ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
Виды и структуры измерительных информационных систем
В зависимости от выполняемых функций ИИС реализуются в виде: Рис.1. Основные структуры ИИС: а — цепочечная; б б-… • измерительных систем (ИС); • систем автоматического контроля (САК);Поколения измерительных информационных систем
Первое поколение — формирование концепции ИИС: системная организация совместной автоматической работы средств получения, обработки передачи… Второе поколение (1970-е гг.) — использование адресного сбора информации,… Третье поколение характеризуется широким введением в ИИС БИС, микропроцессоров и микропроцессорных наборов, микро-ЭВМ…Математические модели и алгоритмы измерения измерительных информационных систем
Математическая модель объекта измерения включает в себя описание взаимодействия между переменными входа и выхода для установившегося и переходного… Если переменные объекта изменяются только во времени, то модели, описывающие… Модели объектов исследований, переменные которых изменяются как во времени, так и в пространстве, называются моделями…СканирующиеИС
Траектория движения при пассивном сканировании может быть запрограммирована, при активном сканировании может изменятся в зависимости от получаемой… Сканирующие системы применяют для измерения температурных полей, нахождения… Многоточечные (последовательно-параллельного действия) ИС.Их применяют в сложных объектах с большим числом измеряемых…Компьютерные измерительные системы
Персональные компьютеры используются не только как вычислительные средства, но и как универсальные измерительные приборы. КИС на основе… К отличительным особенностям и основным преимуществам КИС по сравнению с… • обширный фонд стандартных прикладных компьютерных программ, доступных для оператора, позволяющий решать широкий круг…Интеллектуальные измерительные системы
Контроллерные функции.Их можно подразделить на ряд подфункций: • управление измерительной цепью, т.е. переключение каналов и диапазонов… • управление измерительными усилителями. Обычно эти функции выполняются чисто программными методами, иногда с участи…Интерфейсы измерительных информационных
Систем
Интерфейс— это совокупность цепей, объединяющих различные устройства, и алгоритмы, определяющая порядок передачи информации между этими устройствами.
Цепи интерфейса подразделяют на три группы: информационные, адресные и управляющие.
Различают программные и физические интерфейсы. Информация передается в виде кодов определенного числа или словами. Для различия байтов данных, команд и адресов используются осведомительные сигналы. Для инициирования передач, синхронизации работы устройств и завершения передачи служат управляющие сигналы.
Основной характеристикой интерфейса является скорость передач информации, которая зависит от алгоритма передачи и технических характеристик цепей связи.
В целях модульного принципа построения систем разработаны стандартные интерфейсы, обеспечивающие информационную, электрическую и конструктивную совместимость различных устройств.
В настоящее время используются следующие структуры интерфейсов: одноступенчатые, двухступенчатые и трехступенчатые
возможными вариантами исполнения: цепочечная, радиальная, магистральная, радиально-магистральная, каждая из которых может быть с централизованным или децентрализованным управлением (рис. 11).
Обмен информацией может быть осуществлен синхронным и асинхронным методами.
Синхронный метод передачи и приема сигналов производится в фиксированные моменты времени. Темп обмена информацией при асинхронном методе определяется сигналом квитирования. Этот метод особенно эффективен при обмене информацией с различным быстродействием функциональных блоков.
В ИИС используются следующие основные интерфейсы: КОП КАМАК, PDP-11, (общая шина), RS-232C, RS-422, RS-423, RS-485, а также системные интерфейсы 8, 16, 32-разрядных микроЭВМ.
Приборный интерфейс предназначен для взаимодействия программируемых и непрограммируемых приборов и построения на их основе измерительных информационных систем. Соединение
Рис. 11. Основные структуры интерфейсов:
а — цепочечная; б — радиальная; в — магистральная; г — радиально-магистральная
Рис. 12. Приборный интерфейс:
К — коммутатор; АЦП — аналого-цифровой преобразователь; ЦПУ — цифропе-чатающее устройство; ИКАР — интерфейсные карты
приборов осуществляется через многопроходный магистральный канал общего пользования (КОП, зарубежный аналог IEEE-488' длиной не более 20 м. Число приборов, подключаемых к магистрали, не должно превышать 15. Обмен информацией между приборами происходит под управлением контроллера. Всего регламентируется 10 интерфейсных функций. Каждая функция позволяет прибору выполнять прием, передачу и определенную обработку сообщений. Функции могут быть реализованы как аппаратно, так и программно. Приборный интерфейс представлен на рис. 12.
