Структура и основные виды АУИС

Содержание

Слайд 2

Лекция 2 Структура и основные виды АУИС

Лекция 2 Структура и основные виды АУИС

Слайд 3

Обобщенная структурная схема ИИС

Обобщенная структурная схема ИИС

Слайд 4

Под информацией понимаем некоторую совокупность сведений, представляющих интерес для человека или

Под информацией понимаем некоторую совокупность сведений, представляющих интерес для человека или

полезных для функционирования интеллектуальных систем.
При получении информации (человеком или системой) возникает потребность ее обработки.
Условие воздействия помех и отсутствия полной информации является чрезвычайно важным в проблеме понимания необходимости применения обработки, а следовательно, и информационно-измерительных систем (ИИС), одной из основных задач которых является обработка информации.
Слайд 5

Основные виды ИИС Системы автоматического контроля, Системы технической диагностики, Системы опознания образов, Телеизмерительные системы.

Основные виды ИИС
Системы автоматического контроля,
Системы технической диагностики,
Системы опознания образов,
Телеизмерительные

системы.
Слайд 6

Системы автоматического контроля Служат для установлении соответствия между состоянием объекта и

Системы автоматического контроля

Служат для установлении соответствия между состоянием объекта и

заданной нормой и в выработке суждения о данном или (и) о будущем состоянии объекта. С помощью таких систем измеряются физические величины, характеризующие состояние объекта, и результаты измерений сравниваются со значениями, принятыми в качестве нормы.
При этом промежуточные результаты измерений, используемые для выработки суждений, могут и не поступать на выход системы. С этой точки зрения контроль является операцией "сжатия" данных, устранения ненужных в данном случае сведений об объекте.
Для выработки суждения о будущем состоянии объекта система контроля должна выполнять прогнозирование на основе сведений о предыдущих состояниях объекта, полученных в ходе измерений, а также на основе его динамических характеристик, известных благодаря проведенным ранее исследованиям.
Слайд 7

Системы технической диагностики Контролируют состояния различных технических устройств, в том числе

Системы технической диагностики

Контролируют состояния различных технических устройств, в том числе устройств

автоматики, вычислительной техники, радиотехники. Предназначены для обнаружения их отказов и определении неисправных элементов. Для таких систем характерно применение специальных методов поиска неисправностей.
Слайд 8

Системы опознания образов. Их функция состоит в определении соответствия между исследуемым

Системы опознания образов.
Их функция состоит в определении соответствия между исследуемым

объектом и заданным образом.
Телеизмерительные системы
систем автоматического контроля, в которых информация о значениях измеряемых величин передается на большие расстояния - от сотен метров до тысячи километров. Для передачи по протяженным проводным или радиоканалам связи применяются специальные преобразования сигналов, рассчитанные на достижение достаточной точности и достоверности, несмотря на искажения под действием помех, а также на подключение большого числа источников и приемников информации к одному каналу. При этом на выбор технических решений существенно влияет ограниченная пропускная способность каналов связи.
Слайд 9

Основными признаки классификации ИИС область применения по функциональным возможностям системы (сложности

Основными признаки классификации ИИС

область применения
по функциональным возможностям системы (сложности обработки информации);

способ комплектования;
Структура;
виды входных сигналов;
виды измерений;
режим работы;
функциональные свойства компонентов.
Слайд 10

По области применения ИИС делят на группы: для научных исследований, для

По области применения ИИС делят на группы:
для научных исследований,
для испытаний

и контроля сложных изделий:
для управления технологическими процессами.
По способу комплектования:
агрегатированные (Агрегатированные ИИС, как правило, включают универсальное ядро – ИВК, на основе которого, используя датчики различных физических величин можно строить ИИС различного назначения).
неагрегатированные, состоящие из компонентов, специально разработанных для конкретных систем.
Слайд 11

По структурным признакам: системы параллельно-последовательной структуры. Основным признаком такой структуры служит

По структурным признакам:
системы параллельно-последовательной структуры. Основным признаком такой структуры служит наличие

измерительного коммутатора циклически коммутируемого с множеством датчиков,
системы параллельной структуры, включающие множество одновременно работающих каналов, выходные системы которых преобразуются функциональным единым преобразователем и обрабатываются в одном вычислительном устройстве.
Слайд 12

Типичная компьютерная система сбора данных

Типичная компьютерная система сбора данных

Слайд 13

Архитектура распределенной системы промышленной автоматизации на основе общей шины Пример архитектуры

Архитектура распределенной системы промышленной автоматизации на основе общей шины

Пример архитектуры распределенной

системы сбора данных и управления на модулях RealLab!
Слайд 14

Типовая современная распределенная система автоматизации, включающая три уровня иерархии

Типовая современная распределенная система автоматизации, включающая три уровня иерархии

Слайд 15

Технологии NI – Интегрированная аппаратная платформа

Технологии NI – Интегрированная аппаратная платформа

Слайд 16

Рассмотрим три типичные ситуации: 1. Перед анализом полезной информации необходимо зафиксировать

Рассмотрим три типичные ситуации:
1. Перед анализом полезной информации необходимо зафиксировать

факт ее поступления. В этом случае задача обработки состоит в определении факта поступления полезной информации (задача обнаружения).
2. Поступающие данные помимо полезной составляющей (информационная компонента) содержат некоторую дополнительную искажающую составляющую (в технике говорят помеху), которая мешает правильно выделить полезную часть. Задача часто осложняется тем, что полные сведения о помехе отсутствуют. В данном случае задача обработки состоит в наиболее полном исключении помехи (задача выделения).
3. Для принятия какого-либо решения (то есть факт поступления информации зафиксирован, полезный сигнал выделен) необходим анализ полученной информации, причем в полученной информации может не быть всего необходимого, чтобы решение можно было принять с полной уверенностью. В данном случае задача обработки состоит в осуществлении такого анализа информации, чтобы решение было наиболее правильным (задача принятия решения).
Слайд 17

Обобщенная структура автоматизированной информационно-управляющей системы

Обобщенная структура автоматизированной информационно-управляющей системы

Слайд 18

Задачи АИУС - автоматизированный синхронный ввод в ПК сигналов, регистрируемых группой

Задачи АИУС

-  автоматизированный синхронный ввод в ПК сигналов, регистрируемых группой датчиков;

вывод аналоговых сигналов в соответствии с аналитической моделью (например для калибровки);
-  обработка записанных на жесткий диск данных с помощью методов цифровой обработки сигналов для изучения состояния физических объектов и исследования протекающих процессов;
-  графическое представление регистрируемой информации и результатов анализа;
-  хранение экспериментальных данных и результатов обработки
- управление процессом сбора данных.
Слайд 19

Программное обеспечение должно выполнять следующие функции · настройка параметров и запуск

Программное обеспечение должно выполнять следующие функции

·  настройка параметров и запуск процедуры

сбора данных;
·  запись собираемых данных в оперативную память или на жесткий диск с отображением характера регистрируемых сигналов и временного изменения параметров на экране дисплея;
·  графический пользовательский интерфейс со средствами функциональной помощи;
·  реализация вычислительных алгоритмов цифровой обработки сигналов с отображением результатов комбинированными средствами представления информации;
·  выполнение калибровки передаточных характеристик физико-информационных преобразователей и аналоговых цепей;
·  поддержка базы экспериментальных данных о характеристиках объектов испытаний (или исследуемых явлений).
Слайд 20

Принципы, используемые при разработке программного обеспечения АУИС модульность, использование объектной метафоры

Принципы, используемые при разработке программного обеспечения АУИС

модульность,
использование объектной метафоры

в управлении,
унификация связей,
разделение программ управления, графической поддержки, обработки и доступа к базе данных.
Слайд 21

Устройства сбора данных Устройства аналогового ввода/вывода Устройства цифрового ввода/вывода Счётчики/таймеры Многофункциональные

Устройства сбора данных

Устройства аналогового ввода/вывода
Устройства цифрового ввода/вывода
Счётчики/таймеры
Многофункциональные устройства, поддерживающие аналоговые и

цифровые операции, а также возможности счётчиков
Слайд 22

Основные параметры аналоговых устройств ввода Количество каналов (симметричных и несимметричных). Частота

Основные параметры аналоговых устройств ввода

Количество каналов (симметричных и несимметричных).
Частота оцифровки.
Разрешение АЦП


Диапазон измерений.
Ширина кода
При диапазоне от 0 до 10 В и усилении 100, идеальная ширина кода определяется следующим выражением:
10 / ( 100 * 216) = 1,5 мкВ
дифференциальную нелинейность,
относительную точность,
время установления измерительного усилителя
параметры шума.
Слайд 23

