Дискретизация содержа ние X

47 Квантование по уровню - представление величины отсчётов цифровыми сигналами. 47/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Квантование содержа ние X

48 Быстры. Имеют разрешение не более 8 бит (256 компараторов). Очень большой размер. Высокая входная ёмкость. Могут выдавать кратковременные ошибки на выходе. Используются для видео или других высокочастотных сигналов. 48/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Параллельные АЦП (АЦП прямого преобразования) содержа ние X

49 49/152 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Метод параллельного или мгновенного преобразования Используется m = 2 n -1 компараторов (для 8-ми разрядного АЦП 255); m+1 компараторов Сигналы на входе компараторов смещены по уровню на величину разрешающей способности r. Сигнал на выходе компаратора = 1 при значении опорного сигнала меньше, чем входного. Особенности: высокое быстродействие; время преобразования постоянно и не зависит от разрядности АЦП; высокая стоимость содержа ние X

50 39 слайд!!!!!! 50/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи содержа ние X

51 51/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Метод последовательного счета Состав устройства: ГТИ – генератор тактовых импульсов; К л – ключевая схема (пропускает или не пропускает сигналы от ГТИ в зависимости от значения на выходе триггера Т г У); Т г У – триггер управления ключевой схемой К л ; Счетчик – формирует код преобразованного напряжения; Компаратор – производит сравнение двух аналоговых сигналов: выход = 1, если напряжения совпадают, в противном случае 0; ГЛИН – генератор линейно изменяющегося напряжения; Запуск – схема, формирующая импульс, когда нужно запустить АЦП на измерение. Исходное положение: счетчик сброшен в 0, выход Т г У = 0, выход компаратора = 0, ключевая схема закрыта. содержа ние X

52 52/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Метод последовательного счета V 1 =f гти *t 1 T 1 = При сильном увеличении U вх уменьшается точность измерения. По сигналу запуска запускается ГЛИН, срабатывает триггер, открывается ключ. Пока ключ открыт, счетчик воспринимает импульсы от ГТИ. Цикл работы продолжается, пока значение U глин и U вх не станут равны друг другу. Тогда на выходе компаратора появляется 1, сбрасывается триггер и закрывается ключевая схема. Результат преобразования представлен значением N, сформированным счетчиком импульсов: N = f гти *t, где f гти – частота ГТИ, t – время преобразования. В этом случае N = f гти *(U вх /tgφ). Таким образом N пропорционально U, а коэффициент пропорциональности может быть установлен путем выбора частоты генерации тактовых импульсов и скорости нарастания напряжения на выходе ГЛИН. Особенность преобразователя: время преобразования (t) не постоянно и зависит от уровня U вх. формируемый код в точности соответствует значению U вх в момент готовности. Для АЦП, последовательность счета ГЛИН часто заменяется ЦАП, который подключается к счетчику. содержа ние X

53 53/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Метод поразрядного кодирования (последовательная аппроксимация) Состав устройства: Компаратор – производит сравнение двух аналоговых сигналов: выход = 1, если напряжения совпадают, в противном случае 0; ГТИ – генератор тактовых импульсов; ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь; Блок управления – формирует результат преобразования и сигнал готовности. Алгоритм и диаграмма метода представлены на рисунках. Особенности: время преобразования постоянно при установленной разрядности и не зависит от U вх (количество тактов всегда равно n); высокая чувствительность к скорости изменения входного напряжения. содержа ние X

54 54/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Метод поразрядного кодирования (последовательная аппроксимация) содержа ние X

55 Нарастание пилоообразного сигнала до уровня входного сигнала. Счётчик работает во время нарастания. Считывание значения происходит со счётчика, подаётся на вход АЦП. Прост. Низкая чувствительность. Чувствительны к внешним факторам. 55/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Интегрирующие АЦП содержа ние X

56 Типичная разрядность от 10 до 18 двоичных разрядов. Возможность построения преобразователей, нечувствительных к периодическим помехам (например, помеха от сетевого питания) благодаря точному интегрированию входного сигнала за фиксированный временной интервал. Низкая скорость преобразования. Используются в измерительных приборах высокой точности. 56/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Одно- и многотактные интегрирующие АЦП содержа ние X

57 42 слайд!!!!!!!!!!! 57/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи содержа ние X

58 Два или более шага-поддиапазона: грубое преобразование, преобразование и объединение с грубым. Быстры. Имеют высокое разрешение. Небольшой размер. 58/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Конвейерные АЦП содержа ние X

59 к последовательному порту ЭВМ (АЦП должен иметь соответствующий блок сопряжения); к параллельному порту ЭВМ (также нужен блок сопряжения); непосредственно к магистрали ЭВМ (АЦП реализуется в виде встраиваемого контроллера, обеспечивающего взаимодействие с магистралью); в состав магистральных модульных систем (стандарт КАМАК и т.п.). 59/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Организация подключения АЦП к ЭВМ содержа ние X

60 АЦП осуществляет непрерывное преобразование поступающих на вход сигналов с максимальной дискретностью. ЦП производит считывание из регистра результата. Моменты чтения не регламентируются и не синхронизируются. Есть вероятность повторного считывания одних и тех же данных, часть данных может быть потеряна из-за ошибок набегания. Схема очень проста, но используется лишь при отсутствии жестких требований по своевременности получения данных. 60/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Схема последних данных содержа ние X

61 Соответствует принципам условной передачи данных. АЦП запускается на преобразование специальной командой от ЦП. Затем ЦП проверяет готовность результата, анализируя специальный признак в коде состояния АЦП. Минимальный интервал между запуском и готовностью равен времени преобразования. Способ наиболее распространен, но не самый эффективный с точки зрения эффективной загрузки процессора. 61/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Схема запуск - готовность содержа ние X

62 ЦП запускает АЦП один на преобразование. По готовности результата АЦП формирует сигнал прерывания. ЦП обрабатывает поступившее прерывание, затем либо повторно запускает АЦП, либо АЦП запускает сам себя через установленный интервал времени. Эффективность данного способа может быть повышена при использовании механизма прямого доступа к памяти. 62/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Схема по прерыванию содержа ние X

63 В настоящее время ассортимент выпускаемых микросхем ЦАП довольно широк. Поскольку все они обладают различными характеристиками, необ­ходимо понимать физический смысл параметров ЦАП, приводимых в тех­нической документации и справочниках. 63/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Параметры ЦАП содержа ние X

64 64/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Статические параметры ЦАП содержа ние X

65 Интервал значений выходной аналоговой величины от начальной до конечной точки называется диапазоном изменения выходного сигнала, а разность между ее максимальным и минимальным значениями – амплитудой изменения или полной шкалой преобразователя 65/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Диапазон изменения выходного сигнала содержа ние X

66 66/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Ступень квантования содержа ние X

67 67/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Разрешающая способность содержа ние X

68 Дискретность изменения выходного сигнала определяется числом разрядов ЦАП, но при этом возможны отклонения конкретных значений аналоговой величины от их номинальных значений. Эти отклонения не зависят однознач­но от числа разрядов ЦАП, а определяются точностью изготовления элементов микросхем. Именно поэтому разрешающая способность не может служить од­нозначной оценкой точности преобразователя. Для реального преобразователя ступени квантования в разных точках ХП отличаются друг от друга, поэтому на практике подсчитывают среднее значение ступеней квантования, которое называется младшим значащим разрядом (МЗР) и является единицей измерения выходной аналоговой величины. Степень совпадения реальной ХП с номинальной определяет точность преобразователя, которая количественно выра­жается соответствующими параметрами: нелинейностью, дифференциальной нелинейностью, смещением начальной точки ХП, отклонением аналоговой величины от номинального значения в конечной точке ХП и т.д. 68/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Младший значащий разряд содержа ние X

69 69/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Нелинейность содержа ние X

70 На рис проиллюстрированы два способа линеаризации, из которых следует, что способ линеаризации по критерию Чебышева позволяет умень­шить погрешность вдвое по сравнению с методом линеаризации по гра­ ничным точкам. В технической документации, как правило, приводится значение нелинейности в точке ХП, где она по абсолютной величине максимальна. Нелинейность Д ; выражается в долях МЗР или в процентах от значения аналоговой величины в конечной точке ХП или в процентах от полной шкалы: х100% 70/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Линеаризация Рис Способы линеаризации ХП ЦАП. 1 линеаризующая прямая, 2 реальная содержа ние X

71 71/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Дифференциальная нелинейность содержа ние X

72 72/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Монотонность Рис Дифференциальная нелинейность и не­монотонность ХП ЦАП. содержа ние X

