МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ
(образован в 1953 году)
__________________________________________________________
Кафедра систем управления
Дистанционное Сист.уп.-21.22.2202.зчн.плн.
обучение Сист.уп.-21.22.2202.зчн.скр.
Сист.уп.-21.22.2102.зчн.плн.
Сист.уп.-21.22.2102.зчн.скр.
В.В. Солдатов, В.В. Маклаков,
В.Е. Жужжалов, М.В. Жиров, П.А. Гаврилин
СИСТЕМЫ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ
Учебно-практическое пособие
для студентов специальностей 2202, 2102
www.msta.ru
4380
Москва – 2004
УДК 681.326
© Солдатов В.В., Маклаков В.В., Жужжалов В.Е., Жиров М.В., Гаврилин П.А. Системы реального времени. Учебно-практическое пособие. – М.: МГУТУ, 2004.
В учебно-практическом пособии в кратком и систематическом виде изложено содержание курса систем реального времени. После каждой темы даны вопросы и тесты, позволяющие контролировать степень усвоения материала.
Пособие предназначено для студентов специальностей 2202, 2102.
Авторы: Солдатов Виктор Владимирович, Маклаков Владимир Васильевич,
Жужжалов Валерий Евгеньевич, Жиров Михаил Вениаминович,
Гаврилин Павел Алексеевич
Рецензенты: д.т.н., профессор, зав. каф. электрооборудования и автоматики
РГАЗУ Шавров А.В.,
д.т.н., профессор, зав. каф. информационно–измерительных
систем МГАУ Судник Ю.А.
Редактор: Свешникова Н.И.
© Московский государственный университет технологий и управления, 2004.
109004, Москва, Земляной вал, 73
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
Введение 5
Глава 1. Элементы систем реального времени
1.1. Датчики 6
1.2. Исполнительные устройства (механизмы) 7
1.3. Полоса пропускания и шум 8
1.4. Передача измерительных сигналов 9
Тест 1 9
Глава 2. Характеристики датчиков
2.1. Общие требования к датчикам 10
2.2. Погрешность и точность 11
2.3. Динамические характеристики датчиков 12
2.4. Статические характеристики датчиков 14
2.5. Влияние нелинейности 15
2.6. Характеристики импедансов 15
2.7. Подбор входных и выходных импедансов 16
Тест 2 17
Глава 3. Виды датчиков
3.1. Бинарные и цифровые датчики 18
3.2. Датчики положения 19
3.3. Пороговые датчики 21
3.4. Индикаторы уровня 21
3.5. Цифровые и информационно–цифровые датчики 22
3.6. Датчики положения вала 22
3.7. Аналоговые датчики 23
3.8. Датчики движения 24
Тест 3 25
Глава 4. Сигналы в системах реального времени
4.1. Согласование и передача сигналов 26
4.2. Согласование сигналов в цепях с операционными усилителями 26
4.3. Выбор носителя сигнала: напряжение или ток 29
4.4. Передача оптических сигналов 31
Тест 4 32
Глава 5. Исполнительные механизмы
5.1. Бинарные (двухпозиционные) исполнительные механизмы 32
5.2. Управляемые выключатели 33
5.3. Отключение индуктивных нагрузок 35
5.4. Исполнительные механизмы с электроприводом 36
5.5. Управляющие клапаны 36
Тест 5 39
Глава 6. Обработка сигналов
6.1. Ввод аналоговых сигналов в компьютер 39
6.2. Мультиплексоры 40
6.3. Цифро-аналоговое преобразование сигналов 41
6.4. Аналого-цифровое преобразование 43
Тест 6 47
Ответы на тесты 48
Итоговый тест 49
Список литературы 50
ВВЕДЕНИЕ
Системы управления предприятием имеют сложную иерархическую структуру, на верхних уровнях которой находятся руководители различных подразделений, а на самом нижнем уровне системы автоматического управления технологическими процессами.
Уровни управления предприятием существенно различаются по времени задержки между поступлением информации о состоянии управляемых подсистем предприятия и выработкой на ее основе управляющих воздействий. Для верхних уровней управления это время может оказаться весьма значительным, а для управляющих систем нижнего уровня оно составляет доли секунды, т.к. в этом случае промедление с выдачей управляющего воздействия может привести к аварийным ситуациям.
Автоматические системы нижнего уровня называют системами реального времени, т.к. у них практически отсутствует временная задержка при выработке управляющих воздействий.
Системы реального времени включают комплекс программных и технических средств, необходимых для реализации функций управления технологическими процессами.
Жизненно важными для систем реального времени являются измерения и технология датчиков. Датчики должны точно отображать физические переменные технического процесса, как в стационарных, так и в переходных режимах работы. Сигналы, которые вырабатываются датчиками, должны быть согласованы как с устройствами измерения, так и с интерфейсом компьютера. В этом смысле очень важно предпринять защитные меры против влияния разнообразных электрических помех, искажающих первоначальный сигнал датчика. Вид носителя сигнала – ток, напряжение или свет – обычно выбирается в зависимости от характера помех.
Для того чтобы воздействовать на процесс, выходной сигнал компьютера необходимо преобразовать либо в механическое движение, либо в другой тип электрического сигнала. Такие задачи решают исполнительные устройства. Это также очень обширная область, в которой особое место занимают различные электроприводы – устройства для преобразования электрической энергии в механическую. Применяются также управляющие клапаны и бинарные (двухпозиционные) исполнительные устройства – для так называемого релейного управления по типу "включено/выключено".
Общая структура ввода/вывода между процессом и управляющим компьютером показана на рис. В.1. Хотя на практике используются разнообразные датчики, исполнительные механизмы и согласующие устройства, основная структура интерфейса всегда одна и та же.
Рис. В.1. Общая структура ввода/вывода между процессом и управляющим компьютером.
То, что эта структура выглядит очень просто, вовсе не означает, что ее можно легко реализовать. Один из законов Мерфи гласит: "Если вам кажется, что все идет хорошо, скорее всего, вы чего-то не заметили".