Інформаційно-вимірювальна система

Информационно-измерительная система относится к измерительной технике. Цель изобретения - расширение области применения за счет повышения помехоустойчивости и точности измерений Для этого информационно-измерительная система содержит генератор импульсов, счетчик, дешифратор, делитель частоты, преобразователь напряжения, блок гальванической развязки, блок питания, пять аналого-цифровых преобразователей, два нормирующих усилителя, таймер, четыре регистра, электронно-вычислительную машину, элемент И, формирователь импульса и пять усилителей с гальваническим разделением 8,ил. системы в режиме осциллографирования, на фиг. 5 и 6, таблицей статических параметров, поясняющей работу системы в режиме стзтобработки, на фиг. 7; гистограммами, поясняющими работу в режиме і истограмм на фиг 8 Информационно-измерительная система содержит электронно-вычислительную машину 1, информационный выход которой подключен к первому информационному входу таймера 2 выполненного на элементе КР580ВИ53, и информационному входу дешифратора 3 Управляющий выход электронной вычислительной машины 1 соединен с первым управляющим входом таймера 2 и управляющим входом дешифратора 3 Первый выход дешифратора 3 соединен с вторым управляющим входом таймера 2, синхронизирующий вход которого подключен к выходу счегчика 4 и входу делителя 1807497 5 частоты. Выход делителч 5 частоты соединен с входом преобразователя 6 напряжения, выход которого через блок 7 гальванической развязки подключен к входу блока В питания. Дели гель частоты 5, преоб- 5 рззователь 6 напряжения, блок 7 гальванической развязки и блок 8 питания представляют собой вторичный источник питания (см. "Микропроцессорные средства и системы", №4, 1937, М., стр. 71, рис. 3). 'О Выход генератора 9 импульсов соединен со счетным входом счетчика 4. Информационные выходы первого и второго аналого-цифровых преобразователей 10 и 11 подключены, соответственно, к информа- 15 ционным входам первого и второго регистров 12 и 13. Входы первого и второго нормирующих усилителей 14 и 15 являются, соответственно, первыми и вторыми входами системы. Информационные входы усили- 20 телей 16-20 с гальваническим разделением подключены, соответственно, к выводам первого-пятого нормирующих усилителей 14, 15, 21-23, а информационные выходык сигнальным входам, соответственно, пер- 25 вого-пятого аналого-цифровых преобразователей 10, 11, 24-26. Нормирующие усилители 14, 15 и 21-23 выполнены по схеме дифференциальных усилителей (см. В.С.Гутников "Интегральная электроника в 30 измерительных устройствах", Ленинград, "Энергоатомиздаг", 1988, стр. 29, рис. 1.10а). Аналого-цифровые преобразователи 10, 11 и 24-26 выполнены на элементах К1113ПВ1А. Входы синхронизации аналого- 35 цифровых преобразователей 10, 11, 24-2G подключены к выходу таймера 2, а выходы готовности - к первому-пятому сходам, соответственно, элемента И. Информационный выход третьего аналого-цифрового 40 преобразователя 24 подключен к первому информационному входу третьего регистра 28, второй информационный вход которою соединен с информационным выходом четвертого аналого-цифрового преобразоаате- 45 ля 25 и первым информационным входом четвертого регистра 29. Второй информационный вход четвертого реї истра 29 подключен ск информационному выходу пятого аналого-цифрового преобразователя 20, а 50 третий информационный вход - к выходу элемента И 27 и входу формирователя 30 импульса, выход которого подключен к управляющим входам первого-четвертого регистров 12, 13, 28, 29, Формирователь 30 55 импульсов выполнен из элементе К155АГ1. Регистры 12, 13, 28, 29 выполнены на элементах К589ИР12. Вход считывания первого и второго регистров 12 и 13 подключен к входу установки четвертого регистра 29 и соединен с вторым выходом дешифратора 3, третий выход которого подключен к входам считывания третьего и четвертого регистров 28 и 29 Информационные выходы третьего и четвертого регистров 28 и 29 соединены, соответственно, с информационными выходами первого и второго регистров 12 и 13 и подключены к второму информационному входу таймера 2 и информационному входу электронной вычислительной машины 1 Входы третьего-пятого нормирующих усилителей 21-23 являются, соответственно, третьимипятыми входами системы. Схема алгоритма работы системы представлена на фиг, 2. Цифрами обозначены следующие блоки: 31 - начало работы информационно-измерительной системы; 32 - вывод на экран видеомонитора электронно-вычислительной машины 1 списка параметров эксперимента; 33 - ввод оператором с помощью клавиатуры электронно-вычислительной машины 1 списка параметров эксперимента; 34 - накопление данных эксперимента в оперативном запоминающем устройстве электронно-вычислительной машины 1; 3 5 вывод на экран видеомонитора ЭВМ 1 списка режимов работы информационно-измерительной системы; 36 - выбор оператором режима работы информационно-измерительной системы; 37 - ввод оператором режима осциллографировамия; 38 - ввод оператором режима статобработки базового процесса, 39 - ввод оператором режима статобработки импульсного процесса; 40 ввод оператором режима гистограмм базового процесса; 41 - ввод оператором режима іистограмм импульсного процесса; 42 ввод оператором режима "конец работы"; 43 - обработка данных эксперимента - преобразование кодов, масштабирование, вывод на экран видеомонитора ЭВМ 1 сжатых осциллограмм; 44 - обработка данных эксперимента - преобразование кодов, масштабирование, вывод на экран видеомонитора ЭВМ 1 растянутых осциллоI рамм; 45 - расчет статистических параметров данных базового процесса формированием вывод на экран видеомонитора ЭВМ 1 таблицы с результатами расчетов; 46 - расчет статистических параметров данных импульсного процесса, формирование и выоод на экран видеомонитора ЭВМ 1 таблицы с результатами расчетов, 47 формирование и выеод на экран видеомонитора ЭВМ 1 гистограмм базового процесса; 48 - формирование и вывод на экран видеомонитора ЭВМ I импульсного процесса; 49 1807497 - конец работы информационно-измерительной системы. Схема алгоритма накопления данных эксперимента в оперативном запоминающем устройстве ЭВМ 1 представлена на 5 фиг. 3, где 50 - начало работы накопления данных эксперимента о оперативном запоминающем устройстве ЭВМ 1; 51 -установка начального адреса оперативного запоминающего устройства ЭВМ 1, с кото- 10 рого будет заноситься массив данных экспериментов; 52 - установка размера массива данных эксперимента: 53 - пересылка в таймер 2 управляющего слова; 54 пересылка а таймер 2 первого байта коэф- 15 фициента деления; 55 - формирование программной задержки длительностью 1 мкс; 56 - пересылка в таймер 2 второго байта коэффициента деления; 57 - чтение канала скоростей свирки, подачи проволоки и коле- 20 бания сварочной головки; 58 - директива, содержащая передачу управления при отсутствии готовности канала скоростей сварки, подачи проволоки и колебания сварочной головки; 59 - пересылка данных 25 канала скорости сварки в оперативное запоминающее устройство ЭВМ 1; 60 - пересылка данных скорости подачи проволоки в оперативное запоминающее устройство ЭВМ 1; 61 - пересылка данных скорости 30 колебания сварочной головки в оперативное запоминающее устройство ЭВМ 1; 62 чтение канала тока и напряжения сварки; 63 - пересылка данных канала пока сварки о оперативное запоминающее устройство 35 ЭВМ 1; 64 - пересылка данных канала напряжения сварки в оперативное запоминающее устройство ЭВМ 1; 65'- директива, содержащая передачу управления до заполнения массива данных эксперимента; 66 ~ 40 конец накопления данных эксперимента в оперативном запоминающем устройстве ЭВМ 1. Работа информационно-измерительной системы начинается с процедуры на- 45 чалыюй загрузки в ЭВМ 1 резидентной части операционной системы, например, MS-DOS. Затем, оператором производится зэгрузка рабочей программы информационно-измерительной системы с гибких магнит- 50 ных дисков (см. фиг. 2, блок 31), Рабочая программа информационной-измерительной системы состоит из трех частей. - выбор параметров эксперимента; - измерение параметров эксперимента; 55 - обработка результатов эксперимента. После загрузки рабочей программы на экране видеомонитора ЭВМ 1 выводится список параметров эксперимента (см. фиг. 2, блок 32), и оператор задаст следующие параметры эксперимента (см фиг. 2, блок 33): - процесс сварки (импульсный или импульсно-модулированный); - частота выборок; - время эксперимента: - максимальная амплитуда измеряемого напряжения и тока сварки. После этого, информационно-измерительная система переходит D автоматический режим и ЭВМ Т приступает к накоплению массива данных (см. фиг. 3, блок 50). Рабочая программа устанавливает начальный адрес массива данных (фиг. 3, блок 51), куда будет заноситься массив измеряемой информации, устанавливает размер массива (фиг. 3, блок 52) и переходит к программированию таймера 2. ЭВМ 1 на шине адреса устанавливает адрес регистра управляющего слова, на шине управления сигнал записи и на шине данных - код управляющего слова (фиг, 3, блок 53). Причем, код управляющего слова определяет работу таймера 2 в режиме программируемого делителя частоты Адрес регистра управляющего слова поступает на дешифратор 3, где его разряды, кроме младших, при наличии на управляющих входах сигнала записи, дешифруются и формируют на первом выходе сигнал, Этот сигнал поступает на второй управляющий вход таймера 2, на адресные входы которого поступают два младших разряда адреса регистра управляющего слова. На первый управляющий вход таймера 2 поступает сигнал записи, который и производит запись кода управляющего слова. Затем, ЭВМ 1 снимает сигналы на шинах адреса, данных и управления, и приступает к программированию коэффициента деления таймера 2, согласно выше указанной частоте выборок ЭВМ 1 устанавливает на шине адреса адрес счетчика, на шине управления - сигнал записи и на шине данных - код первого байта коэффициента деления (см. фиг. 3, блок 54). Код адреса счетчика поступает на адресные входы дешифратора 3, на управляющий вход которого поступает сигнал записи, где его разряді і дешифруются и формируют на первом выходе сигнал. Этот сипіпл поступает на второй управляющий вход таймера 2, на адресные входы которого поступают два младших разряда адреса счетчика. \\а первый управляющий вход таймера 2 поступает сигнал записи, который производит запись первого байта коэффициента деления. Затем, ЭВМ 1 снимает сигнал на шинах адреса, управления и данных, формирует программную задержку в 1 мке (см. фиг. 3, блок 55) и приступает к записи в таймер 2 7 1807497 кода второго баміа коэффициента деления (см. фиг. 3, блок 55). Запись второго байта производится аналогично записи первого байта, после чего таймер 2 запрограммирован па определенный коэффициекгделения 5 в режиме программируемою делителя частоти. Генератор 9 ммпульссш вырабатывает импульсы (см. фиг. 4 в), которые поступают на счетчик 4. В результате деления мае юты 10 (см. фиг, 4, б, о) счетчиком Л на его выходе формируются импульсы не более 500 кГц (см. фиг. 4, г), которые поступают через делитель 5 частоты, преобразователь 6 напряжения, блок 7 гальванической развязки на 15 вход блока 8 питания. Пес эти блоки представляют собой вторичный источник питания п р е о 5 р а з о в а т е л ь н о fo типа "модулятор-демодулятор", предназначенный для питания нормирующих усилителей 20 14, 15, 21-23 и сходной части усилителей 16-20 с гальваническим разделением. Импульсы с выхода счетчика 4 поступаюттакже на синхровход таймера 2. Таймер 2 делит входную частоту с выше заданным коэффи- 25 циентом деления и формирует на выходе импульсы длительностью, равной периоду входной частоты (см. фиг. 4, д). Из вход системы поступают сигналы, отображающие физический процесс экспе- 30 римента. Эти сигналы поступают на нормирующие усилители 14, 15, 21-23, где они приводятся до одного уровня. Сигналу с выходов нормирующих усилителей 14, 15, 21-23 поступают па входи сооівстствую- 35 щих усилителей 10-20 с гальваническим разделением. С выходов усилителей 1G-20 с гальваническим разделением сиінали, гальванически изолированные от цепей ЭВМ 1, поступают на сигнальные входы со- 40 отватст вующих аналого-цифровых преобразователей 10, 11. 24-20 Одновременно с окончанием импульса но синхронизирующих оходэх аналого-цифровых преобразователей 10, 1 1 , 2 4 - 2 6 начинается '15 аналого-цифровое преобразование входных аналоговых сигналов, после окончания которых на выходах гоювиостм аналогоцифровых преобразователей 10, 11, 24-25 появляются сигналы низкого уровня [см. 50 фиг. 4, е, ж, з, и. к). Эти сигналы поступают на входы элемента И 27, совпадение которых формирует на выходе сигнал высокого уровня (см. фиг. 4, л). Передний фронт этого сигнала поступает на третий информацион- 55 ный вход регистра 29 и на формирователь 30 импульсов. С ЕШХОДГІ формирователя 30 импульса импульс ДЛИГЙЛЬНОСГЬЮ ! мкс(см. фиг. 4, м) записывает коды аналого-цифровых преобразователей 10 11, 24-26 в соот 8 петсівующие регистры 12, 13,28, 29, атакже записывает сигнал готовности поступившего с элемента И 27. Таким образом, на информационном входе ЭВМ 1 Формируются данные и готовность канала измерения. После программирования таймера 2 ЭВМ 1 переходит к чтению канала измерения скоростей сварки, подачи проволоки и колебания сварочной головки (см. фиг, 3, блок 57). Для этого, ЭЗМ 1 па шине адреса устанавливаетадрес канала измерения скорости сварки, подачи проволоки и колебания сварочной головки, на шине управления - сигнал чтения. Код адреса канала измерения скорости сварки, подачи проволоки и колебания сварочной головки поступает на информационные входы дешифратора 3, на управляющие входы которого поступает сигнал чтения, где он дешифруется и оырабатывает сигнал на его третьем выходе (см. фиг. 4, и). Этот сигнал поступает на входы считывания регистров 28 и 29 и переводит их из высокоимпедансного состояния. На информационных выходах регистров 28 и 29 появляется коди поступает на шину данных ЭВМ 1. ЭЕ!М 1 снимает сигналы с шин адреса и управления и проверяет разряд готовности этого кода (см, фиг. 3, блок 58) и при отсутствии его повторяет считывание этого кода до тех пор, пока сигнал готовности будет установлен, После этого ЭВМ 1 пересилает донные измерения канала скорости сварки, скорости подачи проволоки и скорости колебания сварочной головки в соответстпующие ячейки оперативного запоминающего устройства (см. фиг. 3, блоки 59, 60, 61) и приступает к считыванию канала тока и напряжения сварки (см. фиг. 3, блок G2). При этом ЭВМ 1 на шине адреса устанавливает адрес канапа измерения тока и направления евррки, и на шине управления сигнал чтения. Код адреса дешифруется дешифратором 3 и вырабатывает сигнал на его втором выходе (см. фиг. 4, о). Этот сигнал поступает на входы считывания регистров 12 и 13 и переводит их из внеокоимпедзнсного состояния. На информационных выходах регистров 12 и 13 появляется код и поступает на шину данных ЭВМ 1, Одновременмо с этим сбрасывается разряд готовности, хранящегося в регистре 29 ЭВМ 1 пересылает данные канала тока и напряжения сварки в соответствующие ячейки оперативного запоминающего устройства (см фиг. 3, блоки G4, 65). После этого ЭВМ 1 проводит провепку запоминания массива данных в оперативном запоминающем устройстве, і є проверяет, прошло ли время эксперимента Если пет, то ЭВМ 1 переходит к чтению канала 10 1807497 - время паузы (Тп); измерения скорости сварки, подачи прово- время базового режима сварки локи и колебания сварочной головки (см - время импульсного режима сварки фиг. 3, блок 57) и процесс повторяется. Если время эксперимента истекло, то ).' ЭВМ 1 заканчивает накопление данных о - количество коротких замыканий (N K 3 )оперативном запоминающем устройстве По этим параметрам производится рас(см фиг. 2, блок 34) и выводит на экран чет следующих статистических данных: видеомонитора список режимов обработки Интенсивность параметра: результатов эксперимента (см фиг. 2, блок 35). Оператор с помощью клавиатуры ЭВМ 10 1 X2 = xf. 1 задает один из следующих режимов обраm -k ботки результатов эксперимента (см. фиг. 2, блоки 36-42). где m и К - соответственно конечная и на- осцмллографировапие, • п чальная координаты точек выборки. - статобработка базового режима; Среднее значение выборки -статобработка импульсного режима; - (истограммы базового режима; - гистограммы импульсного режима; m К - конец работы В режиме осциллографирования (см 20 фиг. 2, блок 43) ЭВМ 1 формирует па видеоДисперсия выборки: мониторе сжатые осциллограммы сигналов напряжения и тока сварки, скорости сварки, подачи проволоки и колебании сварочной j=k J =k головки (см. фиг. 5), данные на которые хра- 25 нятся в оперативном запоминающем устСреднее квадратичное значение параройстве. При повторном вводе режима метра: осциллографирования (см фиг 2, блок 44) ЭВМ 1 формирует на видеомониторе растянутые осциллограммы сигналов напряже- 30 ох = VDx . ния и тока сварки, скорости сварки, подачи Коэффициент вариации параметра: проволоки и колебания сварочной головки (см. фиг. б). При этом все время эксперимента разбивается на страницы и оператор с помощью клавиатуры ЭВМ 1 может выво- 35 дить на экран видеомонитора любую страницу осциллограммы и определить Коэффициент стабильности параметра параметры любой координаты осцилло(с учетом гипотезы нормального распредеграммы. ления): В режиме статобработки производится 40 Ох статистический анализ электрических и вре3