Петросьянц В.В. Измерительно-вычислительные комплексы (канал общего пользования)

Подождите немного. Документ загружается.

В.В. ПЕТРОСЬЯНЦ

ИЗМЕРИТЕЛЬНО-

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ

КОМПЛЕКСЫ

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

В. В. ПЕТРОСЬЯНЦ

ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ КОМПЛЕКСЫ

(канал общего пользования)

Рекомендовано Министерством

Общего и профессионального образования

Российской Федерации в качестве

учебного пособия для студентов высших

технических учебных заведений

Владивосток

1996

УДК: 681.325.5-181.4(075.8)

Петросьянц В.В. Измерительно-вычислительные комплексы ( канал

общего пользования). - Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2007.- 159 с.

Излагаются основы построения и применения измерительно-

вычислительных комплексов (ИВК). Рассматриваются вопросы проектирования

и программного обеспечения ИВК, функционирования интерфейса КОП, коди-

рования информации, сопряжения КОП с системной шиной компьютеров. При-

водятся схемы и программы разработанного учебного ИВК.

Для студентов вузов, обучающихся по направлению "Информатика и вы-

числительная техника"; может быть использована разработчиками ИВК раз-

личного назначения.

Рецензенты :

профессор И.Н. Каневский

(Дальневост. гос. ун-т рыбной пром-ти и хоз-ва),

доцент В.В. Крюков

(Владивост. гос. ун-т экономики и сервиса)

ISBN 5-7596-0103-2

ВВЕДЕНИЕ

В пособии излагается материал по созданию измерительно-

вычислительных комплексов ( ИВК) на базе распространенного интерфейса

"канал общего пользования" (КОП).

Появление ИВК было связано, с одной стороны, с усложнением испыта-

тельных, измерительных и исследовательских задач, увеличением их объема и

количества, необходимостью выполнения больших объемов вычислений и про-

токолов, а с другой стороны, - с появлением небольших по размеру, относи-

тельно дешевых, но эффективных цифровых вычислительных машин и цифро-

вых средств электроизмерительной техники, позволяющих не только автомати-

зировать процессы измерения, выдачи и коммутации электрических сигналов,

но и осуществлять обмен информацией с вычислительной машиной.

Современный этап развития ИВК характеризуется переходом к созданию

сложных иерархических комплексов, в которых осуществляется децентрализо-

ванная обработка информации, а отдельные части ИВК зачастую распределены

в пространстве. Наблюдается тенденция ко все большему использованию стан-

дартных аппаратных и программных средств сопряжения на всех уровнях ие-

рархии, что даст возможность создавать ИВК непосредственно у пользователя,

исходя из его специфических требований.

Целью настоящего пособия является обобщение имеющихся сведений о

принципах построения, составе аппаратных и программных средств, методах

проектирования ИВК и их применения для решения измерительных задач.

Имеется много специальной литературы по проектированию и ис-

пользованию ИВК. Однако не специалисту бывает трудно разобраться само-

стоятельно и применить эти знания на практике. Решению этой задачи и по-

священо предлагаемое учебное пособие. В нем материал скомпанован таким

образом: вначале даются общие представления об ИВК, интерфейсе КОП, а за-

тем на конкретном примере рассматриваются вопросы создания ИВК для ре-

шения измерительной задачи. Приводятся алгоритмы, схемы и программы

управления комплексом.

Поскольку отмечается тенденция применения стандартных изме-

рительных приборов и широко распространенных ЭВМ при создании различ-

ных информационно-измерительных систем, в данном пособии приводится

пример разработки ИВК на базе широко используемых компьютеров типа IBM

PC, стандартного интерфейса МЭК 625-1 и стандартных измерительных прибо-

ров с КОП. Трудность разработки ИВК заключается в том, что для решения

конкретных измерительных задач требуется разработка уникальных программ

управления.

В пособии предпринята попытка, с одной стороны, дать общий подход к

проектированию ИВК, с другой стороны, на примере решения конкретной из-

мерительной задачи - показать возможность создания ИВК на базе КОП и стан-

дартных аппаратных средств; показать принципы работы одного из наиболее

распространенных интерфейсов.