Сравнительные характеристики устройств сбора данных

Сравнительные характеристики устройств сбора данных

Слайд 24

Типовая структура устройства сбора информации устройства USB 6008

Типовая структура устройства сбора информации устройства USB 6008

Слайд 25

Блок диаграмма платы PCI-6023E

Блок диаграмма платы PCI-6023E

Слайд 26

Упрощенная блок-схема модуля ввода-вывода

Упрощенная блок-схема модуля ввода-вывода

Слайд 27

Буферная память предназначена для обеспечения обмена данными с компьютером без потери

Буферная память предназначена для обеспечения обмена данными с компьютером без потери

отсчетов с максимальной скоростью (реализована схема поочередного считывания данных из буферов).
  Цифровой регистр представляет собой 16-разрядный цифровой порт вывода общего назначения с тремя состояниями выхода и предназначен для управления внешними устройствами.
  Блок старта предназначен для определения (путем программирования) начала ввода данных.
  Таймер синхронизируется от кварцевого генератора и задает временную диаграмму ввода и вывода данных.
·  Регистр режимов управляет режимами работы блоков модуля.
·  Интерфейсы системной и локальной шин обеспечивают обмен с компьютером и с дополнительными модулями на базе цифровых процессоров сигналов.
·  Конвертор питания обеспечивает прецизионным питанием +/-15V аналоговые цепи модуля.
Слайд 28

MAX - Measurement & Automation Explorer MAX - Measurement & Automation

MAX - Measurement & Automation Explorer

MAX - Measurement & Automation Explorer.
MAX

конфигурирует и отображает все устройства National Instruments- DAQ, PCI/PXI instruments, GPIB, IMAQ, IVI, Motion, VISA, and VXI devices.
Окно для конфигурации и тестирования .
Слайд 29

Конфигурирования и тестирования платы сбора данных (DAQ)

Конфигурирования и тестирования платы сбора данных (DAQ)

Слайд 30

Слайд 31

Слайд 32

Типы сигналов

Типы сигналов

Слайд 33

Виды источников сигналов Заземленный Незаземленный

Виды источников сигналов

Заземленный

Незаземленный

Слайд 34

Для увеличения отношения сигнал/помеха усиление сигнала производится непосредственно у источника

Для увеличения отношения сигнал/помеха усиление сигнала производится непосредственно у источника

Слайд 35

Коэффициент подавления синфазного сигнала KD и KCM – коэффициенты усиления разностного

Коэффициент подавления синфазного сигнала

KD и KCM – коэффициенты усиления разностного и

синфазного
сигналов соответственно.

Схема измерения коэффициента подавления синфазного сигнала, определяемого в dB как:

Слайд 36

Измерительная система с дифференциальными входами Instrumentation amplifier – инструментальный усилитель Напряжение синфазного сигнала

Измерительная система с дифференциальными входами
Instrumentation amplifier – инструментальный усилитель

Напряжение синфазного сигнала

Слайд 37

Схемы с несимметричными входами Система с незаземленными несимметричными входами (NRSE) Заземленная измерительная система с несимметричными входами

Схемы с несимметричными входами

Система с незаземленными несимметричными входами
(NRSE)

Заземленная измерительная система с

несимметричными входами
Слайд 38

Слайд 39

Слайд 40

Слайд 41

Стандартные сигналы Аналоговые сигналы: 0…5 В; 0…10 В; 0…20 мА 4…20

Стандартные сигналы

Аналоговые сигналы:
0…5 В;
0…10 В;
0…20 мА
4…20 мА,
токовая

петля.
Дискретные сигналы:
сигналы TTL-уровня с диапазоном 0…5 В;
сигналы TTL-уровня с диапазоном 0…24 в.
Слайд 42

То́ковая петля́ То́ковая петля́ (Current Loop) — способ передачи информации с

То́ковая петля́

То́ковая петля́ (Current Loop) — способ передачи информации с помощью измеряемых

значений силыCurrent Loop) — способ передачи информации с помощью измеряемых значений силы электрического тока.
Принцип работы токовой петли это дифференциальная пара
Для задания измеряемых значений тока используется, как правило, управляемый источник тока. По виду передаваемой информации различаются аналоговая токовая петля и цифровая токовая петля.
Токовая петля может использоваться на значительных расстояниях (до нескольких километров). Для защиты оборудования применяется гальваническая развязкаТоковая петля может использоваться на значительных расстояниях (до нескольких километров). Для защиты оборудования применяется гальваническая развязка на оптоэлектронных приборах, например оптронах.
Основное преимущество токовой петли —точность не зависит от длины и сопротивления линии передачи, поскольку управляемый источник тока будет автоматически поддерживать требуемый ток в линии. Схема позволяет запитывать датчик непосредственно от линии передачи. Несколько приемников можно соединять последовательно, источник тока будет поддерживать требуемый ток во всех одновременно
Слайд 43