73 73/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Коэффициент преобразования преобразования ЦАП с отклоне­ниями в началь­ной и конечной точках. содержа ние X

74 74/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Напряжение смещения содержа ние X

75 Допустимое напряжение на выходе это интервал значений напряжения, в пределах которого изменение выходного тока не превышает заданного значения. Аналогично этому вводится понятие допустимого диапазона тока на выходе. Информация на выходе ЦАП считается достоверной только после оконча­ния всех переходных процессов. Длительность переходных процессов опре­деляет быстродействие ЦАП. Параметры, характеризующие быстродействие, называются динамическими параметрами ЦАП. 75/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Допустимое напряжение на выходе содержа ние X

76 Время установления выходного сигнала ЦАП определяется как интервал времени, в течение которого выходной аналоговый сигнал при смене кодо­вой комбинации на его входах достигает своего установившегося значения с некоторой допустимой погрешностью, равной, как правило, ± МЗР. В зави­ симости от типа ЦАП это может быть время установления выходного тока или время установления выходного напряжения. В большинстве случаев в справочниках приводится время установления при скачкообразном измене­нии входного кода от минимального до максимального значения или наобо­рот. На рис время установления выходного сигнала обозначено t v 76/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Время установления выходного сигнала ЦАП содержа ние X

77 Время задержки распространения выходного сигнала время от момента достижения входным уровнем половины амплитуды до момента достиже­ния выходной аналоговой величиной половины установившегося значения (время t 2 на рис. 5.37) 77/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Время задержки распространения выходного сигнала содержа ние X

78 Время нарастания выходного сигнала время, за которое выходная анало­говая величина изменяется от 0,1 до 0,9 установившегося значения (время t 3 на рис. 5.37). 78/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Время нарастания выходного сигнала содержа ние X

79 Разрешающая способность АЦП - минимальная величина изменения ана­логового напряжения на входе АЦП, вызывающая изменение выходного кода на 1 МЗР. Этот параметр может задаваться в процентах от полного диапазона, в милливольтах для заданного изменения входного сигнала, или просто числом разрядов преобразователя. Разрядность АЦП округленный до целого числа двоичный логарифм номинального числа значений выходного кода: n = log 2 b, где b - число значений выходного кода. Зависимость между значениями входного аналогового напряжения и вы­ходного кода называется характеристикой преобразования АЦП (ХП). 79/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Статические параметры АЦП содержа ние X

80 Под напряжением межкодового перехода понимается такое входное анало­говое напряжение, статистические вероятности преобразования которого в заданное и предшествующее заданному значению выходного кода равны. Разность значений напряжений заданного и следующего за ним межкодово­го переходов определяет шаг квантования ХП. Несоответствие номинальной и действительной характеристик преобразования определяет точностные па­раметры АЦП: напряжение смещения нуля, отклонение коэффициента пре­образования от номинального значения, нелинейность, дифференциальную нелинейность, монотонность ХП. Действительное значение входного напряжения в точке ХП, соответству­ющей номинальному нулевому значению этого напряжения, определяет на­пряжение смещения нуля. Физически это напряжение показывает параллель­ный сдвиг ХП вдоль вертикальной оси. 80/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Статические параметры АЦП содержа ние X

81 Отклонение коэффициента преобразования от номинального значения по­казывает изменение наклона прямой, проведенной через начальную и ко­нечную точки реальной ХП, от наклона номинальной ХП. Нелинейность АЦП отклонение реального значения входного напряже­ния, соответствующего заданной точке ХП, от значения, определяемого по линеаризованной ХП в той же точке. Этот параметр характеризует отклоне­ние центров ступенек действительной ХП от прямой линии, аппроксимиру­ющей номинальную ХП. Методики определения нелинейности различают­ся способом проведения прямой, аппроксимирующей номинальную ХП. Эта прямая может проводиться через середины ступенек, соответствующих ко­дам ООО и действительной ХП, но чаще аппроксимирующая прямая строится методом наименьших квадратов. 81/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Статические параметры АЦП содержа ние X

82 Дифференциальная нелинейность АЦП отклонение реальных значений шагов квантования ХГТ от их номинального значения (МЗР). Под монотонностью ХП АЦП понимают наличие всех кодовых комби­наций на его выходе при подаче на его вход монотонно изменяющегося сигнала, при этом знак наклона ХП изменяться не должен. Полная шкала входного сигнала максимальное значение входного сигна­ла, при котором обеспечивается устойчивое считывание выходных значений. Погрешность опрокидывания разность между значениями выходных кодов, соответствующих одинаковым амплитудам входных сигналов разного знака. Точность преобразования - максимальная разность между фактическим вход­ным напряжением и аналоговым эквивалентом двоичного выходного кода при заданном полном диапазоне. Если это значение указывается в вольтах, оно означает абсолютную точность. Однако чаще для определения точности ис­пользуется величина МЗР. В этом случае речь идет об относительной точности. 82/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Статические параметры АЦП содержа ние X

83 Быстродействие АЦП характеризуется рядом динамических параметров: вре­менем преобразования, апертурным временем, апертурной неопределенно­стью, монотонностью характеристики преобразования при максимально допустимой скорости изменения входного сигнала, соотношением сигнал/ шум. Для оценки быстродействия каждого конкретного вида АЦП необхо­ димо выбирать разные динамические параметры. АЦП может работать с устройством выборки и хранения (УВХ) на входе или без него, поэтому необходимо учитывать два режима работы преобразователя: 1. входной сигнал меняется скачкообразно и сохраняется постоянным в течение времени преобразования, 2. входной сигнал меняется непрерывно в течение всего цикла преобра­зования. 83/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Динамические параметры АЦП содержа ние X

84 В общем случае время преобразования - это время от момента начала изменения сигнала на входе АЦП до появления на выходе устойчивого кода. В первом режиме работы АЦП динамические параметры однозначно опре­деляются временем преобразования, которое зависит от времени задержки запуска и времени цикла кодирования. Время задержки запуска мини­мальное время с момента подачи скачкообразного сигнала на аналоговый вход АЦП до момента подачи сигнала запуска АЦП, при котором выходной код должен отличаться от номинального не более чем на значение статичес­кой погрешности. Время цикла кодирования время, в течение которого осуществляется непосредственное преобразование установившегося значе­ния входного сигнала. Время преобразования АЦП, имеющих команду внеш­него запуска, равно минимальному времени между импульсом запуска и моментом появления на выходе АЦП заданного значения кода. 84/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Динамические параметры АЦП содержа ние X

85 Максимальная частота преобразования частота дискретизации входного сигнала, при которой выбранный параметр АЦП не выходит за заданные пре­делы. Выбранным параметром может быть монотонность или нелинейность. 85/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Динамические параметры АЦП содержа ние X

86 Во втором режиме работы динамические параметры АЦП наряду с време­нем преобразования характеризуются апертурным временем, апертурной нео­пределенностью, монотонностью ХП при максимально допустимой скорости изменения входного сигнала, соотношением сигнал/шум. Под апертурным вре­менем понимается время, в течение которого сохраняется неопределенность между значением выборки и временем, к которому оно относится. Для исклю­чения влияния апертурного времени на точностные параметры АЦП измене­ние сигнала на аналоговом входе за время, равное апертурному, должно быть гораздо меньше значения МЗР. Апертурное время может иметь разные значе­ния в различных точках ХП. Апертурная неопределенность случайное измене­ние апертурного времени в конкретной точке ХП. Влияние апертурной нео­пределенности заключается в появлении различных кодовых комбинаций при кодировании быстроизменяющегося сигнала одной величины. 86/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Динамические параметры АЦП содержа ние X

87 Монотонность ХП при максимально допустимой скорости изменения вход­ного сигнала определяется такой скоростью изменения входного сигнала, при которой эта характеристика АЦП еще монотонна. Вместо монотоннос­ти ХП выбранным параметром может являться допустимая нелинейность или дифференциальная нелинейность. Факторами, ограничивающими мак­симальную скорость изменения сигнала на входе АЦП, являются апертур­ная неопределенность, апертурное время, разброс апертурного времени по ХП, полоса пропускания компараторов и т.д. 87/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Динамические параметры АЦП содержа ние X

