2. Организация ввода-вывода сигналов и данных (1245060), страница 6
Текст из файла (страница 6)
К входному аналоговому сигналу добавляется сигнал смещения Хсм, полученная сумма умножается на коэффициент масштабирования Км. Это позволяет компенсироватьсмещение нуля и диапазона как АЦП, так и датчика. Значение преобразованного по такой схеме сигнала Y определяется следующим соотношением:Y= (Xан.вх.+Xсм.)Kм , где Xан.вх. - аналоговый входной сигнал, поступающий на АЦП.Если коррекция не требуется, устанавливается Xсм.,i=0; Kм,i=1, т.е.Y=Xан.вх..Схема AI-1 представляет собой многоканальный модуль ввода (с параллельными аналоговыми входами).Она обладает наиболее высокими техническими характеристиками.
Производительность такой схемы находитсяв прямой зависимости от быстродействия АЦП и ограничена его динамическими параметрами. Поэтому в подобных схемах применяют АЦП с максимальным быстродействием. АЦП функционирует в режиме разделения времени - под воздействием сигналов управления от ПРЦ в каждый момент времени сигнал с одного из ДЧ коммутируется на вход АЦП и преобразуется в цифровой код, считываемый в ПРЦ. Высокая точность фиксации сигналов и преобразования достигается за счет индивидуального блока квантования по времени и фиксации на основесхемы выборки хранения (СВХ), а также полного уникального набора устройств согласования и нормализациианалоговых сигналов в каждом канале.16Схема с последовательным аналоговым вводом AI-2 обладает характеристиками, идентичными схеме спараллельными аналоговыми входами.
Аппаратурные затраты на реализацию схемы меньше за счет примененияодной СВХ, работающей в режиме разделения времени, как и АЦП. Но при этом может ухудшиться качествофиксации сигналов за счет усредненных параметров СВХ.Схема AI-3 является наиболее простой в смысле аппаратной реализации и управления работой, но обеспечивает относительно низкое качество фиксации и преобразования сигналов. Использование такой структурыоправдано при наличии группы датчиков с идентичными параметрами выходных сигналов.Наиболее дорогостоящей является схема с параллельными цифровыми входами AI-4. Высокая точностьдостигается за счет применения индивидуального АЦП в каждом канале ввода.
Многоразрядный цифровой мультиплексор обеспечивает коммутацию выходных цифровых кодов АЦП на общую шину данных процессора.2.4. Каналы вывода аналоговых сигналов (рис. 15)В УСО вывода аналоговых сигналов СВХ необходимы для сглаживания воздействия импульсных сигналов с выхода ЦАП на аналоговые элементы ОУ; используются также аналоговые и цифровые коммутаторы (демультиплексоры), и др. компоненты.В некоторых ПРК согласование динамических диапазонов цифровых выходов ПРК и входов ЦАП (соответственно, и исполнительных механизмов) осуществляется программно.
Имеются библиотечные функциональные блоки, обеспечивающие связь функциональных алгоритмов с аппаратными средствами аналогового вывода(с ЦАП). Они позволяют корректировать диапазон выходного аналогового сигнала в двух точках, соответственно 0 и 100 % диапазона.Прежде чем поступить на аналоговый выход, входной сигнал умножается на коэффициент и к полученному произведению добавляется сигнал смещения. Эти операции позволяют компенсировать смещениедиапазона и нуля ЦАП.Значение преобразованного по такой схеме сигнала Yан.вых определяется следующим соотношением:Yан.вых= X.Kм+Xсм., где Xан.вых - аналоговый выходной сигнал, поступающий с ЦАП.Если коррекция не требуется, устанавливается Xсм.= 0; Kм = 1, т.е.
Y= Xан.вых..к процессоруСистемныйAO-1Цифровойдемультиплексор... интерфейсAO-2АналоговыйдемультиплексорЦАП...ЦАПСВХ...СВХСВХГальваническаяИМ1...Выход ЦАПЦАПИМm...СВХ...ИМразвязкаИМОбъект управления1mРис. 15.Типы модулей УСО аналогового вывода: ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь;СВХ – схема выборки-хранения (экстраполятор); ИМ – исполнительный механизмСхема AO-1 с параллельными ЦАП является более дорогостоящей, но обеспечивает высокую точностьформирования выходных сигналов за счет возможности индивидуального подбора характеристик каждого ЦАП.Цифровой демультиплексор обеспечивает сопряжения параллельных цифровых входных линий каждого ЦАП сшиной данных ПРЦ. Блоки ЦАП в данном случае должны иметь встроенные средства фиксации цифрового кодана весь период дискретности. В качестве таких средств используют параллельные регистры.Схема с последовательным преобразованием AO-2 значительно дешевле за счет использования единственного ЦАП в режиме разделения времени.
