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 488.2 (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
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
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
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
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 - 500 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
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 = 11111 - odadresování), ATN = T, - vícevodičové příkazy 00 + 5 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
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 1. 3. 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
IEEE 488.2 (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 488.2 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
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
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
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
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