88 Очень важным параметром, имеющим значительное влияние на динами­ческие параметры АЦП, является входная емкость. Входная емкость это эквивалентная емкость на аналоговом входе АЦП, для некоторых типов АЦП (например, параллельных) она достигает сотен пикофарад и даже более. Поэтому входная емкость влияет на полосу пропускания АЦП, на разброс апертурного времени по ХП, и, как следствие, на точностные параметры АЦП. Влияние входной емкости на полосу пропускания можно моделиро­вать ЯС-фильтром нижних частот, подключенным на вход АЦП. Полоса пропускания будет ограничиваться по уровню 3 дБ произведением R 0 C вx, где R o выходное сопротивление источника сигнала в диапазоне рабочих частот, С вх входная емкость АЦП, приведенная ко входу. 88/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Динамические параметры АЦП содержа ние X

89 Соотношение сигнал/шум является динамическим параметром АЦП, по­зволяющим интегрально оценить вносимые преобразователем искажения. Соотношение сигнал/шум реального АЦП находится как отношение сред­него квадратичного значения напряжения гармоник восстановленного сиг­нала к среднему квадратичному значению полного напряжения восстанов­ленного сигнала. 89/192 Аналого-цифровые преобразователи и цифроаналоговые преобразователи Динамические параметры АЦП содержа ние X

90 Средства сопряжения аналоговых устройств с ЭВМ……………………………………………………………….……..стр.35 Классификация АЦП по методам преобразования………………………………………………………………..….…..стр.36 Классификация АЦП по быстродействию……………………………………………………………………...……………….стр.37 Классификация АЦП по точности……………………………………………………………………………………………….……стр.38 Соотношение быстродействия и точности АЦП…………………….……………………………………………………….стр.39 АЦП постоянного тока……………………………………………………………………………………………… …………….…………стр.40 АЦП среднего быстродействия…………………………………………………………………….………………..…….………….стр.41 Скоростные АЦП………………………………………………………………………………………..………………….………….………стр.42 Сверхскоростные АЦП…………………………………………………………………………………………………..…….…….…….стр.43 Характеристика аналого-цифрового преобразования…………………………………………………….……..стр Дискретизация стр.46 Квантование стр.47 Параллельные АЦП (АЦП прямого преобразования)…… стр.48 Метод параллельного или мгновенного преобразования………………………………………..…………....….стр.49 Метод последовательного счета……………………………………………………………………………………………….стр Метод поразрядного кодирования (последовательная аппроксимация)…………………………….стр Интегрирующие АЦП…………………………………………………………………………………………………………..……..……стр.55 Одно- и многотактные интегрирующие АЦП стр.56 ! Сигма-Дельта АЦП стр.57 Конвейерные АЦП………………………………………………………………………………………………………..………………….стр.58 Организация подключения АЦП к ЭВМ стр.59 90/192 Содержание Содержание раздела содержа ние X

91 Схема последних данных………………………………………………………………………………….….стр.60 Схема запуск - готовность…………………………………………………………………………………….стр.61 Схема по прерыванию……………………………………………………………………………………………стр.62 Параметры ЦАП………………………………………………………………………………………………………..стр.63 Статические параметры ЦАП………………………………………………………………………………….стр. 64 Диапазон изменения выходного сигнала……………………………………………………………..стр.65 Ступень квантования……………………………………………………………………………………..……...стр.66 Разрешающая способность…………………………………………………………………………..…......стр.67 Младший значащий разряд……………………………………………………………………..…………….стр.68 Нелинейность……………………………………………………………………………………………..…………..стр.69 Линеаризация……………………………………………………………………………….………………………..стр.70 Дифференциальная нелинейность……………………………………………………..………………..стр.71 Монотонность………………………………………………………………………………..…………………………стр.72 Коэффициент преобразования………………………………………………………………………………стр.73 Напряжение смещения…………………………………………………………………………………………..стр.74 Допустимое напряжение на выходе……………………………………………………………………..стр.75 Время установления выходного сигнала ЦАП…………………………………………………....стр.76 Время задержки распространения выходного сигнала………………………………………стр.77 Время нарастания выходного сигнала………………………………………………………….……..стр.78 Статические параметры АЦП…………………………………………………………………………..стр Динамические параметры АЦП……………………………………………………….……………….стр /192 Содержание Содержание раздела содержа ние X

92 1. Дискретизация 1. Дискретизация 2. Квантование по уровню 2. Квантование по уровню 3.Характеристика преобразования(ХП) 3.Характеристика преобразования(ХП) 4.Диапазон изменения выходного сигнала 5.Ступень квантования 6.Разрешающая способность 7.Младший значащий разряд (МЗР) 8.Дифференциальная нелинейность 9.Монотонность 10.Коэффициент преобразования 11.Максимальное отклонение выходной величины 12.Погрешность нуля 13.Допустимое напряжение на выходе 13.Допустимое напряжение на выходе 14.Быстродействие ЦАП 15. Время установления выходного сигнала ЦАП 16. Время задержки распространения выходного сигнала 17. Время нарастания выходного сигнала 17. Время нарастания выходного сигнала 18.Разрешающая способность АЦП 18.Разрешающая способность АЦП 19. Разрядность АЦП 19. Разрядность АЦП 20. Входная емкость 20. Входная емкость 21. Соотношение сигнал/шум 21. Соотношение сигнал/шум 92/104 Глоссарий содержа ние X

93 Проверка знаний Самотестирование 93/192 Самотестирование предназначено для самостоятельного контроля знаний, полученных в ходе прохождения модулей и разделов. Кроме того, самотестирование готовит Вас к прохождению контрольного тестирования в конце курса. Поэтому, несмотря на то, что результаты самотестирования не учитываются системой, отнеситесь к прохождению задач самотестирования максимально ответственно. Если Вы дали неправильный ответ или сомневаетесь в выборе правильного ответа - перечитайте материалы соответствующего модуля или раздела, и Вы обязательно найдете ответ на вопрос, вызывающий у Вас затруднение. содержа ние X

94 94 Тест Щелкните кнопку Тест для редактирования этого теста

95 Начать изучение раздела Содержание раздела Глоссарий Тест Завершение раздела 95/192 Меню

96 Для измерения, сигнализации, регулирования, управления устройствами или процессами. Контролируемая величина (давление, температура, концентрация, частота, скорость, перемещение, напряжение, электрический ток и т. п.). Выходной сигнал электрический, оптический, пневматический удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации информации о состоянии объекта измерений. 96/192Датчик содержа ние X

97 датчики механических перемещений (линейных и угловых), пневматические, электрические, расходомеры, датчики скорости, ускорения, усилия, температуры, давления. 97/192 Датчик Классификация датчиков по виду входной величины содержа ние X

98 Неэлектрические электрические: датчики постоянного тока датчики амплитуды переменного тока датчики частоты переменного тока датчики сопротивления 98/192 Датчик Классификация датчиков по виду выходной величины содержа ние X

99 генераторные параметрические (датчики-модуляторы) 99/192 Датчик Классификация датчиков по принципу действия содержа ние X

100 омические, реостатные, фотоэлектрические (оптико-электронные), индуктивные, емкостные и д.р. 100/192 Датчик Классификация датчиков по принципу физического действия содержа ние X

101 аналоговые, цифровые, бинарные (двоичные). 101/104 Датчик Классификация датчиков по виду вырабатываемого сигнала содержа ние X

102 однозначность; стабильность; чувствительность; габариты; отсутствие обратного воздействия; различные условия эксплуатации; многовариантность монтажа. 102/192 Датчик Требования, предъявляемые к датчикам содержа ние X

103 103/192 Датчик Параметрические датчики Входная величина Изменение электрического параметра Передача возможна с энергонесущим сигналом Характеризует реакцию датчика на ток или напряжение содержа ние X

104 Принцип основан на: R= pl/S Выделяют: контактные, потенциометрические (реостатные), тензорезисторные, терморезисторные, фоторезисторные 104/192 Датчик Омические (резистивные) датчики содержа ние X

105 Датчик Контактные датчики Простейшие резистивные. Контроль усилия, перемещения, температуры, размеров объектов, их формы и т. д. Питание на постоянном токе, на переменном токе. В зависимости от пределов измерения: однопредельные, многопредельные. Относят: путевые выключатели, концевые выключатели, контактные термометры, т.н. электродные датчики. +:простота. -:сложность осуществления непрерывного контроля, ограниченный срок службы контактной системы. 105/192 содержа ние X

106 Резистор с изменяющимся активным сопротивлением. Контроль перемещения (углового или линейного). Используется в: в механических измерительных приборах (в поплавковых измерителях уровня жидкостей, различных манометрах и т. п.) Простой реостат почти не используется вследствие значительной нелинейности его статической характеристики. 106/192 Датчик Реостатные датчики содержа ние X

107 Для измерения механических напряжений, небольших деформаций, вибрации. Принцип: тензоэффекте, Описание: изменение активного сопротивления проводниковых и полупроводниковых материалов под воздействием приложенных к ним усилий. 107/192 Датчик Тензорезисторы содержа ние X

