36. Устройство логического управления второго уровня на базе мпк (улу2-эвм).

УЛУ2-ЭВМ выполняют функцию автоматизированного сбора и первичной обработки информации, используемой для контроля над технологическими процессами, функцию выдачи воздействий в дискретной форме, а также функцию обмена данными между терминальными субкомплексами и ВК. Кроме того устройства УЛУ2-ЭВМ применяются для функционально-группового управления технологическими процессами. УЛУ2-ЭВМ обеспечивают выполнение следующих функций: автоматическую загрузку программ по каналам связи от СВК при включении питания; обмен данными с СВК через концентратор по интерфейсу ИУС-2К; ввод и первичную обработку аналоговых сигналов; ввод и первичную обработку дискретных сигналов; выработку по трем каналам мажорированых по схеме 2 из 3-х управляющих дискретных сигналов; техническое диагностирование по тестам;системный контроль работоспособности и правильности функционирования.

УЛУ2-ЭВМ обеспечивают следующие метрологические характеристики: предел допустимого значения основной приведенной погрешности при доверительной вероятности Р = 0,95 не превышает: при вводе токовых сигналов 0…5мА – 0,6 , при вводе сигналов от термопар – 0,8 , при вводе сигналов от датчиков термосопротивления – 0,8 ; дополнительная погрешность, вызванная изменением температуры окружающей среды относительно 202 ^оС в диапазоне температур от плюс 5 до плюс 40 ^оС не превышает половины значения основной допустимой погрешности на каждые 10 ^оС; дополнительная погрешность, вызванная изменением относительной влажности окружающего воздуха в диапазоне от 40…90 , не превышает половины значения основной допустимой погрешности; дополнительная погрешность, вызванная вибрацией частотой 50 Гц и амплитудой 0,1 мм, не превышает четверти значения основной допустимой погрешности; дополнительная погрешность, вызванная воздействием помехи общего вида амплитудой 100 В или нормального вида амплитудой 10 В и частотой 50 Гц, не превышает значения основной допустимой погрешности; погрешность программной линеаризации характеристик датчиков термосопротивления и термопар не превышает 0,1 .

37. Ацп и цап. Их мх.

Основной элемент любого устройства ввода в ЭВМ аналоговых сигналов — аналого-цифровые преобразователи (АЦП). В состав АЦП входят следующие узлы: узел эталонных величин, узел сравнения и управляющий цифровой автомат. Аналоговый сигнал с датчика поступает на вход сравнивающего узла АЦП. На второй вход сравнивающего узла в определенной последовательности подаются эталонные величины, вырабатываемые узлом эталонных величин. Сравнивающий узел выдает последовательность кодовых комбинаций, соответствующих входному аналоговому сигналу. Преобразование аналоговой величины в цифровой код является измерительной процедурой. При этом происходит замена непрерывной величины в ближайшую фиксированную, образованную по определенному алгоритму с помощью меры, и считывание кода, соответствующего этому фиксированному значению. Выходной сигнал АЦП является дискретным и может быть представлен в следующей форме: D = a₁ 2^-1 + а₂2^-2 + ... + а_п2^-п = (U_вх / U_оп) + е, где а - значения отдельных разрядов (0 или 1); п - число разрядов (бит) АЦП; и_ВХ - входное напряжение АЦП; U_on - опорное напряжение; е - погрешность квантования. Разрядность АЦП выбирают таким образом, чтобы погрешность квантования была меньше погрешности измерения входного аналогового напряжения. По принципу действия и алгоритму функционирования АЦП делятся на следующие типы: АЦП считывания, АЦП поразрядного типа, АЦП интегрирующего типа. Основные методы аналого-цифрового преобразования: метод непосредственного считывания; метод поразрядного уравновешивания; интегрирующий метод. Метод непосредственного считывания. Этот метод являющийся примером параллельного преобразования, характеризуется тем, что значения отдельных разрядов а_i определяются одновременно. Этот метод является самым быстрым. В основе метода лежит принцип шкалы, аналогичный тому, который используется при считывании измерительной информации со стрелочного прибора. Роль шкалы в АЦП выполняет набор компараторов (Км), каждый из которых сравнивает входной сигнал со своим уровнем квантования. Состояния компараторов преобразуются шифратором (Ш) в выходной код. Метод последовательного преобразования или поразрядного уравновешивания реализуется устройством с цифровой обратной связью . На вход компаратора Км поступает входное напряжение U_BX и сигнал сравнения U_ср, с выхода ЦАП. Сравнивающее напряжение повышается ступенчато. Число ступенек подсчитывается до тех пор, пока оба напряжения не сравняются. Двоичный счетчик С выполняет роль цифрового устройства авторегулирования, уравновешивающего выходное напряжение ЦАП с входным измеряемым напряжением. При уравнивании напряжений на выходе счетчика (в коде ЦАП) устанавливается выходной код АЦП, соответствующий входному напряжению. Алгоритм поразрядного уравновешивания (последовательного приближения) заключается в следующем. Все входные сигналы ЦАП по очереди, начиная со старшего, устанавливаются в положение 1. Если при этом выход компаратора переходит в положение 0, то соответствующий разряд также устанавливается в 0. Этот алгоритм реализуется аппаратно регистром поразрядного уравновешивания, который выпускается в виде отдельной микросхемы. В противоположность параллельному преобразованию АЦП поразрядного уравновешивания является медленным. Интегрирующее АЦП составляет особую группу преобразователей последовательного действия. Метод интегрирования не отличается большим быстродействием, но позволяет реализовать высокую чувствительность, малую погрешность и хорошую помехозащищенность. Этот метод можно реализовать в дискретной форме в АЦП описанных ранее типов с помощью микропроцессора, но наилучшие результаты по точности и чувствительности дает сочетание аналоговых и цифровых методов интегрирования. Метод двойного интегрирования. В АЦП последовательно интегрируется опорное и входное напряжение. Аналоговое интегрирование производится на конденсаторе, который заряжается от источника тока, пропорционального входному напряжению. В схему АЦП также входят аналоговые переключатели (П1, П2 и ПЗ), источник опорного напряжения (ИОН), компаратор (К), счетчик импульсов (С), тактовый генератор (Г) и управляющий программный аппарат (ПА). Опорное U_oп и входное U_BX напряжения интегрируются в противоположных полярностях. Интегрирование опорного напряжения производится в течение заданного промежутка времени Т₁, измеряемого до перехода напряжения на конденсаторе через нуль. Число импульсов генератора во втором такте Т₂, подсчитанное счетчиком, пропорционально входному напряжению, которое вычисляется по формуле U_вх = U_оп (N₂/N₁)_, где N₁ и N₂ — числа импульсов, подсчитанных счетчиком соответственно в первом и втором тактах. Точность метода двойного интегрирования определяется точностью задания опорного напряжения, быстродействием элементов схемы и частотой генератора. Этот метод реализован во многих цифровых вольтметрах, имеющих погрешность до 0,005 % и порог чувствительности 1 мкВ. ЦАП. Преобразование цифровых кодов, поступающих на ЭВМ, в пропорциональные аналоговые сигналы осуществляется с помощью цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) или преобразователей типа код—аналог (ПКА). В ЭВМ вводятся также сигналы дискретных состояний объекта, поступающие с датчиков-сигнализаторов. Существуют следующие виды ввода дискретных сигналов: двухпозиционные, кодированные и числоимпульсные. ЦАП можно рассматривать как потенциометр с цифровым управлением, задающий аналоговые ток или напряжение, являющиеся частью полной шкалы. Базовая схема ЦАП состоит из источника опорного напряжения, в качестве которого обычно используется температурно-стабилизированный стабилитрон, матрицы двоично-весовых прецизионных резисторов и набора электронных ключей-коммутаторов. Применение матрицы типа R-2R является эффективным средством для уменьшения числа номиналов используемых сопротивлений. Основной характеристикой ЦАП является разрешающая способность, определяемая числом N разрядов.Абсолютное значение минимального выходного кванта определяется как максимальным значением (2^N – 1) входного кода, так и максимальным выходным напряжением ЦАП (напряжением шкалы). Наличие погрешностей в узлах ЦАП и шумов приводит к отличию реального значения разрешающей способности от теоретического значения. Точность ЦАП определяется значениями абсолютной погрешности, нелинейностью и дифференциальной нелинейностью. Абсолютная погрешность представляет собой отклонение значения выходного напряжения (тока) от номинального. Абсолютная погрешность обычно измеряется в единицах младшего разряда (ЕМР). Нелинейность прибора характеризует идентичность минимальных приращений выходного сигнала во всем диапазоне преобразования и определяется как наибольшее отклонение выходного сигнала от прямой линии, проведенной через нуль и точку максимального значения выходного сигнала. Нелинейность не должна выходить за пределы 0,5 ЕМР.Метрологические характеристики АЦП и ЦАП. Система метрологических параметров преобразователей, отражающая особенности их построения и функционирования объединяет несколько десятков параметров, важнейшими из которых являются: число разрядов N – количество разрядов кода, связанного с аналоговой величиной, которое может воспринимать ЦАП или вырабатывать АЦП; абсолютная погрешность преобразования в конечной точке шкалы – отклонение значения входного для АЦП и выходного для ЦАП напряжения от номинального значения, соответствующего конечной точке функции преобразования (часто эта погрешность называется мультипликативной); дифференциальная нелинейность – отклонение разности двух аналоговых сигналов, соответствующих двум соседним кодам, от значения ЕМР; время установления выходного напряжения – интервал времени от момента заданного изменения кода на входе ЦАП до момента, при котором выходное аналоговое напряжение войдет в зону шириной в одну ЕМР, симметрично расположенную относительно установившегося значения; время преобразования – интервал времени от момента заданного изменения сигнала на входе АЦП до появления на его выходе соответствующего устойчивого кода.