Устройство и работа составных частей КПМ Устройство и работа составных частей КПМ

Страница 1 из 5 6.1. Устройство и работа КУКП

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

или МВИС.

6.1.2. Габаритные размеры КУКП не превышают 300х255х260 мм3.

6.1.3. Масса КУКП не превышает 1 кг.

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

6.1.5. Вид, диапазон входных аналоговых сигналов ТИТ и входное сопротивление каналов преобразования КУКП представлены в табл.6. Для специальных нужд, КУКП имеет возможность введения по каждому каналу индивидуально усиления с коэффициентами из ряда: 1, 2, 20 и 100.

 Таблица 6 -------------------------------------------------------- Вид входного | Диапазон входных | Входное сигнала ТИТ | сигналов каналов ТИТ | сопротивление --------------|---------------------------|------------ Напряжение | минус 5 В -0- плюс 5 В |не менее 1 МОм постоянного | минус 10 В -0- плюс 10 В |не менее 1 МОм тока | | ------------------------------------------------------- Постоянный | минус 5 мА -0- плюс 5 мА| 1 кОм ток | минус 20 мА -0- плюс 20 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. Полное время преобразования 16-ти аналоговых сигналов не превышает 210 мс.

6.1.11. Схема структурная КУКП приведена на рис.26 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;

МХ2- коммутатор эталонных сигналов;

К- усилитель программируемый;

АЦП- аналого-цифровой преобразователь;

узлы 1 и 2 гальванической развязки;

схема управления КУКП;

источник вторичного питания КУКП.

 Каналы+--+ +---+ +---+ +----------+ +----+ +--------+ ТИТ |ВП| |MX1|-->---|MX2|->| K |->-|АЦП |->-| Гальва-| 1-----| |--| | | | | | | | . |ническая| . | |. | | Uэт1-| | |1,2,20,100| | | . |развязка| . | |. | | | | +----------+ | | . |(узел 1)| . | |. | | Uэт2-| | | | | . | | . | |. | | | | | | |->-| | 16----| |--| | +-| | | | | +--------+ +--+ +---+ ---+---+ | +----+ |...| | | | | | | +-^----------^-----------^---------^----+ | | | Гальваническая развязка (узел 2) | | |К модулям +---------------------------------------+ | | ввода- | | | | | | вывода | | | | | | и КТМС +-^----------^-----------^---------^-------V---V+ | |-----> | |. | Схема управления КУКП |. | |. | |-----> +-----------------------------------------------+ От БП КПМ+----------------+ Для внутренних =24В | Источник | нужд: +5В;+-15В;+5В -->--| питания |---> | | +----------------+

Рис. 26. Схема структурная КУКП

Схема электрическая принципиальная КУКП приведена на рис.2 и табл.2 приложения и включает:

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

нормирующие преобразователи с фильтрами (А1...А16);

коммутатор аналоговых сигналов (D1, D4); усилитель с программируемым коэффициентом усиления (D5, D7, R74...R77);

регистр управляющего слова РУС (D2,D3);

узел гальванической развязки (VE1...VE11, DR2...DR8, R63...R73, R78...R99);

прецизионный инвертор (D10, D14, R18, R21);

источник опорного и эталонных напряжений (D9, D13, VT1, VD1, R7...R9, R11...R13, R19, R20, R25, R26);

компаратор знака (D11);

генератор тактовой частоты (D6.2...D6.4);

схема формирования стартового импульса (D8.1, D8.2, D15);

схема преобразователя (D16...D19);

узел гальванической развязки выходных цепей АЦП (VE12...VE19, R97...R119, R34);

2) cхему управления КУКП в составе:

процессор (D20);

ОЗУ (D24);

ПЗУ (D25);

регистр адреса (D21);

схема интерфейса (D27);

схема логики (D22, D23, D26, D29);

схема дешифратора (D28);

cхема индикации наличия питающего напряжения и работы процессора (VT2, VD3, VD4);

3) источник вторичного питания КУКП А17.

6.1.12. Машинные коды рабочей программы функционирования КУКП размещены в ППЗУ при изготовлении устройства. Укрупненная блок-схема алгоритма функционирования КУКП представлена на рис. 27.