108 Принцип: R(t). Способы использования: 1) Температура терморезистора определяется окружающей средой; ток, проходящий через терморезистор, настолько мал, что не вызывает нагрева терморезистора. 2) Температура терморезистора определяется степенью нагрева постоянным по величине током и условиями охлаждения. Описание преобразования: измеряемая величина сначала преобразуется в изменение температуры терморезистора, которое затем преобразуется в изменение сопротивления. Изготовляют: из чистых металлов и из полупроводников. Свойства: высокий температурный коэффициент сопротивления, линейная зависимость сопротивления от температуры, хорошая воспроизводимость свойств, инертность к воздействиям окружающей среды. 108/192 Датчик Терморезисторы содержа ние X

109 Для бесконтактного получения информации о перемещениях рабочих деталей машин, механизмов, роботов и т.п. И преобразования этой информации в электрический сигнал. Принцип: изменение индуктивности обмотки на магнитопроводе в зависимости от положения отдельных элементов магнитопровода. Простейшая реализация: катушку индуктивности с магнитопроводом, подвижный элемент которого (якорь) перемещается под действием измеряемой величины. 109/192 Датчик Индуктивные датчики содержа ние X

110 Преимущества: устойчив к механическим воздействиям, отсутствуют отказы, связанные с состоянием контактов, отсутствует дребезг контактов и ложные срабатывания, высокая частота переключений до 3000 Hz. Недостатки: сравнительно малая чувствительность, зависимость индуктивного сопротивления от частоты питающего напряжения, значительное обратное воздействие датчика на измеряемую величину (за счет притяжения якоря к сердечнику). 110/192 Датчик Преимущества и недостатки индуктивных датчиков содержа ние X

111 Принцип: зависимости электрической емкости конденсатора от размеров, взаимного расположения его обкладок и от диэлектрической проницаемости среды между ними. +:простота, высокая чувствительность, малая инерционность. –:влияние внешних электрических полей, относительная сложность измерительных устройств. Для:измерения угловых перемещений,очень малых линейных перемещений,вибраций,скорости движения и т. д., а также для воспроизведения заданных функций (гармонических, пилообразных, прямоугольных и т. п.). 111/192 Датчик Емкостные датчики содержа ние X

112 Преобразование:преобразование измеряемой неэлектрической величины в ЭДС индукции. 112/192 Датчик Индукционные датчики Принцип: на законе электромагнитной индукции Тахогенераторы постоянного и переменного тока используются как: датчики угловой скорости датчики скорости (частоты вращения). содержа ние X

113 Измерения температуры – наиболее распространенные. 113/192 Датчик Температурные датчики Широкий диапазон измеряемых температур, разнообразие условий использования средств измерений и требований к ним определяют многообразие применяемых средств измерения температуры. Основные классы данных датчиков для промышленного применения кремниевые датчики температуры, биметаллические датчики, жидкостные и газовые термометры, термоиндикаторы, термисторы, термопары, термопреобразователи сопротивления, инфракрасные датчики. содержа ние X

114 Принцип:зависимость сопротивления полупроводникового кремния от температуры. Диапазон измеряемых температур -50…+150 C. Применяются в основном для измерения температуры внутри электронных приборов. 114/192 Датчик Кремниевые датчики температуры содержа ние X

115 115/192 Датчик Биметаллические датчики Принцип основан на различных температурных коэффициентах расширения металлов. Диапазон работы биметаллических датчиков -40…+550 C. Для:измерения температуры поверхности твердых тел, температуры жидкостей. Применение: автомобильная промышленность, системы отопления, системы нагрева воды. содержа ние X

116 Это особые вещества, изменяющие свой цвет под воздействием температуры. Изменение цвета может быть: обратимым; необратимым. Производятся в виде пленок. 116/192 Датчик Термоиндикаторы содержа ние X

117 117/192 Датчик Термопреобразователи сопротивления Принцип: R(t C) Платиновые терморезисторы: от –260 до 1100 С. «+»: стабильность и воспроизводимость характеристик. Медные терморезисторы: 180 С; широкое распространение, т.к. «+»: имеют линейную зависимость R(t C). «–»: ее удельное сопротивление и легкая окисляемость. Никелевые терморезисторы: 0…30 С. «+»: дёшевы. Полупроводниковые датчики температуры: от –100 до 200 С «+»: высокий температурный коэффициент сопротивления, высокая стабильность характеристик во времени. содержа ние X

118 Принцип:энергия излучения нагретых тел. Пирометры:радиационные(20…2500 С), яркостные(500…4000 С), цветовые(800… С). Применяются:в труднодоступных местах, движущихся объектов, при высоких температурах. 118/192 Датчик Инфракрасные датчики (пирометры) содержа ние X

119 от – 80 до 250 С Принцип: зависимость от ориентации среза частоты преобразователя и линейности функции преобразования Применяются: в цифровых термометрах. 119/192 Датчик Кварцевые термопреобразователи содержа ние X

120 Принцип: пьезоэлектрический эффект (пьезоэффекта). При сжатии или растяжении некоторых кристаллов на их гранях появляется электрический заряд, величина которого пропорциональна действующей силе Пьезоэффект обратим. Обратный пьезоэффект используется для возбуждения и приема акустических колебаний звуковой и ультразвуковой частоты. Применяются для измерения:сил, давления, вибрации, температуры и т.д. 120/192 Датчик Пьезоэлектрические датчики содержа ние X

121 Виды: аналоговые датчики, дискретные датчики. Применяются практически во всех отраслях промышленности. «+»:большое расстояние срабатывание. Состоит из двух функциональных узлов: приемника, излучателя. Исполнение: в одном или различных корпусах. 121/192 Датчик Оптические (фотоэлектрические) датчики содержа ние X

122 4 группы методов обнаружения объекта фотоэлектрическими датчиками: 1) пересечение луча 2) отражение от рефлектора 3) отражение от объекта 4) фиксированное отражение от объекта 122/192 Датчик Фотоэлектрические датчики. Методы обнаружения объекта содержа ние X

123 По своему назначению фотодатчики делятся на две основные группы: датчики общего применения, специальные датчики. Задача датчика: обнаружить объект на расстоянии. Это расстояние варьируется в пределах 0,3мм-50м (в зависимости от выбранного типа датчика и метода обнаружения). 123/192 Датчик Фотодатчики. Назначения содержа ние X

124 Преимущества: высочайшая производительность и надежность, оснащаются цифровыми интерфейсами связи. Однако это не всегда приводит к повышению общей надежности системы и достоверности ее работы. Причина заключается в том, что сами принципы действия большинства известных типов датчиков накладывают жесткие ограничения на условия, в которых они могут использоваться. Недостатки: неудобства при монтаже датчиков затрудняет использование этих приборов в условиях пыли. выходные сигналы некоторых приборов слабы. К ложным срабатываниям приводит: налипание, пыль, прикосновение потока продукта при его поступлении в бункер. Позволяет полностью избавиться от недостатков датчиков традиционных типов. Итог: радиолокационные датчики контроля скорости, датчиков движения и др. Основаны на взаимодействии контролируемого объекта с радиосигналом частотой около 1010 Гц. 124/192 Датчик Микроволновые датчики содержа ние X

125 бесконтактны; контроль объекта в целом; малое энергопотребление; помехоустойчивость; направленность; разовая настройка; надежность, безопасность. 125/192 Датчик Отличительные особенности микроволновых датчиков содержа ние X

126 126/192 Датчик Принцип действия микроволновых датчиков Принцип: эффект Допплера Движущийся объект вызывает появление электрического сигнала на выходе микроволнового приемо-передающего модуля. Уровень сигнала зависит от свойств отражающего объекта. Датчики движения могут использоваться для сигнализации о нештатных ситуациях. содержа ние X

127 Для датчиков с аналоговым выходом широко используют: мостовые, дифференциальные, компенсационные схемы включения датчиков. 127/192 Датчик Схемы включения датчиков содержа ние X

128 Мостовые схемы совместно с датчиками, основаны на изменении сопротивлений. Дифференциальная схема состоит из двух смежных контуров, изменение параметров датчика пропорционально показаниям измерительного прибора. Компенсационная схема Для измерений малых ЭДС. Измеряемая ЭДС уравновешивается равным и противоположным по знаку падением напряжения. 128/192 Датчик Описания схем включения датчиков содержа ние X

