Г л а в а 1 микропроцессорные системы управления вентильными преобразователями. Общие понятия и требования

1.1. Классификация микропроцессорных систем

Несмотря на многообразие и различные области применения, все микропроцессорные системы по функциональному признаку можно разделить на три большие группы [16]:

• микропроцессорные вычислительные системы – МПВС;

• информационно-измерительные микропроцессорные системы – ИИМПС;

• информационно-управляющие микропроцессорные системы – ИУМПС.

К первой группе относятся калькуляторы, персональные компьютеры, ноутбуки, мощные вычислительные комплексы и т.д. Технические характеристики этих устройств, думается, известны и понятны, так как практически каждый учащийся вуза с некоторыми из этих устройств встречался в процессе учебы.

Вторая группа МПС широко используется в медицинской диагностике, в технической диагностике, различных испытательных стендах, системах мониторинга и т.п. Технические характеристики информационно-измерительных микропроцессорных систем, как правило, во многом отличаются от характеристик микропроцессорных вычислительных систем, но практически совпадают с параметрами устройств третьей группы – информационно-управляющих микропроцессорных систем, которые мы рассмотрим более подробно. В литературе, например в [16], им дается следующее определение.

Информационно-управляющие микропроцессорные системы – это комплекс аппаратных и программных средств, который под воздействием оператора или автоматически управляет состоянием какого-либо объекта.

Причем «объект» понимается в широком смысле. Это могут быть как целые отрасли производства, городские хозяйства, предприятия, так и технологические процессы и технические устройства. В рамках настоящего учебного пособия именно последние представляют наибольший интерес, так как к ним, очевидно, можно отнести и вентильный преобразователь, и всю систему в целом, в которой он функционирует.

Известно, что качественное управление объектом возможно только при наличии информации об его фактическом состоянии. Таким образом, можно сказать, что информационно-управляющая микропроцессорная система – это информационно-измерительная микропроцессорная система, в которую введен канал управления.

Информационно-управляющие и информационно-измерительные микропроцессорные системы [16] по сравнению, например, с микропроцессорными вычислительными системами характеризуются такими отличительными признаками, как:

• наличие ограниченного набора четко сформулированных задач;

• требование оптимизации структуры для конкретного применения;

• работа в реальном масштабе времени;

• наличие развитой системы внешних устройств (датчиков, средств сбора, первичной обработки и передачи информации);

• существенное различие функциональных задач (т. е. их возможная разнотипность) в различных случаях применения;

• высокие требования к надежности с учетом большой продолжительности непрерывной работы;

• сложные условия эксплуатации (температура, электромагнитный фон, агрессивная среда и т.д.);

• обеспечение автоматического режима работы или автоматизированного режима, т.е. с участием оператора как элемента системы.

Все перечисленные признаки (или характеристики) в каждом конкретном случае должны иметь четкое количественное выражение.

В общем виде структура информационно-управляющей микропроцессорной системы содержит (рис. 1.1) датчики входной информации, характеризующей объект управления, устройство сопряжения с объектом (УСО), микроЭВМ, пульт управления, устройство отображения информации и каналы передачи информации между компонентами системы и за ее пределы, в частности к ЭВМ верхнего уровня управления.

Замечание. В обобщенной структуре информационно-управляющей МПС, приведенной на рис. 1.1, можно в принципе усмотреть все три функциональных типа МПС. Блоки, расположенные правее вертикальной штриховой черты, составляют МПВС. Все блоки и каналы связи, обозначенные сплошными линиями, – это ИИМПС, для которой крайний левый блок будет уже называться объектом измерения. Канал связи, обозначенный штриховой линией, – это канал управления, который дополняет информационно-измери­тель­ную МПС до информационно-управляющей МПС.

С учетом приведенной структуры задачи, решаемые информационно-управляющей МПС, можно классифицировать следующим образом [16]:

• ввод и предварительная обработка входной информации в УСО (гальваническая развязка, фильтрация, нормализация, аналого-цифровое преобразование и т. д.);

Рис. 1.1

• обработка входной информации в микроЭВМ;

• решение основных функциональных задач и выработка управляющих воздействий в микроЭВМ;

• преобразование в УСО управляющих воздействий к виду, необходимому для объекта управления (усиление, цифроаналоговое преобразование, распределение сигналов, гальваническая развязка и т. д.);

• диагностирование самой ИУМПС и объекта управления;

• вывод текущей информации о состоянии системы в устройство отображения информации;

• прием сигналов задания от оператора или ЭВМ верхнего уровня.

Из рассмотрения указанных задач можно с очевидностью отметить, что основными компонентами ИУМПС являются микроЭВМ и устройство сопряжения с объектом. МикроЭВМ реализует процесс цифровой обработки информации и формирует управляющее воздействие. Устройство сопряжения с объектом осуществляет двустороннюю связь между объектом управления и микроЭВМ, выполняя в обоих направлениях прежде всего преобразование информации, поступающей от источника, к виду, необходимому для приемника.

Рассмотренные выше характеристики ИУМПС можно отнести к общим характеристикам МПСУ вентильными преобразователями. Рассмотрим также с общих позиций и объект управления – вентильный преобразователь.