Интерфейс КАМАК.Он применяется для разветвленных систем сбора информации с большим числом первичных преобразователей и предоставляет возможность построения ИИС с двумя уровнями централизации.
Основными конструктивными элементами являются крейт модуль, стойка.
Крейт (каркас) имеет 25 станций (ячеек), в которые вставляются модули (вставные кассеты). Из них 23 станции рабочие, они служат для включения модулей, 24-я и 25-я станции отводятся для контроллера крейта (КК).
Функциональные блоки (ФБ) могут занимать произвольное расположение, так как адрес каждому ФБ присваивается после его установки в крейт.
Структурная схема системы в стандарте КАМАК представлена на рис. 13.
Рис. 13. Структурная схема системы в стандарте КАМАК
Магистраль крейта состоит из 81 сквозной шины, проходящей через все модули, и двух индивидуальных шин связи каждого управляемого модуля с контроллером крейта. Внутрикрейтовые связи образуют горизонтальный интерфейс системы КАМАК (Dataway). Крейты связываются между собой и с центральной ЭВМ верхнего уровня. Межкрейтовые связи проходят через контроллеры крейтов и строятся по принципам ветви (до семи крейтов вертикальный) или замкнутого кольца. Эти связи образуют интерфейс системы КАМАК (Branch highway). Структура КАМАК, таким образом, пирамидальная и включает в себя 2...4 уровня: верхний уровень — ЭВМ; второй — контроллеры ветвей; третий — контроллеры крейтов; четвертый — управляемые модули.
Однокрейтовые системы двухуровневые.
Основной принцип, заложенный в системе КАМАК, — принцип использования центральной ЭВМ. Направления протоколов команд и информации жестко связаны.
Для защиты от помех используются экранирование, заземление, согласование характеристик линий связи, а также контроль по четности и повторение передачи кодов.
Основной недостаток системы — большая аппаратурная избыточность и наличие сложной системной части практически в каждом модуле, большая стоимость интерфейса и всей системы в целом. Поэтому стандарт КАМАК следует использовать только в сложных ИИС.
Последовательные интерфейсы периферийных устройств.Ими могут служить интерфейсы RS-232C, RS-423, RS-422, RS- 485. Основные параметры этих интерфейсов представлены в табл.1. В основе интерфейсов RS-232C, RS-422 лежит однопроводная несогласованная линия (рис. 14), по которой информация передается двуполярными посылками со скоростью до 20 Кбод (RS-232C) и 300 Кбод (RS-423) при длине линии не более 15 и 600 м соответственно. В однопроводной линии для передачи сигнала используется один провод, напряжение на котором сравнивается в приемнике с напряжением линии «Общая земля», общей для всех про-
Рис. 14. Схемы однопроводной несогласованной (а) и симметричных
дифференциальных последовательных линий связи с симплексным (б)
и полудуплексным (в) режимами передачи информации
чих сигнальных проводников. Этот способ построения линии наиболее прост, но имеет существенный недостаток: на информационный сигнал накладываются помехи в линии. Так как помехи в линии пропорциональны длине линии связи и ширине полосы
рабочих частот, то в интерфейсах RS-232C и RS-423 наложены ограничения на оба параметра (см. табл.1). Например, в интерфейсе RS-423 при скорости передачи информации 3 Кбод длина линии может достигать 1200 м, а при скорости 300 Кбод — всего лишь 12 м. Кроме того, для уменьшения взаимных помех скорость нарастания фронтов передаваемых сигналов ограничивается до 30 В/мкс.
