Конструктивная совместимость иис. Электромагнитная совместимость иис.

Электрическая совместимость. Для передачи электрической энергии заданного напряжения и тока с целью обеспечения питанием ФБ и измерительных си­стем служат линии промышленной сети, линии батарейных источ­ников и (или) линии рабочего напряжения.

Сетевая линия обеспечивает соединение ФБили измерительных си­стем с промышленной энергосетью. В ФБ или измерительной системе напряжение энергосети автоматически пре­образуется в нужное для функционирования аппаратуры рабочее напряжение.

Батарейная линия связывает ФБ или измерительную систему с батарейным источником питания. В случае необходимости напря­жение этого источника автоматически преобразуется в ФБ в требуемое для его действия рабочее напряже­ние.

Линии рабочего напряжения связывают ФБ с центральным блоком, в котором из напряжения энергосети или батареи вырабатываются все рабочие напряжения для всех ФБ измерительной системы, необходимые для их функцио­нирования.

В данном случае не каждый ФБ нуждается в задании всех видов энергетических взаимосвязей.

Условия стандарта на интерфейс, направленные на обеспечение энергетической совместимости ФБ, можно разделить на электрические и конструктивные.

В числе электрических условий указывают: способ питания элек­трической энергией - сеть, батарея, централизованное, автономное; величины напряжений питания и их допустимые отклонения от номиналов; допустимую токовую нагрузку.

В числе конструктивных условий указывают: тип соединитель­ного элемента - штекерный разъем, монтажные планки с лепестками для пайки проводов; распределение отдельных соединительных элементов в соответствии с питающими напряжениями - монтажная схема штекерного разъема; устройство конструктивных соединений в ФБ; вид проводных соединений между ФБ - сетевой кабель, жгут прово­дов или токовые шины.

Кроме того, должны быть даны дополнительные указания о вы­полнении заземления и в случае необходимости о разделении (раз­вязке) потенциалов, а также о мероприятиях по защите от прико­сновения к токоведущим частям и защите от паразитных связей.

Схема, определяющая пути обеспечения электрической совместимости показана на рис. 2.

Рис. 2. Пути обеспечения электрической совместимости ИС

 

Конструктивная совместимость. Под конструктивной совместимостью понимают материальные условия, необходимые для соединения ФБ друг с другом и (или) с измерительной системой, с тем, чтобы измерительная система или часть её представляла бы собой единое конструктивное целое. Эти соеди­нения осуществляют обычно следующим образом.

1. ФБ вставляют в общий каркас, который, если требуется, устанавливают в корпус (кожух). При этом связи, необходимые для обеспечения информационной и энерге­тической совместимости ФБ, возникают не одновременно с установкой блоков, а лишь после стыковки разъемов либо после припайки соединительных проводов к монтажным лепесткам.

2. ФБ вставляют, путём перемещения по на­правляющим, в предназначенный для этой цели каркас и затем, если требуется, устанавливают каркас в кожух. При этом через соот­ветствующие по конструкции штекерные разъемы одновременно воз­никают связи, обеспечивающие информационную и энергетическую совместимость ФБ.

Требования стандарта на интерфейс, обеспечивающие конструк­тивную совместимость ФБ, распространяются:

на виды конструкций, предназначенных для механической за­щиты и размещения схемных элементов, ФБ и устройств - кассета, вставной блок, вставной узел, стойка, шкаф или вставной элемент, рама;

на размеры конструктивных элементов с допусками, прикото­рых обеспечивается совместимость ФБ различных видов.

Схема, определяющая пути обеспечения конструктивной совместимости показана на рис.3.

 

 

 

Рис. 3. Пути обеспечения конструктивной совместимости ИС

 

Если допускается использовать конструкции одного вида с различ­ными размерами, то для значений высоты, ширины и (или) длины устанавливают размерный ряд, который целесообразно задавать, исходя из шага координатной сетки, применяемой при вычерчива­нии монтажных схем печатных плат.

