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. LAN
ŘÍDICÍ POČÍTAČ
MONITOR
TISKÁRNA
GENERÁTOR
ŘÍZENÝ ZDROJ A2B38EMB – P14
IEEE 488
PROMĚŘOVANÝ OBJEKT
ŘEPÍNAČ MĚŘICÍCH MÍST
MULTIMETR ČÍTAČ 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
A2B38EMB – P14
ŘÍDICÍ MODUL
INT. ŘÍDICÍ POČÍTAČ
3
c) distribuované systémy pro měření a řízení Sériové komunikační kanály (většinou sběrnice RS-485 či její modifikace) Průmysl - pro velké vzdálenosti senzor – počítač PRŮMYSLOVÁ VERZE PC
VME SYSTÉM
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) LAN
ŘÍDICÍ POČÍTAČ
MONITOR
TISKÁRNA
GENERÁTOR
ŘÍZENÝ ZDROJ
• • • •
• • • • •
IEEE 488
PROMĚŘOVANÝ OBJEKT
ŘEPÍNAČ MĚŘICÍCH MÍST
MULTIMETR 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$,N,EM) číslo použité desky rozhraní adresa F.J. (dekadická hodnota)
vysílaný řetězec
ukončovací znak řetězce délka řetězce
V podstatě totéž platí pro body 5. a 6.: RECEIVE(D,ADR2,MDATA$,N,EM) číslo použité desky rozhraní adresa F.J. (dekadická hodnota) A2B38EMB – P14
data přijatá z F.J.
ukončovací znak řetězce délka dat 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: INP
CONF VOLT AC 0.5,0.005
“CONFigure:VOLTage:AC 0.5,0.005“
IMP 50
COUP DC
“INP:IMP 50;COUP AC;FILT ON“ “INP:IMP 50“ “INP: COUP AC“ “INP: FILT ON“
Příkazy odděleny “:“ popř “;“ , parametry od příkazu mezerou, Více úrovní: “MEAS:VOLT:AC? “
A2B38EMB – P14
FILT ON
vícenásobné parametry “, “
“CONFigure:VOLTage:AC 0.5,0.005“ “INP:IMP 50; FILT ON“ “INIT:IMM“ “FETCh:VOLT:AC? “ 8
Zásuvné měřicí moduly do PC a notebooků ANALOGOVÉ VSTUPY
MUX
S/H
AČP
FIFO
ŘÍDICÍ REGISTR
f/T
ANALOGOVÉ VÝSTUPY
ČÍTAČ/ČASOVAČ ČAP
R O Z H R A N Í
S B Ě R N I C E
ČAP fO
ČÍSL. V/V
DIO
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 fVZ (AČP, sběrnice), - vícekanálová měření (n kanálů): fCH = fVZ/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; chyba převodu < 0,05 % z rozsahu, Označ. 30 31 32 34 35 36 37 A2B38EMB – P14
Popis mV-vstup -úzkopásmový V-vstup - úzkopásmový proudový vstup odpor. teploměr 100Ω Pt (2-, 3-vodič. připojení) odpor. teploměr 100Ω Pt (4-vodič. připojení) Potenciometrické snímače termočlanky
ochrana vstup. popř. výstup. svorek do 240 V; nelinearita < 0,02 % z rozsahu. Označ. 38 39 40
Popis tenzometry proudový výstup mV-vstup –širokopásmový
41
V-vstup – širokopásmový
45
Měř. frekvence
47
termočlánky s linearizací
10
SENZOR
ŘÍZENÝ OBJEKT
AKČNÍ ČLEN
STYKAČE SÍŤOVÉHO NAPÁJENÍ
ANALOGOVÉ VSTUPY
MULTIFUNKČNÍ
GALVANICKÉ ODDĚLENÍ
MĚŘICÍ MODUL
ANALOGOVÉ VÝSTUPY
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