Принцип действия "токовой петли" В качестве линии передачи обычно используется экранированная

Принцип действия "токовой петли"

В качестве линии передачи обычно используется экранированная витая

пара, которая совместно с дифференциальным приемником позволяет ослабить индуктивную и синфазную помеху.
Слайд 44

Стандарт 4-20 мА логическому уровню "1" соответствует ток в линии от

Стандарт 4-20 мА
логическому уровню "1" соответствует ток в линии от

4 до 20 мА протекающий в ПРЯМОМ направлении
логическому уровню "0" соответствует ток в линии от 4 до 20 мА протекающий в ОБРАТНОМ направлении. При токе ниже 4 мА приемник и передатчик обнаруживают ошибку "ОБРЫВ ЛИНИИ". При токе выше 20 мА передатчик обнаруживает ошибку "КОРОТКОЕ ЗАМЫКАНИЕ ЛИНИИ".
Слайд 45

Согласование сигналов Усиление/ Для достижения наибольшей точности максимальный диапазон напряжения в

Согласование сигналов

Усиление/ Для достижения наибольшей точности максимальный диапазон напряжения в усиленном

сигнале должен равняться максимальному входному диапазону АЦП.
Изоляция Необходима по соображениям безопасности и избежания эффекта паразитного контура с замыканием через землю
Фильтрация –удаление ненужных составляющих из измеряемого сигнала.
Питание – питание для параметрических датчиков, таких как датчики деформаций, термисторы и терморезисторы.
Линеаризация – учет нелинейности отклика
Следует чётко понимать природу измеряемого сигнала, конфигурацию, в которой производятся измерения и воздействие, которое может оказывать окружающая среда. Основываясь на этой информации, можно определить, нужно ли использовать модули согласования сигнала в данной системе сбора данных или нет.
Слайд 46

Типы датчиков, сигналов и виды кондиционирования сигналов

Типы датчиков, сигналов и виды кондиционирования сигналов

Слайд 47

Измерительные (нормирующие) преобразователи датчиков температуры ИП 0304

Измерительные (нормирующие) преобразователи датчиков температуры

ИП 0304

Слайд 48

Схема преобразователя ИП 0304

Схема преобразователя ИП 0304

Слайд 49

Конфигуратор

Конфигуратор

Слайд 50

Универсальный нормирующий преобразователь НПТ1 Преобразование сигналов термодатчиков в унифицированный сигнал 0(4)...20мА

Универсальный нормирующий преобразователь НПТ1

Преобразование сигналов термодатчиков в унифицированный сигнал 0(4)...20мА
Универсальный вход
Поддержка

большинства известных типов термодатчиков
Высокая точность преобразования
Высокая разрешающая способность
Настройка по интерфейсу USB 2.0
Климатическое исполнение «-40...+85 С»
Слайд 51

Нормализатор сигнала тензомоста Тип входного сигнала — мост Диапазон входного сигнала:

Нормализатор сигнала тензомоста

Тип входного сигнала — мост
Диапазон входного сигнала: ±15, ±30,

±100 мВ
Выходной сигнал: 0-10, 0-5 В, 0-20 мА
Гальваническая изоляция 1000 В
Слайд 52

Усилитель тензосигнала тип 131 Сопротивление моста от 120 до 2000 Ом

Усилитель тензосигнала тип 131
Сопротивление моста от 120 до 2000 Ом
Четырехпроводная

схема подключения тензомоста
Напряжение питания 12-24В
Рабочая температура -20ºC..+50ºC
Обеспечивает напряжение возбуждения моста 8,0В
Линейность 1:4000
Слайд 53

Линейное преобразование переменного тока частотой 45 - 65 Гц в выходной унифицированный сигнал постоянного ток

Линейное преобразование переменного тока частотой 45 - 65 Гц в выходной

унифицированный сигнал постоянного ток
Слайд 54

Линейное преобразование активной мощности трехфазных и однофазных, четырех- и трехпроводных цепей

Линейное преобразование активной мощности трехфазных и однофазных, четырех- и трехпроводных цепей

переменного тока в унифицированный выходной сигнал постоянного тока или напряжения
Слайд 55

Преобразователи линейного преобразования частоты переменного тока в унифицированные выходные сигналы постоянного тока

Преобразователи линейного преобразования частоты переменного тока в унифицированные выходные сигналы постоянного

тока
Слайд 56

Модули ввода-вывода Мх110 Стандарт проводной связи RS-485. Простые протоколы, основанные на

Модули ввода-вывода Мх110

Стандарт проводной связи RS-485.
Простые протоколы, основанные на принципе «запрос-ответ».