Электромагнитная совместимость. Электромагнитная совместимость - это способность устройства или системы нор­мально функционировать в электромагнитной среде, не оказывая на неё недопусти­мого мешающего воздействия(DirectiveEMC 89/336/EEС - директива по ЭМС Европейского экономического сообщества).

Совокупность электромагнитных полей, которая может влиять на функ­ционирование электронных устройств или биологических объектов принято называть электромагнитной средой. Изменения в электромагнитной среде вызывает любое устройств, которое передаёт, распределяет, вырабатывает или каким-то образом использует эле­ктрическую энергию. Окружающее пространство настолько насыщено по­добными устройствами, что полностью исключить их взаимное влияние не представляется возможным, впрочем, часто этого и не требуется: достаточно обеспечить их электромагнитную сов­местимость.

При разработке конструктивов – сверх больших интегральных схем, многослойных печатных плат и панелей важная роль отводится анализу паразитных электромагнитных процессов в межсоединениях и оценке их влияния на быстродействие устройств.

С появлением электроники и микроэлектроники резко возросло число как излучающих помехи приборов, так и реагирующих на помехи устройств. Это привело к необходимости нормирования уровней излучаемых помех и помехоустойчивости.

Исходя из этого, под электромагнитной совместимостью (ЭМС) понимают нормальное функционирование передатчиков и приёмников электромагнитной энергии.

К передатчикам электромагнитной энергии, наряду с телевизионными и радиовещательными устройствами, относят также: электрические цепи и системы – силовая электроника, контакты выключателей, электродвигатели и т. п.

К приёмникам электромагнитной энергии, наряду с телевизионными и радиовещательными устройствами, относят также: системы автоматизации, измерительные и управляющие приборы, различные регуляторы, электронные средства и т. п.

Электрические устройства могут одновременно действовать и как приёмники, и как передатчики.

В каких случаях передатчики и приёмники характеризуются как электромагнитно совместимые, существенно зависит от вида передатчика или приёмника.

Передатчики, которые отдают паразитную электромагнитную энергию в окружающую среду, считаются совместимыми, если значения напряжённости производимого ими поля на определённом расстоянии не превосходят установленных предельных значений.

Приёмники считаются совместимыми, если они в состоянии принимать при электромагнитном загрязнении свой полезный сигнал с удовлетворительным уровнем помех, а сами не излучают недопустимых помех.

Методы защиты электронных средств от внешнего электромагнитного поля приведены на рис.4.

Выбор комплекса мер по защите электронных средств от воздействия внешних электромагнитных помех определяется местом, которое занимает конструктивный модуль в иерархической структуре.

К методам защиты электронных средств от внешнего электромагнитного поля относятся: структурно - функциональные, схемотехнические и конструктивные.

Применение структурно - функциональных методов защиты электронных средств возможно лишь для функционально законченных блоков, когда каждый из этих блоков работает по собственным и взаимосвязанным алгоритмам. Отработка мер защиты в этом случае должна проходить на ранних этапах проектирования.

Схемотехнические методы защиты имеют избирательное влияние на конструкцию электронных средств и заключаются в целенаправленном изменении структуры отдельных схем и введении дополнительных элементов.

Конструктивные методы защиты основаны на конкретном проектировании модулей электронных средств.

 

 

 

Рис. 4. Методы защиты электронных средств от внешнего электромагнитного поля

 

 

Программная совместимость. Программная совместимость - означает возможность исполнения программ в машинном коде на старших моделях семейства ПК, разработанных для младших моделей семейства ПК.

Концепция программной совместимости впервые в широких масштабах была применена разработчиками системы IBM/360. Основная задача при проектировании всего ряда моделей этой системы заключалась в создании такой архитектуры, которая была бы одинаковой с точки зрения пользователя для всех моделей системы независимо от цены и производительности каждой из них. Огромные преимущества такого подхода, позволяющего сохранять существующий задел программного обеспечения при переходе на новые (как правило, более производительные) модели были быстро оценены как производителями компьютеров, так и пользователями и начиная с этого времени практически все фирмы-поставщики компьютерного оборудования взяли на вооружение эти принципы, поставляя серии совместимых компьютеров.

Этот переход выдвинул ряд новых требований. Прежде всего, такая вычислительная среда должна позволять гибко менять количество и состав аппаратных средств и программного обеспечения в соответствии с меняющимися требованиями решаемых задач. Во-вторых, она должна обеспечивать возможность запуска одних и тех же программных систем на различных аппаратных платформах, т.е. обеспечивать мобильность программного обеспечения. В третьих, эта среда должна гарантировать возможность применения одних и тех же человеко-машинных интерфейсов на всех компьютерах, входящих в неоднородную сеть. В условиях жесткой конкуренции производителей аппаратных платформ и программного обеспечения сформировалась концепция открытых систем, представляющая собой совокупность стандартов на различные компоненты вычислительной среды, предназначенных для обеспечения мобильности программных средств, в рамках неоднородной, распределенной вычислительной системы.

 

8Назначение интерфейса GPIB и соединение приборов в системе.

 

1. Назначение интерфейса и соединение приборов в системе.

Приборный интерфейс GPIB с параллельно-последовательной передачей данных пред­назначен для обеспечения взаимодействия программируемых и не­программируемых средств измерений с другой аппаратурой в рамках автоматической измерительной системы.

Данный интерфейс в технической литературе имеет и другие названия - МЭК 625.1, HP-IB, IEC-625.1, IEEE-488.1, а также канал общего пользования.

Интерфейс обычно трактуется как сопряжение, представляющее собой стыкующую часть в виде платы или блока, которая располагается между приборами системы или частями одного прибора, через которую происходит обмен информацией.

В России данный интерфейс известен, как стандартный, на основе принятого отечественного стандарта ГОСТ 26.003-85 [ СТ СЭВ 2740-80 ] – Система интерфейса для измерительных устройств с байт - последовательным и бит - параллельным обменом информации.

Под стандартным интерфейсом понимается совокупность унифицированных аппаратурных, программных и конструктивных средств, необходимых для реализации взаимодействия различных функциональных блоков в автоматизированных системах сбора и обработки информации при условиях, предписанных стандартом и направленных на обеспечение информационной, технической, метрологической, энергетической, конструктивной, электромагнитной и программной совместимостей функциональных блоков.

Качество стандарта на интерфейс может быть оценено соотношением, устанавливаемым между ограничениями на реализацию интерфейса и устройств сопряжения и возможностями варьирования тех или иных характеристик интерфейса с целью более эффективного приспособления его к конкретной измерительной системе.

В противном случае увеличивается вероятность несовместимости интерфейсных функциональных блоков, разрабатываемых различными производителями.

Особенностью стандарта является отсутствие ограничений на конструктивную реализацию и способы построения функциональных блоков, а также способы объединения их в измерительную систему.

Стандарт определяет только интерфейс, по которому осуществляется обмен информацией, синхронизация и управление. Интерфейс является полностью пассивным, Все активные цепи, по которым вырабатывают управляющую информацию и осуществляют приём и передачу информации, размещаются на печатных платах устройств.

Активные цепи и интерфейс, выполняемый обычно в виде кабеля того или иного типа, на каждом конце которого имеется двусторонний разъём с винтовыми зажимами, образуют собственную магистраль. Конструкция разъёма обеспечивает установку одного разъёма на другой, что позволяет собирать измерительные системы любой произвольной конфигурации.

Интерфейс используется в современных измерительных системах в качестве межблочного и в последнее время в качестве внутриблочного.

