Устройства связи с объектом управления: системы передачи данных и интерфейсы саиу

На рис. 8.1 изображена общая структура системы связи УВМ с объектом управления.

Рис. 8.1 Общая структура системы связи УВМ с объектом управления

Из структуры системы связи видно, что устройства связи с объектом включают в себя устройства приема сигналов от датчиков АСУ ТП (коммутаторы аналоговых и цифровых сигналов, аналого-цифровой преобразователь, устройство приема цифровой информации) и устройства передачи команд управления на исполнительные устройства АСУ ТП (коммутатор цифровых управляющих сигналов, цифро-аналоговый преобразователь). На схеме рис. 8.1 не показаны устройства борьбы с помехами, а также устройства, подтверждающие достоверность информации и фиксирующие контроль правильности выполнения команд управления. Эта группа устройств реализуется либо специальными каналами передачи информации, либо входит в состав указанных на схеме устройств.

Обмен информацией между отдельными устройствами УВМ осуществляется через интерфейсы.

Под интерфейсом понимается совокупность унифицированных аппаратных, программных и конструктивных средств, необходимых для реализации алгоритма взаимодействия различных функциональных блоков в автоматизированных системах обработки информации и управления при условиях, предписанных стандартом и направленных на обеспечение информационной, электрической и конструктивной совместимости указанных блоков (см. также ГОСТ 26.016-81).

Связь УВМ с объектом управления обеспечивается через стандартный интерфейс ввода-вывода В (рис. 8.1), к которому подсоединены все устройства связи УВМ с объектом. Управление работой интерфейса В осуществляет канал ввода-вывода.

Общие характеристики стандартных интерфейсов

Стандартизация интерфейса предполагает в общем случае выделение устройств-источников, передающих информацию, устройств-приемников, воспринимающих эту информацию, и устройств-контроллеров, решающих, какой из источников может передавать, а какой из приемников должен принимать информацию. Наряду с функциями управления обменом информации контроллер сам может быть и приемником и источником.

Соединение устройств осуществляется линиями связи. Линии, сгруппированные по функциональному признаку или назначению, образуют шины интерфейса. Совокупность шин, т.е. всех линий, называют магистралью.

Составы шин и сигналов определяются задачами интерфейса. В общем случае по линиям интерфейса передают сигналы:

· адресные, передаваемые по адресной шине;

· управляющие (сигналы запроса, согласия на связь, сигналы, связанные с выполнением интерфейсных операций: сброса интерфейса, приема и выдачи данных, выборки);

· извещающие, вырабатываемые устройствами в ответ на управляющие сигналы: ответы о наличии связи, готовности к приему или выдаче данных, сигналы о наличии ошибок в считанной информации и т.п.;

· сигналы идентификации и дополнительные.

В интерфейсах часто используют мультиплексирование шин или разделение во времени функций одних и тех же шин с целью сокращения числа линий.

Структура интерфейса определяется топологией связываемых им устройств и поэтому различают радиальную, магистральную и смешанную структуры интерфейса.

В интерфейсах с радиальной структурой каждое из устройств-источников или устройств-приемников связано с центральным контроллером (концентратором) посредством индивидуальной группы шин с одинаковым их составом во всех группах. В интерфейсах с радиальной структурой приоритет определяется в основном (но не всегда) местом подключения кабеля, соединяющего абонент с контроллером. Система с радиальной структурой применяется для связи с удаленными объектами (периферийными устройствами) и имеет однонаправленные линии с одним источником информации.

В интерфейсах с магистральной структурой вместо групп индивидуальных шин имеются коллективные шины, к которым подключаются все устройства и контроллер-арбитр. Последний определяет единственное устройство, которое может быть в каждый момент времени подключено к шинам интерфейса. Пространственное распределение межсоединений, характерное для радиальной структуры, заменяется в магистральной временным распределением связей устройств-источников и устройств-приемников информации по одним и тем же линиям связи. В отличие от радиального в магистральном интерфейсе информация поступает от устройств-источников к устройствам-приемникам по принципу «каждый с каждым». Как и в радиальном интерфейсе, в магистральном контроллер-арбитр имеет систему приоритетов при необходимости подключения к шинам одновременно нескольких абонентов.

В системах связи со смешанной структурой шин управление процессами адресации и идентификации устройства, запрашивающего сеанс связи, осуществляется по индивидуальным линиям.

В зависимости от способа передачи данных различают параллельный и последовательный интерфейс. В параллельном интерфейсе q разрядов данных передаются по q линиям связи. В последовательном интерфейсе передача данных осуществляется обычно по двум линиям: по одной передаются непрерывно тактовые (синхронизирующие) импульсы от таймера, по второй – информационные. Возможна параллельно-последовательная передача, когда q-разрядный код разделяется на n слогов (символов) и трансляцию производят последовательно посимвольно по k=q/n линиям из n посылок (один символ за одну посылку).

Обмен данными осуществляется по синхронному, асинхронному и смешанному принципам.

При синхронном принципе источник определяет темп выдачи и приема информации и синхронизирует все процессы перемещения данных во времени, при этом синхронизируется прохождение в линии каждого разряда.

Асинхронный принцип приема – передачи основан на методе квитирования или на методе «Запрос – ответ». В этом методе источник выдает данные и сигнал об их выдаче по одной из линий интерфейса (синхросигнал «Запрос»). Приемник фиксирует его поступление и, восприняв данные, извещает об этом по другой линии (сигнал «Ответ»). Источник, приняв «Ответ», снимает передаваемые данные и синхросигнал.

Основные технические характеристики интерфейсов ввода – вывода содержат сведения о:

• вместимости, определяющей максимально возможное количество одновременно подключаемых к контроллеру интерфейса абонентов;

• пропускной способности (скорости передачи), определяемой скоростью передачи данных, длительностью выполняемых операций связи, степенью совмещения процессов передачи данных;

• максимальной длине линий связи, зависящей от синхронного или асинхронного метода передачи данных (для большинства интерфейсов длина линий связи находится в диапазоне от 15 до 65 м);

• разрядности информационной шины.

Структуры каналов устройства связи с объектом

Устройство связи с объектом для ввода аналоговой информации. Система связи УВМ с объектом дает лишь самое общее представление о составе устройства связи с объектом. Структура устройства связи с объектом может быть параллельной, последовательной и смешанной в зависимости от требуемого времени преобразования, допустимой стоимости оборудования, длины линий связи, точности преобразования.

На рис. 8.2 изображена структурная схема устройства связи с объектом с параллельным вводом сигналов от аналоговых датчиков Д1 – Дn.

Каждый i -й сигнал включает в себя измерительный преобразователь ИП i, коммутатор с запоминанием информационного признака сигнала КЗУ i, фильтр Ф i с жесткой или настраиваемой структурой и аналого-цифровой преобразователь. Ввод информации в УВМ осуществляется через мультиплексор МС, общий для всех каналов. Управление работой перечисленных блоков устройства связи с объектом осуществляет контроллер К устройства связи с объектом, связанный с УВМ (микроЭВМ) магистралью данных МД1 и магистралью адресов МА.

  Рис. 8.2 Структурная схема устройства связи с объектом с параллельным вводом сигналов

Контроллер канала устройства связи с объектом синхронизирует работу параллельных каналов, в частности управляет коммутаторами с запоминанием КЗУ i и мультиплексором МС. Кроме того, контроллер перестраивает измерительные преобразователи под конкретный тип датчика (сигналы k i) и постоянные времени фильтров Ф i (сигналы y i). В более простых случаях вместо контроллера используется генератор тактовых импульсов, жестко определяющий частоту квантования КЗУ i и МС. Время преобразования сигнала от датчика до входа в магистраль данных МД2 УВМ при параллельном вводе определяется быстродействием блоков устройства связи с объектом, прежде всего аналого-цифрового преобразователя.

На рис. 8.3 изображена структура устройства связи с объектом с последовательным вводом сигналов от аналоговых датчиков.

Рис. 8.3 Структурная схема устройства связи с объектом с последовательным вводом сигналов от аналоговых датчиков

В этой структуре устройства связи с объектом использованы общие для всех каналов измерительный преобразователь ИП и аналого-цифровой преобразователь АЦП и два коммутатора аналоговых сигналов К1 и К2 на входе и выходе, являющихся, по сути, мультиплексорами. Как и в предыдущей схеме, режимами коммутации и работой блоков управляет контроллер К, связанный с центральным процессором УВМ. Достоинство последовательного канала устройства связи с объектом состоит в сокращении числа используемых дорогостоящих устройств, прежде всего измерительных преобразователей и аналого-цифровых преобразователей. При этом, однако, требуется дополнительный коммутатор каналов К1 и снижается быстродействие канала устройства связи с объектом с ростом числа датчиков.

Дата добавления: 2014-01-03