Київський національний університет імені Тараса Шевченка 5. Архітектура

Київський національний університет імені Тараса Шевченка 5. Архітектура засобів вимірювання М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] М. Кононов Засоби автоматизації вимірювань

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 2 Розподіл засобів вимірювання за складністю

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 3 Розподіл засобів вимірювання за складністю

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 4 Базові схеми автоматичних приладів

Базові схеми автоматичних приладів М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 5

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 6 Структура приладів з замкненою структурою Базові схеми автоматичних приладів

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 7 Структура приладів прямого перетворення Базові схеми автоматичних приладів

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 8 Структура приладів врівноважування Базові схеми автоматичних приладів

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 9 Структурні схеми компенсаційних приладів Базові схеми автоматичних приладів

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 10 Характерні риси :  Складна структура взаємодії окремих модулів на рівні сигналів  Частим є використання обернених зв’язків Базові схеми автоматичних приладів

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 11 Основні різновиди цифрових приладів Базові схеми автоматичних приладів

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 12 Базові схеми автоматичних приладів Характерні риси :  Основою приладу є компаратор  Частим є використання багатоканальних некерованих мір (з якою метою?)

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 13 Нагадаємо Базові схеми автоматичних приладів

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 14 Передача сигналів / ЦАП Базові схеми автоматичних приладів

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 15 Архітектура засобів вимірювання

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 16  Прилад  Установка  Система Розподіл засобів вимірювання за складністю Архітектура засобів вимірювання Нагадаємо

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 17 Архітектура засобів вимірювання Усі блоки, що складають засіб вимірювання, зібрані у єдиний пристрій Застосування: Прилад, установка Зосереджена За сучасної ідеології використовується якомога ранішнє оцифровування та керування контролером усіх блоків пристрою Набір перетворювачів Джерело сигналу

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 18 Розподілена централізована Архітектура засобів вимірювання Засобом вимірювання керує єдиний пристрій, як правило комп’ютер загального призначення Застосування: Установка, система Набір перетворювачів Джерело сигналу

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 19 Архітектура засобів вимірювання Розподілена ієрархічна (багаторівнева) Частину обробки виконують “місцеві” контролери Застосування: Система, (установка)

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 20  Реалізація зважування або іншого ресурсоємного алгоритму  Стабілізація параметру Архітектура засобів вимірювання Розподіл інтелектуальності Частину обробки виконують “місцеві” контролери, наприклад:  Попередня фільтрація даних  Буферизація швидкого потоку даних  Керування при сеансовій взаємодії

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 21 Автоматизована система управління технологічним процесом — комплекс програмних і технічних засобів, призначений для автоматизації управління технологічним устаткуванням на підприємствах Архітектура засобів вимірювання АСУ ТП Автоматизований на відміну від терміну автоматичний підкреслює можливість участі людини в окремих операціях в цілях збереження людського контролю над процесом

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] Архітектура засобів вимірювання АСУ ТП 22

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 23 Архітектура засобів вимірювання АСУ ТП

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 24 Використання у приладах мікроконтролерів Мікроконтролер — мікросхема, призначена для управління електронними пристроями. Типовий мікроконтролер поєднує в собі функції процесора і периферійних пристроїв, може містити ОЗП і ПЗП. По суті, це однокристальний комп'ютер, здатний виконувати прості завдання Різниця між цифровими та мікропроцесорними приладами Архітектура засобів вимірювання

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 25 Швидкодія експериментальної установки 2

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 26 Швидкодія експериментальної установки Паралельний та послідовний розподіл вимірювальних ресурсів Операція 0 ... Операція 1 Операція 2 Операція 3 Операція N Операція N+1

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 27 Швидкодія експериментальної установки Операція 0 Операція 3 Операція 6 Операція 1 Операція 4 Операція 7 Операція 2 Операція 5 Операція 8 ... Операція N ... Операція N+1 ... Операція N+2 Паралельний та послідовний розподіл вимірювальних ресурсів

