Графическое оформление схем подключения средств измерений и автоматизации

Интерфейс — это стыкующая часть (плата, блок), расположенная между устройствами системы или частями одного устройства, через которую проходит обмен информацией.

Виды интерфейсов подразделяют по способу соединения СИЛ — компонен­тов системы (структуре): магистральные, радиальные, цепочные, смешанные.

По способу передачи интерфейсы разделяются на параллельные, последова­тельные и параллельно-последовательные.

Различают интерфейсы синхронные и асинхронные в зависимости от прин­ципа обмена информацией.

Интерфейсы по режиму передачи информации могут быть с:

• двусторонней одновременной передачей;

• двусторонней поочередной передачей;

• односторонней передачей.

Интерфейсы по своей структуре состоят из аппаратной части, т. е. из узлов, входящих в систему измерения и автоматизации (СИА), или из блоков, конст­руктивно обособленных от СИА, а также соединителей, элементов согласования и линий связи.

Кроме этого, в состав и структуру интерфейса включаются программное обеспечение интерфейса и совокупность правил обмена информацией.

Совокупность правил обмена информацией предопределяет структуру со­единения СИА (компонентов системы) и устанавливает: формат сообщения и единицу обмена; набор сигналов обмена и взаимодействия; алгоритм обмена данными; способ кодирования сигналов.

Формат сообщения определяет состав, назначение, размеры и взаимное рас­положение отдельных элементов сообщения.

В качестве единиц обмена принимают слово (информационное, адресное и т. п.) или его часть (бит, байт).

Набор сигналов обмена и взаимодействия состоит из перечня сигналов ин­формационного и управляющего потоков, сигналов сопровождения и вспомога­тельных сигналов.

Алгоритм обмена данными определяет последовательность процесса обмена, набор функций интерфейса, реализующих различные операции взаимодействия, логические и временные условия обмена данными, режим обмена, способ син­хронизации сообщений, способ формирования и идентификации запроса на об­служивание, способ обмена сообщениями (индивидуальный или групповой), правила адресации СИА.

Способ кодирования сигналов устанавливают в стандартах или технических условиях на интерфейсы конкретного вида.

ГОСТ 26.003 «Система интерфейса для измерительных устройств с байт-по­следовательным, бит-параллельным обменом информации» распространяется на систему интерфейса, предназначенную для соединения программируемых и не­программируемых электронных измерительных устройств, в которых используются бит-параллельный, байт-последовательный асинхронный способы обмена информацией.

Стандарт устанавливает основные требования к обмену цифровой информацией.

В стандарте регламентированы следующие вопросы:

• соединение устройств;

• функции интерфейса;

• требования к электрическим схемам возбудителей и приемников;

• требования к механической конструкции;

• коды и форматы сообщений устройств.

Соединение устройств должно осуществляться через многопроводный маги­стральный канал общего пользования КОП (рисунок 6.6).

Рисунок 6.6 — Схема подключения и структура КОП

А — устройство, способное передавать, принимать и управлять (например ЭВМ)

В — устройство, способное передавать и принимать (например цифровой вольтметр)

С — устройство, способное только принимать (например генератор сигналов)

D — устройство, способное только передавать (например считывающее уст­ройство)

КОП содержит шины:

• данных — для передачи (приема) адресных, программных, управляющих, основных данных о состоянии (ЛДО — ЛД7);

• синхронизации — для управления передачей информации (адреса, коман­ды, результата измерений и др.) по линиям данных. Шина синхронизации имеет три линии сигналов: СД — сопровождения данных, ГП — готов к приему и ДП — данные приняты;

• управления для передачи управляющих сигналов между контроллером и всеми другими устройствами, соединяемыми с КОП. Шина управления имеет пять линий сигналов: ОИ — очистить интерфейс, УП — управле­ние, ЗО — запрос на обслуживание, ДУ — дистанционное управление, КП (ИДТ) — конец передачи (идентификация).

