10. Апаратне, програмне та метрологічне забезпечення автоматизованих систем контролю
10.1. Апаратне забезпечення
Апаратним забезпеченням АСК прийнято вважати комплекс апаратурних, функціонально і конструктивно завершених модулів, із яких проектують АСК. Найуспішнішим способом проектування АСК є метод агрегатування на основі уніфікованих приладів 16. Агрегатування в техніці (від aggregatus – зібрання) – це метод компонування машин із взаємозамінюваних уніфікованих агрегатів. Стосовно АСК, цей метод можна застосувати тільки на певному, достатньо високому рівні розвитку теорії і практики побудови систем автоматизованого контролю. Основною вимогою цього методу є сумісність складових частин контрольної апаратури в межах широкого класу завдань і типів АСК. Стосовно окремих пристроїв АСК ця вимога означає уніфікацію їх приєднальних характеристик, тобто вхідних, вихідних та керувальних сигналів, габаритних і приєднальних розмірів, конструктивного оформлення тощо. Що стосується структури АСК у цілому – то тут мається на увазі ідентична організація обміну інформацією між пристроями в різних АСК, яка забезпечує простоту розширення (скорочення) їхнього складу без суттєвої надлишковості в будь-якому варіанті виконання АСК [8].
Вимогам агрегатування найповніше відповідає модульно-інтегральна архітектура АСК [26], у якій сумісність модулів різних АСК за електричними характеристиками забезпечують уніфікацією внутрішнього потоку інформації АСК, а саме: уніфікацією розрядності посилок інформації, яку сприймають або видають модулі АСК, жорстким положенням у часі інформаційних і контрольних розрядів посилок інформації, сигналів обнулення, запиту, відповіді, переривання тощо. Іншими словами – прийняттям відповідних протоколів інформаційного обміну між модулями АСК.
Останніми роками, у зв’язку з надзвичайним поширенням у багатьох галузях техніки агрегатованих систем управління та контролю, на світовому ринку з’явився ряд функціонально повних комплектів уніфікованих апаратних модулів, на основі яких легко створюються високоефективні АСК із заданими характеристиками. Такими є комплекти модулів фірми “Advantech” (Тайвань), “Octagon systems” (США), “РЕР” (Німеччина), “Fastwel” (Росія) та ін. Усі ці фірми мають розгалужену світову систему представництв і широке застосування своєї продукції в різних галузях техніки. Наприклад, комп’ютерні модулі фірми “Octagon systems” [24], які відповідають жорстким вимогам стандартів для бортових систем, знайшли застосування в сучасних авіалайнерах типу “Боінг-777”, а також на космічних кораблях США Space Shuttle. Розглянемо типи основних модулів цієї фірми, які отримали назву MicroPC завдяки тому, що функції і архітектура персонального комп’ютера ІВМ РС відтворені фірмою на основі плат малого формату, які працюють в умовах розширеного діапазону температур (від -40 до +85) ºС та жорстких механічних впливів. Це такі типи модулів:
1. Модулі центрального процесора.
2. Мікроконтролери (для управління дисплеями, моніторами, клавіатурою тощо.).
3. Периферійні модулі (модулі аналогового і цифрового вводу-виводу, модулі релейної комутації, модулі вводу-виводу з гальванічною розв’язкою, інтерфейсні модулі і т.д.).
4. Блоки живлення.
5. Монтажні каркаси, у яких розміщують функціональні модулі.
6. Кабелі, клемні колодки тощо.
На рис. 10.1 представлено структурну схему АСК, реалізованої на основі уніфікованих модулів (у дужках – тип модуля за каталогом фірми).
Усі модулі, у тому числі і блок живлення, розміщені в уніфікованому монтажному каркасі, який об’єднує їх конструктивно та інформативно – за допомогою стандартної магістралі (ISA, PCI). Застосування стандартної магістралі має дуже важливе значення, оскільки завдяки цьому з’явилась можливість автономного відпрацювання периферійних модулів АСК на звичайному персональному комп’ютері. Після налагодження у складі комп’ютера модуль переносять до монтажного каркаса АСК разом із налагодженими робочими програмами, які переписують із пам’яті комп’ютера в пам’ять АСК.
Рис. 10.1. Структурна схема АСК на основі уніфікованих модулів
Модуль центрального процесора має у своєму складі процесор на рівні Pentium, забезпечує функціонування операційних систем типу DOS, Windows, має кілька послідовних і паралельних портів, контролер клавіатури, потужну оперативну пам’ять, програмні засоби для власного самоконтролю та ін.
Для підключення накопичувача інформації на гнучких або жорстких магнітних дисках застосовують модуль контролера НГМД/НЖМД, який має у своєму складі дисковод НГМД.
Модуль відеоадаптера може підтримувати монітори на електроннопроменевих трубках або пласкі монітори різних типів.
Модуль АЦП забезпечує перетворення з високою точністю напруг постійного струму в діапазоні від 0 до 10 В. Має окремий вихід для керування модулями комутаторів з метою розширення кількості сигналів для потужних АСК.
Для реалізації частотно-часових перетворювачів сигналів до складу АСК введений модуль лічильників/таймерів. Модуль призначений для обліку подій, вимірювання частот, формування синхроімпульсів, послідовності сигналів з широтно-імпульсною модуляцією тощо. Кількість каналів, які підключаються до цього модуля, розширена за допомогою модуля комутатора.
Перспективним напрямом в апаратному забезпеченні АСК є перехід на нові, досконаліші модульні системи, які створюються на основі відкритих міжнародних стандартів, таких як VXI, LXI та інші [13].