Автоматизированные измерительные и диагностические комплексы, системы и технические устройства

    Операции  контроля направлены на обеспечение  надежности функционирования интерфейса и достоверности передаваемых данных. В процессах асинхронного взаимодействия возможно возникновение так называемых тупиковых ситуаций, приводящих к искажениям кодовых комбинаций передаваемых данных. Поэтому в операции контроля входят разрешение тупиковых ситуаций асинхронного процесса взаимодействия и повышение достоверности передаваемых данных. Контроль тупиковых ситуаций взаимодействия основывается на измерении фиксированного интервала времени, в течение которого должно поступать ожидаемое асинхронное событие. Если за контролируемый интервал времени событие не поступает, то фиксируется неисправность. Операция контроля тупиковых ситуаций получила название "тайм-аут".

    Контроль  передаваемых данных основывается на использовании кодов, построенных  на известных принципах избыточного  кодирования информации (циклические коды, код Хеминга, контроль кодов на четность и др.).

    В целях повышения надежности управления и эффективности использования составных элементов системы необходима передача функции координации между функциональными устройствами. Эта операция передачи управления характерна для интерфейсов с децентрализованной структурой управления.

    Повышение надежности достигается резервированием  управления (при отключении питания  или отказе интерфейсного модуля, выполняющего функции управления интерфейсом).

    Повышение эффективности использования оборудования системы достигается исключением дублирования дорогостоящих устройств путем доступа к ним с разделением времени двух и более контроллеров и ЭВМ.

    Информационный  канал интерфейса предназначен для  реализации функции обмена и преобразования информации.

    Основными процедурами функции обмена является прием и выдача информации (данных, состояния, команд, адресов) регистрами составных устройств системы. Основные процедуры функции преобразования следующие: преобразование последовательного кода в параллельный и наоборот; перекодирование информации; дешифрация команд, адресов; логические действия над содержимым регистра состояния.

    Приборные интерфейсы

    Проектирование  ИИС выполняется на основе модульного принципа построения, что привело к необходимости разработки правил, регламентирующих основные требования к совместимости этих блоков. Данный принцип впервые был применен в области ядерно-химических измерений, где требуется сложная аппаратура с высокой степенью автоматизации и активным использованием ЭВМ для контроля, управления, сбора и первичной обработки данных. Поэтому именно в этой области впервые проведена стандартизация на правила сопряжения блоков.

    В США для модулей (блоков) ядерной  электроники с транзисторными схемами в 1966 г. был принят стандарт NIM (Nuclear Instrument Module). В нем установлены механические и электрические требования к блокам. Этот стандарт впоследствии получил распространение в странах Западной Европы. Указанный стандарт позволил осуществить обмен данными модульных блоков с ЭВМ. Следует отметить, что такие понятия, как канал передачи данных и интерфейс, процесс обмена данными и др., были перенесены из вычислительной в измерительную технику.

    Реализация  принципов программного управления работой ИИС привела к развитию приборных систем; разработки интерфейсов для них появились на рубеже 60 - 70-х годов. Приборные интерфейсы служат для компоновки различных комплексов из стандартных измерительных приборов, устройств ввода-вывода и управляющих устройств.

    Пример, фирма "Philips" разработала систему сопряжения Partyline - System, предназначенную для объединения в ИИС до 15 приборов. С помощью стандартного кабеля приборы последовательно соединяются друг с другом (в произвольном порядке) и с ЭВМ. Для этого в каждом приборе имеются два разъема, соединенные между собой одноименными контактами. Каждый прибор содержит специальное устройство согласования измерительного оборудования с интерфейсом.

    Построение  интерфейса осуществляется по магистральному принципу для передачи цифровых сигналов. Информация передается по шести шинам: адресной (4 линии), измерительной (5 линий), управления (4 линии), а также по шинам синхронизации, диагностики операций и передачи команд печати (все по одной линии). Стандартный кабель содержит шесть соединительных линий. Каждому прибору (измерительному блоку) присваивается свой адрес, представленный четырьмя разрядами двоичного кода. Передача данных производится в параллельно-последовательном виде (в двоичном коде). Под действием управляющих сигналов выходная информация последовательно передается с декад на линии интерфейса (измерительную шину). По этим же линиям передается кодированная информация, а также полярность измеряемых величин, режим работы и др.