129 Заключается в установлении зависимости между показаниями прибора и размером измеряемой(входной) величины. Это процесс (совокупность операций) подстройки показаний выходной величины или индикации измерительного инструмента до достижения согласования между эталонной величиной на входе и результатом на выходе (с учётом оговоренной точности). Межкалибровочным интервалом называют календарный промежуток времени, по истечении которого средство измерения должно быть направлено на калибровку независимо от его технического состояния. Аналогично этому понятие межповерочного интервала. Различают три вида межкалибровочных (межповерочных) интервалов 129/192 Датчик Калибровка датчиков содержа ние X

130 первый на основе нормативных документов, второй в соответствии с конкретными условиями эксплуатации, третий для ответственных измерительных операций. Общее для всех видов межповерочных (межкалибровочных) интервалов: учет показателей метрологической безотказности средств измерений, например, средней наработки на метрологический отказ. Определяется в процессе испытаний СИ. В результате рассчитывают время достижения наименьшего заданного значения вероятности отказа. Это время и служит основой для установления межповерочного (межкалибровочного) интервала. 130/192 Датчик Виды межкалибровочных (межповерочных) интервалов содержа ние X

131 131/192 Датчик Ошибка калибровки Погрешность, допущенная производителем при проведении калибровки датчика на заводе. -разница между начальным сдвигом и реальным значением -ошибка при определении наклона содержа ние X

132 Разность значений выходного сигнала для одного и того же входного сигнала, полученных при его возрастании и убывании. Типичные причины: трение, структурные изменения материалов. 132/192 Датчик Гистерезис содержа ние X

133 Определяется для датчиков, передаточную функцию которых возможно аппроксимировать прямой линией: S = a + b * s. Способы линеаризации: проведение прямой через конечные точки передаточной функции, метод наименьших квадратов, метод независимой линеаризации. 133/192 Датчик Нелинейность содержа ние X

134 Каждый датчик имеет свой предел рабочих характеристик. Датчик вошёл в зону нелинейности или в зону насыщения, если его выходной сигнал перестаёт отвечать линейной зависимости при определённом уровне внешнего воздействия. 134/192 Датчик Насыщение содержа ние X

135 Способность датчика при соблюдении одинаковых условий выдавать идентичные результаты. Определяется: по максимальной разности выходных значений датчика, полученных в двух циклах калибровки. Причины плохой воспроизводимости результатов: тепловой шум, поверхностные разряды, пластичность материалов. 135/192 Датчик Воспроизводимость содержа ние X

136 Нечувствительность датчика в определённом диапазоне входных сигналов. 136/192 Датчик Мёртвая зона содержа ние X

137 Характеризует минимальное изменение измеряемой величины, которое может чувствовать датчик. Это величина изменения входного сигнала, приводящая к появлению минимальной ступеньки на выходном сигнале датчика при определённых условиях. Определяется либо как средняя, либо как наихудшая величина. Если на выходном сигнале не удаётся определить различимых ступеней, то датчик обладает бесконечно большим разрешением. Термин «бесконечное разрешение» ошибочен. 137/192 Датчик Разрешающая способность содержа ние X

138 Для некоторых датчиков необходимо указывать специальные характеристики входных сигналов. Например, для детекторов освещенности такой характеристикой является его чувствительность в пределах ограниченной оптической полосы. Следовательно, для таких датчиков необходимо определять спектральные характеристики 138/192 Датчик Специальные характеристики содержа ние X

139 139/192 Датчик Выходной импеданс содержа ние X

140 Электрический сигнал, необходимый активному датчику для работы. Описывается: интервалом напряжений и/или тока. 140/192 Датчик Сигнал возбуждения содержа ние X

141 В стационарных условиях датчик полностью описывается своей передаточной функцией, диапазоном измеряемых значений, калибровочными коэффициентами и т.д. Однако на практике выходной сигнал датчика не всегда достаточно точно отслеживает изменение внешнего сигнала. Причины: инерционность самого датчика и особенности его соединения с источником внешних воздействий, не позволяющая сигналам распространяться с бесконечно большой скоростью. Динамические характеристики- параметры датчика, зависящие от времени. 141/192 Датчик Динамические характеристики содержа ние X

142 Динамические погрешности – погрешность датчика из-за ограниченности его быстродействия. Отличие между статическими и динамическими погрешностями - последние всегда зависят от времени. Если датчик входит в состав измерительного комплекса, обладающего определенными динамическими характеристиками, внесение дополнительных динамических погрешностей может привести, в лучшем случае, к задержке отображения реального значения внешнего воздействия, а, в худшем случае, - к возникновению колебаний. Время разогрева время между подачей на датчик электрического напряжения или сигнала возбуждения и моментом, когда датчик начинает работать, обеспечивая требуемую точность измерений. Многие датчики обладают несущественным временем разогрева. Однако некоторые детекторы, особенно работающие в устройствах с контролируемой температурой (термостатах), для своего разогрева требуют секунды, а то и минуты. В теории автоматического управления (ТАУ) принято описывать взаимосвязь между входами и выходами устройства в виде линейных дифференциальных уравнений с постоянными коэффициентами. Очевидно, что при решении таких уравнений можно определить динамические характеристики устройства. В зависимости от конструкций датчиков, уравнения, описывающие их, могут иметь разный порядок. 142/192 Датчик Динамические характеристики содержа ние X

143 143/192 Датчик Динамические характеристики содержа ние X

144 Датчики первого порядка - содержат один энергонакопительный элемент и характеризуется уравнением вида: Типичный пример датчика первого порядка - датчик температуры, в котором роль энергонакопительного элемента играет теплоемкость. Для описания датчиков первого порядка существует несколько способов. Частотная характеристика - наиболее часто используемый способ описания инерционности датчиков - показывающая насколько быстро датчик может среагировать на изменение внешнего воздействия. 144/192 Датчик Динамические характеристики содержа ние X

145 Для отображения относительного уменьшения выходного сигнала при увеличении частоты применяется амплитудно- частотная характеристика. Для описания динамических характеристик датчиков часто используется граничная частота,соответствующая 3- дБ снижению выходного сигнала, показывающая на какой частоте происходит 30% уменьшение выходного нап ряжения или тока. 145/192 Датчик Динамические характеристики содержа ние X

146 Быстродействие датчика – скорость его реакции, выражаемая в единицах внешнего воздействия на единицу времени. Способ описания: АЧХ или быстродействие, зависит от типа датчика, области применения и предпочтений разработчика. Другой способ описания быстродействия заключается в определении времени, требуемого для достижения выходным сигналом датчика уровня 90% от стационарного или максимального значения при подаче на его вход ступенчатого внешнего воздействия. 146/192 Датчик Динамические характеристики содержа ние X

147 147/192 Датчик Динамические характеристики содержа ние X

148 Т.е. по истечении времени, равного постоянной времени, выходной сигнал датчика достигает уровня, составляющего приблизительно 63% от установившегося значения. Аналогично можно показать, что по истечении времени, равного двум постоянным времени, уровень выходного сигнала составит 86.5%, а после трех постоянных времени - 95%. 148/192 Датчик Динамические характеристики содержа ние X

149 149/192 Датчик Частота среза содержа ние X

150 Фазовый сдвиг - на определенной частоте показывает насколько выходной сигнал отстает от внешнего воздействия. Сдвиг измеряется либо в градусах, либо в радианах и обычно указывается для датчиков, работающих с периодическими сигналами. Если датчик входит в состав измерительной системы с обратными связями, всегда необходимо знать его фазовые характеристики. Фазовый сдвиг датчика может снизить запас по фазе всей системы в целом и привести к возникновению нестабильности. Датчики второго порядка описывают поведение датчиков с двумя энергонакопительными элементами (и описываются дифференциальными уравнениями второго порядка): 150/192 Датчик Фазовый сдвиг содержа ние X

151 Резонансная (собственная) частота – частота датчика второго порядка выражается в герцах или радианах в секунду. На собственной частоте происходит значительное увеличение выходного сигнала датчика. Обычно производители указывают значение собственной частоты датчика и его коэффициент затухания (демпфирования). От резонансной частоты зависят механические, тепловые и электрические свойства детекторов. Обычно рабочий частотный диапазон датчиков выбирается либо значительно ниже собственной частоты (по крайней мере на 60%), либо выше ее. Однако для некоторых типов датчиков резонансная частота является рабочей. Например, детекторы разрушения стекла, используемые в охранных системах, настраиваются на узкую полосу частот в зоне частоты резонанса, характерную для акустического спектра, производимого разбивающимся стеклом. 151/192 Датчик Резонансная частота содержа ние X

152 Демпфирование - это значительное снижение или подавление колебаний в датчиках второго и более высоких порядков. Когда выходной сигнал устанавливается достаточно быстро и не выходит за пределы стационарного значения, говорят, что система обладает критическим затуханием, а ее коэффициент демпфирования равен 1. Когда коэффициент затухания меньше 1, и выходной сигнал превышает установившееся значение, говорят, что система недодемфирована. А когда коэффициент затухания больше 1, и сигнал устанавливается гораздо медленнее, чем в системе с критическим затуханием, говорят, что система передемпфирована. 152/192 Датчик Демпфирование содержа ние X Для колебательного выходного сигнала коэффициент затухания или демпфирования опреде ляется абсолютным значением отношения большей амплитуды к меньшей пары последовательно взятых полуволн колебаний относительно установившегося значения, т.е. можно записать: коэффициент демпфирования =F/A = A/B = B/C=….

