No Image

Что такое устройство сопряжения

0 просмотров
10 марта 2020

Устройство связи с объектом (УСО) — это устройство в АСУТП для объединения аналоговых и цифровых параметров реального технологического объекта. [1] Предназначено для ввода сигналов с объекта в автоматизированную систему и вывода сигналов на объект.

Основные функции УСО:

  • нормализация аналогового сигнала — приведение границ шкалы первичного непрерывного сигнала к одному из стандартных диапазонов входного сигнала аналого-цифрового преобразователя измерительного канала. Наиболее распространены диапазоны напряжений от 0 до 5 В, от −5 до 5 В, от 0 до 10 В и токовые: от 0 до 5 мА, от 0 до 20 мА, от 4 до 20 мА, от 1 до 5 мА;
  • предварительная низкочастотная фильтрация аналогового сигнала — ограничение полосы частот первичного непрерывного сигнала с целью снижения влияния на результат измерения помех различного происхождения. На промышленных объектах наиболее распространены помехи с частотой сети переменного тока, а также хаотические импульсные помехи, вызванные влиянием на технические средства измерительного канала переходных процессов и наводок при коммутации исполнительных механизмов повышенной мощности;
  • обеспечение гальванической изоляции между источниками сигнала и каналами системы.

Помимо этих функций, ряд устройств связи с объектом может выполнять более сложные функции за счет наличия в их составе подсистемы аналого-цифрового преобразования и дискретного ввода-вывода, микропроцессора и средств организации одного из интерфейсов последовательной передачи данных. Также в состав УСО могут входить АЦП, устройства дискретного ввода-вывода, микропроцессоры, интерфейсы передачи данных. [1]

Виды УСО по характеру обрабатываемого сигнала:

Типы УСО по направлению прохождения данных:

  • устройства ввода — получение сигналов датчиков;
  • устройства вывода — формирование сигналов для исполнительных механизмов;
  • двунаправленные устройства. [1]

Проектирование, реализация и обслуживание любой большой и сложной системы требуют ее разделения на управляемые подсистемы или модули. С каждым модулем связан стык, который определяет требования к различным входам и выходам со стороны внешнего окружения модуля.

Полная спецификация стыка включает перечень механических, электрических и эксплуатационных характеристик входов и выходов модуля. В идеале четко определенный стык позволяет осуществлять подключение к прибору, не интересуясь внутренними процессами, протекающими при его работе. Правильно установленный стык – это главнейшее условие для того, чтобы обеспечить совместимость старого и нового оборудования на сети. Необычайная сложность телефонной сети означает существование большого числа стыков. Из-за разнообразия областей применения и различного окружения иногда возникают ситуации, когда требуется специальное рассмотрение обоих концов в остальном стандартного стыка. Например, слишком длинные абонентские линии не могут быть заведены на стандартные устройства сопряжения (комплекты), потому что они требуют установки специальных усилителей на центральной станции.

Одним из главных источников, обусловливающих сложность и наличие большого числа различных видов устройств сопряжения на сети, можно считать различные процедуры сигнализации, которые используются на сети. Чаще всего именно несовместимость систем сигнализации вызывает необходимость введения промежуточных устройств сопряжения.

Одно из наиболее часто используемых устройств сопряжения осуществляет преобразование тастатурного набора номера в декадные импульсы постоянного тока, воспринимаемые устройствами декадно-шаговых станций. Преобразование тастатурного набора в декадный является достаточно общим требованием, которому должны удовлетворять стандартные модули с тем, чтобы обеспечить согласование стыков.

Читайте также:  Как записать голосовое сообщение на айфоне

Устройство сопряжения абонентского шлейфа (абонентский комплект). Самым распространенным видом устройства сопряжения на сети, иным, чем в случае соединений оконечных устройств, является абонентский комплект на центральной станции. Вследствие особенностей обычных оконечных устройств абонентов, с одной стороны, и свойств электромеханических коммутационных приборов, с другой стороны, это устройство сопряжения обладает рядом характеристик, которые оказываются особенно обременительными для электронных приборов коммутации. Основные функциональные требования, предъявляемые к этому устройству сопряжения на существующей аналоговой сети, сводятся к следующему.

Подключение источника постоянного тока к шлейфу (обычно напряжением 48 В) для обеспечения возможности сигнализации постоянным током и создания тока подмагничивания угольных микрофонов.

Защита от опасных напряжений.

