Файл: Курс лекций Разработчик Афонин Ю. Д. Екатеринбург, 2007 2 Содержание.pdf

98 магистраль предназначена для подключения стандартной по отношению к ЭВМ периферии. Кроме того, измерительный комплекс оказывается жестко связанным с конкретной ЭВМ и смена типа ЭВМ приводит к необходимости заново создавать весь комплекс.
Альтернативный путь создания ИВК основан на использовании средств сопряжения, не зависящих от типа ЭВМ и представляющих собой совокупность специальных элементов (модулей) с магистральным принципом организации.
Обмен информацией между отдельными элементами системы происходит по правилам, определяемым конкретной системой, которые не зависят от типа используемой ЭВМ. Связь между системой и ЭВМ осуществляется с помощью специального интерфейса или контроллера, структура которого определяется типом ЭВМ. Это направление оказалось столь перспективным, что был предложен и получил развитие ряд систем, использующих концепцию магистрального сопряжения. Можно отметить следующие достоинства такого подхода:
✓ создание гибких измерительных комплексов, которые можно легко наращивать и модернизировать;
✓ создание банков совместимых компонентов системы
— модулей, приборных интерфейсов, контроллеров, разрабатываемых в различных организациях и странах;
✓ независимость структуры комплекса от типа ЭВМ (смена
ЭВМ приводит к необходимости замены только одного элемента системы — контроллера).
В
России наибольшую известность получили три вида унифицированных систем сопряжения: МЭК-625, КАМАК и ВЕКТОР.
Рассмотрим более подробно систему МЭК-625.
Интерфейс для приборных систем был предложен фирмой Hewlett-
Packard и принят в качестве стандарта в 1975 г. В настоящее время эта концепция интерфейса известна под названием МЭК-625, или магистраль IEEE
488, или интерфейсная магистраль Hewlett-Packard (HP-IB), или GPIB

99
(приборная шина общего назначения). В России этот интерфейс принят в качестве ГОСТ (26.003-80) и известен под названием КОП (канал общего пользования). Система МЭК-625 основана на последовательно - параллельном байтовом сопряжении с ЭВМ в стандарте кода ASCII, использует уровни ТТЛ и допускает подключение до 15 устройств на общее расстояние до 20 м.
Магистраль, выполненная в стандарте МЭК-625, содержит всего 16 линий и обеспечивает скорость передачи до 1 Мбод. Выпускается ряд приборов с выходом на магистраль МЭК-625, в которых интерфейсная плата устанавливается заводом - изготовителем, например цифровой запоминающий осциллограф С9-8, цифровые вольтметры В7-34, В7-43, В7-53 и т.д. Магистраль
МЭК-625 ориентирована на системы невысокого быстродействия, получившие распространение в промышленных и заводских условиях.
Магистраль интерфейса КОП является полностью пассивной. Все активные цепи, по которым вырабатывают управляющую информацию и осуществляют прием и передачу информации, размещаются на печатных платах устройств.
Активные цепи и магистраль, выполненная обычно в виде кабеля того или иного типа, на каждом конце которого имеется двусторонний разъем с винтовыми зажимами, образуют собственно магистраль. Конструкция разъема обеспечивает установку одного разъема на другой, что позволяет собирать системы любой произвольной конфигурации: однолинейную, звездой и т.д.
Рассмотрим логическую организацию интерфейса КОП.
По характеру взаимодействия с магистралью устанавливается четыре группы функциональных устройств: контролер, источник, приемник, источник
– приемник.
Функциональные устройства соединяются при помощи 24 сквозных линий, по восьми передается сигнальный нуль, шесть из которых образуют с сигнальными шинами передачи и управления витые пары, что повышает помехоустойчивость. По всем линиям шины КОП передаются сигналы с

100 уровнем ТТЛ, но в связи с тем, что этой шиной управляют формирователи с открытым коллектором, в ней используется инверсная логика. Это означает, что напряжения менее 0.8В соответствуют логической 1, а выше 2.5В – логическому 0.
Основные 16 линий магистрали по функциональному назначению подразделяются на три отдельные шины (табл. 5.2).
Таблица 5.2 – Назначение линий и их распределение по контактам.
Наименование
Обозначение
Число линий
Контакты
РПМ7-24
Русское
Латинское
Линия
Нуль

