Система измерения и контроля параметров линейного ускорения
Владельцы патента RU 2429492:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" (RU)
Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (RU)
Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к автоматизированным системам контроля, и может быть использовано для измерения значения ускорения, скорости изменения ускорения (фронта), времени интегрирования, интеграла линейного ускорения, контроля состояния контактов, измерения значения постоянного напряжения и генерации постоянного напряжения при испытании на центробежных установках. Система содержит дешифратор адреса, блок регистрации сигнала дискретного датчика скорости, блок регистрации срабатывания контактов, блок запроса прерывания, блок регистрации сигнала частоты, блок дискретного вывода, блоки аналогового вывода и ввода, контроллер, модуль сетевого интерфейса, схемы управления блоками аналогового ввода и вывода и индикатор. Изобретение позволяет расширить частотный диапазон канала регистрации сигнала дискретного датчика скорости, использовать в качестве интерфейса связи канал Ethernet. 1 ил.
Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к автоматизированным системам контроля, и может быть использовано для измерения значения ускорения, скорости изменения ускорения (фронта), времени интегрирования, интеграла линейного ускорения, контроля состояния контактов, измерения значения постоянного напряжения и генерации постоянного напряжения при испытании на центробежных установках (ЦУ).
Известна автоматизированная система "Орбита" (См. сборник докладов научно-технической конференции "Молодежь в науке", «Автоматизированная система контроля параметров линейного нагружения на программируемых логических интегральных схемах» стр.434, опубликовано Саров, ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ". 2002 г.), позволяющая косвенным методом по измеренной угловой скорости центрифуги измерять параметры линейного ускорения: мгновенные значения ускорения, скорости изменения (фронты) ускорения, интегралы ускорения в интервалах между срабатываниями контактов испытываемых приборов, времена интегрирования. В процессе воздействия линейного ускорения фиксируется непрерывная последовательность периодов сигнала дискретного датчика скорости (ДДС) центробежной машины и моменты срабатывания контактов. В результате обработки первичной информации рассчитываются параметры линейного ускорения в моменты срабатывания контактов.
Система измерения и контроля параметров линейного ускорения "Орбита" содержит один канал регистрации сигнала ДДС ЦУ, состоящий из последовательно подключенных фильтра высокой частоты и делителя частоты, блока регистрации состояния контактов, блока прерывания, запоминающего регистра, первого, второго и третьего счетчиков, дифференциатора, инвертора и кварцевого генератора, выход которого подключен ко вторым входам первого, второго и третьего счетчиков, выход делителя частоты соединен с первым входом блока прерывания, первым входом первого счетчика, входом инвертора и входом дифференциатора, выход которого соединен с первым входом третьего счетчика, выход инвертора соединен с первым входом второго счетчика, выход блока регистрации срабатывания контактов соединен со вторым входом блока прерывания и вторым входом запоминающего регистра, первый вход которого соединен с выходом третьего счетчика, выходы первого, второго и третьего счетчиков, выход запоминающего регистра и выход блока прерывания соединены с шиной данных компьютера.
Вышеуказанная система является наиболее близкой по технической сущности к заявленной системе и поэтому выбрана в качестве прототипа.
В системе "Орбита" можно отметить следующие недостатки:
- использование в качестве интерфейса связи с компьютером устаревшей интерфейсной шины ISA, что не позволяет использовать систему на современных компьютерах;
- первый и второй счетчики работают поочередно и переполняются при частоте входного сигнала ДДС ниже 25 Гц, что не дает возможность контролировать начальный разгон ЦУ;
- отсутствует возможность контролировать и выдавать аналоговые сигналы.
Решаемой задачей является создание системы измерения и контроля с расширенными функциональными возможностями.
Достигаемым техническим результатом является расширение частотного диапазона канала регистрации сигнала ДДС, применение интерфейса Ethernet для связи с ПК, измерение и генерация аналоговых сигналов напряжения.