Каждое устройство, предназначенное для использования в системе, содер­жит три класса функции:

• функции устройства — определяют область применения и назначения уст­ройства;

• функцию (логику) кодирования дистанционной информации — преобразо­вание дистанционных сообщений в значение сигналов на интерфейсных линиях;

• функцию интерфейса — способность интерфейса к выполнению оговорен­ных операций при работе в системе, реализуемых аппаратно или про­граммно в устройстве.

Функции интерфейса, предназначенные для использования в системе, уста­навливаемые ГОСТ 26.003, приведены на рисунке 6.7.

А — возможности, регламентируемые стандартом

В — возможности, регламентируемые конструктором

У1 — интерфейсная часть устройства

У2 — часть устройства, предназначенная для решения основной задачи

Каналы прохождения сообщений:

1 — линия сигналов в КОП;

2 — дистанционное интерфейсное сообщение на функции интерфейса и от них;

3 — сообщения устройства, передаваемые на функции интерфейса и от них;

4 — связи состояний между функциями интерфейса;

5 — местные сообщения между функциями интерфейса и функцией устрой­ства (сообщения на функции интерфейса регламентированы, сообщения от функции интерфейса — по выбору конструктора);

6 — дистанционное интерфейсное сообщение функциями устройства в кон­троллере.

Рисунок 6.7 — Функциональное разделение устройства

Обозначение и наименование функций интерфейса (в скобках указан канал прохождения сообщений) следующие:

СИ — синхронизация передачи источника (1, 2, 4, 5);

СП — синхронизация приема (1, 2, 4, 5);

И или ИР — источник или источник с расширением (1, 2, 3, 4, 5);

П или ПР — приемник или приемник с расширением (1, 2, 3, 4, 5);

3 — запрос на обслуживание (1, 2, 4, 5);

ДМ — дистанционное местное управление (1, 2, 4, 5);

ОП — параллельный опрос (1, 2, 4, 5);

СБ — очистить устройство (1, 2, 4, 5);

ЗП — запуск устройства (1, 2, 4, 5);

К — контроллер (1, 2, 4, 5, 6).

Дистанционные сообщения — сообщения между функциями устройств и оп­ределенной функцией интерфейса, передаваемые через КОП, подразделяются на цва класса:

• интерфейсные — команды используются для управления функциями ин­терфейса;

• сообщения устройств — используются устройствами для обеспечения вы­полнения ими основной задачи.

Они могут быть активными (не подавляются в КОП) и пассивными (подав­ляются КОП).

Местные сообщения — это сообщения, передаваемые между функцией уст­ройства и функциями интерфейса.

Связь состояний — логическое соединение двух функций интерфейса, где переход в активное состояние одной функции интерфейса зависит от наличия оговоренного активного состояния другой функции интерфейса.

На рисунке 6.8 изображен пример диаграммы состояний между функциями интерфейса с условными обозначениями этих функций, выходов сообщений и минимальных лимитов времени, используемых с операторами И, ИЛИ или НЕ.

Рисунок 6.8 — Упрощенная диаграмма состояний между
функциями интерфейса (а) и схема ее реализации (б)

Состояние функции — «холостой ход приемника» (СПХХ) — переходит в состояние «приемник адресован» СПАД. Этот переход обозначен МАПлСПРМ, т. е. сообщение «мой адрес на прием» — дистанционное, кодированное.

Оператор И имеет графическое обозначение л. Каждое состояние, прини­маемое функцией интерфейса, обозначается графически в виде окружностей и четырех букв в них. Первой буквой всегда является буква С. Окружности со­единяются линиями со стрелками, являющимися переходами состояний функ­ций интерфейса.

При использовании истинных выражений (рисунок 6.8а) Вкл. — «питание включено» или ОИ — «очистить интерфейс», в каком бы состоянии не находи­лась функция, она должна переходить в исходное состояние приемника «холо­стой ход» — СПХХ. Максимальная задержка во времени при переходе в это со­стояние с появлением сигнала ОИ составляет (t₄).