Необходимо отметить, что функциональные спецификации стандартного интерфейса определяют только взаимное подключение функциональных блоков. Для обеспечения полного взаимного соединения функциональных блоков необходимо наряду с требованиями к электрической, конструктивной и информационной совместимости определить требования к форматам данных, команд и слов состояния функциональных блоков. Однако, использование интерфейса, определяющего только стандартные функциональные требования, значительно упрощает проблему взаимного соединения различных функциональных блоков.

 

Система интерфейса представляет собой совокупность механических, электрических, информационных и зависящих от приборов функциональных элементов, которые необходимы для взаимодействия приборов в системе.

Линия сигналов интерфейса представляет собой каждый из совокупности проводов в канале общего пользования системы интерфейса, применяемый для передачи информации между соединёнными приборами.

Скорость передачи данных в каждой сигнальной линии интерфейса не превышает

1 Мбит/с.

Совокупность нескольких линий сигналов, используемых в интерфейсе и, выполняющих определённую функцию в измерительной системе, образуют шину.

В нормативных документах не содержится чётких указаний о приеме и передаче данных в соответствии с условиями интер­фейса одним и тем же прибором. Задачей разработчиков приборов и пользователей как раз и является изыскание таких возможностей в рамках интерфейса, которые обеспечили бы организацию внутрисистемного обмена информацией в соответствии с требуемыми кри­териями функционирования системы.

Соединение приборов между собой должно осуществляться через многопроводный магистральный интерфейс. Общая длина интерфейса не должна превышать 20 м.. Число приборов, присоединяемых к интерфейсу, должно быть не более 15. При этом не менее, чем две трети всех приборов должно находиться в состоянии питание включено, при этом система остается работоспособной, если при выключении любого количества приборов уровень сигналов в линиях интерфейса составляет не менее 2.5 В.

Структурная схема подключения приборов измерительной системы с магистралью GPIB приведена на рис.1.

Общее число адресов приемников и источников информации в системе не должно превышать 31 при однобайтовой и 961 при двухбайтовой адресации.

Система интерфейса обеспечивает:

работу приборов на расстоянии до 20 м при максимальной скорости 250000 байтов в секунду, со стандартной эквивалентной нагрузкой через каждые 2 м, при использовании возбудителя с открытым коллектором с втекающим током не менее 48 мА;

работу приборов на расстоянии до 20 м при максимальной скорости 500000 байтов в секунду, со стандартной нагрузкой через каждые 2 м, при использовании возбудителя на три состояния с втекающим током не менее 48 мА.

Для достижения максимальных скоростей передачи данных (до 1000000 байтов в секунду) необходимо:

использовать возбудители на три состояния с втекающим током не менее 48 мА;

сократить длину кабеля до 15 м с эквивалентной нагрузкой не более чем через каждый метр;

подать питание на все приборы;

чтобы емкостная нагрузка каждого прибора не превышала 50 пФ на линию, исключая линии IFC и REN;

добавить (при необходимости) резистивные нагрузки - по одной на сигнальную линию. При этом общее количество нагрузок на линии не должно превышать 15;

использовать минимальное значение времени T ₁=350 нс.

Если прибор при времени T ₁=350 нс работает в условиях, не удовлетворяющих выше перечисленным, то не гарантируется передача данных без ошибок.

Допускается применение приборов с временем T ₁==700 нс и ёмкостью 50 пФ на линию, имеющих дополнительные резистивные нагрузки.

При необходимости, допускается использование в устройстве буферной памяти для байтов данных.

 

 

Рис. 1. Структурная схема измерительной системы с интерфейсом GPIB:

 

а – с выделенным прибором – контроллером; б – без выделенного прибора контроллера.

При этом на рис. 1. A – прибор, способный передавать, принимать и управлять (например, ПК); B – прибор, способный передавать и принимать (например, цифровой вольтметр); C - прибор, способный только принимать (например, генератор сигналов);

D – прибор, способный только передавать(например, считывающее устройство).

Во избежание ошибок при функционировании не допускается включение и выключение приборов во время работы системы, если не используются специальные возбудители линии.