Интерфейс RS-422 распространяется на симметричные дифференциальные линии (витая пара, радиочастотный кабель), обладающие более высокими характеристиками, чем однопроводные линии. В частности, по линии интерфейса RS-422 возможна передача информации со скоростью до 100 Кбод на расстояние до 1200 м и со скоростью 10 Мбод на расстояние до 12 м. Дифференциальный режим (рис14, б) достигается применением дифференциального передатчика, согласованной линии связи (в виде витой пары или радиочастотного кабеля) и дифференциального приемника. Сигнал передатчика появляется на входе приемника в виде разностного напряжения, тогда как помехи в линии остаются синфазными. Благодаря этому дифференциальный приемник с достаточным диапазоном подавления синфазной составляющей может отличать сигнал от помехи. К тому же интерфейс RS-422 позволяет наряду с симплексным режимом передачи (см. рис. 14, б) организовать полудуплексный режим передачи (рис. 14, в) и мультиплексный режим последовательной передачи информации.
|
| Рис. 15. Структурная схема интерфейса «Общая шина» |
В последнем случае, применяемом для связи между периферийными устройствами микропроцессорных систем, для передачи информации в одном направлении используются две дифференциальные симметричные линии связи, например витые пары. В исходящем направлении включены один передатчик и п приемников. Такой режим позволяет обслуживать до 12 абонентов. Основные трудности заключаются в обеспечении хорошего заземления системы.
Интерфейс «Общая шина».Он разработан для связи центрального процессора семейства IBM, где используется магистральная система шин с раздельными объединенными шинами для адресных сигналов и данных, а также с отдельной шиной для сигналов управления (рис. 15).
К каналу обмена информацией между отдельными функциональными блоками ЭВМ можно подключать дополнительные блоки памяти и различные устройства ввода-вывода. Такое расширение возможностей ЭВМ позволяет использовать его в ИИС, АСУТП и строить на ее базе ИВК.
Обмен информацией между функциональными блоками происходит асинхронно по каналу, который представляет собой магистраль, состоящую из 38 линий.
8. Метрологический анализ
В зависимости от состава метрологического обеспечения ИИС подразделяются на группы: общего применения, впускаемые серийно и предназначенные для эксплуатации на предприятиях различных министерств и ведомств; нестандартизованные единичного производства; нестандартизованные, комплектуемые из серийных АС ИИС на объектах эксплуатации, в том числе в составе АСУТП.
Основные положения метрологического обеспечения ИИС на стадиях их разработки, производства и эксплуатации устанавливает принятые обозначения: MX — метрологические характеристики; ИК — измерительный канал; НТД — нормативно-техническая документация.
Головная организация по метрологическому обеспечению ИИС — Российский научно-исследовательский институт метрологии измерительных и управляющих систем (РНИИМУИС) научно-производственного объединения «Система».
Метрологическую экспертизу проектов технических заданий на разработку ИИС общего применения должны проводить РНИИМУИС или головные (базовые) организации по метрологии министерств (ведомств).
Контрольные вопросы
1.Что такое информационная технология?
2.Дайте определение понятий «система» и «измерительно-информационная система».
3.Назовите этапы развития ИИС, поколения ИИС.
4.Какова роль ИИС в системах автоматического контроля, управления, диагностики, распознавания образов, АСУТП и АСУП?
5.Назовите области применения ИИС.
6.Каково назначение математических моделей объектов измерений и исследований?
7.Назовите методы описания структур и алгоритмов работы ИИС.
8. Объясните обобщенную структурно-функциональную схему ИИС.
9. Дайте определение измерительных систем, систем автоматического контроля, технической диагностики, распознавания образов, телеизмерения.
10.Объясните классификационные признаки построения ИИС.
11.Перечислите известные вам интерфейсы, используемые в ИИС.
12.Расскажите о назначении, характеристиках и структурах интерфейсов в ИИС.
13.В чем разница в синхронном и асинхронном обменах информацией?
14.Каковы основные характеристики интерфейса КАМАК?
15.Каковы особенности приборного интерфейса?
16.Расскажите об интерфейсах периферийной части ЭВМ.
17.Каковы функции, выполняемые компьютером в КИС?