книга в верде после распозна (1024283), страница 48

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 48)

Для сжатия данных требуется применять устройства обработки ин­формации. Например, если на приемной стороне имеется устройство, способное умножать дискретные ординаты х{ на функцию вида яп2тг/гр(? - /7)/27г/гр(? — iT) и суммировать получаемые функции, то можно на передающей стороне выполнять дискретизацию с перио­дом Т, соответствующим требованию теоремы Котельникова. Необ­ходимо лишь иметь в виду, что при этом восстановление функции х (г) будет происходить с большим запаздыванием во времени.

Можно получить сжатие данных с помощью более простой обработ­ки сигналов на приемной стороне. Например, вместо ступенчатой ап­проксимации функции х(г) по типу диаграммы рис. 5.11 можно при­менить аппроксимацию прямолинейными отрезками, соединяющи­ми вершины дискретных ординат (рис. 5..24,а). При той же допустимой погрешности можно выбрать большее значение интервала Т, чем при ступенчатой аппроксимации. Если же аппроксимировать функцию от­резками парабол, соединяющими вершины дискретных ординат (рис. 5.24,6), то интервал Т можно еще увеличить. Разумеется, степень сжатия данных при этом далеко не та, что при обработке го теореме Котельникова, но зато и обработка много проще и задержка го вре­мени меньше.

Весьма эффективен метод сжатия данных с неравномерным шагом дискретизации по времени. Шаг увеличивается при медленных изме­нениях х (/) и уменьшается при быстрых. В простейшем случае это де­лается так: очередная ордината х- передается тогда, когда изменение х со времени предыдущей передачи достигает заданного значения 5 (рис. 5.25), которое определяется требуемой точностью измерения.

Рис. 5.25

Но больший эффект сжатия данных получается, если установить на Передающей и приемной сторонах одинаковые устройства предсказа ния поведения функции х (г). Предсказание ведется на малый интервал времени 0, и с этим же интервалом передающее устройство выполня­ет отбор ординат х (г). Но передача их ведется существенно реже — только тогда, когда значение х в момент очередного отбора ординаты отличается от предсказанного значения больше чем на 5. Если же пред­сказание оказывается достаточно точным и передачи по каналу свя­зи не происходит, то приемник воспроизводит предсказанное значе­ние х. Основой для предсказаний (прогнозирования) служат, с од­ной стороны, хранящиеся в оперативной памяти сведения о поведе­нии x(t) в предшествующий отрезок времени, равный нескольким ша­гам в, и с другой стороны — сведения о динамических характеристи­ках случайного процесса x(t), например о его автокорреляционной функции, хранящиеся в постоянной памяти устройства предсказания.

Известны и другие методы сжатия данных. Среди них полезно упо­мянуть метод статистического кодирования, при котором использу­ются кодовые комбинации неравной длины. Короткие комбинации приписываются значениям х{, чаще повторяющимся при передаче, длин­ные — значениям, реже повторяющимся. Для этого используется код, предложенный Шенноном и Фэно. Обязательным условием его при­менения является наличие сведений о законе распределения измеряе­мой величины.

Централизованная и децентрализованная обработка информации. В крупных ИИС с разнообразной и сложной обработкой информации применяют для этой цели центральную ЭВМ универсального типа, обла­дающую достаточным быстродействием и необходимым объемом опе­ративной и постоянной памяти. Такая централизованная структура системы обеспечивает выполнение требуемых функций. Но она име­ет существенный недостаток: любой отказ ЭВМ приводит к нарушению всех функций обработки информации. Для повышения надежности системы применяют резервирование ЭВМ. Но это весьма сложно и до­рого.

0

В последние годы развитие электроники привело к созданию боль­ших интегральных схем (БИС). Из нескольких БИС собирается мик­ропроцессор — объединение арифметико-логического блока с бло­ком, хранящим микропрограммы для выполнения набора стандарт­ных команд, и блоком микропрограммного управления.

