MĚŘICÍ SYSTÉMY A2B38EMB P14 1

Transkript

1 MĚŘICÍ SYSTÉMY Přehled - základní principy, použití, uživatelské vlastnosti Měřicí systém GP-IB (IEEE 488, IEC625 a další) - popis, princip komunikace, přenos zpráv a vícevodičových příkazů, princip přerušovacího systému a jeho význam, norma IEEE (co definuje navíc), standardní systém příkazů SCPI Měřicí systémy na bázi zásuvných měřicích karet do PC, multifunkční karta (blok. schéma, uživatelské vlastnosti) Možnosti programování A2B38EMB P14 1

2 Možnosti připojení číslicových přístrojů k počítači a) sériové rozhraní RS-232 Výhoda: - standardní rozhraní počítače (COM1, COM2), levné. Nevýhody: - propojení bod bod tj. 1 přístroj k jednomu rozhraní (standardně), - relativně nízká přenosová rychlost (115,2 Kb/s). b) USB 1.x Výhody: - standardní rozhraní nových počítačů, - vyšší přenosová rychlost než RS-232 (6 Mb/s). Nevýhody: - 1 přístroj k jednomu rozhraní, pro více nutný rozbočovač (stromová struktura), - pouze nově vyvinuté přístroje. c) přístrojové rozhraní GP-IB (IEEE 488, IEC-625) podrobněji viz dále Výhody: - lze připojit až 14 přístrojů, - vyšší přenosová rychlost než RS-232 (1 MB/s), - standardní pro většinu čísl. přístrojů střední a vyšší třídy. Nevýhoda: - rozhraní GP-IB nepatří ke standardní výbavě počítače. ŘÍDICÍ POČÍTAČ LAN IEEE 488 MONITOR TISKÁRNA ŘÍZENÝ ZDROJ GENERÁTOR PROMĚ- ŘOVANÝ OBJEKT ŘEPÍNAČ MĚŘICÍCH MÍST MULTI- METR ČÍTAČ A2B38EMB P14 2

3 Možnosti připojení analogových signálů k počítači Centralizované systémy (pro malé vzdálenosti senzor počítač) a) zásuvné měřicí desky do PC podrobněji viz dále Výhoda: - levné řešení. Nevýhody: - nejsou standardizovány podmínky EMC uvnitř PC nelze zaručit přesnost měření, - galvanické spojení vstupů se zemí PC, - sběrnice PCI malý počet volných slotů. ANALOGOVÉ VSTUPY/VÝSTUPY b) Modulární systémy (VME VXI, prům. verze PCI PXI) Výhody: - vyšší odolnost proto rušení, u VXI standardizovány podmínky EMC uvnitř syst., - vyšší počet volných slotů. - standardní pro většinu čísl. přístrojů střední a vyšší třídy. Nevýhoda: - vysoká cena EXT. ŘÍDICÍ POČÍTAČ ŘÍDICÍ MODUL INT. ŘÍDICÍ POČÍTAČ A2B38EMB P14 3

4 c) distribuované systémy pro měření a řízení Sériové komunikační kanály (většinou sběrnice RS-485 či její modifikace) Průmysl - pro velké vzdálenosti senzor počítač VME SYSTÉM PRŮMYSLOVÁ VERZE PC PRACOVNÍ STANICE LAN FIELDBUS (např. PROFIBUS) FIELDBUS (např. CAN) AČP DIO ČAP REGULÁTOR KLÁVESNICE +DISPLAY PROGRAMOVATELNÝ AUTOMAT Motorová vozidla pro zjednodušení kabeláže (CAN více okruhů Š Fabia 2 až 3) A2B38EMB P14 4

5 Měřicí systém GP-IB (IEEE 488, IEC625 a další) ŘÍDICÍ POČÍTAČ LAN IEEE 488 MONITOR TISKÁRNA ŘÍZENÝ ZDROJ GENERÁTOR PROMĚ- ŘOVANÝ OBJEKT ŘEPÍNAČ MĚŘICÍCH MÍST MULTI- METR ČÍTAČ maximální počet funkčních jednotek zapojených v systému: 15 (počítač + 14 přístrojů); celková maximální délka sběrnice: 20 m; maximální vzdálenost mezi dvěma funkčními jednotkami: 2 m; počet vodičů sběrnice: 24-8 datových data, adresy, vícevodičové příkazy; - 3 pro řízení přenosu dat; - 5 pro vysílání jednovodičových zpráv; - 8 zemních vodičů); maximální přenosová rychlost: 1 MB/s (typicky nižší až 700 kb/s); elektrické úrovně signálu: TTL; L (< 0,8 V); H (> 2,0 V); logické úrovně signálu inversní logika: TRUE ~ L; FALSE ~ H, standardizované zapojení konektoru (2 verze), funkce: řidič (controller), mluvčí (talker), posluchač (listener) A2B38EMB P14 5

6 Řízení přenosu dat: Asynchronní přenos - DAV data valid (mluvčí talker) - NRFD not ready for data (posluchač listener) - NDAC not data accepted (posluchač listener) Jednovodičové zprávy: - IFC (interface clear) nastavuje rozhraní do počátečního stavu, - REN (remote enable) přepnutí zařízení do dálkového ovládání - ATN (attention) definuje význam dat (F data, T adresy + vícevodičové zprávy), - SRQ (service request) žádost o obsluhu, - EOI (end or identify) Přenášená data: - adresy 2 bity identifikační + 5 bitů adresa (01xxxxx přij.; 10xxxxx vys.; xxxxx = odadresování), ATN = T, - vícevodičové příkazy bitů příkaz (GET, GTL, DCL apod.), ATN = T, - přístrojové zprávy (data), ATN = F, a) řetězce ASCII znaků + ukonč. znaky, b) bloky binárních dat (EOI). A2B38EMB P14 6

7 Základní algoritmus: 1. Funkční jednotky do dálkového řízení 2. Adresace příslušní F.J. na příjem 3. Vyslání řídicího řetězce - starší typ multimetru HP 3455A - "F1R3M3" funkce - ss napětí rozsah 10 V matematika vypnuta - novější typy multimetru (SCPI) - "VOLT:DC:RANG 10;CALC:STAT OFF" napětí stejnosměrné rozsah 10 V matematika vypnuta 4. Spuštění odměru (GET, nebo vysl. řídicího řetězce, např. E nebo FETCh:VOLT:DC 5. Adresace příslušní F.J. na vysílání 6. Vyslání naměřených hodnot, např. řetězce V ±X.XXXXXE±YY popř. bloku binárních dat. Body popř. 4. realizuje obvykle jedna funkce ovladače rozhraní ve vyšším jazyce, např. pro velmi rozšířenou desky rozhraní firmy National Instruments lze naadresovat funkční jednotku jako "posluchače" a vyslat pro ni data (zprávu) příkazem: SEND(D,ADR1,A$,N,EM) číslo použité desky rozhraní ukončovací znak řetězce adresa F.J. (dekadická hodnota) vysílaný řetězec délka řetězce V podstatě totéž platí pro body 5. a 6.: RECEIVE(D,ADR2,MDATA$,N,EM) číslo použité desky rozhraní ukončovací znak řetězce adresa F.J. (dekadická hodnota) data přijatá z F.J. délka dat A2B38EMB P14 7

8 IEEE (IEC 625-2) - možné sestavy funkcí rozhraní zařízení dle IEEE 488.1; - formát dat a syntaxi zpráv; - rozšířený stavový model zařízení; - soubor obecných příkazů a dotazů; - protokoly přístrojových zpráv. SCPI Standard Commands for Programable Instruments Sdružení 9 nejvýznamnějších výrobců měřicích přístrojů; Univerzální jazyk - nezáleží na typu a výrobci není vázán na sběrnici GP-IB Z IEEE obecné příkazy a dotazy, další rozšíření systému stavových registrů Stromová struktura příkazů, vycházející z anglické terminologie (celé nebo zkrácené), Nastavení voltmetru: Nastavení vstupu osciloskopu: CONF INP VOLT AC 0.5,0.005 CONFigure:VOLTage:AC 0.5,0.005 IMP 50 COUP DC FILT ON INP:IMP 50;COUP AC;FILT ON INP:IMP 50 INP: COUP AC INP: FILT ON Příkazy odděleny : popř ;, parametry od příkazu mezerou, vícenásobné parametry, Více úrovní: MEAS:VOLT:AC? CONFigure:VOLTage:AC 0.5,0.005 INP:IMP 50; FILT ON INIT:IMM FETCh:VOLT:AC? A2B38EMB P14 8

9 Zásuvné měřicí moduly do PC a notebooků ANALO- GOVÉ VSTUPY MUX S / H AČP FIFO f / T ANALO- GOVÉ VÝSTUPY ŘÍDICÍ REGISTR ČÍTAČ/ČASOVAČ ČAP ČAP R O Z H R A N Í S B Ě R N I C E ČÍSL. V / V DIO f O Multifunkční modul: Analog. vstupy (8-32), analog. výstupy (1 4), čísl. vst./výst (4-16 bitů) Omezení: - galvanické spojení se zemí PC, - zákl. rozsah obvykle ± 5V, rozsahy < 1 V - značné rušení, - omezení vzork. rychlosti f VZ (AČP, sběrnice), - vícekanálová měření (n kanálů): f CH = f VZ /n; časový posuv A2B38EMB P14 9

10 Jednoúčelové zásuvné moduly pro měření a řízení Moduly pro vysoké vzorkovací rychlosti (tzv. osciloskopické karty) až 2 GSa/s, vlastní paměť dat (desítky MSa); do paměti počítače se data přenášejí až po ukončení vlastního měření. Moduly s více analogovými výstupy Moduly s galvanicky oddělenými čísl. V/V Moduly čítačů a časovačů Moduly s analogovými filtry Moduly pro měření polohy a řízení posuvů Moduly pro speciální senzory Standardizované moduly pro předzpracování signálu 5Bxx (popř. MBxx, DT5xx apod., xx určuje druh modulu, předchozí kombinace výrobce) moduly o rozměrech ~ 50 x 50 x 15 mm mají standardizovaný konektor vč. rozložení vývodů Základní standardní parametry: galv. oddělení pro napětí do 1500 V; ochrana vstup. popř. výstup. svorek do 240 V; chyba převodu < 0,05 % z rozsahu, nelinearita < 0,02 % z rozsahu. Označ. Popis Označ. Popis 30 mv-vstup -úzkopásmový 38 tenzometry 31 V-vstup - úzkopásmový 39 proudový výstup 32 proudový vstup 40 mv-vstup širokopásmový 34 odpor. teploměr 100Ω Pt (2-, 3-vodič. připojení) 41 V-vstup širokopásmový 35 odpor. teploměr 100Ω Pt (4-vodič. připojení) 45 Měř. frekvence 36 Potenciometrické snímače 47 termočlánky s linearizací 37 termočlanky A2B38EMB P14 10

11 SENZOR ANALOGOVÉ VSTUPY ŘÍZENÝ OBJEKT GALVANICKÉ ODDĚLENÍ MULTI- FUNKČNÍ MĚŘICÍ AKČNÍ ČLEN ANALOGOVÉ VÝSTUPY MODUL STYKAČE SÍŤOVÉHO NAPÁJENÍ GALVANICKÉ ODDĚLENÍ ČÍSL. V/V DIO PRŮMYSLOVÁ VERZE PC 3x380/220 V A2B38EMB P14 11

12 Programování měřicích systémů 1. Na úrovni vyšších programovacích jazyků s využitím ovladačů dodávaných výrobcem (obvykle v C, C++). Výhody: program na míru, optimalizace paměti i rychlosti běhu. Nevýhody: nutná znalost programování, velká pracnost. 2. S využitím grafických vývojových prostředí Výhody: postačuje znalost algoritmizace, značně menší pracnost (jednotlivé podprogramy ve formě ikon, stačí propojit dle toku dat a řídicích signálů) Nevýhody: větší nároky na paměť, obvykle nižší rychlost, omezený okruh ovladačů. 3. Kombinace obou možností sdružuje výhody a potlačuje nevýhody obou výše uvedených možností. A2B38EMB P14 12