Назначение и схемы цифро-аналогового преобразователя (ЦАП).

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) предназначен для преобразования числа, определенного, как правило, в виде двоичного кода, в напряжение или ток, пропорциональные значению цифрового кода. Схемотехника цифро-аналоговых преобразователей весьма разнообразна. На рис. 1 представлена классификационная схема ЦАП по схемотехническим признакам. Кроме этого, ИМС цифро-аналоговых преобразователей классифицируются по следующим признакам: По виду выходного сигнала: с токовым выходом и выходом в виде напряжения; По типу цифрового интерфейса: с последовательным вводом и с параллельным вводом входного кода; По числу ЦАП на кристалле: одноканальные и многоканальные; По быстродействию: умеренного и высокого быстродействия.

Большинство схем параллельных ЦАП основано на суммировании токов, сила каждого из которых пропорциональна весу цифрового двоичного разряда, причем должны суммироваться только токи разрядов, значения которых равны 1.

Простейшая схема, реализующая указанный принцип, приведена на рис. 3.

Сопротивления резисторов выбирают так, чтобы при замкнутых ключах через них протекал ток, соответствующий весу разряда. Ключ должен быть замкнут тогда, когда соответствующий ему бит входного слова равен единице.

Последовательный ЦАП на переключаемых конденсаторах. Схема последовательного ЦАП, приведенная на рис. 2, позволяет выполнить цифро-аналоговое преобразование за значительно меньшее число тактов. В этой схеме емкости конденсаторов С1 и С2 равны. Перед началом цикла преобразования конденсатор С2 разряжается ключом S4. Входное двоичное слово задается в виде последовательного кода. Его преобразование осуществляется последовательно, начиная с младшего разряда d0. Каждый такт преобразования состоит из двух полутактов. В первом полутакте конденсатор С1 заряжается до опорного напряжения Uоп при d0=1 посредством замыкания ключа S1 или разряжается до нуля при d0=0 путем замыкания ключа S2. Во втором полутакте при разомкнутых ключах S1, S2 иS4 замыкается ключ S3, что вызывает деление заряда пополам между С1 и С2. Пока на конденсаторе С2 сохраняется заряд, процедура заряда конденсатора С1 должна быть повторена для следующего разряда d1 входного слова. Точно также выполняется преобразование для остальных разрядов слова.

Таким образом, представленная схема выполняет преобразование входного кода за 2N квантов, что значительно меньше, чем у ЦАП с ШИМ. Здесь требуется только два согласованных конденсатора небольшой емкости. Конфигурация аналоговой части схемы не зависит от разрядности преобразуемого кода. Однако по быстродействию последовательный ЦАП значительно уступает параллельным цифро-аналоговым преобразователям, что ограничивает область его применения.

3. Практическая задача: Рассчитать основные характеристики идеального усилительного (безынерционное) звена, такие как: передаточная функция, комплексная частотная характеристика (КЧХ), амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) и фазо-частотная характеристика (ФЧХ). Привести примеры данного типа элементарного динамического звена.

Уравнение звена: Xвых=К·Хвх

Передаточная функция:

k - коэффициентом передачи звена.

Передаточная функция не зависит от переменной p, т.е. пропорциональное звено является статическим.

Переходная функция: h(t)=K·1(t)

Переходная функция совершает скачок от 0 до К в момент времени t=0.

 

 

 

Примеры безынерционых звеньев

 

Электронный усилитель

 

 

 

Уравнение усилителя: u2=Ku1, где К – коэффициент усиления.

 

Замечание. Представление усилителя пропорциональным звеном всегда является идеализированным. Реальный усилитель не может пропускать сигналы всех частот одинаково, с увеличением частоты входного напряжения коэффициент усиления реального усилителя будет уменьшаться, однако в широкой полосе частот это уменьшение незначительно и его можно не учитывать.

 

Механический редуктор

 

 

Уравнение редуктора: ω 2=Kω 1, где К – передаточное отношение редуктора.

 

Замечание. Представление редуктора пропорциональным звеном всегда является идеализированным, т.к. не учитывается упругие деформации валов и шестерен (они предполагаются абсолютно жесткими), а также зазоры в зубчатых передачах.

Билет 22

Виды обеспечений АСУТП

Выполнение перечисленных функций и режимов работ реализуется комплексом взаимодействующих обеспечений АСУТП: техническим, программным, математическим, информационным, метрологическим, лингвистическим, организационным.

Техническе обеспечение включает весь комплекс технических средств (КТС): чувствительные элементы, преобразователи, средства вычислительной техники, вторичные приборы и регуляторы, исполнительные механизмы и т. д. (в КТС АСУТП не входят лишь регулирующие органы), достаточный для функционирования

К аппаратным средствам относятся микропроцессорные устройства с жесткой логикой, которая реализуется программами, записанными в постоянном запоминающем устройстве.

Программно-аппаратные средства строятся на базе микропроцессорных комплексов и микроЭВМ. Они проблемно ориентированы на решение конкретных задач АСУТП и предназначены для реализации функций средней сложности (многоконтурное цифровое регулирование, многосвязанное программно-логическое управление, многоканальные сбор, обработка и контроль параметров и т.п.). Преимущества программно-аппаратных средств: высокая надежность, компактность, универсальность, экономичность, простота ввода управляющей программы, устойчивость к внешним воздействиям. В их состав входят микропроцессорные комплекты, память, автономный источник питания, модули сопряжения с устройствами ввода — вывода и с ЭВМ верхнего уровня. Программно-аппаратные средства построены по модульному принципу, и создание на их базе АСУТП сводится фактически к набору из модулей различного функционального назначения такой технической и функциональной структуры, которая обеспечивала бы достижение цели управления.

Программируемые средства целесообразно применять для выполнения сложных функций, а также для управления ТОУ большой информационной мощности, что свойственно многим химическим производствам. Они реализуются на многомашинных комплексах микро - и миниЭВМ — локальных управляющих вычислительных сетях (ЛУВС). Р

Распределенная система управления (РСУ) предполагает использование на нижнем уровне управления интеллектуальных программируемых промышленных контроллеров, или, согласно международной терминологии, программируемых логических контроллеров (ПЛК, PLC), реализующих функции сбора, а также логической и арифметической обработки информации в непосредственной близости от объекта управления и контроля.

Программное обеспечение (ПО) — совокупность программ и эксплуатационной программной документации, необходимых для реализации функций АСУТП и заданного режима функционирования КТС. Его разделяют на общее и специальное ПО.

Общее ПО поставляется в комплекте с вычислительной техникой и представляет собой совокупность операционной системы, системы управления базой данных, организующих, служебных и транслирующих программ, программ отладки и диагностики, библиотеки стандартных программ. Оно обеспечивает нормальную работу КТС АСУТП.

Специальное ПО - это совокупность программ, реализующих информационные и управляющие функции конкретной АСУТП. Оно разрабатывается на базе и с использованием общего ПО.

Математическое обеспечение (МО) представляет собой комплекс математических методов, моделей и алгоритмов. На его основе разрабатывается ПО.

Информационное обеспечение (ИО) — совокупность сведений о потоках и массивах информации, характеризующих состояние АТК.

Метрологическое обеспечение — совокупность работ, проектных решений, технических и программных средств, а также организационных мероприятий, направленных на обеспечение заданной точности измерений.

Организационное обеспечение представляет собой совокупность описаний функций и режимов работ АСУТП, а также ее технической и организационной структур.

Лингвистическое обеспечение — это описание языковых средств общения оперативного технологического персонала с УВК.

⇐ Предыдущая12131415161718192021Следующая ⇒

Поделиться: