УКПМ-2 - описание и инструкция по эксплуатации - Устройство и работа контроллера КУКП-М УКПМ-2

Страница 5 из 11

6. УСТРОЙСТВО И РАБОТА СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ УСТРОЙСТВА

6.1. Устройство и работа КУКП-М

6.1.1. КУКП-М используется в составе устройства в качестве контроллера ввода-вывода. КУКП-М обеспечивает аналого-цифровое преобразование сигналов ТИТ и управление модулями МВТС-М, МВТУ-М и МВИС-М.

6.1.2. Габаритные размеры КУКП-М не превышают 300х255х260 мм3.

6.1.3. Масса КУКП-М не превышает 0,5 кг.

6.1.4. Питание КУКП-М осуществляется от блока питания КПМ-2 напряжением 24(+3,3-4,4) В постоянного тока. Ток, потребляемый КУКП-М от блока питания, не превышает 0,2 А.

6.1.5. Вид, диапазон входных аналоговых сигналов ТИТ и входное сопротивление каналов преобразования КУКП-М представлены в табл.4.

Таблица 4

 +-------------------------------------------------------+ |Вид входного| Диапазон входных | Входное | |сигнала ТИТ | сигналов каналов ТИТ | сопротивление| |------------+---------------------------+--------------| | Напряжение | минус 10 В ... плюс 10 В |более 1 МОм | | постоянного| | | | тока | | | |------------+---------------------------+--------------| | Постоянный | минус 10 мА ... плюс 10 мА| 1 кОм | | ток | минус 40 мА ... плюс 40 мА| 250 Ом | +-------------------------------------------------------+

6.1.6. Число разрядов преобразования - 12 двоичных разрядов со знаком.

6.1.7. Предел допускаемого значения основной приведенной погрешности преобразования не более +-0,25 %.

6.1.8. Предел допускаемого значения дополнительной приведенной погрешности от изменения величины питающего напряжения, частоты, изменения температуры окружающей среды (на каждые 10 оС) не превышает половины предела допускаемой основной погрешности преобразования.

6.1.9. Максимальное число входов аналоговых сигналов (каналов ТИТ) -16.

6.1.10. Схема структурная КУКП-М приведена на рис.27 и включает в себя следующие основные узлы:

ВП- входной преобразователь сигналов ТИТ, обеспечивающий нормирование и фильтрацию переменной составляющей входных сигналов ТИТ;

МХ1- коммутатор каналов ТИТ №№2...16;

МХ2- коммутатор эталонных сигналов и канала ТИТ №1;

АЦП- аналого-цифровой преобразователь;

узлы 1 и 2 гальванической развязки;

схема определения знака измеряемого значения;

схема управления КУКП-М;

источник вторичного питания КУКП-М.

 Каналы+--+ +---+ +----------+ +----+ +--------+ ТИТ |ВП| |MX2|->|Схема опре|->-|АЦП |->-| Гальва-| 1-----| |---->--------| | | деления | | | . |ническая| | | +---+ | | | знака | | | . |развязка| 2-----| |--|MX1|-->---| | +----------+ | | . |(узел 1)| . | |. | | Uэт1-| | | | . | | . | |. | | Uэт2-| | | |->-| | 16----| |--| | | | | | +--------+ +--+ +---+ +---+ +----+ |...| | | | | | +-^----------^---------------------^----+ | | | Гальваническая развязка (узел 2) | | |К модулям +---------------------------------------+ | | ввода- | | | | | | вывода | | | | | | и КТМС-М +-^----------^-----------^---------^-------V---V+ | |-----> | |. | Схема управления КУКП-М |. | |. | |-----> +-----------------------------------------------+ От БПКП +----------------+ Для внутренних =24В | Источник | нужд: +5В;+-15В;+5В -->--| питания |---> | | +----------------+

Рис. 27. Схема структурная КУКП-М

6.1.11. Схема электрическая принципиальная КУКП-М приведена в приложении 3.785.003 ТО1 и включает:

1) АЦП (аналого-цифровой преобразователь) в составе:

нормирующие преобразователи с фильтрами (Е1...Е16);

коммутатор аналоговых сигналов (D10, D12);

регистр управляющего слова РУС (D11);

узел гальванической развязки (VE1...VE17);

прецизионный инвертор (D16, D20, D21);

источник опорного и эталонных напряжений (D14, D17, VD4);

компаратор знака (D19);

генератор тактовой частоты (D16.1...D16.3);

схема формирования стартового импульса (D22.1, D22.2, D23.2);

схема аналого-цифрового преобразователя (D27);

2) cхему управления КУКП-М в составе:

процессор (D3);

ОЗУ (D7);

ПЗУ (D6);

регистр адреса (D5);

схема интерфейса (D8);

схема логики (D1, D2);

схема дешифратора (D9);

cхема индикации наличия питающего напряжения и работы процессора (VT2, VD3);

3) источник вторичного питания КУКП-М Е17.