После включения питания производится тестирование ОЗУ, ПЗУ и начальная установка в выключенное состояние выходов ТУ и ТР. Далее процессор переходит на выполнение процедуры измерения сигналов ТИТ:

1) производится ввод и преобразование нулевых значений (напряжения смещения усилителей) при различных коэффициентах усиления (1, 2, 20 и 100) и регистрация полученных значений в соответствующих ячейках ОЗУ; 2) производится замер эталонных сигналов Vo, Vэт, формируемых источником опорного напряжения (ИОН) при различных коэффициентах усиления. От полученных значений алгебраически вычитаются значения смещения нулей и по полученной разнице вычисляются поправочные коэффициенты для каждого коэффициента усиления;

3) производится замер входных значений с датчиков ТИТ. От полученных значений алгебраически вычитается значения смещения нуля и результаты корректируются с учетом поправочного коэффициента и коэффициента усиления, соответствующего каждому из каналов. Измерения сигналов ТИТ по каждому из каналов производится дважды через мерный интервал длительностью 10 мс, полученные пары значений нормируются. Такая процедура практически устраняет влияние на входной сигнал напряжения помехи промышленной частоты 50 Гц. Результаты нормирования заносятся в буфер ОЗУ.

Следующим этапом выполняются операции ввода сигналов ТУ и ТР. Затем считываются состояния входов ТС и заносятся в буфер ТС, после чего выполняются операции ввода и преобразования аналоговых сигналов ТИТ.

После выполнения ввода ТИТ выполняется подпрограмма ОБМЕН ДАННЫМИ контроллеров КУКП и КТМС.

6.1.13. Тракт аналого-цифрового преобразования

Входные сигналы с датчиков ТИТ могут быть представлены в величинах согласно табл.6. На наборном поле нормирующих преобразователей сигналов ТИТ устанавливаются перемычки согласно табл.7.

 Таблица 7 ----------------------------------------------------------------- Входной |Перемычки,устанавливаемые|Коэффициент сигнал |на колодке Х11 А1...А16 | усиления -------------------------|--------------------------------------- минус 10В - 0 - плюс 10В | нет | 1 | | минус 5мА - 0 - плюс 5мА | между 2 и 3 | 2 | | минус 20мА- 0 - плюс 20мА| между 1 и 2 | 2 | | -----------------------------------------------------------------

 В состав нормирующих преобразователей (А1...А16) включены однозвенные ВЧ-фильтры (R46, C29) составляющих входного сигнала. Частота среза фильтра выбрана на уровне 159 Гц. +----------+
 | НАЧАЛО |
 +----------+
 +----------+
 | А=1 |
 +----------+
 +---------------+
 |Тест ОЗУ, ПЗУ |
 | ОЗУ, ПЗУ |
 +---------------+
 +-------------------+
 |Начальная установка|
 | выходов ТУ и ТРК |
 +-------------------+
 |--------------------+
 +-----------------------+ |
 | Ввод Uо, Uэт | |
 | Вычисление масштабных | |
 | коэффициентов | |
 +-----------------------+ |
 |----------------+ |
 +-------------------+ | |
 | Ввод сигналов ТС | | |
 | и ТИТ | | |
 +-------------------+ | |
 +---------------------+ | |
 |Выдача КТМС состояний| | |
 | сигналов ТС и ТИТ | | |
 +---------------------+ | |
 +---------------------+ | |
 |Прием от КТМС команды| | |
 +---------------------+ | |
 +---------------------+ | |
 | Выполнение получен-| | |
 | ной команды | | |
 +---------------------+ | |
 +----------+ | |
 | А= А+1 | | |
 +----------+ | |
 | | |
 нет | |
 < А= 256?>-----------+ |
 |
 да| |
 +----------+ |
 | А= 0 | |
 +----------+ |
 +--------------------+

Рис. 27. Блок-схема алгоритма функционирования процессора КУКП

Сигналы с выхода нормирующих преобразователей, представленные напряжением, поступают на 16-ти канальный коммутатор D1, управляемый процессором. Выбранный коммутатором входной сигнал через усилитель с программируемым коэффициентом усиления D5, D7 и схему коммутатора D14, управляемого знаком входного сигнала, поступает на вход преобразователя D18. Преобразователь функционирует под управлением сигналов ЗАПУСК, УПРАВЛЕНИЕ МР (LB), УПРАВЛЕНИЕ СР (НВ).