153 условия хранения дрейф температура окружающей среды погрешность саморазогрева 153/192 Датчик Факторы окружающей среды содержа ние X

154 Условия хранения - совокупность предельных значений факторов окружающей среды, воздействующих на датчик в течение определенного промежутка времени, при которых не происходит существенного изменения его рабочих характеристик и обеспечивается поддержание его работоспособности. 154/192 Датчик Условия хранения содержа ние X

155 Долгосрочная стабильность зависит от процессов старения, которые изменяют электрические, механические, химические и термические свойства материалов датчика. Может измеряться достаточно длительными интервалами времени: месяцами и годами. Долгосрочная стабильность является важной характеристикой для датчиков, используемых для прецизионных измерений. Cкорость старения определяется условиями хранения и эксплуатации, а также тем, насколько хорошо элементы датчиков изолированы от окружающей среды, и какие материалы использовались для их изготовления. 155/192 Датчик Краткосрочная и долгосрочная стабильность (дрейф) содержа ние X

156 Температура окружающей среды влияет на рабочие характеристики датчиков, поэтому всегда должна приниматься во внимание. Рабочий диапазон температур - интервал окружающих температур, задаваемых верхним и нижним предельными значениями (например, °С), внутри которого датчик работает с заданной точностью. Для снижения температурных погрешностей в состав самих датчиков или в схемы преобразователей сигналов часто встраиваются специальные компенсационные элементы. Самый простой способ определения допусков по температуре заключается в установлении интервалов внутри рабочего диапазона температур, для каждого из которых указывается индивидуальная погрешность. 156/192 Датчик Температура окружающей среды содержа ние X

157 Погрешность саморазогрева - появляется в датчиках, нагревающихся от сигнала возбуждения настолько, что это начинает влиять на его точностные х арактеристики. 157/192 Датчик Погрешность саморазогрева содержа ние X

158 Способность датчика выполнять требуемые функции при соблюдении определенных условии в течение заданного промежутка времени. Вероятность того, что устройство будет функционировать без поломок в течение указанного интервала времени или заданного количества циклов. 158/192 Датчик Надёжность содержа ние X

159 159/192 Датчик Статистическая оценка содержа ние X

160 Датчик стр.96 Классификация датчиков по виду входной величины……….……….…………………………………… стр.97 Классификация датчиков по виду выходной величины….…… ….…….………..стр.98 Классификация датчиков по принципу действия……………………………………………………………………………….………..стр.99 Классификация датчиков по принципу физического действия…………………………………………………………………стр.100 Классификация датчиков по виду вырабатываемого сигнала…………………………………………………………………..стр.101 Требования, предъявляемые к датчикам………………………………………………………………………………………………………стр.102 Параметрические датчики………………………………………………………………………………………………………………………………стр.103 Омические (резистивные) датчики……………………………………………………………………………………………………………….стр.104 Контактные датчики………………………………………………………………………………………………………………………….……………стр.105 Реостатные датчики…………………………………………………………………………………………………………………….………………...стр.106 Тензорезисторы…………………………………………………………………………………………………………………………….………………..стр.107 Терморезисторы…………………………………………………………………………………………………………………………….……………....стр.108 Индуктивные датчики………………………………………………………………………………………………………………….…………………стр.109 Преимущества и недостатки индуктивных датчиков……………………………………………………………….…………….….стр.110 Емкостные датчики………………………………………………………………………………………………………………………..……………...стр.111 Индукционные датчики………………………………………………………………………………………………………………..…………......стр.112 Температурные датчики…………………………………………………………………………………………………………….….…………..….стр.113 Кремниевые датчики температуры…………………………………………………………………………………………….……………....стр.114 Биметаллические датчики………………………………………………………………………………………………………….………….….….стр.115 Термоиндикаторы………………………………………………………………………………………………………………………..…………….…..стр.116 Термопреобразователи сопротивления……………………………………………………………………………………..………………..стр.117 Инфракрасные датчики (пирометры) ………………………………………………………………………………………..……………….стр.118 Кварцевые термопреобразователи……………………………………………………………………………………………..……………….стр /192 Содержание Содержание раздела X содержа ние

161 Пьезоэлектрические датчики…………………………………………………………………………………………………………………………………………………..………….стр.120 Оптические (фотоэлектрические) датчики…………………………………………………………………………………..……………….стр.121 Фотоэлектрические датчики. Методы обнаружения объекта……………………………………………………………………….стр.122 Фотодатчики. Назначения………………………………………………………………………………….……………………………….…………..стр.123 Микроволновые датчики……………………………………………………………………………..……………………………..…………………..стр.124 Отличительные особенности микроволновых датчиков………………………………….…………… стр.125 Принцип действия микроволновых датчиков………………………………….……….…….…………………………………………….стр.126 Схемы включения датчиков…………………………………………………………….…………….…………………….………………………...стр.127 Описания схем включения датчиков……………………………………………….…………………….………………………………….….стр.128 Калибровка датчиков…………………………………………………………………………….………..………….………………………………..стр.129 Виды межкалибровочных (межповерочных) интервалов…………………………….………………………………………………………………………..………………………………..………….…стр.130 Ошибка калибровки……………………………………………………………………….………………………..……….……………………..…….стр.131 Гистерезис…………………………………………………………………………………….…….…………………..……….…………………………...стр.132 Нелинейность……………………………………………………………………………..……………….………………………………………………...стр.133 Насыщение…………………………………………………………………………………………………….…………….………………….…… стр.134 Воспроизводимость……………………………………………………………………………………….………………………………………………..стр.135 Мертвая зона………………………………………………………………………………………………….……………………………………………....стр.136 Разрешающая способность………………………………………………………………………….……………..…………………………….…..стр.137 Спец.харастеристики ……………………………………………………………………………………………………………………………………..стр.138 Выходной импеданс стр.139 Сигнал возбуждения стр /192 Содержание Содержание раздела содержа ние X

162 Динамические характеристики …………………………………………………………………………………………………………….стр Частота среза……………………………………………………………………………………………………………………………………………………стр.149 Фазовый сдвиг………………………………………………………………………………………………………………………………………………….стр.150 Резонансная частота……………………………………………………………………………………………………………………………………….стр.151 Демпфирование ……………………………………………………………………………………………………………………………………………..стр.152 Факторы окружающей среды………………………………………………………………………………………………………….…………………………………………………….стр.153 Условия хранения……………………………………………………………………………………………………………………………………………стр.154 Дрейф……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….стр.155 Температура окружающей среды………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..стр.156 Погрешность саморазогрева……………………………………………………………………………………………………………………………………… …стр.157 Надежность……………………………………………………………………………………………………………………………………………………..стр.158 Статистическая оценка……………………………………………………………………………………………………………………………………………..……………..стр /192 Содержание Содержание раздела содержа ние X

163 Глоссарий 1.Выходной сигнал 1.Выходной сигнал 2.Термоиндекаторы 3.Калибровка датчиков 3.Калибровка датчиков 4.Межкалибровочный интервал 4.Межкалибровочный интервал 5.Нелинейность 5.Нелинейность 6.Воспроизводимость 7.Гистерезис 8.Определение воспроизводимости 9.Мертвая зона 10.Разрешающая способность 11.Выходной импеданс 11.Выходной импеданс 12.Сигнал возбуждения 13.Частота среза 14.Фазовый сдвиг 15.Резонансная частота 16.Демпфирование 17.Дрейф 18.Надежность 19. Статистическая оценка 163/192 содержа ние X