Однако в состав схемы должны входить средства фиксации исглаживания аналоговых сигналов на основе экстраполяторов или СВХ, которые обеспечивают постоянство17уровня выходного аналогового сигнала на каждой линии в течение всего периода дискретности, пока ЦАП обслуживает другие каналы.В подсистемах вывода возможна установка дополнительных элементов, аппаратно реализующих простейшие дополнительные функции (управления):- выдать сигнал в виде импульса с определенными характеристиками, - выдать заданное число импульсов,- осуществить задержку сигнала, - обеспечить взаимную блокировку сигналов и т.д.2.5. Ввод-вывод дискретных сигналовДискретные сигналы – в данном случае это сигналы, которые могут принимать только одно из двух значений, характеризующих состояние ОУили его подсистем и элементов (высокий или низкий уровень напряжения, тока; состояния контактов «замкнуто - разомкнуто»).Модули ввода-вывода дискретных сигналов служат для приема, дискретно-цифрового преобразованиявходных сигналов, а также цифро-дискретного преобразования и вывода сигналов.Дискретные УСО должны иметь высокую надежность и обеспечивать достаточное напряжение изоляциимежду входными и выходными цепями.Входные УСО должны обладать минимальным временем переключения, а выходные – обеспечивать коммутацию как можно более высоких напряжений и токов и вносить при этом минимум искажений, связанных спереходными процессами, в коммутируемую цепь.Ввод дискретных сигналов (рис.
16).Основная функция УСО дискретного ввода - восприятие событий, возникающих в процессе управления.Обычно эти события имеют характер “да-нет” или же преобразуются в двоичный код с помощью соответствующих устройств (опрос ДЧ с релейным выходом, концевых выключателей, контроль наличия в цепи напряжения,тока и т.д.). С функциями УСО дискретного ввода связаны две основные характеристики: форма входного сигнала (в виде напряжения, тока или изменения сопротивления) и параметр сигнала, представляющий интерес приконтроле состояния процесса (наличие сигнала, его длительность или число событий, возникающих за определенный период времени).Системный интерфейсУстройство управленияРегистрСН......СчетчикСНСНРис.
16.Функциональная схема модулядискретного ввода (СН – схема нормализации)Дискретные сигналы от объектаПри вводе дискретныхсигналов необходимо их привести к интерфейсным уровням напряжений логического нуля и логической единицы. Для этого используются преобразователи уровней, компараторы, схемы защиты от дребезга механических контактов.Ввод информации с кодовых датчиков, в некоторых случаях требует установки в УСО схем преобразования кодов (например, преобразователей кода Грея в двоичный код).Таким образом, для сопряжения этих сигналов с ПРК необходимо их преобразовать в стандартные уровни. Например, если это ТТЛ-уровни, то нулю соответствует уровень напряжения 0…0,4 В, а единице – 2,5…5 В.На уровне модулей дискретного ввода-вывода реализуются функции текущего контроля и защиты.На уровне входов используются средства для слежения за напряжением питания датчиков, подключенныхк модулю.
Если напряжение питания ниже/равно определенного предела, об этом сообщается с помощью: включения индикаторной лампы на модуле, бита ошибки канала или бита ошибки в слове состояния модуля.Поэтому для выполнения своей основной функции УСО должно содержать разнообразные модули, воспринимающие сигналы различной формы, связанные с двоичными параметрами процесса управления.Схемы нормализации (СН) сигнала преобразуют входные сигналы, представленные в виде тока или положения переключателя, в сигналы напряжения и содержат помехозащитную пороговую схему, выходноенапряжение которой соответствует логической 1, если входное напряжение превышает некоторый порог.18Устройство управления обеспечивает связь с микропроцессором и формирование внутренних управляющих сигналов.Дискретные входы могут быть сконфигурированы, как:- нормальные дискретные входы (заданная по умолчанию конфигурация); - запирающиеся входы;- вызванные событием входы; - входы прямого, обратного или реверсивного счетчика;- вход Run/Stop; - управляющий вход для передачи данных из RAM во Flash–память.Запирающиеся входы используются, чтобы обеспечить принятие особенно коротких импульсов, длительность которых меньше, чем время рабочего цикла ПРК.
Функция «защелки» воспринимает импульс так, чтобы онмог быть обработан в течение следующего цикла без прерывания цикла работы ПРК.Принцип управления по событиям позволяет событиям, сгенерированным различными источниками,быть учтенными и обработанными максимально быстро (например, превышение пороговых значений на счетныхмодулях и т.п.).Появление управляющего события вызывает прерывание выполняемого приложения и приводит к выполнению действий, связанных с данным каналом. В том случае, если событие происходит в момент обработкидругого события с равным или более высоким приоритетом, оно запоминается в стеке и будет обработано поокончании обработки предыдущего.Подсчет импульсов на дискретных входах позволяет использовать их для организации счетчиков трех типов: прямого, обратного и реверсивного.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
