Автоматизация процесса бурения

|E4 |304 |CNT0 |Счетчик 0 |Intel 8253 |

|E5 |305 |CNT1 |Счетчик 1 |Intel 8253 |

|E6 |306 |CNT2 |Счетчик 2 |Intel 8253 |

| | | |к | |

|E8 |308 |ADC |АЦП | |

|E9 |309 |STAT |АЦП | |

|E10 |30A |START |АЦП | |

|E11 |30B |DACO |ЦАП | |

|E12 |30C |GATE |Таймер/счетчи| |

| | | |к | |

|E13 |30D | |Порт ручки | |

|E14 |30E | |Не | |

|E15 |30F | |Не | |

|E16 |310 | |Не | |

|E17 |311 | |Не | |

|E18 |312 | |Не | |

|E19 |313 | |Не | |

|E20 |314 | |Не | |

|E21 |315 | |Не | |

|E22 |316 | |Не | |

|E23 |317 | |Не | |

|E24 |318 | |Не | |

|E25 |319 | |Не | |

|E26 |31A | |Не | |

|E27 |31B | |Не | |

|E28 |31C | |Не | |

|E29 |31D | |Не | |

|E30 |31E | |Не | |

|E31 |31F | |Не | |

Параллельный порт ввода-вывода

Хотя компьютер IBM PC и обладает очень мощными средствами обработки

данных, одного этого ему недостаточно. Он нуждается также и в средствах

взаимодействия с внешним миром. Для обмена данными между компьютером и

периферийным устройством необходимы аппаратные средства ввода-вывода и

соответствующее программное обеспечение.

Временные диаграммы

Ключом к успешному созданию любого интерфейса с системой является

обеспечение совместимости временного распределения его работы с

аналогичными параметрами системной шины. Во временных диаграммах и

таблицах, приведенных на рис. 3.5, представлена детальная информация о

временном распределении шинных циклов записи и чтения для ВВ.

Шинный цикл обычно состоит из четырех рабочих периодов длительностью Т

(машинный такт), однако компьютер автоматически вводит в этот цикл

дополнительный период ожидания (TW). Таким образом, в компьютере весь

шинный цикл ВВ содержит как минимум пять периодов Т, т.е. его длительность

равна примерно 1,05 мкс. Шинный цикл может быть дополнительно увеличен

путем регулирования длительности сигнала готовности (10 СН RDY) на

системной шине. Обратите внимание на то, что выводы А16—А19 адресной шины

компьютера не переводятся в активное состояние во время шинных циклов ВВ.

Шинный цикл чтения ВВ инициируется каждый раз, когда микропроцессор

8088 выполняет команду IN. Во время периода Т1 в активное состояние

переключается линия сигнала ALE, по срезу которого выдается признак того,

что разряды АО—А15 адресной шины содержат действительный адрес порта ВВ. Во

время периода Т2 в активное состояние переводится сигнал управления IOR,

который указывает, что отклик адресуемого входного порта должен заключаться

в выводе им своего содержимого на шину данных. В начале периода Т4

процессор считывает информацию с шины данных, а затем линия сигнала IOR

переводится в неактивное состояние.

Шинный цикл записи ВВ инициируется каждый раз, когда процессор 8088

выполняет команду OUT. Во время периода Т1 в активное состояние переводится

управляющий сигнал ALE, по срезу которого выдается признак того, что

разряды АО-А15 адресной шины (содержат действительный адрес порта. Затем во

время периода Т2 в активное состояние переключается сигнал IOW, который

указывает выбранному выходному порту, что ему следует считать содержимое

шины данных. Далее в течение этого же периода процессор 8088 выводит на

шину данные, которые должны поступать на выходной порт. В начале периода Т4

сигнал IOW переходит в неактивное состояние и процессор 8088 удаляет данные

с шины.

В таблицах, представленных на рис 3.5, приводится информация о

временных соотношениях в виде данных для наихудшего случая по максимуму и

минимуму. Следовательно, эти данные справедливы для всех условий нагрузки

шины и всех уровней напряжений питания в пределах заданных допусков.

[pic]

Рис. 3.5. Временные диаграммы работы порта ввода вывода. Временное

распределение шинного цикла чтения для порта ввода (а) Временное

распределение шинного цикла записи для порта вывода (б).

Сопряжение компьютера РС с микросхемой порта ввода-вывода типа Intel 8255

Программируемый таймер/счетчик

Программируемый таймер ИС КР580ВИ3 содержит три независимых 16-

разрядных счетчика, выполняющих счет в обратном направлении.

Предварительный установка позволяет задавать двоичный или двоично-

десятичный алгоритм счета, причем каждый из счетчиков может работать в

одном из шести режимов:

0. Прерывание терминального счета;

1. Ждущий мультивибратор;

2. Генератор импульсный;

3. Генератор меандра;

4. Одиночный программно формируемый стробирующий сигнал;

5. Одиночный аппаратно стробирующий сигнал.