Сигналом ЗАПИСЬ УПРАВЛЯЮЩЕГО СЛОВА (ЗУС) с D27:20 в регистр управляющего слова РУС (D2,D3) записывается код управляющего слова (рис. 28).

 +---------------------------------------+ | D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 | +---------------------------------------+ +-------------------+ | | +---------------------------+ |Значение| | | | | |N канала| | Кус | | | | |------------------+--------| |--------+----------| | | | 0 0 0 0 | 1 | | 1 | 0 0 | | | | 0 0 0 1 | 2 | | 2 | 0 1 | | | | 0 0 1 0 | 3 | | 20 | 1 0 | | | | 0 0 1 1 | 4 | | 100 | 1 1 | | | | 0 1 0 0 | 5 | +-------------------+ | | | 0 1 0 1 | 6 | +----------------+ | 0 1 1 0 | 7 | | Канал | | | 0 1 1 1 | 8 | |--------+-------| | 1 0 0 0 | 9 | | Uо | 0 0 | | 1 0 0 1 | 10 | | Uх | 0 1 | | 1 0 1 0 | 11 | | Uэт1 | 1 0 | | 1 0 1 1 | 12 | | Uэт2 | 1 1 | | 1 1 0 0 | 13 | +----------------+ | 1 1 0 1 | 14 | | 1 1 1 0 | 15 | | 1 1 1 1 | 16 | +---------------------------+

Рис. 28. Структура управляющего слова

Значения коэффициентов усиления для каждого канала заносятся в ПЗУ с помощью сервисного оборудования при выпуске КУКП на предприятии-изготовителе.

Одновременно с выдачей сигнала ЗУС на входы LB и НВ D18 с D27/19 подается сигнал, разрешающий вывод с преобразователя (D18) старших разрядов данных. На вход Т D18 подается тактовая частота порядка 25 кГц с генератора (D6.2, D6.3, D6.4, D15.1).

Входной сигнал через коммутаторы D1 и D4 подается на масштабный усилитель, коэффициент усиления которого определяется разрядами D6 и D7 регистра управляющего слова.

С выхода масштабного усилителя сигнал поступает на вход инвертирующего усилителя D10, вход Х4 коммутатора D14, а также на вход компаратора знака D11.

Компаратор знака управляет коммутатором D14, который совместно с инвертирующим усилителем D10 представляет выпрямитель входного сигнала. Таким образом на вход повторителя D16 всегда поступает сигнал одного знака, что дает возможность увеличить разрешающую способность АЦП. Микросхема D18 совместно с D17 и компаратором D12 представляют собой завершенную схему АЦП.

При поступлении сигнала ЗАПУСК на вход S D18 и наличии тактовых импульсов на входе Т начинается аналого-цифровое преобразование методом последовательного приближения.

После выдачи сигнала ЗАПУСК схема управления контроллера считывает байт данных с АЦП в формате, приведенном на рис.29 и анализирует значение разряда D5.

 +---------------------------------------+
 | D7 | D6 | D5 | D4 | D3 | D2 | D1 | D0 |
 +---------------------------------------+
 | | | | +---------------------------------------+
 | | | | | 12 11 10 9 |Старшие разряды АЦП|
 | | | | +---------------------------------------+
 | | | | Знаковый разряд АЦП
 | | | +--------------------
 | | | Конец преобразования АЦП
 | | +-----------------------------
 х х Коэффициент усиления
 +------------------------------------Рис.29. Формат старшего байта данных преобразователя

При D5=1 процессор фиксирует байт в буфере ОЗУ и считывает младшие разряды АЦП. Подобным образом производится преобразование сигналов ТИТ по всем 16-ти каналам. Через мерный интервал длительностью 10 мс производится повторное преобразование входных

сигналов по всем каналам.