Программы управления контроллером-адаптером и программы управле-

ния измерительным процессом разработаны коллективом студентов-

дипломников под руководством автора данного пособия. Для постановки цикла

лабораторных работ по изучению учебного ИВК желающие могут заказать кон-

троллер-адаптер и дискету, на которой записана программа управления учеб-

ным ИВК, обучающая и контролирующие программы.

Пособие предназначено для студентов старших курсов, знакомых с осно-

вами микропроцессорной техники, программированием на языках различного

уровня, а также для слушателей факультета повышения квалификации.

1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПОСТРОЕНИЯ И ПРИМЕНЕНИЯ ИЗМЕ-

РИТЕЛЬНО-ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ

Измерительно-вычислительные комплексы (ИВК) можно определить как

совокупность функционально связанных устройств, обеспечивающих измере-

ние, сбор, вычислительную обработку и распределение измерительной инфор-

мации в системах управления производственными процессами и объектами [1-3].

ИВК являются важнейшей разновидностью информационно-

измерительных систем (ИИС). К ИИС кроме ИВК относятся:

системы сбора измерительной информации от исследуемого объекта или

просто измерительные системы;

системы автоматического контроля, предназначенные для контроля за ра-

ботой разного рода машин, агрегатов или технологических процессов;

системы технической диагностики, предназначенные для выявления тех-

нических неисправностей различных изделий;

телеизмерительные системы, предназначенные для сбора измерительной

информации с удаленных на большие расстояния объектов.

Так же как ИИС, ИВК представляют собой автоматизированные средства

измерений и обработки измерительной информации, предназначенные для

применения на сложных объектах. Отличительной чертой ИВК является нали-

чие в системе свободно программируемой ЭВМ, которая используется не толь-

ко для обработки результатов измерения, но и для управления самим процессом

измерения, а также для управления воздействием ( если это необходимо) на

объект исследования (рис. 1).

Информация от объекта исследования поступает на определенное множе-

ство первичных измерительных преобразователей ( ПИП), преобразуется в

электрическую форму и передается на средства измерения и преобразования

информации (СИПИ), в которых сигналы подвергаются обработке и аналого-

цифровому преобразованию. Затем сигналы передаются на ЭВМ для обработки

по определенным программам или накопления, а также на средства отображе-

ния информации (СОИ) для индикации или регистрации. Устройство форми-

рования управляющих внешних воздействий (УВВ) посредством исполнитель-

ных устройств (ИУ) воздействует на объект исследования для регулирования,

тестирования и т.п.

Рис. 1. Структурная схема двухуровнего ИВК

Первичные измерительные преобразователи ПИП и исполнительные уст-

ройства ИУ в состав ИВК не входят.

Современные сложные ИВК часто рассматривают как композицию двух

комплексов:

1) устройство связи с объектом (СИПИ, СОИ, УВ);

2) вычислительная часть.

Вычислительную часть образует свободно программируемая ЭВМ с раз-

витым математическим обеспечением ПМО. Вычислительная машина управля-

ет в ИВК всеми процессами сбора и обработки информации.

Структура ИВК может иметь один или два уровня. В одноуровневой име-

ется только магистраль ЭВМ, к которой подключены все устройства ИВК.

Двухуровневая содержит еще магистраль приборов. Сигналы взаимодействия

между магистралями передаются через системный контроллер-транслятор СКТ.

Управление ИВК от ЭВМ осуществляют специальные программы-драйверы.

Программными компонентами ИВК являются системное программное

обеспечение (программы ЭВМ и ИВК, обеспечивающие работу ИВК в диалого-

вом режиме, управление измерительными компонента- ми и обменом инфор-

мацией между ними, проверку работоспособности ИВК) и прикладное про-

граммное обеспечение (типовые программы обработки измерительной инфор-

мации, планирование эксперимента, метрологического обслуживания ИВК).

Изменение структуры и методов обработки измерительной информации

программным путем позволяет легко приспосабливать ИВК к особенностям

объекта исследования.

Создание ИВК обеспечивает построение информационно-измерительных

систем (ИИС) нового поколения, особенности которых:

расширение функциональных возможностей в отношении сбора, адапта-

ции, распределения за счет перепрограммирования в процессе обработки фор-

мируемых массивов измерительной информации и управления сложными авто-

матическими комплексами и системами;

повышение таких показателей, как точность и достоверность измерений,

за счет усреднения и статистической обработки измерительных данных с уче-

том влияния внешних факторов.

