Застосування мікропроцесорів у контрольно-вимірювальній апаратурі та апаратурі реєстрації

Мікропроцесори, МПП і МПС є органічною частиною сучасної контрольно-вимірювальної апаратури. Введення у вимірювальний прилад МПП і МПС забезпечило багато-функціональність, значне підвищення точності, спрощен­ня та полегшення керування, гнучкість, самокалібровку, економічність, мініатюрність конструкції. Крім того, зас­тосування МП дало змогу автоматизувати процес статис­тичної обробки результатів і вимірювань. З'явились пов­ністю автоматизовані програмнокеровані прилади, ком­плекси і системи, які значно підвищили продуктивність праці й дали можливість розв'язувати найскладніші задачі.

Залежно від типу вимірювального приладу і застосова­ного МП обирають різну його структуру. Застосування МП і мікроЕОМ перетворює вимірювальні прилади на «інте­лектуальні» пристрої, які виконують математичну оброб­ку вимірюваної інформації та подають її в найзручнішому для сприймання вигляді.

Крім задач математичної обробки вимірюваних пара­метрів МП виконує функції керуючого пристрою. Він здійснює підключення необхідних пристроїв приладів, прийом командних сигналів, передачу даних та ін. Вимі­рювальний прилад може мати кілька МП, кожний з яких виконує певні функції, зокрема один з них функції керу­вання, інші — обробку інформації.

У приладах для вимірювання електричних і неелектричних величин МП виконують такі функції:

1) автоматичне встановлення меж вимірювання, ко­рекція адитивних та мультиплікативних похибок; автоматичне керування процесом зрівноважування в приладах порівняння постійного та змінного струмів;

2) первинна обробка даних, зокрема визначення відхи­лень від номінальних значень та моментів наближення до граничних умов, обчислення відношень максимуму-міні-муму, іменованих значень відрахунків, множення і ділен­ня на константи;

4) статистична обробка даних: визначення середніх значень контрольованих величин за певні інтервали часу, обчислення варіацій, дисперсій, середніх квадратичних значень таін.;

5) обробка даних за спрощеними алгоритмами (визна­чення контрольованих параметрів тощо);

6) обробка даних за алгоритмами, що реалізують метод вимірювання (визначення параметрів об'єкта на основі спектрального аналізу сигналів та ін.);

7) реєстрація даних у буферних реєстраторах, керуван­ня частотою відліків, раціональне використання буферної пам'яті, підготовка даних до передачі в блоки основної ре­єстрації;

8) візуалізація і реєстрація даних на осцилографах і дисплеях: керування процесом візуалізації, організація пам'яті, формування знаків, керування кольором, форму­вання маркерних міток та ін.;

9) діагностування функціональних вузлів приладів: визначення справності основних вузлів перед початком вимірювання, організація тестового контролю та індика­ція несправностей;

10) керування роботою вузлів, що виконують окремі функції вимірювальних перетворень, зокрема роботою АЦПтаін.;

11) повне керування процесом вимірювання за зада­ною програмою, в тому числі керування зовнішніми бло­ками, додатковими пристроями (перемикачами, мікро-двигунами та ін.), для приладів, які вимірюють неелек-тричні величини.

У вимірювальному комплексі МІГ використовують та­кож для зв'язку приладів у єдину систему, кодування та декодування інформації, що передається каналами зв'яз­ку, підвищення надійності системи шляхом захисту да­них від похибок, стиснення даних та інших задач, прита­манних інформаційно-вимірювальним системам.

Відповідно до функцій МП у вимірювальних приладах їх поділяють на такі засоби вимірювань:

1) багатодіапазонні вольтамперомметри, вольтметри з мікропроцесорним керуванням процесом вимірювання, автоматичною корекцією похибок і програмною обробкою результатів вимірювань;

2) реєструючі прилади з аналого-цифровим перетво­ренням і збереженням даних, з керованим процесом візуа-лізації даних;

3) перетворювачі (датчики) неелектричних величин з пристроями корекції похибок, перетворенням виду сигна­лів таін.;

4) прилади для вимірювань неелектричних величин з обробкою даних за певними алгоритмами (кореляційні витратоміри та ін.);

5) прилади для вимірювань неелектричних величин, які містять комплекс допоміжних елементів і пристроїв (хроматографи, ваговимірювальні прилади та ін.).