Частота следования синхроимпульсов может быть в пределах до 2,5 МГц.

В разрабатываемом устройстве на основе таймера-счетчика ИС 8253

реализована счетная схема. Источник напряжения 5 В подключается между

точками Vcc и GND. Линии D0-D7 подведены к буферизированной шине данных.

Цифро-аналоговый преобразователь

На рис.ррр показана внутренняя схемотехническая организация 8-

разрядного ЦАП AD 558 фирмы Analog Devices. Когда обе управляющие линии

выбора кристалла находятся в активном состоянии, на 8-разрядный фиксатор

поступает байт данных от шины данных. Это 8-разрядное двоичное число

хранится в фиксаторе до тех пор, пока не выбирается следующий кристалл.

Каждый разряд фиксатора контролирует состояние транзисторного ключа,

действующего на R = 2R резисторную матрицу с лазерной подгонкой, состоящую

из 16 резисторов. К конечному ОУ подключена резисторная цепь, с помощью

которой пользователь может устанавливать диапазон изменения выходного

сигнала.

На рис. ллл показана схема подключения выводов ЦАП при использовании на

интерфейсной плате. Линия выбора порта Е11 (порт ЗОВН) инициализирует выбор

ЦАП как порта вывода. При переключении линии управления выходное напряжение

изменяется в диапазоне 0…2,56 В.

Наличие двух общих (земляных) выводов у микросхемы AD558 типично для

устройств, реализующих как аналоговые, так и цифровые функции. Эти выводы

предназначены для минимизации резистивной связи и шума в цепях прохождения

аналогового сигнала.

Для уменьшения шума (помех) в системе, содержащей как аналоговые,

так и цифровые компоненты, хорошие практические результаты дает

использование всюду внутри системы раздельных общих проводов для

аналоговых и цифровых схем и соединение этих общих проводов друг с другом

только в одной точке.

Аналого-цифровой преобразователь

Обоснование выбора АЦП

4.2 Расчет производительности

Производительность системы рассчитывается путем оценки полного

времени, затрачиваемого на одно преобразование. Список всех временных

задержек, называемых временным бюджетом, облегчает расчет

производительности.

|Временной бюджет |

|Время захвата УВХ |6 мкс |

|Время установления выходного сигнала УВХ |1мкс |

|Время преобразования АЦП |110 мкс |

|Задержка, связанная с исполнением команды вывода (OUT) и |40 мкс |

|ввода (IN) | |

|Полное время одного преобразования |157 мкс |

|Максимальная производительность |6369 |

| |отсчет/c |

4.3 Расчет точности

Для расчета точности системы используется список основных источников

погрешностей в системе, начиная от ее аналогового входа и заканчивая

цифровым выходом. Прочие погрешности, не указанные в таблице бюджета

погрешностей (погрешность, возникающая в результате спада напряжения на

выходе УВХ в режиме хранения и т.д.) пренебрежительно малы (не превышают

0.01%)

|Бюджет погрешностей |

|Неопределенность напряжения УВХ |0,2% |

|Погрешность усиления УВХ |0,01% |

|Неопределенность квантования в АЦП |0,2% |

|Погрешности смещения, усиления и нелинейность АЦП |0,3% |

|Погрешность АЦП, связанная с дрейфом опорного сигнала |0,1% |

|Максимальная полная погрешность (алгебраическая сумма) |0,81% |

|Полная статическая погрешность (среднеквадратическая) |0,42 |

Таким образом, гарантируется точность не хуже 1%.

Глава5. Разработка программного обеспечения

Методика разработки ПО предусматривает несколько этапов, которые во

многом совпадают с этапами разработки системы в целом

1) точная постановка проблемы;

2) выбор алгоритмов и выражение их в терминах и понятиях конкретных

операционных и аппаратных средств системы,

3) выбор языка программирования,

4) спецификация структуры программ,

5) кодирование (программирование),

6) отладка программ и тестирование на контрольных примерах,

7) пересмотр предыдущих этапов по результатам отладки,

8) документальное сопровождение.

Программное обеспечение подразделяется на общее и специальное. Общее

программное обеспечение АСУ ТП представляет собой ту часть ПО, которую

обычно поставляют в комплекте со средствами вычислительной техники.

Важнейшая часть общего ПО - операционная система, которая представляет

собой комплекс программ, осуществляющих управление вычислительным процессом

и реализующих наиболее общие алгоритмы обработки информации и управление

стандартными УВВ для конкретной ЭВМ. Потребность в операционной системе в

случае применения управляющих ЭВМ обусловлена двумя основными факторами:

эффективным использованием вычислительных ресурсов, в частности, времени и

памяти ЭВМ, а также скоростью реакции на события, происходящие в

технологическом процессе. Операционная система состоит из некоторой главной

программы, называемой супервизором или монитором, и набора специальных

системных подпрограмм, работающих под управлением главной программы.