6.1.12. Машинные коды рабочей программы функционирования КУКП-М размещены в УФППЗУ при изготовлении устройства.

После включения питания производится тестирование ОЗУ, ПЗУ и начальная проверка состояний выходов ТУ и ТС. Далее процессор переходит на выполнение процедуры измерения сигналов ТИТ:

1) процессор КУКП-М устанавливает входной коммутатор на короткозамкнутую перемычку и выдает сигнал запуска АЦП. Полученный с выхода АЦП код соответствует значению суммарного смещения нулей всего

тракта усиления и АЦП - Uо. Ксм сохраняется в ОЗУ;

2) процессор КУКП-М устанавливает входной коммутатор на внутренний источник опорного напряжения (ИОН) и запускает АЦП. От кода с выхода АЦП Uфакт вычитается Uо и расчитывается поправочный масштабный коэффициент Км по формуле:

Км = Uэт/(Uфакт - Uо),

где Uэт - код эталонного напряжения ИОН, установленный в ПЗУ КУКП-М;

3) процессор КУКП-М переходит в режим измерения входных значений Uвх с каналов ввода ТИТ.

Все получаемые значения обрабатываются по формуле:

U = (Uвх - Uо) * Км

Для исключения влияния на измеряемое значение помехи промышленной частоты, измерение входных значений производится парными блоками с межблочным интервалом длительностью 50 мс, а полученные значения нормируются.

Все команды для процессора КУКП-М формируются процессором КТМС- М. На каждую из полученных команд процессор КУКП-М возвращает КТМС-М блок информации или квитанцию, осуществляя исполнение запроса- команды. На рис.28 приведена блок-схема алгоритма работы процессора КУКП-М.

 +----------+ | НАЧАЛО | +----------+ +----------+ | А=1 | +----------+ +---------------+ |Тест ОЗУ, ПЗУ | | ОЗУ, ПЗУ | +---------------+ +-------------------+ |Начальная проверка | | выходов ТУ | +-------------------+ |--------------------+ +-----------------------+ | | Ввод Uо, Uфакт | | | Вычисление масштабного| | | коэффициента | | +-----------------------+ | |----------------+ | +-------------------+ | | | Ввод сигналов ТС | | | | и ТИТ | | | +-------------------+ | | +---------------------+ | | |Контроль значений ТИТ| | | |по введенным уставкам| | | +---------------------+ | | +---------------------+ | | |Выдача КТМС состояний| | | | сигналов ТС и ТИТ | | | +---------------------+ | | +---------------------+ | | |Прием от КТМС команды| | | +---------------------+ | | +---------------------+ | | | Выполнение получен-| | | | ной команды | | | +---------------------+ | | +----------+ | | | А= А+1 | | | +----------+ | | нет | | < А= 256?>-----------+ | | +----------+ | | А= 0 | | +----------+ | +--------------------+

Рис. 28. Блок-схема алгоритма функционирования процессора КУКП-М

6.1.13. Тракт аналого-цифрового преобразования

Входные сигналы с датчиков ТИТ могут быть представлены в величинах согласно табл.5. На наборном поле ХЕ8 нормирующих преобразователей сигналов ТИТ устанавливаются перемычки согласно табл.5.

Таблица 5

 ----------------------------------------------------- | Исполнение входного |Перемычки,устанавливаемые| | преобразователя |на колодке ХЕ8 Е1...Е16 | | |между выводами | |-------------------------|-------------------------| |минус 10В ... плюс 10В | нет | | | | |минус 10мА ... плюс 10мА | 2 и 3 | | | | |минус 40мА ... плюс 40мА | 1 и 2 | | | | -----------------------------------------------------

В состав нормирующих преобразователей (Е1...Е16) включены однозвенные ВЧ-фильтры (R92, C29) для фильтрации ВЧ-составляющих входного сигнала. Частота среза фильтра выбрана около 150 Гц.

