Слайд 1Автоматизированные информационно-управляющие системы
Доц. каф. АПП
Кульчицкий Александр Александрович
doz-ku@rambler.ru
Слайд 2Лекция 3
Устройства сбора данных
Слайд 3
задача обнаружения.
2. задача выделения.
3. задача принятия решения
Основные задачи АИУС
Слайд 4Обобщенная структура автоматизированной информационно-управляющей системы
Слайд 5Задачи АИУС
- автоматизированный синхронный ввод в ПК сигналов, регистрируемых группой
датчиков;
- вывод аналоговых сигналов в соответствии с аналитической моделью (например
для калибровки);
- обработка записанных на жесткий диск данных с помощью методов цифровой обработки сигналов для изучения состояния физических объектов и исследования протекающих процессов;
- графическое представление регистрируемой информации и результатов анализа;
- хранение экспериментальных данных и результатов обработки
- управление процессом сбора данных.
Слайд 6Программное обеспечение должно выполнять следующие функции
· настройка параметров и запуск
процедуры сбора данных;
· запись собираемых данных в оперативную память или
на жесткий диск с отображением характера регистрируемых сигналов и временного изменения параметров на экране дисплея;
· графический пользовательский интерфейс со средствами функциональной помощи;
· реализация вычислительных алгоритмов цифровой обработки сигналов с отображением результатов комбинированными средствами представления информации;
· выполнение калибровки передаточных характеристик физико-информационных преобразователей и аналоговых цепей;
· поддержка базы экспериментальных данных о характеристиках объектов испытаний (или исследуемых явлений).
Слайд 7Принципы, используемые при разработке программного обеспечения АУИС
модульность,
использование объектной
метафоры в управлении,
унификация связей,
разделение программ управления, графической поддержки,
обработки и доступа к базе данных.
Слайд 9Устройства сбора данных
Устройства аналогового ввода/вывода
Устройства цифрового ввода/вывода
Счётчики/таймеры
Многофункциональные устройства, поддерживающие аналоговые
и цифровые операции, а также возможности счётчиков
Слайд 10Основные параметры аналоговых устройств ввода
Количество каналов (симметричных и несимметричных).
Частота оцифровки.
Разрешение
АЦП
Диапазон измерений.
Ширина кода
При диапазоне от 0 до 10
В и усилении 100, идеальная ширина кода определяется следующим выражением:
10 / ( 100 * 216) = 1,5 мкВ
дифференциальную нелинейность,
относительную точность,
время установления измерительного усилителя
параметры шума.
Слайд 11Сравнительные характеристики устройств сбора данных
Слайд 12Типовая структура устройства сбора информации устройства
USB 6008
Слайд 14Упрощенная блок-схема модуля ввода-вывода
Слайд 15Буферная память предназначена для обеспечения обмена данными с компьютером без
потери отсчетов с максимальной скоростью (реализована схема поочередного считывания данных
из буферов).
Цифровой регистр представляет собой 16-разрядный цифровой порт вывода общего назначения с тремя состояниями выхода и предназначен для управления внешними устройствами.
Блок старта предназначен для определения (путем программирования) начала ввода данных.
Таймер синхронизируется от кварцевого генератора и задает временную диаграмму ввода и вывода данных.
Регистр режимов управляет режимами работы блоков модуля.
Интерфейсы системной и локальной шин обеспечивают обмен с компьютером и с дополнительными модулями на базе цифровых процессоров сигналов.
Конвертор питания обеспечивает прецизионным питанием +/-15V аналоговые цепи модуля.
Слайд 16Виды источников сигналов
Заземленный
Незаземленный
Слайд 17Для увеличения отношения сигнал/помеха усиление сигнала производится непосредственно у источника
Слайд 18Коэффициент подавления синфазного сигнала
KD и KCM – коэффициенты усиления разностного
и синфазного
сигналов соответственно.
Схема измерения коэффициента подавления синфазного сигнала, определяемого в
dB как:
Слайд 19Измерительная система с дифференциальными входами
Instrumentation amplifier – инструментальный усилитель
Напряжение синфазного
сигнала
Слайд 20Схемы с несимметричными входами
Система с незаземленными несимметричными входами
(NRSE)
Заземленная измерительная система
с несимметричными входами
Слайд 24Стандартные сигналы
Аналоговые сигналы:
0…5 В;
0…10 В;
0…20 мА
4…20 мА,
токовая петля.
Дискретные сигналы:
сигналы TTL-уровня с диапазоном 0…5 В;
сигналы TTL-уровня с диапазоном
0…24 в.
Слайд 25То́ковая петля́
То́ковая петля́ (Current Loop) — способ передачи информации с помощью
измеряемых значений силыCurrent Loop) — способ передачи информации с помощью измеряемых
значений силы электрического тока.
Принцип работы токовой петли это дифференциальная пара
Для задания измеряемых значений тока используется, как правило, управляемый источник тока. По виду передаваемой информации различаются аналоговая токовая петля и цифровая токовая петля.
Токовая петля может использоваться на значительных расстояниях (до нескольких километров). Для защиты оборудования применяется гальваническая развязкаТоковая петля может использоваться на значительных расстояниях (до нескольких километров). Для защиты оборудования применяется гальваническая развязка на оптоэлектронных приборах, например оптронах.
Основное преимущество токовой петли —точность не зависит от длины и сопротивления линии передачи, поскольку управляемый источник тока будет автоматически поддерживать требуемый ток в линии. Схема позволяет запитывать датчик непосредственно от линии передачи. Несколько приемников можно соединять последовательно, источник тока будет поддерживать требуемый ток во всех одновременно
Слайд 26Принцип действия "токовой петли"
В качестве линии передачи обычно используется экранированная
витая пара, которая совместно с дифференциальным приемником позволяет ослабить индуктивную
и синфазную помеху.
Слайд 27
Стандарт 4-20 мА
логическому уровню "1" соответствует ток в линии
от 4 до 20 мА протекающий в ПРЯМОМ направлении
логическому
уровню "0" соответствует ток в линии от 4 до 20 мА протекающий в ОБРАТНОМ направлении.
При токе ниже 4 мА приемник и передатчик обнаруживают ошибку "ОБРЫВ ЛИНИИ".
При токе выше 20 мА передатчик обнаруживает ошибку "КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ ЛИНИИ".
Слайд 28Согласование сигналов
Усиление/ Для достижения наибольшей точности максимальный диапазон напряжения в
усиленном сигнале должен равняться максимальному входному диапазону АЦП.
Изоляция Необходима
по соображениям безопасности и избежания эффекта паразитного контура с замыканием через землю
Фильтрация –удаление ненужных составляющих из измеряемого сигнала.
Питание – питание для параметрических датчиков, таких как датчики деформаций, термисторы и терморезисторы.
Линеаризация – учет нелинейности отклика
Следует чётко понимать природу измеряемого сигнала, конфигурацию, в которой производятся измерения и воздействие, которое может оказывать окружающая среда. Основываясь на этой информации, можно определить, нужно ли использовать модули согласования сигнала в данной системе сбора данных или нет.
Слайд 29Типы датчиков, сигналов и виды кондиционирования сигналов
Слайд 30Измерительные (нормирующие) преобразователи датчиков температуры
ИП 0304
Слайд 33Универсальный нормирующий преобразователь НПТ1
Преобразование сигналов термодатчиков в унифицированный сигнал 0(4)...20мА
Универсальный
вход
Поддержка большинства известных типов термодатчиков
Высокая точность преобразования
Высокая разрешающая способность
Настройка по
интерфейсу USB 2.0
Климатическое исполнение «-40...+85 С»
Слайд 34Нормализатор сигнала тензомоста
Тип входного сигнала — мост
Диапазон входного сигнала: ±15,
±30, ±100 мВ
Выходной сигнал: 0-10, 0-5 В, 0-20 мА
Гальваническая изоляция
1000 В
Слайд 35Усилитель тензосигнала тип 131
Сопротивление моста от 120 до 2000 Ом
Четырехпроводная схема подключения тензомоста
Напряжение питания 12-24В
Рабочая температура -20ºC..+50ºC
Обеспечивает напряжение
возбуждения моста 8,0В
Линейность 1:4000
Слайд 36Линейное преобразование переменного тока частотой 45 - 65 Гц в
выходной унифицированный сигнал постоянного ток
Слайд 37Линейное преобразование активной мощности трехфазных и однофазных, четырех- и трехпроводных
цепей переменного тока в унифицированный выходной сигнал постоянного тока или
напряжения
Слайд 38Преобразователи линейного преобразования частоты переменного тока в унифицированные выходные сигналы
постоянного тока
Слайд 39Модули ввода-вывода Мх110
Стандарт проводной связи RS-485.