В выражении НПМлСПРМ обозначение НПМ означает «не принимай», а СПРМ — состояние «прием данных». Следующая функция сообщения интер­фейса СПАД — состояние приемника «адресован».

Выражение УП — «управление», дистанционное некодированное сообще­ние; (t2) — максимальная задержка при переходе из состояния СПАД в СПАК и обратно; УП — «управление ложное»; СПАК — состояние приемника «акти­вен». В состоянии СПАД необходим триггер.

На рисунке 6.86 приведена возможная схема реализации вышеприведенной диаграммы.

Для каждого состояния функции интерфейса оговариваются только много­линейные сообщения, посылаемые истинными. При активном состоянии функ­ции все неоговоренные многолинейные сообщения посылаются пассивными (ложными).

По ГОСТ 26.003 для каждой диаграммы состояния функции интерфейса приводится таблица выходов, где указывают только дистанционные сообщения, которые разрешается посылать в соответствующем состоянии функции.

Коды и форматы сообщений, которые должны передаваться или принимать­ся функциями устройства, работающего совместно с интерфейсными функция­ми, также устанавливаются ГОСТ 26.003.

На рисунке 6.9 изображены пути прохождения между устройствами.

Рисунок 6.9 — Схема прохождения сообщений интерфейсных и между устройствами

Код — это система символов для передачи по определенному каналу связи.

В данном случае код используется для обозначения набора двоичных знаков в байте данных, зависящем от устройства.

Используются четыре ограничителя в виде двух символов (передаются од­ним байтом), которые в тексте подчеркнуты:

• ВК (возврат кнопки);

• ПС (перевод строки);

• КБ (конец блока);

• КТ (конец текста).

Формат — обозначение структуры последовательности байтов сообщений, зависящих от устройства.

Структуру форматов сообщений изображают в виде синтаксических диа­грамм (рисунок 6.10) с направлением потока, как правило, слева направо, на ко­торых указываются допускаемые варианты (из ряда байтов данных) при составлении определенных потоков единиц сообщений (ЕС). Каждая ЕС в общем слу­чае состоит из ЗД и ТД.

Рисунок 6.10 — Структура форматов сообщений

На рисунке 6.10 показано:

а — обозначения, применяемые в синтаксических диаграммах:

1 — отдельное поле данных;

2 — кодированные символы;

3 — соединение элементов поля данных;

4 — цепь обратной связи;

5 — прохождение элемента поля данных;

6 — поля данных: ЗД — заголовок; ТД — тело;

ОД — ограничение данных;

в — взаимосвязь между единицами сообщения (ЕС) и ограничителями (ОД1 - ОДЗ).

Поле ограничения данных (ОД) используется в составе записи для разделе­ния единиц сообщения:

ОД1 — ограничитель внутри записи;

ОД2 — ограничитель между записями;

ОДЗ — указатель конца записи.

Ограничители ОД играют важную роль в обеспечении совместимости уст­ройств (рисунок 6.10в).

Структура элементов в данных (включая элементы на магнитных носите­лях) и их библиографическая запись (формат) регламентируются стандартами: ГОСТ 7.14; ГОСТ 7.19, ГОСТ 7.28; ГОСТ 7.29.

Общие правила кодирования и примеры различных записей данных (измере­ния, программных, о состоянии индикаций, представление недесятичных чисел) приведены в ГОСТ 26.003. В этом же стандарте установлены требования к схе­мам возбудителей линий сигналов КОП и к схемам приемников сигналов с этих линий.

При проектировании устройства конструктор-разработчик выбирает опреде­ленный набор функций интерфейса, необходимого для выполнения устройством установленных операций (например, агрегатами автоматической линии, управ­ляемой ЭВМ в системе АСУТП).