Понятие интерфейсов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция: «Понятие интерфейсов»

1. Организация обмена информацией в ИИС

Элементами типовой структуры распределенных ИИС являются:

? Станции - функционально и конструктивно законченные, автономные составные части распределенной системы, подключенные к локальной сети;

? Периферийное оборудование - средства получения информации (датчики, преобразователи), исполнительные устройства, усилители, электрокоммутирующая аппаратура и т.п.

Важнейшую роль играет способность составных частей взаимодействовать друг с другом; с этой целью они, в первую очередь, должны обмениваться информацией между собой.

Взаимодействие (обмен данными) между элементами происходит через разделяющую их границу. Эти границы часто обозначают термином интерфейс.

Интерфейс - граница, через которую осуществляется взаимодействие между элементами (составными частями) ИИС.

Типовая техническая структура распределенной ИИС

В более узком смысле интерфейс определяют как правила информационного обмена между составными частями через разделяющую их границу.

В типовой распределенной ИИС. Можно выделить такие границы (интерфейсы):

А - интерфейс ИИС с технологическим оборудованием (технологический интерфейс);

В - интерфейс ИИС с другими системами (смежными ИИС и/или с системами вышестоящего уровня);

С - интерфейс станций локального и координирующего уровня с локальной сетью передачи данных (сетевой интерфейс);

D - интерфейс локальных технологических станций с периферийным оборудованием (интерфейс ввода/вывода);

Е - интерфейс станций локального и координирующего уровня с оперативным персоналом (операторами-технологами О, диспетчерами Д, эксплуатационным персоналом Э), (операторский интерфейс, иногда его называют интерфейсом "человек-машина").

Интерфейсы А, В определяют границы системы (распределенной ИИС) с ее окружением, интерфейсы С, D, Е - границы между составными частями системы.

Основными общесистемными требованиями к ИИС являются способность к развитию и "открытость". Способность к развитию - это возможность наращивания комплекса новыми модулями или замены одних модулей на другие для расширения функций ИИС или их изменения. "Открытость" - свободное взаимодействие ИИС с другими системами аналогичного назначения, выход в сеть или некую иерархическую систему, что расширяет сферу приложения ИИС.

Магистрально-модульное построение ИИС (Магистраль - шина, модуль - узлы системы) в наилучшей степени отвечает эти двум требованиям.

Большие возможности мощных ЭВМ и сравнительно низкие потребности первых этапов автоматизации измерений и управления привели к идее одновременного использования одной ЭВМ для разных целей, решения разных задач. Подобные централизованные системы нашли широкое применение в ИИС.

С появлением микропроцессорной техники акценты сместились в пользу так называемого распределенного управления, характеризующегося выполнением функции обработки данных и управления непосредственно в местах получения информации. Появились ИИС с распределенными вычислительными и управляющими ресурсами, а также многоуровневые ИИС.

На каждом уровне иерархии ИВК и для пространственно распределенных частей ИИС используются самостоятельные вычислительные и управляющие средства (МикроЭВМ, контроллеры, микропроцессоры).

Встраивание автономных СИ В ИИС повышает измерительный потенциал в направлении расширения его функциональных возможностей. СИ могут объединяться на приборном интерфейсе даже если они конструктивно несовместимы.

Распределенные системы имеют следующие преимущества:

* ниже стоимость аппаратных и программных средств, ремонта и обслуживания;

* выше помехоустойчивость;

* выше гибкость;

* выше устойчивость функционирования.

Распределенное управление можно продемонстрировать следующей схемой.

2. Компьютерно-измерительные системы (КИС)

Первый шаг к комплексированию СИ МикроЭВМ был сделан в 80-х годах. Разработка ряда сменных плат, встраиваемых в МикроЭВМ, наделила последние функциями вольтметра, частотомера, генератора тестовых сигналов, осциллографа и других измерительных приборов, поставила на службу измерений мощные ресурсы вычислительной техники при минимальных аппаратурных затратах.

КИС объединяет измерительные, вычислительные и управляющие средства на собственной шине микроЭВМ. Универсальная КИС, рассчитанная на решение широкого круга задач, далеко не всегда оказывается оптимальной для конкретной группы задач. Был разработан широкий спектр одноплатных измерительных устройств, каждое из которых совместно с МикроЭВМ образует проблемно-ориентированную КИС.

3. Примеры промышленных КИС

Система MIDAX (США) - семейство КИС, предназначенных для сбора аналоговых и дискретных данных, управления технологическими процессами и регистрации производственной информации. Базовый комплект системы содержит стандартный набор модулей КИС: АЦП, МикроЭВМ, ЦАП, перепрограммируемое ПЗУ, контроллер прерываний, устройство связи с пользователем, и ряд других модулей, охватывающих широкие возможности по сбору (64 аналоговых входа), обработке данных и управлению (до 44 каналов). Система открыта для наращивания ее дополнительными аппаратными и программными средствами, имеет выходы на центральную ЭВМ и стандартизованную шину.

Система МикроДАТ - унифицированный ряд микропроцессорных программируемых контроллеров диспетчеризации, автоматики и телемеханики, предназначенных для работы как в локальных АСУ ТП, так и в АСУ ТП с иерархической структурой.

Системными концепциями МикроДАТ являются: магистрально-модульный принцип построения аппаратных и программных средств распределенный характер системы сбора, обработки данных и управления, схемная и конструктивная унификация, стандартизация интерфейсов и протоколов обмена. Особенностью МикроДАТ является децентрализация управления и применение интерфейса, который обеспечивает взаимодействие децентрализованных локальных подсистем, функционирующих автономно и в реальном масштабе времени.

4. Измерительные преобразователи физических величин (сенсоры)

В 1978 г. фирма INTEL разработала устройство 8022, представляющее собой совмещение МикроЭВМ и АЦП в одном кристалле. Затем наряду с подобными устройствами, демонстрирующими возможности интегральной технологии, промышленность начала выпускать интегральные измерительные преобразователи, т.е. ИП совмещенные со средствами вторичной обработки в одной интегральной микросхеме. В литературе встречается название таких сенсоров: "SMART"-разумные, "INTELLIGENT" -разумный, смышленый. интерфейсовый преобразователь компьютерный

Первым шагом в этом направлении явились сравнительно простые электронные схемы, совмещенные с чувствительными элементами, которые производили усиление, линеаризацию, температурную компенсацию, преобразование аналогового сигнала в частоту колебаний.

Совмещение ИП с микропроцессорами явилось естественным результатом дальнейшего развития техники интегральных измерительных преобразователей. Повысилась их точность, помехоустойчивость, появилась возможность обмена информацией между измерительными преобразователями и цифровой системой управления.

В качестве примера SMART сенсора рассмотрим измеритель температуры и относительной влажности SHT1x/SHT7x фирмы Sensirion, имеющий цифровой выход, не требующий использования дополнительных компонентов. По данным измерений можно рассчитать точку росы. Обмен данными с микропроцессорной системой обеспечивается по двухпроводному интерфейсу.

К недостаткам микропроцессорных сенсоров можно отнести их меньшую надежность по сравнению с аналоговыми сенсорами. Если аналоговый сенсор восстанавливается после превышения установленных норм его работы, то микропроцессорные сенсоры значительно чаще выходят из строя. Кроме того, помехи сбивают работу микропроцессоров, в то время как аналоговый сенсор под воздействием помех сохраняет работоспособность с возможным некоторым ухудшением характеристик.

Размещено на Allbest.ru