5.3. Комбинированные устройства (ввода - вывода)
5.3.1. Устройства сопряжения с объектом (усо)
Устройства сопряжения с объектом (УСО) обеспечивают преобразование информации от датчиков для возможности анализа, принятия решения и формирования управляющих воздействий на объект управления или регулирования. Обобщенную структуру УСО можно разделить на две составляющих: подсистема сбора данных - рис.5.42 (а) и подсистема, обеспечивающая формирование управляющих воздействий на объект (б).
Рис. 5.42. Обобщенная схема УСО. Подсистема сбора данных (а) и подсистема формирования управляющих воздействий (б).
Информация о состоянии объекта в подавляющем большинстве имеет аналоговый характер (температура, давление, длина, время). Сами источники информации зачастую пространственно рассредоточены. Непосредственно анализировать информацию от многочисленных точек состояний с помощью ЭВМ невозможно. Необходима, так называемая, предпроцессорная обработка данных, представленных в аналоговым виде. Задача подсистемы сбора данных - пространственно - временное сжатие исходного потока аналоговых данных и преобразование их поток цифровых данных (кодов). На схеме представлен вариант многоканальной подсистемы сбора данных. Аналоговые данные (Nj) от многочисленных датчиков (на схеме не показаны), подвергаются пространственной свертке (сжатию) с помощью узла обработки (аналогового мультиплексора -1). Здесь один поток операндов представлен в аналоговом виде, другой поток операндов (NK) – в цифровом виде. Результат обработки – поток аналоговых данных, которые подлежат другой операции - нормированию (согласованию диапазона) с помощью узла обработки, называемого усилителем с программируемым коэффициентом передачи -2.
Результат обработки также представлен в аналоговом виде (поток нормированных данных). Для дискретизации (временная привязка) входного сигнала применяется узел (3), называемый устройством выборки – хранения (УВХ или SH). На выходе УВХ формируется поток аналоговых данных (в виде зарядов), который подвергается операции квантования с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП, ADC) - 4 (привязка сигнала по уровню).
С выхода АЦП поток цифровых данных (кодов) поступает на вход интерфейсного блока(IB) - 5, где записывается в буферную память и передается в микропроцессорную систему (МПС) или ЭВМ.
Подсистема формирования управляющих воздействий архитектурно реализована проще. Поток управляющих воздействий в цифровом виде поступает от МПС или ЭВМ, буферизируется в интерфейсном блоке (IB) - 1.
Устройство управления распределяет этот поток в регистры портов, которых для таких подсистем может быть очень много (файл портов). Далее все зависит от алгоритма управления.
Самый простой алгоритм управления – временная активизация исполнительного устройства (ИУ). Для включения (активизации) ИУ, в соответствующий бит порта, связанный через формирователь (как правило, усилитель мощности) с исполнительным устройством, - записывается логическая единица. Внутренний таймер схемы управления задает интервал работы (операция преобразования кода в аналоговую величину). По истечении времени активизации в указанный бит порта записывается логический ноль.
При пропорциональном управлении, между портом и формирователем добавляется промежуточный узел преобразования информации (ЦАП, DAC), обеспечивающий преобразование кода в пропорциональную аналоговую величину, которая и обеспечивает воздействие на изменяемые параметры объекта управления.