Сигналы с выходов нормирующих преобразователей, представленные напряжением, поступают на 16-ти канальный коммутатор D10, управляемый процессором. Канал ТИТ №1, два эталонных значения напряжения подключены к коммутатору D12. Выбранный коммутатором входной сигнал через усилитель D13, D18, коммутатор D20 и усилитель D21, поступает на вход преобразователя D27.

АЦП D27 функционирует под управлением сигналов ЗАПУСК, УПРАВЛЕНИЕ МР (LB), УПРАВЛЕНИЕ СР (НВ).

Сигналом RKS-S с XE4:1-XE7:2 в регистр управляющего слова РУС (D11) записывается код управляющего слова (рис. 29).

 +---------------------------------------+ | D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 | +---------------------------------------+ +---------++--------------------------------------+ | Резерв || |N канала| +---------+|-----------------------------+--------| | 0 1 0 0 0 0 0 | Uэт0 | | 1 0 0 0 0 0 0 | Uэт1 | | 1 1 0 0 0 0 0 | 1 | | 0 0 0 0 0 0 1 | 2 | | 0 0 0 0 0 1 0 | 3 | | 0 0 0 0 0 1 1 | 4 | | 0 0 0 0 1 0 0 | 5 | | 0 0 0 0 1 0 1 | 6 | | 0 0 0 0 1 1 0 | 7 | | 0 0 0 0 1 1 1 | 8 | | 0 0 0 1 0 0 0 | 9 | | 0 0 0 1 0 0 1 | 10 | | 0 0 0 1 0 1 0 | 11 | | 0 0 0 1 0 1 1 | 12 | | 0 0 0 1 1 0 0 | 13 | | 0 0 0 1 1 0 1 | 14 | | 0 0 0 1 1 1 0 | 15 | | 0 0 0 1 1 1 1 | 16 | +--------------------------------------+

Рис. 29. Структура управляющего слова

Следующим тактом за выдачей сигнала RKS-S на входы EL и EН D27 с XE3:10-XE6:10 подается сигнал PB1-HL, разрешающий вывод с преобразователя (D27) старших разрядов данных. На вход Т D27 подается тактовая частота 25 кГц с генератора (D16.1, D16.2, D16.3, D23.1).

Входной сигнал через коммутаторы D10 и D12 подается на усилитель D13 с коэффициентом передачи 1, с выхода которого - на вход инвертирующего усилителя D18, вход DI1 коммутатора D20, а также на вход компаратора знака D19.

Компаратор знака D19 управляет коммутатором D20, который совместно с инвертирующим усилителем D18 представляет выпрямитель входного сигнала. Таким образом на вход повторителя D21 всегда поступает сигнал одного знака.

Микросхема D27 совместно с D28 и компаратором D29 представляют собой завершенную схему АЦП.

При поступлении сформированного сигнала START на вход S D27 и наличии тактовых импульсов на входе Т начинается аналого-цифровое преобразование методом последовательного приближения.

После выдачи сигнала START процессор КУКП-М считывает старший байт данных с АЦП в формате, приведенном на рис.30 и контролирует значение разряда D5.

 +---------------------------------------+ | 0 | 0 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 | +---------------------------------------+ | | +---------------------------------------+ | | | 12 11 10 9 |Старшие разряды АЦП| | | +---------------------------------------+ | | Знаковый разряд АЦП | +-------------------- | Конец преобразования АЦП +-----------------------------

Рис.30. Формат старшего байта данных преобразователя

При D5=1 процессор фиксирует старший байт в ОЗУ и считывает младший байт данных АЦП. Подобным образом производится преобразование одного блока сигналов ТИТ по всем 16-ти каналам.

6.1.14. Работа КУКП-М в режиме ввода-вывода дискретных сигналов

Модули ввода-вывода дискретных сигналов МВТС-М и МВТУ-М управляются сигналами PB1 (МЛ/СТ), READ (ЧТН), WRITE (ЗАП), ВМ1...ВМ4, D0...D7.

В режиме ввода-вывода дискретных сигналов КУКП-М выставляет на интерфейсных линиях внутренней магистрали байт управления модулями в формате, приведенном на рис.31.