164 Проверка знаний Самотестирование 164/192 Самотестирование предназначено для самостоятельного контроля знаний, полученных в ходе прохождения модулей и разделов. Кроме того, самотестирование готовит Вас к прохождению контрольного тестирования в конце курса. Поэтому, несмотря на то, что результаты самотестирования не учитываются системой, отнеситесь к прохождению задач самотестирования максимально ответственно. Если Вы дали неправильный ответ или сомневаетесь в выборе правильного ответа - перечитайте материалы соответствующего модуля или раздела, и Вы обязательно найдете ответ на вопрос, вызывающий у Вас затруднение. ПЕРЕЧЕНЬ И ТЕМАТИКА ВОПРОСОВ!!! содержа ние X

165 165 Тест Щелкните кнопку Тест для редактирования этого теста

166 Начать изучение раздела Содержание раздела Глоссарий Тест Завершение раздела 166/192 Меню

167 167/192 Программируемые логические контроллеры -микропроцессорное устройство, предназначенное для управления технологическими процессами в промышленности и другими сложными технологическими объектами 1. Сбор сигналов с датчиков; 2. Обработка сигналов согласно прикладному алгоритму управления; 3. Выдача управляющих воздействий на исполнительные устройства. содержа ние X

168 В нормальном режиме работы контроллер непрерывно выполняет этот цикл с частотой от 50 раз в секунду. Время, затрачиваемое контроллером на выполнение полного цикла, часто называют временем (или периодом) сканирования; в большинстве современных ПЛК сканирование может настраиваться пользователем в диапазоне от 20 до миллисекунд. Для быстрых технологических процессов, где критична скорость реакции системы и требуется оперативное регулирование, время сканирования может составлять 20 мс, однако для большинства непрерывных процессов период 100 мс считается вполне приемлемым. 168/192 Программируемые логические контроллеры Время сканирования содержа ние X

169 Возможность полного резервирования. Количество и тип поддерживаемых коммуникационных интерфейсов. Быстродействие. Объем оперативной памяти. Надежность. Наличие специализированных средств разработки и поддержка различных языков программирования. Возможность изменения алгоритмов управления без остановки работы контроллера. Возможность локального ввода/вывода. Вес, габаритные размеры, вид монтажа Условия эксплуатации. 169/192 Программируемые логические контроллеры Технические характеристики контроллеров содержа ние X

170 Аппаратно контроллеры имеют модульную архитектуру и могут состоять из следующих компонентов: 1. Базовая панель (Baseplate). Она служит для размещения на ней других модулей системы, устанавливаемых в специально отведенные позиции (слоты). Внутри базовой панели проходят две шины: одна - для подачи питания на электронные модули, другая - для пересылки данных и информационного обмена между модулями, 2. Модуль центрального вычислительного устройства (CPU). Это мозг системы. Собственно в нем и происходит математическая обработка данных. Для связи с другими устройствами CPU часто оснащается сетевым интерфейсом, поддерживающим тот или иной коммуникационный стандарт. 170/192 Программируемые логические контроллеры Аппаратно контроллеры содержа ние X

171 3.Дополнительные коммуникационные модули. Необходимы для добавления сетевых интерфейсов, неподдерживаемых напрямую самим CPU. Коммуникационные модули существенно расширяют возможности ПЛК по сетевому взаимодействию. C их помощью к контроллеру подключают узлы распределенного ввода/вывода, интеллектуальные полевые приборы и станции операторского уровня. 4. Блок питания. Нужен для запитки системы от 220 V. Однако многие ПЛК не имеют стандартного блока питания и запитываются от внешнего. 171/192 Программируемые логические контроллеры Аппаратно контроллеры Рис.1. Контроллер РСУ с коммуникациями Profibus и Ethernet. Иногда на базовую панель, помимо указанных выше, допускается устанавливать модули ввода/вывода полевых сигналов, которые образуют так называемый локальный ввод/вывод. Однако для большинства РСУ (DCS) характерно использование именно распределенного(удаленного) ввода/вывода содержа ние X

172 Отличительной особенностью контроллеров, применяемых в DCS, является возможность их резервирования. Резервирование нужно для повышения отказоустойчивости системы и заключается, как правило, в дублировании аппаратных модулей системы. Резервируемые модули работают параллельно и выполняют одни и те же функции. При этом один модуль находится в активном состоянии, а другой, являясь резервом, – в режиме standby. В случае отказа активного модуля, система автоматически переключается на резерв (это называется горячий резерв). 172/192 Программируемые логические контроллеры Резервированный контроллер Рис. 2. Резервированный контроллер с коммуникациями Profibus и Ethernet. содержа ние X

173 Обратите внимание, контроллеры связаны шиной синхронизации, по которой они мониторят состояние друг друга. Это решение позволяет разнести резервированные модули на значительное расстояние друг от друга (например, расположить их в разных шкафах или даже аппаратных). 173/192 Программируемые логические контроллеры Резервированный контроллер Рис. 2. Резервированный контроллер с коммуникациями Profibus и Ethernet. содержа ние X

174 Допустим, в данный момент активен левый контроллер, правый – находится в резерве. При этом, даже находясь в резерве, правый контроллер располагает всеми процессными данными и выполняет те же самые математические операции, что и левый. Контроллеры синхронизированы. Предположим, случается отказ левого контроллера, а именно модуля CPU. Управление автоматически передается резервному контроллеру, и теперь он становится главным. Здесь очень большое значение имеют время, которое система тратит на переключение на резерв (обычно меньше 0.5 с) и отсутствие возмущений (удара). Теперь система работает на резерве. Как только инженер заменит отказавший модуль CPU на исправный, система автоматически передаст ему управление и возвратится в исходное состояние. 174/192 Программируемые логические контроллеры Резервированный контроллер Рис. 2. Резервированный контроллер с коммуникациями Profibus и Ethernet. содержа ние X

175 На рис. 3 изображен резервированный контроллер S7-400H производства Siemens. Данный контроллер входит в состав РСУ Simatic PCS7. 175/192 Программируемые логические контроллеры Резервированный контроллер Рис. 3. Резервированный контроллер S7-400H. содержа ние X

176 Несколько другое техническое решение показано на примере резервированного контроллера FCP270 производства Foxboro (рис. 4). Данный контроллер входит в состав системы управления Foxboro IA Series. На базовой панели инсталлировано два процессорных модуля, работающих как резервированная пара, и коммуникационный модуль для сопряжения с оптическими сетями стандарта Ethernet. Взаимодействие между модулями происходит по внутренней шине (тоже резервированной), спрятанной непосредственно в базовую панель (ее не видно на рисунке). 176/192 Программируемые логические контроллеры Резервированный контроллер Рис. 4. Резервированный контроллер FCP270. содержа ние X

177 Контроллер AC800M производства ABB (часть РСУ Extended Automation System 800xA). Это не резервированный вариант. Контроллер состоит из двух коммуникационных модулей, одного СPU и одного локального модуля ввода/вывода. Кроме этого, к контроллеру можно подключить до 64 внешних модулей ввода/вывода. 177/192 Программируемые логические контроллеры Контроллер AC800M Рис. 5. Контроллер AC800M. содержа ние X

178 При построении РСУ важно выбрать контроллер, удовлетворяющий всем техническим условиям и требованиям конкретного производства. Подбирая оптимальную конфигурацию, инженеры оперируют определенными техническими характеристиками промышленных контроллеров. Наиболее значимые перечислены ниже: 1. Возможность полного резервирования. Для задач, где отказоустойчивость критична (химия, нефтехимия, металлургия и т.д.), применение резервированных конфигураций вполне оправдано, тогда как для других менее ответственных производств резервирование зачастую оказывается избыточным решением. 2. Количество и тип поддерживаемых коммуникационных интерфейсов. Это определяет гибкость и масштабируемость системы управления в целом. Современные контроллеры способны поддерживать до 10 стандартов передачи данных одновременно, что во многом определяет их универсальность. 178/192 Программируемые логические контроллеры Выбор контроллера содержа ние X

179 3. Быстродействие. Измеряется, как правило, в количестве выполняемых в секунду элементарных операций (до 200 млн.). Иногда быстродействие измеряется количеством обрабатываемых за секунду функциональных блоков. Быстродействие зависит от типа центрального процессора (популярные производители - Intel, AMD, Motorola, Texas Instruments и т.д.) 4. Объем оперативной памяти. Во время работы контроллера в его оперативную память загружены запрограммированные пользователем алгоритмы автоматизированного управления, операционная система, библиотечные модули и т.д. Очевидно, чем больше оперативной памяти, тем сложнее и объемнее алгоритмы контроллер может выполнять, тем больше простора для творчества у программиста. Варьируется от 256 килобайт до 32 мегабайт. 5. Надежность. Наработка на отказ до лет. 179/192 Программируемые логические контроллеры Выбор контроллера содержа ние X