Защита оборудования и обслуживающего персонала от поражения молнией, мощных наводок на линиях или коротких замыканий.

Посылка вызывных сигналов.

Подача сигнала частотой 20 Гц и амплитудой 86 В для запуска звонка в телефонном аппарате. Этот сигнал обычно подается периодически в течение 2с с интервалом в 4с.

Контроль и наблюдение.

Обнаружение сигнала вызова (снятия микротелефонной трубки с рычага) по протеканию тока в линии.

Возможность внешней проверки абонентского шлейфа или внутренней проверки коммутационной схемы.

Новые системы коммутации, которые работают в окружении оборудования различных типов с различными процедурами обслуживания, должны обеспечить выполнение всех перечисленных выше функций обычным образом. В результате этого стоимость станционных оконча­ний абонентских шлейфов может достигать 50 % общей стоимости цифровой системы коммутации. Разработчики электронной техники усиленно работают над тем, чтобы создать экономически оправданную реализацию этого устройства сопряжения. Проблема исключительно трудна для решения средствами полупроводниковой электрони­ки (как аналоговой, так и цифровой) из-за необходимости обеспечения высоких напряжений и больших токов.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Да какие ж вы математики, если запаролиться нормально не можете. 8558 — | 7410 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Микропроцессор (ЭВМ) обрабатывает только информацию, выраженную в цифровой форме. Исполнительные устройства в своем подавляющем большинстве работают с аналоговыми сигналами. Для использования микропроцессора в качестве контролирующего и управляющего устройства необходимы дополнительные внешние устройства – устройства сопряжения. Такими устройствами являются аналогово-цифровой и цифро-аналоговый преобразователи (АЦП и ЦАП соответственно). Простейшая схема управления с помощью микропроцессора с использованием устройств сопряжения показана на рис.103.

Рис.103. Функциональная схема управления с применением микропроцессора

Программное устройство задает команды микропроцессору в соответствии с функциональными задачами исполнительного устройства. Контроль за режимами его работы и состоянием условий работы осуществляется с помощью датчиков, которые преобразуют различные физические параметры в электрический сигнал. Микроконтроллер по программе выдает цифровой сигнал на ЦАП, который преобразует его в аналоговый сигнал. Этот сигнал усиливается и преобразуется преобразователем: в постоянный ток или напряжение, в переменное гармоническое напряжение или ток, в напряжение или ток переменной частоты и пр. Преобразованный сигнал поступает на исполнительное устройство (электрический двигатель, нагреватель и т.п.). Датчики выдают сигналы, соответствующие текущему режиму и условиям работы исполнительного устройства. Чтобы привести сигналы различных датчиков к уровню обработки, используют масштабирующее устройство. Датчиков может быть несколько штук, а канал приема информации микропроцессором один. Поэтому с датчиков сигналы поступают на мультиплексор – устройство, подключающее последовательно выход каждого датчика к АЦП. Аналогово-цифровой преобразователь переводит аналоговый сигнал в цифровую форму. Он обрабатывается МП по соответствующей программе, в результате чего АЛУ микропроцессора вырабатывает команду. Если режимы работы исполнительного устройства не соответствуют заданным, то с микропроцессора выдается сигнал корректировки. Если режимы соответствуют заданию, микропроцессор сохраняет на входе ЦАП текущий сигнал.

Читайте также:  20 Кубов песка фото

Цифро-аналоговый преобразователь представляет собой устройство для создания аналогового выходного значения напряжения или тока, соответствующего числовому эквиваленту двоичного цифрового кода на его входе. Зависимость выходного параметра ЦАП от кодового эквивалента входного сигнала называют характеристикой преобразования. Пример такой зависимости приведен в таблице 7.

Табл.7. Таблица соответствия выходного напряжения ЦАП цифровому коду на входе

Код
UВЫХ, мВ

Так как цифровой код может изменяться на единицу младшего разряда, то и выходной сигнал изменяется ступенчато на минимальную величину , где N — число цифровых кодов преобразования, UОПопорное напряжение высокой стабильности. Оно устанавливает максимальный диапазон изменения выходного аналогового напряжения. N определяется разрядностью ЦАП — n. Десятиразрядный ЦАП имеет N = 2 10 = 1024, включая 0. При UОП = 10.24 В DU = 10 мВ. Если разрядность ЦАП увеличить до 14, то DU уменьшится до 0.625 мВ. При этом стабильность опорного напряжения должна быть не хуже ±DU.