Простые протоколы, основанные на принципе
«запрос-ответ». работа по протоколам ModBus-ASCII, ModBus-RTU, DCON и ОВЕН.
Модули объединяются
в сеть с помощью двухпроводной линии связи и подключаются к ведущему устройству (Master). В роли мастера может выступать:
ПЛК,
персональный компьютер с установленной SCADA-системой
панель оператора.
модулей (Slave), имеет уникальный адрес.
Одновременно в одной сети может быть один мастер и до 32 модулей. Максимальная длина линии связи составляет 1200 м. Длина линии связи и количество модулей в сети могут быть увеличены с помощью повторителей интерфейса (например, ОВЕН АС5).
Слайд 40Модификации модулей ввода вывода Mx110
Слайд 44
Модульная система согласования сигналов SCXI - высокопроизводительная многоканальная платформа согласования
и коммутации из одного или нескольких промышленных шасси с установленными
различными модулями согласования сигналов.
Портативная недорогая система согласования сигналов SCC–недорогое решение для задач согласования сигналов с небольшим количеством каналов с возможностя поканальной конфигурации каналов ввода/вывода с использованием одно- и двухканальных модулей
SC серия – устройства сбора данных со встроенными возможностями согласования сигналов - расширяют возможности платформы PXI путем интегрирования схем согласования сигналов в 16-разрядные модули PXI.
Высокоточные регистраторы температуры и
Слайд 46Шасси CompactDAQ на базе интерфейсов USB и Ethernet
Слайд 47Модули ввода вывода C-серии
Аналоговый ввод, аналоговый вывод, цифровой ввод-вывод, реле
Слайд 50Технология реконфигурируемого ввода/вывода (RIO)
Reconfigurable input/output – RIO) предоставляет вам возможность
создания на аппаратном уровне вашей собственной контрольно-измерительной системы, используя программируемые
логические интегральные схемы (ПЛИС) и инструментарий среды графической разработки приложений LabVIEW
Слайд 52CompactRIO
Контроллер реального времени
Реконфигурируемое шасси
Модули ввода/вывода
Слайд 53Контроллер реального времени
LabVIEW Real-Time
Слайд 55Канал общего пользования
КОП (General Purpose Interface Bus - GPIB)
разработан компанией Hewlett Packard в конце 1960 года для обеспечения
связи между компьютерами и измерительными приборами, известен как стандатр IEEE 488.(2.).
КОП является цифровой 24-х разрядной параллельной шиной. Шина состоит из:
8 линий данных (data lines),
5 линий управления шиной (bus management lines) - ATN, EOI, LFC, REN, SRQ,
3 линий квитирования (handshaking),
8 заземленных линий.
сообщения (messages) представляются в виде символов ASCII
Слайд 56Устройства и типичная система с КОП
Каждое устройство, включая плату-контроллер,
должно иметь свой уникальный адрес КОП в диапазоне от 0
до 30
Слайд 57PXI и VXI
VXI, сокращение от «VMEbus extension for Instrumentation»
(«расширение шины VME для использования в инструментальных системах»)
PXI, сокращение
от «compactPCl extension for Instrumentation» («расширение шины Compact-PCI для использования в инструментальных системах»)
Слайд 58Вопросы
1. Какие основные функции могут осуществлять ИИС?
2. Из каких основных
компонент состоит ИИС?
3. По каким основным класификационным признакам подразделяются ИИС?
4.
В чем различие между системами автоматизированного контроля и телеизмерительными системами?