Коли вимірювальні прилади є окремими пристроями, не пов'язаними з інформаційно-вимірювальною систе­мою, МП і мікроЕОМ забезпечують весь комплекс обробки інформації. Якщо ж прилад є складовою інформаційно-вимірювальної системи, то МП здійснює або повну оброб­ку інформації, або попередню обробку даних. Повна оброб­ка інформації в такому разі здійснюється обчислюваль­ною складовою інформаційно-вимірювальної системи.

Кожний прилад інформаційно-вимірювальної системи виконує певні функції: а) формування сигналу вимірю­вальної інформації; б) програмне керування; в) запит на обслуговування пристрою; г) спряження з іншими прис­троями та ін.

Формування сигналу вимірювальної інформації — одна з основних функцій, що зумовлює призначення приладу. Вона містить всі процедури вимірювання: перетворення вимірюваного сигналу (підсилення, послаблення), відтво­рення одиниці; приведення досліджуваного сигналу до вигляду, зручного для порівняння; порівняння сигналу з одиницею; фіксацію результату порівняння; відображен­ня результату вимірювання, запам'ятовування його, ста­тистичну обробку.

Програмне керування приладу полягає у виконанні програми, що зберігається в ПЗП або ОЗП МПП чи МПС. Запит на обслуговування є повідомленням системі про стан приладу. Визначаються готовність до початку робо­ти, наявність несправностей, помилкових вимірювань. Спряження з іншими пристроями передбачає спряження вимірювального приладу з МПС.

Найпоширенішими пристроями контрольно-вимірю­вальних приладів є комутатор, підсилювач, фіксатор. Комутатори призначені для приймання сигналів, що надхо­дять від датчиків, підсилювачі — для підсилення вхідного сигналу до рівня шкали на вході аналого-цифрового пере­творювача. Такими пристроями можуть бути двокаскадні операційні підсилювачі на одному кристалі. Коефіцієнт підсилення повинен змінюватися поступово, ступенево, шляхом задання керуючого слова з МПП. Можна встанов­лювати свій коефіцієнт підсилення і шкалу для кожної змінної. Фіксатори призначені для зберігання стабільності сигналу протягом всього періоду цифрового перетворення.

Застосування МП, як зазначалося вище, вигідне не тіль­ки в інформаційно-вимірювальних системах, а й у деяких цифрових вимірювальних приладах, зокрема в приладах, призначених для вимірювання різноманітних фізичних ве­личин (цифрові мультиметри (ЦМ) та ін.). Використання мікропроцесорів у ЦМ дає змогу будувати прості та надійні блоки керування. Зміна алгоритму роботи приладу здій­снюється шляхом заміни ділянки ЗП, в якій зберігається програма вимірювання необхідної фізичної величини.

На мікропроцесори в ЦМ покладаються такі функції: керування роботою перетворювачів різноманітних фізич­них величин у постійний струм (або в код); автоматичний вибір меж вимірювання; керування приладовим інтерфей­сом; керування індикатором; діагностування основних вузлів ЦМ та ін.

Застосування у вимірювальній техніці МП і мікроЕОМ дало змогу створити новий клас цифрових програмованих багатоканальних вимірювальних приладів, які отримали за рубежем назву логерів (реєстратори даних). Вони спро­можні з високою швидкістю здійснювати перетворення, об­робку і відображення масивів аналогової та цифрової інфор­мації. Основними пристроями логера є комутатори, АЦП, МП або мікроЕОМ, ОЗП, ПЗП і ППЗП, цифровий засіб ві­дображення інформації, пульт оператора і модулі спряжен­ня. Логери побудовані за блочно-модульним принципом, що дає змогу вводити до їх складу вхідні та вихідні модулі в необхідній кількості й у будь-який момент часу. Логери вміщують від 16 до 100 вимірювальних каналів. За допомо­гою зовнішніх розширювачів кількість каналів може бути збільшена до 1000. Канали опитуються послідовно. Швид­кість опитування може програмуватися в широких межах.