Для достижения технического результата в системе измерения и контроля параметров линейного ускорения, содержащей дешифратор адреса, блок регистрации сигнала дискретного датчика скорости и блок регистрации срабатывания контактов, входы которых являются входами системы измерения и контроля, а выходы соединены с первым и вторым входами блока запроса прерывания соответственно, новым является то, что дополнительно введены блок регистрации сигнала частоты, блок дискретного вывода, выходы которого являются выходами системы измерения и контроля, блоки аналогового вывода и ввода, выходы и входы которых являются, соответственно, выходами и входами системы измерения и контроля, контроллер, модуль сетевого интерфейса, схемы управления блоками аналогового ввода и вывода, индикатор, группа входов которого соединена с группой выходов контроллера, вход прерывания которого соединен с выходом блока запроса прерывания, третий вход которого соединен с выходом блока регистрации сигнала частоты, вход которого является входом системы измерения и контроля, группа входов-выходов данных, группа адресных выходов, первый и второй выходы контроллера соединены соответственно с первой группой адресных входов, со второй группой адресных входов, первым и вторым входами дешифратора адреса, выходы которого соединены, соответственно, с четвертым входом блока запроса прерывания, входом блока регистрации сигнала дискретного датчика скорости, входом блока регистрации сигнала частоты, входом блока регистрации срабатывания контактов, входом блока дискретного вывода, входами блоков аналогового ввода и вывода, входом модуля сетевого интерфейса, входами схем управления блоками аналогового вывода и ввода, группы выходов которых соединены соответственно с группами входов блоков аналогового вывода и ввода, группа входов-выходов данных контроллера соединена с группой входов-выходов блока запроса прерывания и модуля сетевого интерфейса, группой входов блока регистрации сигнала дискретного датчика скорости, блока регистрации сигнала частоты, блока дискретного вывода, блока аналогового вывода, схем управления блоками аналогового ввода и вывода, группой выходов блока регистрации срабатывания контактов и блока аналогового ввода.
Введение в заявляемую систему измерения и контроля параметров линейного ускорения блоков аналогового ввода и вывода и схем управления этими блоками позволяет контролировать и выдавать аналоговые сигналы.
Введение модуля сетевого интерфейса позволяет использовать в качестве интерфейса связи канал Ethernet, а использование двух встроенных таймеров контроллера позволяет расширить частотный диапазон канала регистрации сигнала ДДС.
На чертеже приведена схема заявляемой системы.
Система измерения и контроля параметров линейного ускорения содержит контроллер 12, содержащий два встроенных таймера, блок регистрации сигнала дискретного датчика скорости 1, блок регистрации сигнала частоты 2, блок регистрации срабатывания контактов 3, блок дискретного вывода 4, блок аналогового ввода 5 и вывода 6, модуль сетевого интерфейса 10, схему управления блоком аналогового ввода 7, схему управления блоком аналогового вывода 8, индикатор 13, дешифратор адреса 11, блок запроса прерывания 9. Выходы блока регистрации сигнала дискретного датчика скорости 1, блока регистрации сигнала частоты 2, блока регистрации срабатывания контактов 3 соединены с первым, вторым и третьим входами блока запроса прерывания 9, выход которого является сигналом запроса прерывания IRQ контроллера 12. Входы-выходы Addr/Data контроллера 12 соединены с входами-выходами блоков 1-11 и являются мультиплексированными сигналами адреса/данных, выходы Addr контроллера 12 соединены с входами дешифратора адреса 11 и являются сигналами старших разрядов адреса. Выходы дешифратора адреса 11 соединены со входами блоков 1-10 и являются сигналами выбора для разрешения обмена данными по общей шине. Выходы схемы управления блоком аналогового ввода 7 соединены с входами блока аналогового ввода 5 и являются сигналами управления, задающими номер измеряемого канала и коэффициент усиления входного сигнала. Выходы схемы управления блоком аналогового вывода 8 соединены с входами блока аналогового вывода 6 и являются сигналами управления встроенным в блок аналогового вывода ЦАП. Входы индикатора 13 соединены с выходами контроллера 12.
Система измерения и контроля параметров линейного ускорения выполняет измерение длительности периодов сигналов ДДС и Fвx, измерение значений напряжения на аналоговых входах Ain1-Ain16, генерацию постоянного напряжения на выходах Aout1-Aout4, контроль состояния дискретных входов К1-К24, установку состояния дискретных выводов N1-N16. Значения входных и выходных сигналов оцифровываются и сохраняются в памяти контроллера. Контроллер формирует пакеты данных, которые передаются через модуль сетевого интерфейса компьютеру. Система работает под управлением программного кода, выполняемого контроллером 12. Программный код содержит процедуры записи/чтения данных от блоков 1-10 по общей шине данных. Каждому из блоков назначен адрес, при обращении к которому происходит обмен данными между контроллером и этим блоком.