Операционная система в программном обеспечении АСУ ТП является той

«вычислительной средой», в которой существуют специальные программы,

реализующие собственно автоматизированное управление технологическим

процессом. Операционная система обеспечивает выполнение общесистемных

процедур, а также всех стандартных операций, используемых при работе

программных модулей специального программного обеспечения.

К общесистемным процедурам относятся:

. распределение ресурсов процессора между программными модулями в

соответствии с их приоритетами;

. работа с системой прерываний и запуск или остановка отдельных

модулей в соответствии с состоянием системы прерываний;

. синхронизация работы программных модулей средствами операционной

подсистемы синхронизации событий с целью реализации требуемых

причинно-следственных связей и последовательностей в процессе

управления;

. организация единой службы времени в рамках данной системы и

выполнение всех требуемых операций, связанных с использованием

абсолютных или относительных значений времени (информация о текущем

времени суток, отсчет интервалов времени, хронометрирование

заданных технологических операций и т. п.);

. контроль и диагностика работоспособности управляющего

вычислительного комплекса.

Разработка программы вывода информации о параметрах процесса на

экран ЭВМ.

Используя разработанную настоящим дипломом плату и видеокарту

персонального компьютера, можно преобразовать ЭВМ в цифровой осциллограф

для сбора и обработки аналоговых данных о состоянии процесса бурения.

Программа для цифрового осциллографа написана на языке Си. Этот

продукт предназначен для визуализации снимаемых с датчиков параметров,

что значительно облегчает их последующий анализ. Программа позволяет

принимать по одному каналу и воспроизводить аналоговый сигнал с выбранной

скоростью дискретизации. Реализованные здесь функции дают возможность

манипулировать данными самыми различными способами, в частности

осуществлять фильтрацию нижних частот, дифференцирование и

интегрирование. При разработке использовался компилятор Си фирмы

Microsoft. Листинг программы представлен в приложении 1.

Разработка Бэйсик-программы для управления работой АЦП

Цикл команд OUT и INP выполняется в БЭЙСИКе приблизительно за 5 мс,

так что частота выборки ограничена величиной, немного меньшей 200

отсчет/c. Программа представлена в приложении 2.

Разработка программы для выборки данных от АЦП

Программа написана на языке Си для выборки от АЦП канала 1 с

интервалом в 5 мс и посылки каждого выбранного значения в ЦАП. Листинг

программы представлен в приложении 3.

-----------------------

[pic]

Рис. ZZ11. Классификация механических способов бурения скважин

Физическими

способами

Бурение

скважин

Химическими

способами

Гидравлический

Термический

Взрывной

Электро-

физический

Механическими

способами

Задавливанием

Ударное

Вращательное

Ударно-

вращательное

Ударно-

канатное

Медленно-

вращательное

Пневмо-ударное

Шнековое

Шпиндельное

Роторное

Забойными

двигателями

Гидроударное

Вибрационное

Ударно-

забивное

Забойными

вибраторами

С непрерыв-ным выносом керна

КГК

С цикличным подъемом керна

(ССК, КССК)

С рейсовым подъемом керна

(ОКС, ДКС)

Колонковое

Бескерновое

X(t)

[pic]

1\2[pic]

Период измерений параметров [pic]

Число измеряемых параметров К

Число опросов в измерении 1-го

параметра

Число опросов в измерении 15-го параметра

Адрес канала АЦП 1-го параметра

Адрес канала АЦП 15-го параметра

Адрес подпрограммы обработки 1-го параметра

Адрес подпрограммы обработки 15-го параметра

Аккумулятор опросов 1-го параметра Д(1)

Аккумулятор опросов 15-го параметра Д(15)

Рис. Таблица опроса параметров (ТОП).

Начало

Выбор из ТОП [pic]

Запрос к операционной системе на отсчет интервала [pic]

Выбор из ТОП K

i = 0

i = i + 1

A(i) = 0

Выбор из ТОП [pic]

[pic]0

Выбор адреса канала АЦП i-го параметра

j = 0

j = j +1

Формирование опроса канала АЦП [pic]

A(i) = A(i) + [pic]

j =[pic]

A(i) = A(i)/[pic]

Выбор из ТОП адреса подпрограммы

обработки i-го параметра

Вызов подпрограммы обработки

i = K

Сообщение операционной системе о завершении

очередного цикла измерений

Аппаратура передачи

данных

ЭВМ

Устройство связи с объектом

АСУ ТП

Датчики

Технологический процесс

Исполнительные

органы

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5

МЕНЮ

Автоматизация процесса бурения

ИНТЕРЕСНОЕ