    Принцип работы приборного интерфейса следующий. При появлении информации от источника к приемнику работа обоих приборов координируется сигналами по линиям шины синхронизации. При этом цикл передачи информации состоит из четырех фаз:

• источник выставляет информационный байт;
• источник выставляет сигналы на шине синхронизации;
• приемник принимает информацию,
• приемник подготавливается к приему нового байта информации.

    Приборный интерфейс имеет следующие ограничения: число приборов не более 15, максимальная допустимая длина кабеля связи — 20 м, максимальная скорость передачи по магистрали - 1 Мбайт/с.

    Логические  уровни сигналов выбраны из расчета  применения интегральных схем ТТЛ (высокий уровень — не менее 2,4 В, низкий — не более 0,8 В). Нагрузкой каждой сигнальной линии является внутреннее сопротивление каждого прибора не более 3 кОм, подключенное к шине + 5 В, и резистор 6,2 кОм, подключенный к шине "земля" схемы. Кодирование информации, как следует из конструкции магистрали, ведется по байтам. Схемы интерфейса программно-управляемых приборов выполняются в двух вариантах:

    в виде схем, реализованных и конструктивно  оформленных внутри прибора как  его составная часть, с установкой стандартного разъема на задней панели прибора; этот вариант применяется  преимущественно в новых приборах, выпускаемых по стандарту МЭК;

    в виде отдельно выполненных интерфейсных модулей, подключаемых к серийно  выпускаемым или находящимся  в обращении цифровым приборам и устройствам; эти модули по существу являются адаптерами, т. е. переходными устройствами между выходом прибора и стандартным входом в магистраль приборного интерфейса.

    Приборный   интерфейс   широко   применяется   как   в   отечественной промышленности, так и зарубежными фирмами  при построении ИИС для автоматизации  эксперимента. Из имеющихся непрограммируемых  приборов, не подготовленных для совместной работы, приборный интерфейс позволяет создавать ИС путем использования относительно несложных устройств сопряжения — интерфейсных плат и микроЭВМ в качестве контроллера системы. 
 

    Машинные  интерфейсы

    Машинные (или системные) интерфейсы предназначены для объединения составных блоков ЭВМ в единую систему. Тенденция развития машинных интерфейсов вызвана необходимостью значительного увеличения процента операций ввода-вывода, номенклатуры и числа периферийных устройств. В связи с этим существенно возросли требования к унификации и стандартизации интерфейсов.

    Характерной особенностью машинных интерфейсов  является необходимость их функционирования в нескольких режимах взаимодействия, влияющих на функциональный состав систем шин. Основными режимами взаимодействия являются ввод-вывод по программному каналу и по каналу прямого доступа в память. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Заключение 

    Повышение производительности труда человека – это заслуга механизации. Уже  долгое время она облегчает  задачи человека, но не может полностью освободить его от ручного труда или присутствия на рабочем месте. Такие вещи, как оценка результатов контроля и решения вопроса о дальнейшей судьбе проверенной детали  - забраковать ее или отправить на доработку, были только в компетенции человека, что требовало затрат умственного труда и относятся к сфере управления производством. Очевидно, эти функции тоже можно упразднить, заменив человека механизмами способными самостоятельно решать данные проблемы. Переложение функций управления процессом с человека на автоматические устройства стало началом нового времени – эры автоматизации.

    Стремительное развитие электроники и вычислительной техники оказалось предпосылкой для широкой автоматизации самых  разнообразных процессов в промышленности, в научных исследованиях, в быту. Вершиной автоматизации стало появление автоматизированных измерительных и диагностических комплексов, которые позволили полностью заменить человека, как важного элемента любого производственного или научно-исследовательского процесса. Опираясь на возможности таких систем и комплексов, человечество поднялось на еще одну ступень в бесконечном стремлении взойти на вершину технического совершенства. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Список  литературы. 

1. Цапенко М. П. Измерительные информационные системы: Структуры и алгоритмы, системотехническое проектирование. -  М.: Энергоатомиздат, 1985
2. Кузьмичев Д. А.,  Радкевич И. А., Смирнов А. Д. Автоматизация экспериментальных исследований. -  М.: Наука, 1983.
3. Государственная система приборов и средств автоматизации / Под ред. Г. И. Кавалерова. -  М.: ЦНИИТЭИ приборостроения, средства автоматизации и систем управления,1981.
4. Хазанов Б. И. Интерфейсы измерительных систем. -  М.: Энергия, 1979.
5. Алиев Т. М., Тер-Хачатуров А.А. Измерительная техника: Учебное пособие для техн. вузов. -  М.: Высш. шк.,1991.