6.1.14. Работа КУКП в режиме ввода-вывода дискретных сигналов

Модули ввода-вывода дискретных сигналов МВТС, МВТР и МВТУ управляются сигналами ВЫБОР МОДУЛЯ (ВМ), ЧТЕНИЕ (ЧТ), ЗАПИСЬ (ЗП), ВЫБОР БАЙТА, ДАННЫЕ.

В режиме ввода-вывода дискретных сигналов КУКП выставляет на интерфейсных линиях внутренней магистрали коды управления в формате, приведенном на рис.30.

 +---------------------------------------+ | 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 | | --+ +-- |РШКТМС | 1 1 1 | | Чтение - +---+ +-----------------------------+ +-------------------------

Рис.30. Формат кодов управления Разрядами D5, D6 и D7 выбираются внешние по отношению к процессору КУКП устройства (модули), с которыми он обменивается данными. Значение разряда D1 определяет номер активного байта. Сигналом ЗАПИСЬ=1 производится запись данных, установленных на выходе порта А микросхемы D27. Сигнал ЧТЕНИЕ=1 используется для считывания на входе порта А микросхемы D27 значений контролируемых сигналов с

модулей.

6.1.15. Работа КУКП в режиме обмена с КТМС

После завершения операций вывода команд ТУ, ТРК, ввода ТС и ТИТ процессор КУКП приступает к передаче кадра данных процессору КТМС. Диаграмма обмена представлена на рис. 31. Первоначально процессор КУКП анализирует состояние сигнала на линии С5 D27. При С5=0 процессор КУКП выставляет на выходе порта А D27 первый байт данных. Строб данных через некоторый промежуток, необходимый для устранения перекоса данных на приеме, формируется состоянием линии КТМС=1 - совокупность РШКТМС=1 (см. рис.28) и В3=1 D27. В ответ на строб данных процессор КТМС (принимает строб на линии РШ КТМС (С6 D8)) считывает данные по линиям порта В D8 и выставляет сигнал подтверждения приема данных на линии ОТВЕТ ( А6 D8 ). Процессор КУКП приняв состояние С5=1 D27 снимает данные с порта А и возвращает линию строба передаваемых данных в состояние низкого уровня (КТМС=0). Получив на входе РШ КТМС низкий уровень сигнала строба данных процессор КТМС возвращает уровень на линии ОТВЕТ в состояние низкого уровня (ОТВЕТ=0). Процесс передачи байта данных из КУКП в КТМС завершен. Последующие байты информационного кадра передаются аналогично. В режиме обмена информацией процессоры КУКП и КТМС поддерживают согласно алгоритма дисциплину обмена на уровне соглашения: принята посылка - передан ответ.

 КТМС __ __________ _ _ ___________ __ КУКП ---- \ / \ / \ / \ / ----- ДАННЫЕ X КТМС< KУКП X X КТМС >KУКП X ДАННЫЕ Порт В __/_\__________/_\_ _/_\___________/_\__t Порт А РШ КТМС- +-------+ +---------+ КТМС=РШKTMC^ C6-вход ______|_______|_____________|_________|_t ^B3-выход ОТВЕТ- +-------+ +------+ А6-выход_________|_______|_________|______|_____t C5-вход

Рис.31. Диаграмма обмена между КТМС и КУКП

Обратная передача данных из КТМС в КУКП производится следующим порядком. При готовности передачи байта данных в КУКП процессор КТМС анализирует состояние сигнала на линии РШ КТМС. При РШ КТМС=0 процессор КТМС 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 (принимает строб данных на линии С5 D27) считывает данные по линиям порта А D27 и выставляет сигнал подтверждения приема данных на линии КТМС (при совокупности РШКТМС=1 (см. рис.28) и В3=1 D27). 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 D27 низкий уровень сигнала строба данных процессор КУКП возвращает уровень на линии КТМС в состояние низкого уровня (КТМС=0). Процесс передачи байта данных из КТМС в КУКП завершен. Последующие байты информационного кадра передаются аналогично.

После завершения цикла обмена с КТМС процессор КУКП переходит на выполнение своего внутреннего цикла по обслуживанию ТУ, ТРК (или ТИИ), ТС и ТИТ.