101
А
В
С
Шина данных
(8 линий)
Шина синхронизации
(3 линии)
Шина управления
(5 линий)
ЛД0-ЛД7
СД
ГП
ДП
ОИ
УП
ЗО
ДУ
КП
А - устройство, способное передавать, принимать и управлять.
В, С - устройства, способные передавать и принимать.
До 15 шт.
Рисунок 5.17 - Схема подключения и структура магистрали КОП
Шина синхронизации – используется для передачи по трем линиям сигналов согласования, необходимых для обмена информацией.
1. СД (DAV) – сопровождение данных. Низкий уровень на этой линии указывает, что информация на линиях данных доступна для считывания. Этот сигнал переводится в низкое состояние передающим устройством.
2. ГП (NRFD) – готов к приему. Устройства - приемники используют эту линию для сигнализации о своей готовности к приему. Когда все устройства переходят в состояние готовности, они переводят эту линию в высокое состоян6ие. Устройства не адресованные на

102 прием должны постоянно поддерживать высокое состояние линии
ГП.
3. ДП (NDAC) – данные приняты. Устройства – приемники используют эту линию для сигнализации устройству – передатчику о том, что данные успешно считаны. Когда устройство примет данные, оно переводит линию в высокое состояние.
Шина управления – содержит пять линий, по которым действуют управляющие сигналы при обмене информацией.
1. УП (ATN) – управление. Этот сигнал используется контроллером, управляющим шиной, для оповещения о том, что происходит передача команды или адреса. Низкий уровень на этой линии означает, что передаваемый в данный момент от контроллера байт является командой или адресом.
2. ОИ (IFC) – очистить интерфейс. Через эту линию контроллер приводит в исходное состояние все подключенные к шине устройства. Когда сигнал на ней переходит в низкое состояние, прекращается вся работа КОП и все устройства освобождают себя от адресов и переходят в состояние холостого хода.
3. ЗО (SRQ) – запрос на обслуживание. Линию ЗО подключенные к шине устройства используют для того, чтобы передать на контроллер сигнал о том, что они нуждаются в обслуживании.
Обнаружив низкий логический уровень на линии ЗО, устройство – контроллер должно опросить все подключенные к шине устройства, чтобы установить, какое их них нуждается в обслуживании.
4. ДУ (REN) – дистанционное управление. Сигнал на эту линию выдается контроллером шины для того, чтобы разрешить всем устройствам на шине принимать программы их работы. Если на линии ДУ низкий логический уровень, это означает, что все подключенные устройства могут управляться через шину КОП.

103 5. КП (EOI) – конец передачи (идентификация). Этот сигнал используется для двух целей. Во – первых, любое из устройств – передатчиков может передать сигнал КП (установить на этой линии низкий логической уровень), чтобы просигнализировать об окончании передачи данных. Во – вторых, с помощью данного сигнала контроллер шины организует параллельный опрос. В последнем случае сигнал КП передается одновременно с сигналом
УП, в ответ на что все устройства, настроенные на параллельный опрос, должны выставить на шине данных свои биты состояния.
Информация передается по магистрали КОП байт за байтом и координируется при помощи трех сигналов СД, ГП, ДП. Это дает гарантию того, что байт будет подан на шину только при условии, что все устройства – приемники готовы считать его, что считывание не будет начато ранее, чем байт будет действительно подан, и что байт будет оставаться на шине, пока его успешно не примут все устройства – приемники.
Перед любым обменом данными через шину контроллер шины должен указать, какие устройства будут источниками, а какие – приемниками. Для реализации этих функций используются адреса и команды, передаваемые контроллером через шину при низком состоянии линии УП. Адреса приемников строятся как 32+N (20h+N), источников как 64+N (40h+N), где N – номер устройства, задаваемый DIP-переключателями на панели устройства.
Временная диаграмма сигналов при передаче байта данных приведена на рис. 5.18.
Рассмотрим более подробно эту диаграмму:
• Исходное состояние устройств: на линии СД установлен высокий уровень сигнала (т.е. данные на шине ЛД не достоверны), а на линиях ГП и ДП низкий (т.е. ни один из приемников не готов к приему информации и не принял ее).

104
ЛД0-ЛД7
СД
ГП
ДП
Данные не верны верны готов не готов приняты не приняты
Рисунок 5.18 – Временная диаграмма сигналов синхронизации.
• Источник проверяет начальное состояние приемника, если исходное состояние правильное, то он выставляет на шине ЛД байт данных и ожидает поступления сигнала ГП, если же не верно, то сигнализирует о наличии ошибки.
• Приемники указывают на готовность принять данные, меняя уровень на линии ГП с низкого на высокий.
• Под действием высокого потенциала на линии ГП источник понижает уровень сигнала СД. Это означает, что все данные выставлены и верны, т.е. пригодны к приему.
• Приемник в ответ на изменение сигнала СД снимает сигнал ГП, указывая, что состояние готовности к приему сменяется на прием данных. Вслед за этим осуществляется прием выставленного на шине ЛД байта информации.
• Приняв байт данных, приемник изменяет уровень на линии ДП с низкого на высокий, указывая, что данные приняты.
• В ответ на повышение уровня на линии ДП источник изменяет уровень согнала СД с низкого на высокий.
• Приемник под действием высокого уровня сигнала на линии СД меняет уровень на линии ДП на низкий, подготавливаясь к следующему циклу обмена.