Микропроцессор способен выполнять самые разнообразные ма­тематические вычисления и решать логические задачи. Это как бы серд­цевина ЭВМ. Но для его работы необходимы дополнительные блоки: оперативной и постоянной памяти, ввода команд и входной информа­ции, вывода результатов вычислений. Все упомянутые дополнитель­ные блоки также существуют в виде БИС.

Объединяя микропроцессоры с набором перечисленных блоков, строят микрокомпьютеры (микроЭВМ). Микропроцессоры и мик­рокомпьютеры уступают большим ЭВМ по быстродействию и объему памяти, по числу разрядов кодовых слов, с которыми выполняют­ся математические и логические операции. Поэтому они обладают мень­шей производительностью. По этим же причинам они, как правило, не приспособлены для использования языков высокого уровня, что создает некоторые дополнительные трудности при программировании. Но вместе с тем у микрокомпьютеров имеются существенные преиму­щества перед большими ЭВМ и даже перед миникомпьютерами. Это дешевизна, высокая надежность, малые габариты, малое потребление мощности.

Применительно к ИИС появление микропроцессоров и микро­компьютеров привело к возможности децентрализации обработки ин­формации с вытекающими отсюда последствиями — повышением на­дежности и живучести систем, увеличением разнообразия и сложно­сти выполняемых ими функций. Микрокомпьютеры можно специа­лизировать в ИИС по отдельным задачам или группам родственных за­дач. На их основе становится рациональным построение блоков, прежде выполнявшихся в виде специализированной электронной аппаратуры.

Возможно, например, такое разбиение функций по обработке инфор­мации между микрокомпьютерами: 1) линеаризация характеристик, сглаживание сигналов, масштабирование и преобразование кодов; 2) вычисление результатов косвенных и совокупных измерений, ин­тегральных расходов, техникск-экономических показателей; 3) сравне­ние параметров с уставками, прогнозирование аварийных ситуаций, логическая обработка информации; 4) статистическая обработка дан­ных в статике и в динамике; 5) сжатие данных.

Для ИИС, охватывающих территориально разобщенные объекты, может оказаться выгодной децентрализация обработки информации по территориальному признаку или по сложившемуся разделению меж­ду объектами по технологическому признаку.

5.5. СПЕЦИФИЧЕСКИЕ БЛОКИ И УЗЛЫ ИИС

Нормализующие преобразователи. Назначение этих преобразо­вателей разъяснено в § 5.4. На рис. 5.26 показаны примеры структурных схем наиболее распространенных типов нормализующих преобразова­телей: для термопар; для термометров сопротивления; для диффе­ренциально-трансформаторных датчиков. Все они выдают сигнал по­стоянного напряжения £/_ с унифицированным диапазоном (напри­мер, от 0до 10 В).

Схема для термопар (рис. 5.26,а) включает элемент компенсации температуры холодного спая ЭК, усилитель постоянного тока УПТ и элемент линеаризации ЭЛ. Последний может отсутствовать, если функ­ция линеаризации выполняется общим устройством обработки инфор­мации. #

Схема для термометров сопротивления (рис. 5.26,6) включает мост М, одним из плеч которого служит терморезистор i?T,H усилитель по­стоянного тока УНТ.

Схема для дифференциально-трансформаторных датчиков (рис. 5.26, б) содержит усилитель переменного тока У и фазочувстви­тельный выпрямитель ФЧВ.

Нормализующие преобразователи могут быть индивидуальными и групповыми.

Входные и выходные переключатели (коммутаторы). Входной пе­реключатель имеет индивидуальные входы Bxl,BxN и общий выход Вых (рис. 5.27,с), выходной переключатель (рис. 5.27,6) имеет обрат­ную структуру. Первый поочередно подает входные сигналы на общий измерительный преобразователь, и к его ключам К1, KN предъяв­ляются определенные требования метрологического характера. Вто­рой распределяет по выходным устройствам ИИС (выходы Вых1, ...

