Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электронные средства сбора и обработки информации. Учебное пособие
.pdf
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
––––––––––––
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Омский государственный технический университет»
А. А. Вальке, В. А. Захаренко
ЭЛЕКТРОННЫЕ СРЕДСТВА СБОРА
И ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ
Учебное пособие
Омск
Издательство ОмГТУ
2017
1
УДК 004(075)
Вальке, А. А.
ББК 32.97я73
В16
Рецензенты:
А. А. Кузнецов, д-р техн. наук, зав. кафедрой
«Теоретическая электротехника», ОмГУПС;
В. А. Никоненко, канд. техн. наук,
генеральный директор ОАО НПП «Эталон», г. Омск
В16
Электронные средства сбора и обработки информации / А. А. Вальке,
В. А. Захаренко ; Минобрнауки России, ОмГТУ. – Омск : Изд-во
ОмГТУ, 2017. – 112 с. : ил.
ISBN 978-5-8149-2519-0
Изложены вопросы, касающиеся автоматизации предприятий и орга-
низаций, а также основные принципы построения систем сбора и обработки данных. Рассмотрены наиболее распространенные интерфейсы,
применяемые в промышленности. Кратко описаны основные принципы
построения компьютерных сетей и реляционных баз данных.
Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по
направлению 11.03.04 «Электроника и наноэлектроника».
УДК 004(075)
ББК 32.97я73
ISBN 978-5-8149-2519-0 © ОмГТУ, 2017
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Омского государственного технического университета
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Список сокращений .......................................................................................... 6
Предисловие ...................................................................................................... 8
1. Автоматизация предприятия ..................................................................... 10
1.1. Цели автоматизации предприятия .................................................. 10
1.2. ERP-системы ..................................................................................... 10
1.3. MES-системы .................................................................................... 13
1.4. SCADA-системы ............................................................................... 14
2. Интерфейсы ................................................................................................. 18
2.1. Классификация и основные параметры интерфейсов .................. 18
2.2. Топология соединений устройств .................................................. 19
2.2.1. Топология «точка-точка» ...................................................... 20
2.2.2. Полносвязная топология ....................................................... 20
2.2.3. Ячеистая топология ............................................................... 21
2.2.4. Топология «общая шина» ..................................................... 22
2.2.5. Топология «звезда» ............................................................... 22
2.2.6. Топология «кольцо» .............................................................. 23
2.3. Способы последовательной передачи ............................................ 24
2.4. Интерфейс RS-232C. ........................................................................ 26
2.5. Интерфейсы RS-485 и RS-422 ......................................................... 29
2.6. Интерфейс USB ................................................................................ 33
2.6.1. История создания ................................................................... 33
2.6.2. Архитектура шины ................................................................ 34
2.6.3. Протокол передачи данных .................................................. 36
2.6.4. Физический интерфейс ......................................................... 41
2.7. Шина PCI-Express ............................................................................. 43
2.8. Интерфейс SATA .............................................................................. 45
2.9. Интерфейс I2C ................................................................................... 46
2.10. Интерфейс SPI ................................................................................ 48
2.11. Интерфейс Wi-Fi ............................................................................ 50
2.12. Технология Ethernet ....................................................................... 51
3
3. Компьютерные сети. ....................................................................................55
3.1. Эволюция вычислительных систем ................................................55
3.1.1. Системы пакетной обработки ...............................................55
3.1.2. Многотерминальные системы ...............................................55
3.1.3. Глобальные сети .....................................................................56
3.1.4. Первые локальные сети .........................................................57
3.2. Модель OSI ........................................................................................58
3.3. Уровни модели OSI ...........................................................................59
3.3.1. Физический уровень ...............................................................59
3.3.2. Канальный уровень ................................................................59
3.3.3. Сетевой уровень ......................................................................62
3.3.4. Транспортный уровень ..........................................................62
3.3.5. Сеансовый уровень .................................................................63
3.3.6. Представительный уровень ...................................................63
3.3.7. Прикладной уровень ..............................................................64
3.3.8. Сетезависимые и сетенезависимые уровни .........................64
3.4. Классификация компьютерных сетей .............................................65
3.5. Линии связи .......................................................................................66
3.5.1. Типы линий связи ...................................................................66
3.5.2. Характеристики линий связи ................................................67
3.5.3. Линии связи на основе витой пары ......................................68
3.5.4. Коаксиальные кабели .............................................................73
3.5.5. Волоконно-оптические кабели ..............................................74
3.6. Методы передачи дискретных данных
на физическом уровне ......................................................................77
3.6.1. Аналоговая модуляция ...........................................................78
3.6.2. Цифровое кодирование ..........................................................79
3.6.3. Логическое кодирование .......................................................81
4. Базы данных .................................................................................................83
4.1. Термины и определения ...................................................................83
4.2. Архитектуры баз данных ..................................................................84
4.2.1. Архитектура на основе разделяемых файлов ......................84
4.2.2. Архитектура «хост-терминал» ..............................................85
4.2.3. Архитектура «клиент-сервер» ...............................................87
4
4.3. Уровни восприятия данных ............................................................ 89
4.4. Модели данных ................................................................................. 90
4.4.1. Иерархическая модель данных ............................................ 90
4.4.2. Сетевая модель данных ......................................................... 91
4.4.3. Реляционная модель данных ................................................ 92
4.5. Основы реляционных СУБД ........................................................... 94
4.5.1. Термины и определения ........................................................ 94
4.5.2. Основные операции над таблицами
и их интерпретация ................................................................ 95
4.5.3. Нормализация......................................................................... 96
4.6. СУБД MS Access .............................................................................. 99
4.7. Основы языка SQL ......................................................................... 100
4.7.1. История создания языка SQL ............................................. 100
4.7.2. Типы данных языка SQL ..................................................... 100
4.7.3. Операторы добавления, удаления
и модификации данных в языке SQL ................................. 101
4.7.4. Оператор SELECT ............................................................... 103
Заключение .................................................................................................... 108
Библиографический список ......................................................................... 109
5
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
ERP – системы планирования ресурсов предприятия
MRP – системы планирования потребностей в материалах
MPS – производственная программа производства
BOM – спецификация изделия
АПД – аппаратура передачи данных
АКД – аппаратура каналов данных
USB – универсальная последовательная шина
PCI–E – компьютерная шина c программной моделью шины PCI
и высокопроизводительным физическим протоколом, который основан
на последовательной передаче данных.
SATA – последовательный интерфейс обмена данными с накопителями информации
I2C – последовательный протокол обмена данными
SDA – передача данных и адреса интерфейса I2C
SCL – передача тактовой частоты интерфейса I2C
VDD – линия питания интерфейса I2C
VSS – линия общего провода интерфейса I2C
SPI – синхронный протокол передачи данных для сопряжения веду-
щего устройства с периферийными устройствами
MOSI – линия передачи данных от ведущего к ведомым устройствам
интерфейса SPI
MISO – линия передачи от ведомого к ведущему устройству интер-
фейса SPI
SCLK – тактовые импульсы синхронизации, генерируемые ведущим
устройством интерфейса SPI
SS – линия выбора ведомого устройства интерфейса SPI
OSI – модель взаимодействия открытых систем
6
CSMA – протокол коллективного доступа с обнаружением несущей
ОВ – оптоволоконный кабель
ИС – информационная система
БД – база данных
СУБД – система управления базами данных
7
ПРЕДИСЛОВИЕ
В настоящее время технический прогресс требует для работы любого
предприятия использование средств автоматизации, основанных на различных системах сбора и обработки информации. Эти системы позволяют
как автоматизировать непосредственно управление предприятием, так
и обеспечивать контроль различных технологических процессов, используемых в основной деятельности предприятия.
Материал пособия направлен на изучение технических средств и специального программного обеспечения различных типов автоматизированных систем управления (АСУ). В состав технических средств входят датчики, передающие информацию по стандартным интерфейсам в компьютеры и компьютерные сети, позволяющие обмениваться информацией
между компьютерами, а также периферийные устройства. Программное
обеспечение таких систем чаще всего строится на основе различных баз
данных.
В учебном пособии описываются проблемы автоматизации предприятий и организаций, основные принципы построения систем сбора и обработки данных, а также программные и аппаратные средства, используемые в этих системах.
В первой главе рассматриваются основные типы автоматизированных
систем управления предприятиями и технологическими процессами. Приведены примеры наиболее распространенных на сегодняшний день систем
автоматизации. Показаны принципы построения таких систем, а также
обозначены проблемы, которые могут возникнуть при их разработке и
внедрении.
Вторая глава посвящена наиболее распространенным на сегодняшний
день промышленным интерфейсам. В ней представлена классификация
интерфейсов, описаны их основные технические характеристики и условия эксплуатации.
8
В третьей главе описаны основные принципы построения компьютерных сетей, приведены их классификация, а также используемые программные и аппаратные средства.
В четвертой главе даны определения баз данных и системы управления базами данных, описываются их архитектура и классификация. Кратко изложены принципы построения реляционных баз данных, а также основные операторы языка SQL.
9
1. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ
1.1. ЦЕЛИ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРЕДПРИЯТИЯ
Автоматизация предприятия является не самоцелью, а средством до-
стижения заранее сформулированных результатов, таких как:
− обеспечение рентабельности предприятия;
− улучшение качества продукции;
− увеличение выпуска готовой продукции;
− управление технологическими процессами.
Внедряемые системы автоматизации должны поддерживать принятые
на предприятии правила ведения документации и используемые технологии. При внедрении новых систем автоматизации рекомендуется использовать комплексный подход к решению возникающих проблем путем использования уже существующих информационных баз предприятия. Проектирование отдельных частей системы ведется в расчете на их функционирование в составе будущей единой информационной системы предприятия. Это вовсе не означает одновременной автоматизации всех отделов
и служб, а также полное прекращение функционирования существующих
систем. Создание новой информационной системы проводится поэтапно в
рамках разработанной стратегии. В первую очередь модернизируются
критические и базовые участки или участки без автоматизации. На каждом этапе автоматизации достигаются определенные результаты и создается основа для следующего шага в автоматизации предприятия.
Системы автоматизации по решаемым задачам можно классифицировать на две группы:
− экономические, административные и логистические;
− технологические и производственные.
Первые относятся к административно-хозяйственной, а вторые –
к производственной деятельности предприятия.
1.2. ERP-СИСТЕМЫ
К первой группе систем автоматизации принадлежат так называемые
ERP-системы, или автоматизированные системы управления предприяти-
ем (АСУП).
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]