105
Алгоритмическая схема работы приемника и источника, реализующая рассмотренную выше временную диаграмму при передаче байта, приведена на рис. 5.19.
Как правило, стандартные компьютеры не оснащаются интерфейсом
КОП. Для этого выпускаются платы расширения, которые устанавливаются в слоты шины ISA или PCI. Схемотехника таких плат различна, но в основном они строятся на базе одного или двух программируемых параллельных интерфейсов КР580ВВ55А. Обобщенная структурная схема такой платы приведена на рис. 5.20. Здесь необходимо учесть, что перед началом работы нужно запрограммировать ППИ1 и ППИ2. Как видно из рис. 5.20, в ППИ1 каналы А и В работают на ввод, канал С на вывод, в ППИ2 канал В на ввод, каналы А и С на вывод. Оба программируемых параллельных интерфейса работают в основном режиме (режиме 0). Внешние сигналы интерфейса инверсны относительно сигналов на шине ISA.

106
Работа «источника»
Работа «приемника»
Старт
Установка СД
в «высокое»
Поместить данные на ЛД0-ЛД7
ГП и ДП
«высокое»
?
ГП
«высокое»
?
Установить СД
в «низкое»
ДП
«высокое»
?
Установить СД
в «высокое»
Данные еще нужны ?
Конец
Да
Да
Да
Да
Нет
Нет
Нет
Нет
Состояние ошибки
Старт
Установить ДП и ГП
в «низкое»
Готов к приему
?
Установить ГП
в «высокое»
СД
«низкое»
?
Установить ГП
в «низкое»
Прием байта данных
Установить ДП
в «высокое»
СД
«высокое»
?
Установить ДП
в «низкое»
Да
Да
Да
Нет
Нет
Нет
Ли ни я Г
П п ри ни ма ет
«в ыс око е»
, к огд а
все пр ие мн ики го тов ы к пр ие му
Данные истинны и могут быть приняты
Линия Д
П прини мает «вы сокое»,
когда вс е принял и
Данн ые с это го м омен та не долж ны расс матр иват ься как исти нные
Рисунок 5.19 – Алгоритмы работы источника и приемника.

107
М
а ги ст ра л
ь
IS
A
Б
уф е
рн ы
е э
л е
м ен ты
Данные
ППИ 1
ППИ 2
ЛД
ЛД
А
В
С
А
В
С
ЛД0-ЛД7
СД
УП
ДУ
ОИ
КП
ЗО
ГП
ДП
Б
уф е
р в
во д
а/
вы во д
а
С
хе м
ы уп р
ав л
е ни я
П
П
И
Рисунок 5.20 – Обобщенная блок-схема интерфейса КОП.

108
6 Системы программного обеспечения операторских
станций АСУ ТП (SCADA)
6.1 Понятие о системах SCADA
При создании АСУ ТП любой сложности всегда существовала тяжело решаемая проблема, как заставить программистов и технологов понимать друг друга или хотя бы заставить и тех и других общаться на каком-либо
«эсперанто» типа блок-схем. К сожалению, практика показывает почти полную невозможность добиться от «главного специалиста по...» хотя бы словесного описания алгоритма, и успешнее всего работы по созданию АСУ ТП идут только там, где программисты вникают во все тонкости конкретного технологического процесса. Но, как известно, нельзя «объять необъятное» технологий много, а желающих становиться школяром в начале каждого нового проекта автоматизации даже среди склонных к обучению программистов мало.
Отношение же рядового технолога к программированию каждый может проверить сам, в зависимости от уверенности в собственной неуязвимости. Про язык Васик он, конечно, читал что то в «Науке и жизни» за 1988 год, но в общем, не царское это дело. Надоело программистам разбираться с задвижками, клапанами, моторами и начали они изобретать всяческие языки функциональных блоков, лестничных диаграмм, специализированных графических редакторов с элементами динамики или, иными словами, методов
«программирования без программирования», доступных для понимания простому инженеру-технологу. В результате этой деятельности появились программные пакеты для создания интерфейса человек-машина (Man Machine
Interface, MMI) и программного обеспечения операторских станций АСУ ТП
(Supervisor Control And Data Acquisition, SCADA). Дело в том, что задачи, стоящие перед создателями верхнего уровня АСУ ТП, имеют много общего во всех областях деятельности и легко поддаются унификации.
Что, как правило, нужно реализовать программисту при создании программы для рабочего места оператора АСУ ТП. Это типичный набор функций, которые повторяются во всех проектах автоматизации