Функциональная схема ЦАП показана на рис.104. Основными блоками ЦАП являются резистивная матрица R-2R и операционный усилитель.

Рис.104. Функциональная схема цифро-аналогового преобразователя

Резистивная матрица R-2R представляет собой делитель напряжения с коэффициентом деления 2 n , рис.3, или разветвитель тока, рис.105.

Каждый каскад пары резисторов начиная с последовательно соединенных R8-R9 является делителем на 2. Резисторы R8 и R9 в сумме составляют величину 2R. Их общее сопротивление с параллельным резистором R10 равно R. Поэтому напряжение, поступающее на R7, на параллельно соединенных R8-R9-2R10. Подобно этому на каждом выводе от R1-R8 поступающее на них напряжение делится на 2. Очевидно, что сопротивление каждого каскада одинаково и равно R, так как любое последовательно-параллельное сложение резисторов дает результат R.

Поэтому на выводе R1 опорное напряжение делится на 2, на выводе R2 – на 4 и т.д.

Читайте также:  Iphone se версия bluetooth

Резистивная матрица R-2R может служить разветвителем тока, рис.106. Общий ток от источника опорного напряжения равен UОП/R. Каждое последующее разветвление делит подходящий к узлу ток на 2.

Очевидно, что в сумме все эти токи будут равны I.

Рис.106. Разветвитель тока на резистивной матрице R-2R

Подобный разветвитель установлен в ЦАП, рис.104. Ключи К0-К7 служат для переключения направления тока. Для приведенного примера ключи К1, К2, К5 и К6 направляют токи соответствующих ветвей в общую шину и они не поступают на вход операционного усилителя. Ключи К0, К3, К4 и К7 подключают соотвествующие ветви к инвертирующему входу операционного усилителя, который имеет потенциал 0 (неинвертирующий вход заземлен) и представляет собой виртуальное заземление. Эти токи суммируются операционным усилителем на сопротивлении обратной связи R. В результате на выходе операционного усилителя устанавливается напряжение

Разрядность ЦАП по резистивной матрице в приведенном примере равна 8. Т.е. такой ЦАП оперирует максимальным двоичным кодом 11111111. Это соответствует 256 битам, включая 0. Числу 153, стоящему в знаменателе, соответствует двоичный код 10011001. Аналогично, коду 111000 соответствует напряжение на выходе

.

В качестве ключей используются МДП-транзисторные комплементарные ключи, имеющие малое сопротивление канала в открытом состоянии.

Рис.107. Схема 10-разрядного ЦАП на основе микросхемы К572ПА1; D0-D9 – информационные цифровые входы

Отечественной промышленностью выпускаются ЦАП интегрального исполнения К572ПА1, схема которого в сочетании с операционным усилителем показана на рис.107. При опорном напряжении 10.24 В элементарная ступень равна DU=10 мВ.

Фрагмент характеристики преобразования ЦАП показан на рис.108

Рис.108. Фрагмент характеристики преобразования ЦАП

Очевидно, что для уменьшения DU необходимо применять многоразрядные ЦАП.

Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) представляет собой устройство для сопоставления цифрового двоичного кода уровню аналогового сигнала на его входе. Различают АЦП последовательного и параллельного действия. Пример АЦП последовательного действия показан на рис.109.

Рис.109. Функциональная схема АЦП

Положительное входное напряжение UВХ поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя DA1, выполняющего роль компаратора напряжения. Командой пуск запускается двоичный счетчик СТ2, на который подается тактирующий сигнал с частотой fT. На выходе счетчика вырабатывается цифровой код, по которому на выходе ЦАП (D/A) формируется аналоговое напряжение. Оно сравнивается с входным напряжением на компараторе. Когда напряжение на выходе ЦАП сравняется или превысит напряжение входа, компаратор перебрасывается в противоположное состояние и на его выходе вырабатывается импульс, дающий команду о конце преобразования. При этом на выходе счетчика устанавливается код, соответствующий аналоговому входному напряжению.

На рис.110 показаны временные диаграммы преобразования.

Рис.110. Временные диаграммы работы АЦП

На данном примере показано, что по достижении на выходе ЦАП напряжения входа вырабатывается импульс конца преобразования и на выходе счетчика отображается код 0111.

Дата добавления: 2015-05-06 ; Просмотров: 1628 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Компьютеры
0 комментариев
No Image Компьютеры
0 комментариев
No Image Компьютеры
0 комментариев
Adblock detector