 +---------------------------------------+ | D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 | +---------------------------------------+ +-----------------------------+ | | +----------------+ |не используется| 0 0 0 | | | | 0 - 1-й байт | |выбор модуля 1 | 0 0 1 | | | | 1 - 2-й байт | |выбор модуля 2 | 0 1 0 | | | +----------------+ |выбор модуля 3 | 0 1 1 | | | --+ +-- |выбор модуля 4 | 1 0 0 | | | Запись - +---+ |не используется| 1 0 1 | | +------------------ |разрешение АЦП | 1 1 0 | | --+ +-- |КТМС | 1 1 1 | | Чтение - +---+ +-----------------------------+ +-------------------------

Рис.31. Формат байта управления модулями

Комбинация состояний разрядов D5, D6 и D7 байта управления определяет адрес модуля. Значение разряда D1 определяет адрес активного байта модуля (младший/старший). Сигналом ЗАПИСЬ=1 производится запись данных в адресованный регистр адресованного модуля. Сигнал ЧТЕНИЕ=1 обеспечивает выдачу адресуемым модулем на шину данных содержимого активного байта.

6.1.15. Работа КУКП-М в режиме обмена с КТМС-М

После завершения операций ввода-вывода процессор КУКП-М приступает к передаче кадра данных процессору КТМС-М. Диаграмма обмена представлена на рис. 32. Первоначально процессор КУКП-М анализирует состояние сигнала ОТВЕТ на линии С5 D8. При С5=0 процессор КУКП-М выставляет на выходе порта А D8 первый байт данных. Строб данных через некоторый промежуток, необходимый для устранения перекоса данных на приеме, формируется состоянием линии КТМС=1. В ответ на строб данных процессор КТМС-М (принимает строб на линии КТМС (С6 D8)) считывает данные по линиям порта В D8 и выставляет сигнал подтверждения приема данных на линии ОТВЕТ ( А6 D8 ). Процессор КУКП- М приняв состояние С5=1 D8 снимает данные с порта А и возвращает линию строба передаваемых данных в состояние низкого уровня (КТМС=0). Получив на входе КТМС низкий уровень сигнала строба данных процессор КТМС-М возвращает уровень на линии ОТВЕТ в состояние низкого уровня (ОТВЕТ=0). Процесс передачи байта данных из КУКП-М в КТМС-М завершен. Последующие байты информационного кадра передаются аналогично. В режиме обмена информацией процессоры КУКП-М и КТМС-М поддерживают согласно алгоритма дисциплину обмена на уровне соглашения: принята посылка - передан ответ.

 КТМС-М __ __________ _ _ ___________ __ КУКП-М ---- \ / \ / \ / \ / ----- ДАННЫЕ X КТМС< KУКП X X КТМС >KУКП X ДАННЫЕ Порт В __/_\__________/_\_ _/_\___________/_\__t Порт А КТМС +-------+ +---------+ КТМС C6-вход ______|_______|_____________|_________|__t ОТВЕТ- +-------+ +------+ ОТВЕТ А6-выход_________|_______|_________|______|_____t C5-вход

Рис.32. Диаграмма обмена между КТМС-М и КУКП-М

Обратная передача данных из КТМС-М в КУКП-М производится следующим порядком. При готовности передачи байта данных в КУКП-М процессор КТМС-М анализирует состояние сигнала на линии РШ КТМС. При РШ КТМС=0 процессор КТМС-М выставляет на выходе порта В D8 первый байт данных. Строб данных через некоторый промежуток, необходимый для устранения перекоса данных на приеме, формируется наличием сигнала ОТВЕТ=1. В ответ на строб данных процессор КУКП-М (принимает строб данных на линии С5 D8) считывает данные по линиям порта А D8 и выставляет сигнал подтверждения приема данных на линии КТМС. Процессор КТМС приняв подтверждение приема - РШ КТМС=1 снимает данные с порта В и возвращает линию строба передаваемых данных в состояние низкого уровня (ОТВЕТ=0). Получив на входе С5 D8 низкий уровень сигнала строба данных процессор КУКП-М возвращает уровень на линии КТМС в состояние низкого уровня (КТМС=0). Процесс передачи байта данных из КТМС-М в КУКП-М завершен. Последующие байты информационного кадра передаются аналогично.

После завершения цикла обмена с КТМС-М процессор КУКП-М переходит на выполнение своего внутреннего цикла по обслуживанию ТУ, ТИИ, ТС и ТИТ.