Передача вимірювальної інформації на відстань
Аналіз структурної схеми каналу передачі вимірювальної інформації.
На сучасному етапі розвтку виробничих технологій існує необхіднісь не тільки отримувати інформацію про значення фізичних величин та параметри різних процесів, але й передачі цієї інформації на відстань для збору, аналізу та використання в системах автоматизації. Передачу інформації можна здійснювати на значні відстані як по провідниках, так і за допомогою безпровідникових технологій. Самим простим способом передачі виміряної інформації на відстань є її попереднє перетворення в уніфікований струмовий сигнал та передача останнього за допомогою провідникових ліній зв’язку.
Засоби передачі вимірювальної інформації можна класифікувати за типом сигналу, що передається (аналоговий, цифровий) та характером лінії зв’язку (провідникові, безпровідникові).
Загальну схему передачі інформації на відстань представлено на рис. 1.15.
Рис. 1.15. Структурна схема каналу передачі вимірювальної інформації
Принцип дії каналу передачі вимірювальної інформації наступний. Чутливий елемент перетворює вимірювану фізичну величину у сигнал (зазвичай електричний), який надходить на вхід уніфікованого перетворювача. На виході його отримується аналоговий уніфікований сигнал, який в свою чергу, надходить на вхід передавача. Останній служить для перетворення аналогового сигналу у сигнал, зручний для передачі та сприйняття на іншому кінці каналу зв’язку. Залежно від використаного в системі передавача, можна отримати провідникову, радіо або GSM лінії зв’язку. Технічно, в якості передавача служать модем та модулі віддаленого вводу/виводу інформації. Сигнал з лінії зв’язку надходить до приймача, в ролі якого виступає модем або модуль вводу/виводу. Прийнята інформація поступає для обробки в ПК чи контролер, або зберігається на носії накопичувача.
|
|
|
Основні елементи систем збору даних та їх аналіз
Збір даних є процесом, в ході якого фізичні явища реального світу перетворюються в електричні сигнали, які в свою чергу, вимірюються і перетворюються в цифровий формат, придатний для обробки, аналізу та зберігання.
Система збору даних та управління побудована з урахуванням потужності та гнучкості персональних комп’ютерів і може складатися із значної кількості різноманітних компонентів, які утворюють апаратне забезпечення та виготовлені різними виробниками. Задача розробника полягає у поєднанні окремих компонентів у завершену діюючу систему (рис. 1.16).
Рис. 1.16. Функціональна схема системи збору даних на основі
персонального комп’ютера
|
|
|
Основними елементами системи збору даних, як показано на рисунку є:
- давачі і джерела сигналів;
- з’єднувальні провідники;
- перетворювачі сигналів;
- апаратне забезпечення збору даних;
- персональний комп’ютер;
- програмне забезпечення для збору даних.
Тут давачі та джерела сигналів забезпечують фактичний інтерфейс між зовнішнім середовищем та системою збору даних шляхом перетворення фізичних величин в електричні сигнали, які можуть бути передані до відповідних технічних засобів і сприйняті ними.
З’єднувальні провідники необхідні для фізичного з’єднання давачів та джерел сигналів з апаратним забезпеченням систем перетворення сигналів та збору даних. Якщо апаратне забезпечення таких систем віддалене від персонального комп’ютера, то з’єднувальні провідники забезпечують зв’язок між цими елементами апаратного забезпечення та комп’ютером. Якщо зв’язком є комунікаційним інтерфейсом, то такий тип зв’язку називається кабельним комунікаційним з’єднанням. Електричні сигнали, що виробляються давачами, часто потребують перетворення у форму, що сприймається апаратним забезпеченням системи збору даних.
Основними завданнями, які вирішуються при перетворенні сигналів, є фільтрація, підсилення, лінеаризація, електрична розв’язка та збудження.
|
|
|
Фільтрація. В умовах наявності завад слабкі сигнали (мілівольти і міліампери), що отримуються від давачів, спотворюються (корисний інформаційний сигнал супроводжується шумами). У зв’язку з цим пристрої перетворення сигналів часто містять фільтри нижніх частот, що призначені для усунення високочастотних шумів, наявність яких може призвести до отримання неточних даних.
Підсилення. Після фільтрації вхідного сигналу, що приймається, його (для збільшення точності вимірювань) слід підсилити. Максимальна точність отримується шляхом підсилення вхідного сигналу до такої величини, щоб найбільше значення напруги вхідного сигналу дорівнювало вхідному діапазону аналогово-цифрового перетворювача системи збору даних. Розміщення підсилювача якомога ближче до давача, послаблює дію завад на сигнальні лінії між перетворювачем і апаратурою збору даних.
Лінеаризація. Багато давачів, таких, як термопари, проявляють нелінійний зв’язок між фізичною величиною, для вимірювання якої вони використовуються та вихідним електричним сигналом. Іншими словами їм притаманна нелінійність функції перетворення (нелінійна залежність між вхідними неелектричними і вихідними електричними величинами), що призводить до спотворення результату вимірювання. Для уникнення цього, застосовують різні пристрої корекції, зокрема пристрої обробки сигналів, які виконують лінеаризацію функції перетворення за допомогою програмного забезпечення.
|
|
|
Апаратне забезпечення збору даних і управління може бути визначене як засіб, який виконує будь-яку з наступних функцій:
- введення, обробка та перетворення в цифрову форму (за допомогою АЦП) тих аналогових сигналів, які пов’язані з вимірюваною системою або процесом, з подальшою передачею даних в комп’ютер для відображення, зберігання і аналізу;
- введення цифрових сигналів, що містять інформацію про систему або процес;
- обробка та перетворення в аналогову форму (за допомогою цифро-аналогового перетворювача ЦАП) цифрових сигналів від комп’ютера і використання аналогових сигналів для управління системою або процесом;
- виведення цифрових керуючих сигналів.
Для збору даних застосовують різноманітне апаратне забезпечення від різних виробників. Найбільш поширеним елементом апаратного забезпечення систем збору інформації є змінні плати апаратного розширення, які під’єднуються безпосередньо до шини комп’ютера. До інших типів апаратного забезпечення систем збору відносяться автономні програмовані реєстратори та контролери, які можуть контролюватися, управлятися та налаштовуватися за допомогою комп’ютера, або працювати незалежно.
Апаратура збору даних не може працювати без програмного забезпечення, оскільки саме воно дозволяє створити повну систему, яка проводить збір, аналіз, відображення даних і управління. Прикладне програмне забезпечення може бути повноекранною інтерактивною панеллю, вузько спеціалізованою програмою управління введенням-виведенням, реєстратором даних, обробником комунікаційної інформації або комбінацією наведеного.
Персональний комп’ютер, що використовується в системі збору даних, багато в чому визначає швидкість з якою вони можуть неперервно і точно збиратися в кожному конкретному випадку.
Деякі сучасні способи і засоби передачі інформації на відстань.
На практиці часто давачі повинні розташовуватися на певній відстані від комп’ютера, в якому проводиться обробка і зберігання даних. Особливо це відноситься до промислових умов, коли давачі і виконавчі механізми можуть знаходитися на суттєвих відстанях між собою, що доходять до сотень метрів. В умовах наявності завад, слабкі сигнали, що отримуються від таких давачів як термопари і тензодавачі, важко передати на відстань без спотворень.
Альтернативою прокладання довгих та дорогих кабелів є застосування розподіленого вводу-виводу інформації (рис.1.17), яке забезпечується у формі модулів формування сигналів, розташованих поблизу зв’язаних з ними давачів.
Рис. 1.17. Розподілене введення-виведення
Для кожного давача, що використовується, необхідним є один модуль, що дозволяє реалізовувати високий ступінь модульності (від однієї точки до сотень точок в одному знаходженні). Однак це може істотно збільшити витрати на системи з великою кількістю точок, що реєструються.
Одним з найзастосованіших видів розподіленого введення-виведення є цифровий передавач. Він, будучи програмованим пристроєм, виконує усі функції щодо перетворення сигналів (підсилення, фільтрація тощо), містить мікроконтролер та АЦП для виконання цифрового перетворення сигналу всередині самого модуля. Перетворені дані передаються в комп’ютер через комунікаційні інтерфейси RS-232 або RS-485. Використання багатоточкових мереж з інтерфейсом RS-485, як показано на рис.1.17, зменшує кількість кабелів, що прокладаються, оскільки кожен модуль формування сигналів використовує одну і ту ж їх пару. При застосуванні багатоточкових мереж з інтерфейсом RS-485 можливе під’єднання до 32 модулів, що здійснюють передачу інформації на відстань до 10 км.
Використання автономних реєстраторів-контролерів, поряд з перевагами програмування модулів перетворення сигналів та можливістю дистанційного прийняття рішень, підвищує надійність системи. Це пояснюється тим, що запрограмований один раз автономний реєстратор може продовжувати працювати навіть якщо комп’ютер несправний або не під’єднаний. Фактично автономні реєстратори-контролери спеціально спроектовані таким чином, щоб працювати незалежно від персонального комп’ютера.
Автономні реєстратори-контролери є програмованими, продуктивними і гнучкими пристроями, що легко сполучаються з широким набором давачів, а також що забезпечують керуючі цифрові входи і виходи для управління процесом.
Для прямого з’єднання комп’ютера та автономного реєстратора-контролера найчастіше застосовується послідовний інтерфейс RS-232. Він дозволяє виконувати програмування і реєстрацію даних на відстані до 50 м (рис.1.18). Якщо автономний блок повинен знаходитися на більшій відстані, то в цій точці можна використати портативний персональний комп’ютер, реалізувати зв’язок по телефонній або радіокомунікаційні мережі, використовуючи при цьому модеми (рис. 1.19)
Рис. 1.18. Пряме під’єднання до автономного реєстратора-контролера через послідовний інтерфейс RS-232
Рис. 1.19. Дистанційне під’єднання до автономного реєстратора-контролера через телефонну або радіокомунікаційну мережу
Сучасні засоби вимірювальної техніки дозволяють значно полегшити процес її отримання, обробки, зберігання та передачі на відстань, що в свою чергу, дозволяє прискорити процес реагування на відповідні зміни контрольованих параметрів та оптимізувати технологічний процес.
Запитання для самоконтролю
1. Аналіз структурної схеми каналу передачі вимірювальної інформації на відстань.
2. Принцип дії каналу передачі вимірювальної інформації.
3. Основні елементи системи збору даних про об’єкт.
4. Лінеаризація функції перетворення давачів.
5. Апаратне забезпечення збору даних.
6. програмне забезпечення збору даних.
7. Суть розподіленого вводу-виводу інформації.
8. Пряме з’єднання комп’ютера з автономним реєстратором-контролером.
9. Дистанційне з’єднання комп’ютера з автономним реєстратором-контролером.
10. Переваги автономних реєстраторів-контролерів.
Вимірювання температури
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 1025; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!