работа по протоколам ModBus-ASCII, ModBus-RTU, DCON и ОВЕН.
Модули объединяются в сеть с помощью двухпроводной линии связи и подключаются к ведущему устройству (Master). В роли мастера может выступать:
ПЛК,
персональный компьютер с установленной SCADA-системой
панель оператора.
модулей (Slave), имеет уникальный адрес.
Одновременно в одной сети может быть один мастер и до 32 модулей. Максимальная длина линии связи составляет 1200 м. Длина линии связи и количество модулей в сети могут быть увеличены с помощью повторителей интерфейса (например, ОВЕН АС5).
Слайд 57

Модификации модулей ввода вывода Mx110

Модификации модулей ввода вывода Mx110

Слайд 58

Слайд 59

Подключение прибора

Подключение прибора

Слайд 60

Слайд 61

Модульная система согласования сигналов SCXI - высокопроизводительная многоканальная платформа согласования и

Модульная система согласования сигналов SCXI - высокопроизводительная многоканальная платформа согласования и

коммутации из одного или нескольких промышленных шасси с установленными различными модулями согласования сигналов.
Портативная недорогая система согласования сигналов SCC–недорогое решение для задач согласования сигналов с небольшим количеством каналов с возможностя поканальной конфигурации каналов ввода/вывода с использованием одно- и двухканальных модулей
SC серия – устройства сбора данных со встроенными возможностями согласования сигналов - расширяют возможности платформы PXI путем интегрирования схем согласования сигналов в 16-разрядные модули PXI.
Высокоточные регистраторы температуры и
Слайд 62

Слайд 63

Шасси CompactDAQ на базе интерфейсов USB и Ethernet

Шасси CompactDAQ на базе интерфейсов USB и Ethernet

Слайд 64

Модули ввода вывода C-серии Аналоговый ввод, аналоговый вывод, цифровой ввод-вывод, реле

Модули ввода вывода C-серии

 

Аналоговый ввод, аналоговый вывод, цифровой ввод-вывод, реле

Слайд 65

Слайд 66

Слайд 67

Технология реконфигурируемого ввода/вывода (RIO) Reconfigurable input/output – RIO) предоставляет вам возможность

Технология реконфигурируемого ввода/вывода (RIO)

Reconfigurable input/output – RIO) предоставляет вам возможность создания

на аппаратном уровне вашей собственной контрольно-измерительной системы, используя программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС) и инструментарий среды графической разработки приложений LabVIEW
Слайд 68

Слайд 69

CompactRIO Контроллер реального времени Реконфигурируемое шасси Модули ввода/вывода

CompactRIO

Контроллер реального времени

Реконфигурируемое шасси

Модули ввода/вывода

Слайд 70

Контроллер реального времени LabVIEW Real-Time

Контроллер реального времени

LabVIEW Real-Time

Слайд 71

Слайд 72

Канал общего пользования КОП (General Purpose Interface Bus - GPIB) разработан

Канал общего пользования

КОП (General Purpose Interface Bus - GPIB) разработан

компанией Hewlett Packard в конце 1960 года для обеспечения связи между компьютерами и измерительными приборами, известен как стандатр IEEE 488.(2.).
КОП является цифровой 24-х разрядной параллельной шиной. Шина состоит из:
8 линий данных (data lines),
5 линий управления шиной (bus management lines) - ATN, EOI, LFC, REN, SRQ,
3 линий квитирования (handshaking),
8 заземленных линий.
сообщения (messages) представляются в виде символов ASCII
Слайд 73

Устройства и типичная система с КОП Каждое устройство, включая плату-контроллер, должно

Устройства и типичная система с КОП

Каждое устройство, включая плату-контроллер, должно

иметь свой уникальный адрес КОП в диапазоне от 0 до 30
Слайд 74

PXI и VXI VXI, сокращение от «VMEbus extension for Instrumentation» («расширение

PXI и VXI

VXI, сокращение от «VMEbus extension for Instrumentation» («расширение

шины VME для использования в инструментальных системах»)

PXI, сокращение от «compactPCl extension for Instrumentation» («расширение шины Compact-PCI для использования в инструментальных системах»)