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 28 Швидкодія експериментальної установки Конвеєрна обробка

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 29 Швидкодія експериментальної установки Конвеєрна обробка

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 30 Швидкодія експериментальної установки Конвеєрна обробка

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 31 Швидкодія експериментальної установки Конвеєрна обробка

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 32 Швидкодія експериментальної установки Конвеєер (англ. convey — просувати) — така організація виконання операцій над об'єктами, при якій весь процес дії розділяється на послідовність стадій з метою підвищення продуктивності шляхом одночасного незалежного виконання операцій над декількома об'єктами, які проходять різні стадії Конвеєрна обробка

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 33 Швидкодія експериментальної установки Сумісність за швидкодією і методологією

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 34 Комутація

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 35 Комутація Використовується для :  реалізації багатьох методів (наприклад заміщення)  зміни конфігурації системи  приєднання по черзі різних сигналів до спільного перетворювача

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 36 Швидкодія експериментальної установки Комутатори аналогових сигналів

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 37 Швидкодія експериментальної установки Комутатори аналогових сигналів релейні

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 38 Швидкодія експериментальної установки Комутатори аналогових сигналів з герконами

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 39 Швидкодія експериментальної установки Переваги:  Електрична ізоляція керуючого та керованого ланцюга  Відносна простота реалізації сильно-струмової комутації Комутатори аналогових сигналів релейні  Дуже малий опір в замкнутому стані Недоліки:  Обмеженість швидкодії (близько 1 мс)  Габарити  Обмеженість ресурсу (107 -108 перемикань)

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 40 Швидкодія експериментальної установки Комутатори аналогових сигналів релейні

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] Швидкодія експериментальної установки Комутатори аналогових сигналів електронні 41

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 42 Швидкодія експериментальної установки Комутатори аналогових сигналів електронні Переваги:  Висока швидкодія  Малі габарити та енегроспоживання  Необмежений ресурс, висока надійність Недоліки:  Неможлива комутація надслабких сигналів

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 43 Запам’ятовування (накопичення) даних

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 44 Аналоговий запам’ятовуючий пристрій Запам’ятовування (накопичення) даних

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 45

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 46 Тригер – простий послідовний пристрій, який може тривало знаходитися в одному з декількох можливих стійких станів і переходити з одного в інше під впливом вхідних сигналів. Цифровий запам’ятовуючий пристрій Запам’ятовування (накопичення) даних

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 47 RS-Тригер

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 48 D-Тригер

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 49 Регістр — послідовний логічний пристрій, використовуваний для зберігання n-розрядних двійкових чисел

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 50 Аналогова та цифрова передача даних

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 51 Аналогова та цифрова передача даних Аналогова Основна проблема - забезпечення достатнього співвідношення сигнал / шум

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 52 Аналогова та цифрова передача даних Для забезпечення якісної передачі сигналу може використовуватись:  Екранування  Перенесення інформації сигналу на іншу фізичну величину Аналогова  Перенесення інформації на змінний (синусоїдальний) сигнал  Підсилення

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 53 Аналогова та цифрова передача даних Цифрова Основна проблема - неповне використання фізичних обмежень лінії передачі (швидкодія)

М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 54 Аналогова та цифрова передача даних Для забезпечення швидкої передачі сигналу може використовуватись:  Збільшення частоти  Додаткова обробка (стиснення) Цифрова  Ускладнення способу кодування Докладніше буде розглянуто пізніше

Резюме  Архітектура засобів вимірювання визначається топологїєю досліджуваної системи та складністю методів та алгоритмів, необхідних для реалізації вимірювання  Одна з головних задач реалізації засобу вимірювання - досягнення розумного балансу між швидкодією та точністю вимірювання  Сучасні цифрові засоби автоматизації вимірювань активно спираються ієрархічний розподіл інтелектуальності М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 55

Завдання на самостійне опрацювання  Опрацювання матеріалів лекції. Динамічні характеристики засобів вимірювання Література [1–С.61-68] М.Кононов © 2009 E-mail: [email protected] 56