180 6. Наличие специализированных средств разработки и поддержка различных языков программирования. Очевидно, что существование специализированный среды разработки прикладных программ – это стандарт для современного контроллера АСУ ТП. Для удобства программиста реализуется поддержка сразу нескольких языков как визуального, так и текстового (процедурного) программирования (FBD, SFC, IL, LAD, ST;). 7. Возможность изменения алгоритмов управления на лету (online changes), т.е. без остановки работы контроллера. Для большинства контроллеров, применяемых в РСУ, поддержка online changes жизненно необходима, так как позволяет тонко настраивать систему или расширять ее функционал прямо на работающем производстве. 180/192 Программируемые логические контроллеры Выбор контроллера содержа ние X

181 8. Возможность локального ввода/вывода. Как видно из рис. 4 контроллер Foxboro FCP270 рассчитан на работу только с удаленной подсистемой ввода/вывода, подключаемой к нему по оптическим каналам. Simatic S7-400 может спокойно работать как с локальными модулями ввода/вывода (свободные слоты на базовой панели есть), так и удаленными узлами. 9. Вес, габаритные размеры, вид монтажа (на DIN-рейку, на монтажную панель или в стойку 19). Важно учитывать при проектировании и сборке системных шкафов. 10. Условия эксплуатации (температура, влажность, механические нагрузки). Большинство промышленных контроллеров могут работать в нечеловеческих условиях от 0 до 65 °С и при влажности до 95-98%. 181/192 Программируемые логические контроллеры Выбор контроллера содержа ние X

182 В ОАО "РЖД" создана вычислительная система, включающая в себя целый ряд информационных систем, обеспечивающих технологический и финансовый мониторинги. Функционирует полная модель перевозочного процесса железнодорожного транспорта страны в режиме реального времени - внедренные в промышленную эксплуатацию и доказавшие свою эффективность конкретные информационные технологии - ЭТРАН ("Автоматизированная система централизованной подготовки и оформления перевозочных документов"), АСУ "Грузовой экспресс", АСУ ЦУМР и другие, объединенные и объединяемые в единую систему СИРИУС. Система ЭТРАН включает следующие подсистемы: - Ведение конвенционных запрещений и ограничений (КЗО); - Оформление заявки на перевозку; - Оформление перевозочных документов при отправлении; - Оформление перевозочных документов по прибытию; - Взаимодействие с системой АКС ФТО (автоматизированной комплексной системой фирменного транспортного обслуживания); - Взаимодействие с системой ЕК ИОДВ (единый комплекс интегрированной обработки дорожной ведомости); - Взаимодействие с системой ЕК АСУФР (единый комплекс автоматизированной системы управления финансами и ресурсами); - Взаимодействие с АРМ СПВ (обработки информации на пограничных передаточных станциях со странами СНГ); - Оформление паспорта клиента; - Администрирование; - Другие. 182/192 Программируемые логические контроллеры Пример: Система ЭТРАН содержа ние X

183 Система "Грузовой Экспресс" создана для повышения эффективности управления перевозками грузов железнодорожным транспортом через морские порты и пограничные переходы путем оперативного регулирования (разрешения/запрещения) погрузки и регулирования продвижения грузов в адрес определенных припортовых станций и пограничных переходов. В ее составе разработана автоматизированная информационная система внешнеторговых перевозок (АИС ВТП) с целью обеспечения руководящего аппарата ОАО "РЖД", ЦД и ЦУП оперативной информацией о погрузке и наличии в процессе перевозки на железных дорогах внешнеторговых грузов для принятия эффективных и своевременных мер по управлению перевозками в международном сообщении. 183/192 Программируемые логические контроллеры Пример: Система "Грузовой Экспресс" содержа ние X

184 1) своевременное и достоверное информационное обеспечение сменно-суточного и текущего планирования, контроля и анализа местной работы; 2) автоматизация процессов сменно-суточного и текущего планирования местной работы, в том числе создание автоматизированных комплексов планирующих задач; 3) автоматизация функций контроля: хода развоза местного груза по станциям отделения, хода грузовой работы на станциях, в том числе в сравнении с действующими сменно-суточным и текущим планами. 4) автоматизация учета местной работы отделения, подготовки и ведения отчетной документации, оценки выполнения норм сменно-суточного и текущего планирования грузовой и местной работы, анализа результатов работы. 184/192 Программируемые логические контроллеры ЦУМР (местной работы) содержа ние X

185 185/192 Программируемые логические контроллеры Пример: "Бастион-Состав" – система регистрации и контроля ЖДТ содержа ние X

186 -инструментальная программа для разработки программного обеспечения систем управления технологическими процессами в реальном времени и сбора данных. Основные задачи, решаемые SCADA-системами: обмен данными с УСО, обработка информации в РВ, отображение информации на экране, ведение БД РВ с технологической информацией. сигнализация и управление тревожными сообщениями, подготовка и генерирование отчетов, осуществление сетевого взаимодействия, обеспечение связи с внешними приложениями. Позволяет разрабатывать АСУ ТП: в клиент-серверной, в распределенной архитектуре. 186/192 Программируемые логические контроллеры Средство разработки:SCADA содержа ние X

187 Программируемые логические контроллеры…………………………………………………………………………………стр.167 Время сканирования……………………………………………………………………………………………………………..…………стр.168 Технические характеристики контроллеров………………………………………………………….………………………стр.169 Аппаратно контроллеры……………………………………………………………………………..……………………………стр Резервированный контроллер………………………………………………………………………………………….………стр Контроллер AC800M………………………………………………………………………………………..….……………………………стр.177 Выбор контроллера…………………………………………………………………………………………….……….……………стр Пример: Система ЭТРАН…………………………………………………………………………………….……………………………стр.182 Пример: Система «Грузовой Экспресс» ……………………………….………………………………………………………стр.183 ЦУМР (местной работы) ………………………………………………………………………………………………………….………стр.184 Пример: "Бастион-Состав" – система регистрации и контроля ЖДТ…………………….……………….….стр.185 Средство разработки:SCADA………………………………………………………………….……….………….…………………стр /192 Содержание Содержание раздела содержа ние X

188 Глоссарий 1. Программируемые логические контроллеры 1. Программируемые логические контроллеры 2. Средство разработки:SCADA 2. Средство разработки:SCADA 3. Время (или период) сканирования 3. Время (или период) сканирования 188/192 содержа ние X

189 Проверка знаний Самотестирование 189/192 Самотестирование предназначено для самостоятельного контроля знаний, полученных в ходе прохождения модулей и разделов. Кроме того, самотестирование готовит Вас к прохождению контрольного тестирования в конце курса. Поэтому, несмотря на то, что результаты самотестирования не учитываются системой, отнеситесь к прохождению задач самотестирования максимально ответственно. Если Вы дали неправильный ответ или сомневаетесь в выборе правильного ответа - перечитайте материалы соответствующего модуля или раздела, и Вы обязательно найдете ответ на вопрос, вызывающий у Вас затруднение. ПЕРЕЧЕНЬ И ТЕМАТИКА ВОПРОСОВ!!! содержа ние X

190 190 Тест Щелкните кнопку Тест для редактирования этого теста

191 В ходе изучения разделов и модулей курса Вы получали новые знания. Задания для самотестирования позволяли Вам проверять усвоение новых знаний и определять в них пробелы. Теперь Вам предстоит пройти последний, очень важный этап - контрольное тестирование. Вам необходимо за один подход ответить на все предложенные вопросы. Для ответа на каждый вопрос у Вас будет только одна попытка, о верности или ошибочности ответа сообщаться не будет. По окончании тестирования система подведет итог и определит процент правильных ответов. Контрольное тестирование состоит из 22 вопросов. Контрольное тестирование будет считаться пройденным успешно при уровне правильных ответов в 70%. Желаем Вам удачи. 191/192 Проверка знаний Итоговое тестирование

192 В ходе изучения разделов и модулей курса Вы получали новые знания. Задания для самотестирования позволяли Вам проверять усвоение новых знаний и определять в них пробелы. Теперь Вам предстоит пройти последний, очень важный этап - контрольное тестирование. Вам необходимо за один подход ответить на все предложенные вопросы. Для ответа на каждый вопрос у Вас будет только одна попытка, о верности или ошибочности ответа сообщаться не будет. По окончании тестирования система подведет итог и определит процент правильных ответов. Контрольное тестирование состоит из 22 вопросов. Контрольное тестирование будет считаться пройденным успешно при уровне правильных ответов в 70%. Желаем Вам удачи. 192 Итоговое тестирование Повтор содержа ние X Тест Щелкните кнопку Тест для редактирования этого теста