Практическая работа студента группы 4 Атт 9-18 специальности 15.02.05. «Техническая эксплуатация оборудования в торговле и общественном питании»

Практическая работа

студента группы 4 Атт 9-18 специальности 15.02.05. «Техническая эксплуатация оборудования в торговле и общественном питании»

 Кожина Александра

Проверил: преподаватель спецдисциплин Казетов Сергей Николаевич

Оценка: Отлично

ТЕМА: Компьютерные системы различного назначения 

КСРН—промышленные,информационно-измерительные,диагностические — осуществляют связь с объектам управления с помощью специальных устройств связи с объектами (УСО). В состав УСО входят датчики, исполнительные устройства, преобразователи уровней и формы сигналов (АЦП, ЦАП и др.), устройства коммутации сигналов и управления нагрузками, а также интерфейсные схемы для сопряжения с компьютерной шиной.
Датчики и исполнительные устройства находятся непосредственно на объекте. Преобразователи, устройства коммутации и управления нагрузками, а также интерфейсные схемы встраиваются в специальные модули или платы, которые называются устройствами ввода-вывода (УВВ). Иногда с целью обеспечения гибкости и возможности работы УВВ с различными датчиками и исполнительными устройствами преобразователи и устройства управления нагрузками реализуют в виде отдельных самостоятельных модулей, конструктивно вынесенных за пределы УВВ.
Устройства ввода-вывода являются ключевыми элементами УСО, обеспечивающими информационное взаимодействие датчиков, исполнительных устройств и компьютера.

Классификация устройств ввода-вывода

Классифицировать устройства ввода-вывода можно по различным критериям. По особенностям применения их разделяют на общепромышленные и бортовые. Для последних характерно низкое энергопотребление, высокая надежность, возможность работы в расширенном температурном диапазоне и малые габариты.
По количеству обрабатываемых данных различают недорогие (low-cost) устройства ввода-вывода, устройства общего назначения и специальные устройства ввода-вывода (многоканальные, высокоскоростные, имеющие высокое разрешение и работающие в граничных режимах).
По типу обрабатываемых сигналов УВВ можно разделить на аналоговые, цифровые и многофункциональные, т.е. сочетающие аналоговые и цифровые сигналы.
По функциональному назначению УВВ могут быть предназначены только для ввода сигналов или только для вывода, или же сочетать обе функции, а также обеспечивать прием и передачу специальных сигналов (например, контроллеры движения, обработки видео и звука и др.). Конструктивно УВВ представляют собой PC-платы различных форматов или отдельные модули, реализующие прием и передачу данных через внешние компьютерные интерфейсы.
В зависимости от топологии структурной схемы УВВ разделяются на две группы: централизованные и распределенные.
Централизованные УВВ используются для создания несложных автономных компьютерных систем управления небольшими объектами, поэтому такие УВВ иногда называют локальными. В таких системах каждый датчик или исполнительное устройство подключаются к УВВ компьютерной системы с помощью индивидуальной линии связи, т.е. по радиальной схеме. Учитывая высокую стоимость работ по прокладке линий связи, применение централизованных УВВ для сопряжения с протяженными и сложными объектами экономически нецелесообразно. Как правило, централизованные УВВ подключаются с помощью интерфейсной схемы к системной шине (либо к одной из внешних шин) компьютера, поэтому эти УВВ размещают в корпусе компьютера или рядом с ним. Обычно управление работой УВВ этой группы производится компьютером, поэтому наличие собственных процессоров у этих УВВ не является обязательным, хотя современные УВВ нередко содержат встроенные DSP или FPGA.
Распределенные УВВ используются для создания компьютерных систем управления сложными и протяженными (сотни или тысячи метров) в пространстве объектами. Распределенное УВВ, структурная схема которого изображена на рисунке 1, реализуется на основе локальных УВВ, объединяемых, например, с помощью промышленной сети Fieldbus.