Роботою логера керує МП. До програми обробки вимі­рювальної інформації належать операції масштабування, лінеаризації характеристик датчиків, обчислення екстре­мальних та середніх значень, порівняння з еталонними значеннями, а також стиснення даних, що передаються в центральну ЕОМ. Обробка вимірювальної інформації здій­снюється в реальному масштабі часу. В програму може бу­ти введена також автокалібровка вимірювальних ланцю­гів, яка дає змогу істотно збільшити точність вимірюван­ня. Передбачається можливість самоконтролю основних функціональних вузлів. Як вбудовані засоби відображення і реєстрації використовуються 3—5-розрядні цифрові інди­катори, відеодисплеї, друкуючі пристрої. Введення прог­рами здійснюється з пульта оператора або із зовнішніх за­пам'ятовуючих пристроїв.

Керування логером при автономній роботі здійснюєть­ся з пульта оператора, а при введені до складу системи — від центрального процесора. За широтою вимірювальних та функціональних можливостей логери наближаються до мініатюрних локальних систем збирання та аналізу вимі­рювальної інформації.

Прикладом є логер типу ОКІОМ (Англія), призначений для роботи з термопарами, термометрами опору, тензо- та оптоелектронними та іншими вимірювальними перетво­рювачами. Вимірювані сигнали можуть бути у вигляді по­стійних або змінних напруг і струмів, часових інтервалів, частоти, кількості імпульсів. Кількість вимірювальних каналів дорівнює 200 і може бути збільшена до 600. Логер побудований на двох МП.

За результатами математичної обробки здійснюються допусковий контроль вимірюваних величин та аварійна сигналізація у випадку виходу параметра за задані межі.

Вміщені в логері пристрої спряження забезпечують виведення інформації на стандартні периферійні пристрої та зовнішню ЕОМ.

Контрольні питання.

1. Якими факторами зумовлене застосування МП та мікро-ЕОМ у виробничих системах?

2. Чим відрізняються однокристальні МП від багатокристальних (несекціонованих та секціонованих)?

3. Якими спільними параметрами характеризують МП, МПП та МПС?

4. За якими ознаками характеризують МП?

5. Назвіть основні параметри сучасних МП.

6. За якими критеріями обирають мікропроцесорні комплекти при проектуванні обчислювальних пристроїв та, систем?

7. В яких виробничих системах використовуються мікропро­цесорні засоби? Наведіть приклади.

8. Опишіть узагальнену структуру системи автоматичного ке­рування автономним об'єктом чи процесом.

9. Чим відрізняється система автоматичного керування від автоматизованої системи керування автономним об'єктом? По­рівняйте їх структурні схеми.

10. Які САК і АСК називають однорівневими?

11. Опишіть структуру багаторівневої АСК ТП.

12. У чому полягають основні особливості гнучких виробничих систем? Наведіть приклад ГВС.

13. Які функції виконують МПП та мікроЕОМ в автоматизованих системах керування технологічними процесами?

14. З яких етапів складається розроблення МПС автоматично­го керування технологічними процесами?

15. Назвіть основні задачі, які розв'язує МПП чи система в АСК ТП.

16. У чому полягають задачі керування технологічним про­цесом?

17. В яких режимах роботи АСК ТП використовується мікро­процесор (МПП чи мікроЕОМ)?

18. Що таке техніка числового програмного керування?

19. Опишіть мікропроцесорний пристрій ЧПК.

20. Які Ви знаєте архітектурні варіанти мікропроцесорних пристроїв ЧПК?

21. Які функції виконують мікропроцесори систем, орієнтова­них на «безлюдну» технологію?

22. Назвіть особливості застосування МПП в радіоелектронній апаратурі.

23. В яких сферах РЕА застосовуються мікропроцесори? Наведіть приклади.

24. Які функції виконують мікропроцесори в контрольно-вимірювальній апаратурі?

25. Які функції виконують мікропроцесори в інформаційно-вимірювальних системах?

Поиск по сайту: