Информационно-измерительная система Советский патент 1993 года по МПК G06F15/20 G06J1/00 

Предлагаемое изобретение относится к структурным схемам информационно-измерительных системах автоматизации научного .эксперимента, например, для исследования электрических и временных параметров процесса сварки пульсирующей дугой.

Целью изобретения является расширение области применения за счет повышения помехоустойчивости и точности измерений.

Сущность изобретения поясняется функциональной схемой информационно-измерительной системы, изображенной на фиг. 1; схемой алгоритма работы системы, изо- браженной на фиг. 2; схемой алгоритма накопления данных в оперативном запоминающем устройстве системы, изображенной на фиг. 3; временной диаграммой, поясняющей работу системы, на фиг. 4; осциллограммами, поясняющими работу

системы в режиме осциллографирования, на фиг. 5 и 6; таблицей статических параметров, поясняющей работу системы в режиме статобработки, на фиг. 7; гистограммами, поясняющими работу в режиме гистограмм, 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 счетчика 4 и входу делителя

оо

О

2

о

Х5

частоты. Выход делителя 5 частоты соединен с входом преобразователя 6 напряжения, выход которого через блок 7 гальванической развязки подключен к входу блока 8 питания. Делитель частоты 5, преобразователь б напряжения, блок 7 гальваниеской развязки и блок 8 питания

редставляют собой вторичный источник питания (см, Микропроцессорные средства и системы, Мз 4. 1987, М., стр. 71, рис. 3).

Выход генератора 9 импульсов соединен со счетным входом счетчика 4. Инфор- мационные выходы первого и второго аналого-цифровых преобразователей 10 и 11 подключены, соответственно, к информационным входам первого и второго регистров 12 и 13. Входы первого и второго нормирующих усилителей 14 и 15 являются, соответственно, первыми и вторыми входа- ми.системы. Информационные входы усилителей 16-20 с гальваническим разделением подключены, соответственно, к выводам первого-пятого нормирующих усилителей 14, 15, 21-23, а информационные выходы - к сигнальным входам, соответственно, первого-пятого аналого-цифровых преобразователей 10, 11, 24-26. Нормирующие усилители 14, 15 и 21-23 выполнены, по схеме дифференциальных усилителей (см. В,С.Путников Интегральная электроника в

измерительных устройствах, Ленинград, Энергоатомиздат, 1988, стр. 29, рис. 1.1 Оа). Аналого-цифровые преобразователи 10, 11 и 24-26 выполнены на элементах К1113ПВ1 А. Входы синхронизации аналого- цифровых преобразователей. 10, 11, 24-26 подключены к выходу таймера 2, а выходы готовности - к первому-пятому входам, соответственно, элемента И. Информационный выход третьего аналого-цифрового преобразователя 24 подключен к первому информационному входу третьего регистра 28, второй информационный вход которого соединен с информационным выходом четвертого аналого-цифрового преобразователя 25 и первым информационным входом четвертого регистра 29. Второй информационный вход четвертого регистра 29 подключен «к информационному выходу пятого аналого-цифрового преобразователя 2G, а 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 импульсов выполнен на элементе К155АП, Регистры 12, 13, 28, 29 выполнены на элементах К5Й9ИР12. 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 ма.шины 1. Входы третьего-пятого нормирующих усилителей 21-23 являются, соответственно, третьими- пятыми 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; 35 - вывод на экран видеомонитора ЭВМ 1 списка режимов работы информационно-измбрительной системы; 36 - выбор оператором режима работы информационно-измерительной системы; 37 - ввод оператором режима осциллографирования; 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 гистограмм импульсного процесса; 42 ввод оператором режима конец работы ; 43 - обработка данных эксперимента.-преобразование кодов, масштабирование, ви- вод на экран видеомонитора ЭВМ 1 сжатых осциллограмм; 44 - обработка данных эксперимента - преобразование кодов, масш- табирование, вывод на экран видеомонитора ЭВМ 1 растянутых осциллограмм; 45 - расчет статистических параметров данных базового процесса.

формирование и вывод на экран видеомонитора ЭВМ 1 таблицы с результатами расчетов; 46 - расчет статистических параметров .данных импульсного процесса, формирование и вывод на экран видеомонитора ЭВМ

1 таблицы с результатами расчетов; 47 - формирование и вывод на экран видеомонитора ЭВМ 1 гистограмм базового процесса; 48 - формирование и вывод на экран видеомонитора ЭВМ 1 импульсного процесса; 49

- конец работы информационно-измерительной системы.

Схема алгоритма накопления данных эксперимента в оперативном запоминающем устройстве ЭВМ 1 представлена на фиг. 3, где 50 - начало работы накопления данных эксперимента в оперативном запоминающем устройстве ЭВМ 1;51 -установка начального адреса оперативного запоминающего устройства ЭВМ 1, с кото- рого будет заноситься массив данных экспериментов; 52 - установка размера массива данных эксперимента; 53 - пересылка в таймер 2 управляющего слова; 54 - пересылка в таймер 2 первого байта коэф- фициента деления; 55 - формирование программной задержки .длительностью 1 мкс 56 - пересылка в таймер 2 второго байта коэффициента деления; 57 - чтение канала скоростей сварки, подачи проволоки и коле- бания сварочной головки; 58 - директива, содержащая передачу управления при отсутствии готовности канала скоростей свар- ки, подачи, про волоки.и колебания сварочной головки; 59 - пересылка данных 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 колебания сварочной головки в оперативное запоминающее устройство ЭВМ 1; 62 - чтение канала тока и напряжения сварки; 63

- пересылка данных канала тока сварки в оперативное запоминающее устройство 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 -- конец накопления данных эксперимента в оперативном запоминающем устройстве ЭВМ 1.

Работа информационно-измерительной системы начинается с процедуры на- чальной загрузки в ЭВМ 1 резидентной части операционной систем.ы, например, MS-DOS. Затем, оператором производится загрузка рабочей программы информационно-измерительной системы с гибких магнит- ных дисков (см. фиг. 2, блок 31). Рабочая программа информационной-измерительной системы состоит из трех частей:

- выбор параметров эксперимента;

- измерение параметров эксперимента;

- обработка результатов эксперимента.

После за грузки рабочей программы на экране видеомонитора ЭВМ 1 выводится список параметров эксперимента (см. фиг. 2, блок 32), и оператор задает следующие

параметры эксперимента (см. фиг. 2, блок 33):

- процесс .сварки (импульсный или им- пульсно-модулированный);

- частота выборок;

- время эксперимента;

- максимальная амплитуда измеряемого напряжения и тока сварки.

После этого, информационно-измерительная система переходит в 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 уп- равляющего 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 разряди 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 счетчика. На 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 мкс (см. фиг. 3, блок 55) и приступает к записи в таймер 2

кода второго байта коэффициента долепил (см. фиг. 3, блок 56). Запись второго байта производится аналогично записи первого байта, после чего таймер 2 запрограммирован на определенный коэффициент деления в режиме программируемого делителя частоты.

Генератор 9 импульсов вырабатывает импульсы (см. фиг. 4в), которые поступают на счетчик 4. В результате деления частоты (см. фиг. 4, б, в) счетчиком 4 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 вход блока 8 питания. Все эти блоки представляют собой вторичный источник питания .преобразовательного типа модулятор-демодулятор, предназначенный для питания нормирующих усилителей 14, 15, 21-23 и входной части усилителей 16-20 с гальваническим разделением. Импульсы с выхода счетчика 4 поступают также на синхровход таймера 2. Таймер 2 делит входную частоту с выше заданным коэффициентом деления и формирует на выходе импульсы длительностью, равной периоду входной частоты (см. фиг. 4, д).

На вход системы поступают сигналы, отображающие физический процесс эксперимента. Эти сигналы поступают на нормирующие усилители 14, 15, 21-23, где они приводятся до одного урозня. Сигналы с выходов нормирующих усилителей 14, 15, 21-23 поступают на входы соответствующих усилителей 16-20 с гальваническим разделением. С выходов усилителей 16-20 с гальваническим разделением сигналы, гальванически изолированные от цепей ЭВМ 1, поступают на сигнальные входы соответствующих аналого-цифроеых преобразователей 10, 11, 24-26. Одновременно с окончанием импульса на синхронизирующих входах аналого-цифровых преобразователей 10, 11, 24-26 начинается аналого-цифровое преобразование входных аналоговых сигналов, после окончания которых на выходах готовности эналсго- цифровых преобразователей 10, 11, 24-26 появляются сигналы низкого уровня (см. 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 информационный вход регистра 29 и на формирователь 30 импульсов. С выхода формирователя 30 импульса импульс длительностью 1 мкс(см. фиг. 4, м) записывает коды аналого-цифровых преобразователей 10. 11, 24-26 в соответствующие регистры 12, 13,28, 29, з также 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).

0 Для этого, ЭВМ 1 на шине адреса устанавливает адрес канала измерения скорости сварки, подачи проволоки и колебания сварочной головки, на шине управления - сигнал чтения. Код адреса канала измерения

5 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 выра0 батывает сигнал на его третьем выходе (см. фиг. 4, н). Этот сигнал поступает на входы считывания регистров 28 и 29 и переводит их из высокоимпедансного состояния. На информационных выходах регистров 28 и 29

5 появляется код и поступает на шину данных ЭВМ 1. ЭВМ 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

0 кода до тех пор, пока сигнал готовности будет установлен. После этого ЭВМ 1 пересылает данные измерения канала скорости сварки, скорости подачи проволоки и скорости колебания сварочной головки в соответ5 ствующие ячейки оперативного запоминающего устройства (см. фиг. 3, блоки 59, 60, 61) и приступает к считыванию канала тока и напряжения сварки (см. фиг. 3, блок 62). При этом ЭВМ 1 на шине адреса

0 устанавливает адрес канала измерения тока и направления сварки, и на шине управления сигнал чтения. Код адреса дешифруется дешифратором 3 и вырабатывает сигнал на его втором выходе (см. фиг. 4, о). Этот сигнал

5 поступает на входы считывания регистров 12 и 13 и переводит их из высокоимпедансного состояния. На информационных выходах регистров 12 и 13 появляется код и поступает на шину данных ЭВМ 1. Одновре0 менно 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.

5 фиг. 3, блоки 64, 65).

После этого ЭВМ 1 проводит проверку запоминания массива данных в оперативном запоминающем устройстве, т.е. проверяет, прошло ли время эксперимента. Если нет. то ЭВМ 1 .переходит к чтению канала

боту (см. фиг. 2, блок 49) и возвращается в исходное состояние.

Формула изобретения Информационно-измерительная система, содержащая электронно-вычислительную машину, генератор импульсов, блок питания, аналого-цифровой преобразователь, отличающаяся тем, что, с целью расширения области применения за счет повышения помехоустойчивости и точности измерений, в нее введены элемент И, формирователь импульсов, пять усилителей с гальваническим разделением, счетчик, дешифратор, делитель частоты, преобразователь напряжения, блок гальванической развязки, четыре аналого-цифровых преобразователя, пять нормирующих усилителей, таймер,.четыре регистра, причем, информационный выход электронно-вычислительной машины подключен к первому информационному входу таймера и информационному входу дешифратора, управляющий выход электронно-вычислительной машины соединен с первым управляющим входом таймера и управляющим входом дешифратора, первый выход которого соединен с вторым управляющим входом таймера, синхронизирующий вход которого подключен к выходу счетчика и входу делителя частоты, выход которого соединен с входом преобразователя напряжения, выход которого через блок гальванической развязки соединен с входом блока питания, выход генератора импульсов соедийен со счетным входом счетчика, информационные выходы первого и второго аналого-цифровых преобразователей подключены соответственно к информационным входам первого и второго регистров, входы первого и второго нормирующих усилителей являются соответственно первыми и вторыми информационными входами системы, входы с первого по пятый усилителей с гальваническим разделением подключены соответственно к выходам с первого по пятый

нормирующих усилителей, а выходы - к сигнальным входам соответственно с первого по пятый аналого-цифровых преобразователей, входы синхронизации которых подключены к выходу таймера, выходы готовности

с первого по пятый аналого-цифровых преобразователей подключены соответственно к входам с первого по пятый элементов И, информационный выход третьего аналого- цифрового преобразователя подключен к

первому информационному входу третьего регистра, второй информационный вход которого соединен с информационным выхо- дом четвертого регистра, второ.й информационный вход которого подключен

к информационному входу пятого аналого- цифрового преобразователя, третий инфор- мационный вход четвертого регистра соединен с выходом элемента И и входом формирователя импульса, выход которого

подключен к управляющим входам с первого по четвертый регистров, входы считывания первого и второго регистров подключены к входу установки четвертого регистра и соединены с вторым выходом

дешифратора, третий выход которого подключен к входам считывания третьего и четвертого регистров, выходы которых соединены соответственно с информационными выходами первого и второго регистров и подключены к второму информационному входу таймера .и информационному входу электронно-вычислительной машины, входы с третьего по пятый нормирующих усилителей являются соответственно с третьего по пятый информационными входами системы.

Фиг. /

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 ана- лого-цифровых преобразователей, два нормирующих усилителя, таймер, четыре регистра, электронно-вычислительную машину, элемент И, формирователь импульса и пять усилителей с гальваническим разделением . . . .

Фи г. 2