Измерение и установка значений сигналов происходит следующим образом. Периодический сигнал ДДС поступает на вход блока регистрации сигнала ДДС 1. Блок регистрации сигнала ДДС 1 содержит цифровой фильтр высокой частоты, делитель частоты и дифференциатор. Блок регистрации сигнала ДДС 1 вырабатывает короткие импульсы по обоим фронтам входного сигнала ДДС. Эти импульсы поступают на первый вход блока запроса прерывания 9. Блок регистрации сигнала частоты 2 идентичен блоку регистрации сигнала ДДС 1 и вырабатывает короткие импульсы по обоим фронтам входного сигнала Fвx, поступающие на второй вход блока запроса прерывания 9. Блок регистрации срабатывания контактов 3 вырабатывает короткий импульс при любом изменении состояния входов К1-К24, поступающий на третий вход блока запроса прерывания 9. Состояние контактов определяется чтением данных из блока регистрации срабатывания контактов. Блок запроса прерывания 9 формирует "обобщенный" сигнал запроса прерывания IRQ контроллера 12. Определение момента прихода сигнала IRQ происходит программным образом с помощью двух встроенных таймеров контроллера 12, причем второй таймер используется для подсчета числа переполнений первого таймера. Контроллер 12 переходит на подпрограмму обработки прерывания и считывает значения таймеров, тем самым фиксируя момент возникновения прерывания. Минимальный регистрируемый временной интервал tmin определяется длительностью выполнения программы обработки прерывания. В случае если импульсы от блока регистрации сигнала ДДС, блока регистрации сигнала частоты и блока регистрации срабатывания контактов приходят за интервал времени, меньший, чем tmin, последовательность их возникновения и временной интервал между ними определяются считыванием данных из блока запроса прерывания 9. Блок дискретного вывода представляет собой 16-разрядный регистр, выходы которого имеют гальваническую развязку от внешнего устройства и являются выходами системы. Задание состояния выходов производится записью двоичного кода в блок дискретного вывода. Измерение значения напряжений на аналоговых входах Ain1-Ain16 происходит следующим образом. Контроллер 12 выполняет цикл записи двоичного кода в схему управления блоком аналогового ввода. Этот код содержит коэффициент усиления и номер канала, для которого необходимо выполнить измерение. Далее схема управления блоком аналогового ввода выдает импульс начала преобразования установившегося значения напряжения на входе в двоичный код. Получение значения напряжения производится считыванием двоичного кода из блока аналогового ввода через 100 мкс после выдачи импульса начала преобразования. Задание уровня постоянного напряжения на выходах Aout1-Aout4 блока аналогового вывода осуществляется записью двоичного кода, соответствующего уровню напряжения, в блок аналогового вывода и схему управления блоком аналогового вывода. Схема управления блоком аналогового вывода выполняет функцию промежуточного буфера. Буквенно-цифровой индикатор 13 подключается к контроллеру 12 через отдельную шину и необходим для отображения состояния системы.
Для подтверждения практической возможности реализации предлагаемого изобретения был изготовлен и испытан макетный образец системы измерения и контроля, выполненный по приведенной на чертеже схеме. Проведенные испытания подтвердили осуществимость заявляемой системы и возможность реализации следующих технических характеристик:
- диапазон входных частот сигнала ДДС и Fвx от 0,1 до 24000 Гц;
- предел основной относительной погрешности измерения периодов сигнала ДДС и Fx 0,01%;
- разрешающая способность канала контроля состояния контактов не менее 50 мкс;
- разрешающая способность канала дискретного вывода не менее 200 мкс;
- частота дискретизации аналоговых сигналов не менее 1000 Гц.
Система измерения и контроля параметров линейного ускорения, содержащая дешифратор адреса, блок регистрации сигнала дискретного датчика скорости и блок регистрации срабатывания контактов, входы которых являются входами системы измерения и контроля, а выходы соединены с первым и вторым входами блока запроса прерывания соответственно, отличающаяся тем, что дополнительно введены блок регистрации сигнала частоты, блок дискретного вывода, выходы которого являются выходами системы измерения и контроля, блоки аналогового вывода и ввода, выходы и входы которых являются соответственно выходами и входами системы измерения и контроля, контроллер, модуль сетевого интерфейса, схемы управления блоками аналогового ввода и вывода, индикатор, группа входов которого соединена с группой выходов контроллера, вход прерывания которого соединен с выходом блока запроса прерывания, третий вход которого соединен с выходом блока регистрации сигнала частоты, вход которого является входом системы измерения и контроля, группа входов-выходов данных, группа адресных выходов, первый и второй выходы контроллера соединены соответственно с первой группой адресных входов, со второй группой адресных входов, первым и вторым входами дешифратора адреса, выходы которого соединены соответственно с четвертым входом блока запроса прерывания, входом блока регистрации сигнала дискретного датчика скорости, входом блока регистрации сигнала частоты, входом блока регистрации срабатывания контактов, входом блока дискретного вывода, входами блоков аналогового ввода и вывода, входом модуля сетевого интерфейса, входами схем управления блоками аналогового вывода и ввода, группы выходов которых соединены соответственно с группами входов блоков аналогового вывода и ввода, группа входов-выходов данных контроллера соединена с группой входов-выходов блока запроса прерывания и модуля сетевого интерфейса, группой входов блока регистрации сигнала дискретного датчика скорости, блока регистрации сигнала частоты, блока дискретного вывода, блока аналогового вывода, схем управления блоками аналогового ввода и вывода, группой выходов блока регистрации срабатывания контактов и блока аналогового ввода.