На вычислительные средства, используемые в измерительной аппаратуре,

могут быть возложены следующие функции:

фильтрация, выявление и устранение отклонений сигналов от заданного

уровня; внесение поправок; учет влияния внешних факторов; вычисление ре-

зультатов косвенных, совокупных и совместных измерений; определение ста-

тистических характеристик измеряемых величин; адаптация, оценка достовер-

ности результатов измерений и т.д.;

накопление и хранение полученной информации; хранение программ

реализации алгоритмов обработки; хранение планов проведения эксперимента

в зависимости от полученных результатов; сервисная обработка измерительной

информации (представление в виде таблиц, графиков, моделей и др.);

управление блоками с целью организации запросов, очередей, приорите-

тов, диалогового режима с операторами; обращение к памяти; контроль работо-

способности блоков, поверка метрологических характеристик.

В общем случае использование в качестве управляющего устройства вы-

числительной машины позволяет автоматизировать процедуры прохождения

измерительной информации, начиная от датчика физических величин и до мо-

мента принятия решения об истинности результатов измерений.

Одним из важных компонентов ИВК являются устройства сопряжения,

содержащие в своем составе микропроцессорные средства и обеспечивающие

соединение узлов и блоков как с друг другом, внутри измерительных приборов,

комплексов и систем, так и с внешними устройствами систем управления тех-

нологическими процессами и объектами.

Таким образом, ИВК в настоящее время приобретают особо важное зна-

чение в развитии современных средств измерений, поскольку расширяют их

функциональные возможности и улучшают метрологические характеристики.

Создаваемые на основе ИВК современные ИИС повышают эффективность ав-

томатизированных систем управления технологическими процессами, автома-

тизированных систем научных исследований и комплексных испытаний, сис-

тем автоматизированного проектирования, гибких автоматизированных произ-

водств и автоматизированных обучающих систем.

1.1. Государственная система приборов и агрегатные комплексы

Первоначально ИВК разрабатывались индивидуально для каждой кон-

кретной измерительной задачи, причем всякий раз заново разрабатывались не

только структура системы, но и все ее функциональные узлы. Такой подход

оказался нерентабельным - срок разработки затягивался, стоимость ИВК была

высокой. Поэтому в настоящее время реализуется агрегатный принцип по-

строения, согласно которому ИВК строится из конструктивно законченных и

выпускаемых серийно приборостроительной промышленностью функцио-

нальных узлов, объединенных общим алгоритмом функционирования.

В ГСП входят агрегатные комплексы средств электроизмерительной тех-

ники ( АСЭТ), вычислительной техники ( АСВТ), контроля и регулирования

(АСКР), комплекс технических средств локальных информационно-

управляющих систем (КТС ЛИУС) и др.

При построении агрегатированных систем должны быть решены задачи

совместимости и сопряжения модулей как друг с другом, так и с внешними

средствами. Для модулей ИВК можно выделить пять видов совместимости [2]:

информационную, конструктивную, энергетическую, метрологическую, экс-

плуатационную.

Преимущества принципа агрегатирования наиболее полно проявляются в

том случае, если информационная совместимость определяется унификацией

измерительных сигналов и применением стандартных интерфейсов.

Электрические логические и конструктивные условия, которые опреде-

ляют требования к соединяемым функциональным узлам и связям между

ними, образуют понятие интерфейса. Электрические условия определяют тре-

бования к параметрам сигналов взаимодействия и способу их передачи; логиче-

ские - номенклатуру сигналов; конструктивные - конструктивные требования к

элементам интерфейса: вид разъема, место его расположения, порядок распай-

ки контактов и т.д.

Можно выделить три основных варианта построения ИВК:

с системным интерфейсом и унифицированными узлами сопряжения ин-

терфейса и измерительных приборов;

с приборным интерфейсом и измерительными средствами (по ГОСТ 26.201-84);

с приборным интерфейсом МЭК (по ГОСТ 26.003-80) и серийно выпус-

каемыми измерительными приборами и устройствами. Этот интерфейс назы-

вают также IEEE-48-8 (Institute of Electrical and Electronics), или GPIB (General

Purpose Interface Bus), или HP-IB (Hewlett Packart-Interface Bus). Интерфейс раз-