BbixN) результаты обработки информации. Чаще всего эти резуль­таты выражаются в виде дискретных сигналов — логических и цифро­вых. Тогда к ключам выходного

а-)

УПТ

эк

эл

УПТ

в)

0

ФЧВ

/7_

Рис. 5.26

коммутатора не предъявляются метрологические требования. В этом смысле он проще входного пе­реключателя. Однако при выдаче цифровых сигналов в виде парал­лельного m-разрядного кода прихо­дится одновременно коммутиро­вать m цепей на входе каждого ин­дивидуального выходного устрой­ства. Поэтому выходные переклю­чатели содержат обычно большее число элементов.

«1^

Вых1

Рис. 5.27

Вых 2

8х ыу~-—>"'_—-Вых Вх >-\-J3^......Вых N

В некоторых (довольно редких) случаях и к выходным переключа­телям предъявляются метрологические требования. Это бывает, ког­да в ИИС используются аналоговые приборы воспроизведения инфор­мации, содержащие внутри аналоговые элементы памяти.

Переключение входных и выходных цепей может вестись либо всег­да в одном порядке (в режиме циклического обегания), либо в произ­вольном порядке (в режиме программного или адресного опроса, за­даваемого блоком управления ИИС). Работа входных и выходных переключателей должка быть синхронизирована. При этом обычно требуется соблюдать определенный временной сдвиг в их работе, за­висящий от времени обработки информации в общих блоках и уст­ройствах ИИС. В системах с дальними связями (телеизмерительных) задача синхронизации усложняется, так как невыгодно занимать кана­лы связи сигналами управления переключателями. В таких системах устанавливают отдельные блоки управления переключателями на передающей и приемной сторонах и передают по каналу связи лишь редкие синхронизирующие сигналы для блока управления, располо­женного на приемной стороне.

Ключи во входных переключателях бывают последовательные (для сигналов от источников напряжения) и параллельные (для сигналов от источников тока). Если источники могут иметь общую точку, то требуется по одному ключу для каждого. Если же объединение не до­пускается, то требуется по два ключа.

На рис. 5.28, а показана структура последовательного ключа при наличии общей точки между отдельными источниками сигналов U, а на рис. 5.28,6" — при отсутствии ее. В обеих схемах RH представля­ет общее сопротивление нагрузки. На рис. 5.29,д показана структу­ра параллельного ключа с общей точкой между источниками токов /, а на рис. 5.29,6 с отсутствием ее. Цепь источника тока обычно не допускает разрыва. Поэтому ключ должен быть перекидным и направ­лять ток либо в R , либо в шунтирующую цепь. Дополнительно может быть поставлено требование, чтобы шунтирующая цепь замыкалась до размыкания цепи тока через RH.

Ключи бывают контактные и бесконтактные. Последние не обеспе­чивают полного разрыва цепи в разомкнутом состоянии и нулевого

0

Рис. 5.28

К Л Кл'

Рис. 5.29

сопротивления контакта в замкнутом состоянии. Но они должны обес­печивать заданную точность коммутации. Применительно к последо­вательным ключам это означает, что напряжение на нагрузке при замк­нутом состоянии ключа мн 3 и при разомкнутом состоянии ин долж­но отвечать условиям:

I" - v - "„,,■„) < 5, (5.57)

1 н,з "v max mm' ' 4 '

\u \l(u - и . ) < S/n, (5.58)

' н,р" v max mm' 1 ' K '

где и — входное напряжение; йтах - umin • — диапазон значений вход­ного напряжения; 5 — допустимая приведенная погрешность комму­тации; п — число ключей в одном переключателе.

Первое условие должно соблюдаться не только при самостоятель­ной работе одного ключа, но и при его использовании в составе пере­ключателя. При этом отклонение ид от и создается не только неидеаль­ностью параметров данного замкнутого ключа, но и токами утечки ос­тальных разомкнутых ключей.

Второе условие ужесточено по сравнению с первым по той причи­не, что в переключателе из п ключей токи утечки, пропускаемые ими в нагрузку в разомкнутом состоянии, суммируются.

В некоторых случаях допускается коммутация напряжения с фик­сированным относительным уменьшением уровня, т. е. с коэффици­ентом а < 1. Тогда точное соотношение

<3 = й">

0

Характеристики

Список файлов книги