Структурные схемы локальных и централизованных УВВ во многом подобны, но имеется и ряд отличий. В локальных УВВ распределенных систем вместо шинных интерфейсных схем применяются сетевые адаптеры, с помощью которых УВВ подключаются к промышленной локальной сети. Такое подключение позволяет расположить локальные УВВ рядом с объектом управления. Каждое из локальных УВВ имеет сравнительно небольшое число входов и выходов, к которым подключаются только близко расположенные датчики и исполнительные устройства, что сокращает стоимости линий связи и работ по их прокладке. С другой стороны из-за удаленности локальных УВВ от компьютера, централизованное оперативное управление их работой практически трудно осуществимо.
Кроме того, каждое локальное УВВ должно поддерживать тот или иной сетевой протокол обмена, принятый в распределенном УВВ. Поэтому каждое локальное УВВ обязательно содержит встроенный процессор, выполняющий функции управления УВВ и сетевой поддержки. В современных локальных УВВ на встроенный процессор дополнительно возлагают некоторые функции управления объектом, выполняющиеся в режиме жесткого реального времени, что позволяет частично разгрузить основной компьютер. Таким образом, современные распределенные УВВ трансформируются в распределенные системы управления, которые по сравнению с централизованными системами являются более производительными, гибкими, легко масштабируемыми и надежными.
На практике возможны случаи использования в системе одновременного двух видов УВВ: близко расположенные датчики и исполнительные устройства подключаются с помощью централизованных УВВ, а удаленные — с помощью распределенных УВВ.
Далее рассмотрим наиболее распространенные виды современных устройств ввода-вывода для бортовых и общепромышленных систем.

Бортовые устройства ввода-вывода стандарта PC/104

Одним из наиболее популярных стандартов для бортовых и промышленных систем является PC/104. Широкое распространение этого формата в области бортовых встраиваемых компьютеров объясняется рядом факторов.
Модули этого формата имеют компактные размеры (90 x 96 мм) и надежную 4-точечную систему крепления, что обеспечивает повышенную стойкость к механическим воздействиям. В настоящее время на рынке имеется большой выбор компонентов этого формата от различных производителей.
Кроме того, PC/104 использует стандартные шины PC, что дополнительно снижает их стоимость и время разработки конечного продукта.
Платы в формате PC/104 позволяют организовывать компактные высоконадежные системы сбора данных, предназначенные для работы в жестких условиях.
Американская компания RTD Embedded Technologies является одним из мировых лидеров в разработке и производстве встраиваемых и бортовых компьютеров формата РС/104 для экстремальных условий эксплуатации. Компания предлагает широкую номенклатуру модулей аналогового и цифрового ввода-вывода стандарта РС/104, способные функционировать при высоких механических нагрузках и температурах от –40 до 85°C.
Примером такого рода устройств служит16-канальная высокоскоростная плата аналогового ввода/вывода DM6430 (см. рис. 2). Эта плата обеспечивает 16 несимметричных/8 дифференциальных каналов аналогового ввода и содержит 16-разрядное АЦП с частотой выборки 100 кГц и временем преобразования 10 мкс. Диапазон входного сигнала составляет 0…10 В. Плата содержит буфер FIFO на 1К или 8К отсчетов и 2-канальный 16-разрядный счетчик-таймер (8 МГц). Программируемый коэффициент усиления составляет 1, 2, 4 или 8. На плате реализовано 2 канала аналогового вывода и 16 каналов дискретного ввода/вывода. Напряжение питания платы составляет 5 В, потребляемая мощность 3,5 Вт.

На плате SDM7540 (см. рис. 3), выполненной в формате PC/104-Plus, реализована программно независимая автокалибровка SmartCal™ на DSP Texas Instruments TMS320F2812. Плата содержит 16 каналов дискретного ввода/вывода, 2 канала аналогового вывода. В плату встроен 12-разрядный АЦП с частотой выборки 1,25 МГц и временем преобразова­ния 0,8 мкс. Диапазоны напряжений входного сигнала: ±5, ±10 и 0…10 В, программируемый коэффициент усиления: 1, 2, 4, 8, 16, 32 и 64. В устройстве реализован многоканальный буферизованный последовательный порт (McBSP). Напряжение питания 5 В, потребляемая мощность 4 Вт.

Преподаватель                                      Казетов Сергей Николаевич