Реферат: Технология и автоматизация производства РЭА

деляются областью ее применения. Так, например, ИИС для контроля и уп-

равления параметрами технологических сред и микроклимата  характеризу-

ется  большим  количеством объектов контроля,  расположенных на значи-

тельном расстоянии друг от друга.  Это обстоятельство делает необходи-

мым реализацию ИИС по децентрализованному принципу, когда конструктив-

но ИИС рассредоточена,  т.е. отдельные ее части (устройства согласова-

ния) максимально приближены к источникам информации (датчикам) с целью

минимизации потерь измерительной информации.  С другой стороны, учиты-

вая  сравнительно  медленное изменение во времени контролируемых пара-

метров,  к ИИС не предъявляют высоких требований по быстродействию.  В

отличие от этого, ИИС для контроля электрических параметров должны об-

ладать максимально возможным быстродействием и конструктивно выполнены

по централизованному принципу.

     Основные компоненты ИИС. Наиболее типовыми компонентами ИИС явля-

ются измерительные преобразователи (ИП), устройства согласования (ЦАП,

АЦП и др.),  устройства сопряжения (интерфейсы),  устройства обработки

измерительной информации (микроЭВМ и микропроцессоры),  устройства ин-

дикации и регистрации.

     Измерительные преобразователи. В соответствии с ГОСТ 16263 " Мет-

рология.  Термины и определения", измерительным преобразователем назы-

вается  средство для выработки сигнала измерительной информации в фор-

ме,  удобной для передачи,  дальнейшего  преобразования,  обработки  и

(или) хранения,  но не поддающейся непосредственному восприятию наблю-

дателя. ИП имеет нормированные метрологические характеристики. Измери-

тельный преобразователь отличается от измерительного прибора тем,  что

последний вырабатывает выходной сигнал в форме,  доступной для  непос-

редственного  восприятия  наблюдателем  значения измеряемой физической

величины.

     Совокупность ИП,  обеспечивающих осуществление всех заданных пре-

образований измерительного сигнала с целью получения конечного резуль-

тата,  составляет  измерительную  цепь (измерительный канал).  В такую

                                - 88 -

цепь помимо ИП могут входить различные  измерительные  устройства  для

проведения таких операций,  как сравнение,  масштабирование и др.,  не

имеющие отдельно нормированных метрологических характеристик.

     Первый в измерительной цепи преобразователь, на который поступает

от объекта исследования первичный измерительный сигнал, получил назва-

ние первичного измерительного преобразователя (ПП). Ранее такой преоб-

разователь назывался датчиком. В данный момент под датчиком понимается

техническое  средство,  представляющее собой конструктивно завершенное

устройство,  размещаемое в процессе измерения непосредственно  в  зоне

объекта исследования и выполняющее функцию одного или нескольких изме-

рительных преобразователей.  В отличие от  первичного  преобразователя

все остальные ИП называются промежуточными или вторичными (ПрП).  Пос-

ледний в измерительной цепи преобразователь называется выходным  (ВП).

Выходной  преобразователь  в  автономном измерительном приборе снабжен

отсчетным или регистрирующим устройством. В системах контроля и управ-

ления сигнал ВП используется для ввода информации в вычислительное или

управляющее устройство,  поэтому в большинстве случаев он должен иметь

цифровую форму представления,  что достигается, как правило, с помощью

аналого-цифровых преобразователей.

     Аналого-цифровые, цифро-аналоговые   преобразователи.  Существует

три разновидности исполнения ЦАП,  АЦП:  модульное, гибридное и интег-

ральное; при этом доля производства интегральных схем ЦАП, АЦП в общем

объеме выпуска непрерывно возрастает, чему в значительной степени спо-

собствует распространение микропроцессорной техники и методов цифровой

обработки данных.

     ЦАП -  устройство,  которое  создает  на выходе аналоговый сигнал

(напряжение или ток), пропорциональный входному цифровому сигналу. Ко-

личественная связь между входной числовой величиной N 4i 0 и ее аналоговым

эквивалентом A 4i 0, характеризующая алгоритм цифро-аналогового преобразо-

вания:  N 4i 0=(A 4i 0+dA 4i 0)/ 7d 0A  (79),  где   7d 0A - аналоговый эквивалент единицы

младшего разряда кода;  dA 4i 0 - погрешность преобразования  при  входном

цифровом сигнале N 4вх 0=N 4i 0.

     АЦП представляет собой устройство для  преобразования  непрерывно

изменяющихся  во  времени  аналоговых величин в эквивалентные значения

числовых кодов.  Количественная связь между входной аналоговой величи-

ной  A 4i 0  и соответствующей ей цифровой выходной величиной N 4i 0 имеет вид

A 4i 0=N 4i 0dA+dA 4i 0 (80), где dA - шаг квантования, т.е. аналоговый эквивалент

единицы младшего разряда кода;  dA 4i 0- погрешность преобразования в дан-

ной точке характеристики.

     Как правило,  в ЦАП,  АЦП используется двоичная система кодирова-

ния.  При этом старший (1-й) разряд равен половине полной  шкалы,  2-й

разряд - четверти полной шкалы и т.д.

     ЦАП строятся в основном по принципу параллельного  преобразования

на  основе  резистивных  матриц  различной конфигурации (матрицы R-2R,

матрицы с двоично-взвешенными резисторами R 4i 0=R*2 5i 0 (81) и др.) и перек-

лючателей тока,  обладают более высокими быстродействием,  точностью и

технологичностью изготовления в микроэлектронном исполнении.

     При построении АЦП в настоящее время используется в основном один

из  трех  принципов:  параллельного  преобразования,  последовательных

приближений,  интегрирования  входного сигнала с дискретными уровнями,

определяемыми выражением n=2 5b 0-1 (82),  где b - число двоичных разрядов

АЦП.

     АЦП последовательного приближения обладают  сравнительно  высоким

быстродействием и высокой разрядностью. Интегрирующие АЦП имеют низкое

быстродействие,  но обеспечивают высокую  помехозащищенность,  поэтому

используются в ИИС и измерительных преобразователях, где требуется вы-

сокая точность при воздействии различного рода помех и шумов. В насто-

ящее  время  отечественная промышленность выпускает ЦАП и АЦП в интег-

                                - 89 -

ральном исполнении всех перечисленных выше типов.

     Устройства сопряжения (интерфейсы). Устройства сопряжения (интер-

фейсы) обеспечивают совместное действие всех  аналоговых,  цифровых  и

аналого-цифровых  функциональных  блоков.  Под стандартным интерфейсом

подразумевается совокупность правил (протоколов) и программного  обес-

печения  процесса обмена информацией между функциональными блоками,  а

также соответствующих технических средств сопряжения в системе. В нас-

тоящее  время  достаточно  полно разработаны лишь цифровые интерфейсы,

обеспечивающие совместную работу цифровых функциональных блоков и циф-

ровых частей аналоговых и аналого-цифровых функциональных блоков.

     В простых измерительных системах функциональные блоки, как прави-

ло, образуют каскадные соединения, характеризующиеся тем, что информа-

ционный поток проходит последовательно через все блоки.  В таком вклю-

чении интерфейс получил название каскадного.

     К устройству обработки измерительной  информации  -  центральному

процессору можно подключать несколько функциональных блоков.

     У нас в основном получили распространение интерфейсы МЭК и КАМАК.

Для  первого  из них соединение функциональных блоков между собой осу-

ществляется через многопроводный канал общего пользования общей длиной

не более 20 метров. Число функциональных блоков не должно превышать 15

при общем числе адресов приемников и передатчиков информации не  более

31 при однобайтовой адресации и 961 при двухбайтовой.

     Основными особенностями системы КАМАК являются:

     - модульный  принцип распространения,  обеспечивающий возможность

создания агрегатных комплексов;

     - конструктивная  однородность  системы,  достигаемая унификацией

несущих конструкций для размещения функциональных  блоков;

     - магистральная  структура  информационных  связей между функцио-

нальными блоками;

     - широкое применение принципов программного управления, обеспечи-

вающих гибкость реализуемых системой алгоритмов.

     Основу системы  КАМАК составляет модуль - конструктивно завершен-

ное устройство, предназначенное для выполнения функций преобразования,

накопления, обработки информации, но не содержащее источников питания.

Модули размещаются в едином конструктиве, который называется крейт.

     Микропроцессоры и микроЭВМ. Микропроцессор и микроЭВМ - централь-

ная часть любой электронной системы управления и обработки  информаци-

онных  сигналов.  Микропроцессор (МП) в системе управления должен быть

сориентирован на обработку потока входных и выходных сигналов.

     Устройства отображения и регистрации информации.  Для представле-

ния накопленной информации в процессе измерений и обработки информации

в  наиболее  удобную для восприятия и оценки форму в состав ИИС входят

различные средства отображения и регистрации информации, которые можно

подразделить  на  устройства  визуального воспроизведения информации и

документирующие устройства. Среди устройств визуального восприятия на-

иболее  распространены цифровые индикаторы и дисплеи на электронно-лу-

чевых трубках.

     Устройства регистрации  информации обеспечивают ее перенос на ка-

кой-либо долговременный носитель (бумагу,  магнитную ленту,  магнитный

диск  и  т.д.).  Запись может осуществляться либо в цифровой форме,  с

различными кодовыми представлениями,  либо в аналоговой форме  в  виде

графиков, гистограмм и т.д. Классификация устройств документальной ре-

гистрации информации чаще всего производится  по  форме  представления

полученных документов двумя группами: для непосредственного восприятия

оператором и для последующей машинной обработки. К устройствам регист-

рации информации для непосредственного восприятия оператором относятся

самопишущие автопотенциометры,  планшетные самописцы и графопостроите-

ли.  Для  регистрации цифровых сигналов широкое применение нашли алфа-

                                - 90 -

витно-цифровые печатающие устройства (АЦПУ).

                       3.2.  Типы погрешностей.

                 Характеристики действующих факторов.

     Причины возникновения производственных погрешностей многочисленны

и многообразны.  К ним можно отнести дефекты  оборудования,  колебания

технологических режимов при обработке деталей, погрешности измеритель-

ных систем.  На законы распределения производственных погрешностей су-

щественно влияют условия их возникновения.  Поскольку производственные

погрешности могут иметь как систематический, так и случайный характер,

для  определения  законов их распределения необходимо иметь сведения о

том, сохранились ли условия изготовления РЭА постоянными, рассматрива-

ются ли погрешности для отдельной партии или в общей массе, при смеше-

нии партий, рассматривается ли вся партия или только выборка.

     Производственный процесс,  в котором все производственные погреш-

ности случайны,  принято называть  устойчивым,  стабильным  процессом.

Исследование  его закономерностей осуществляется методами математичес-

кой статистики. Однако, в реальных технологических процессах, наряду с

факторами, вызывающими случайные погрешности, могут иметь место и сис-

тематически действующие факторы.

     Будем полагать,  что  имеют место следующие условия возникновения

погрешностей:

     1. Производственная погрешность представляет собой сумму  частных

погрешностей,  которые вызываются действием большого числа случайных и

некоторого числа систематических первичных факторов.

     2. Число  случайных  факторов  и  параметры вызванных ими частных

погрешностей не изменяются во времени.

     3. Среди частных погрешностей нет доминирующих,  т.е. все случай-

ные факторы по своему влиянию на общую погрешность составляют величины

одного порядка.

     4. Все случайные факторы взаимно независимы,  что является харак-

терным  для тех случаев,  когда рабочий не имеет возможности влиять на

работу оборудования в процессе изготовления деталей,  т.е. при автома-

тически работающем оборудовании.

     5. Для всех экземпляров деталей остаются  одинаковыми  как  число

систематических факторов, так и значения вызванных ими погрешностей.

     Погрешности, возникающие при описанных выше условиях, распределя-

ются по закону Гаусса,  который  также  называют  законом  нормального

распределения или нормальной кривой.

     Практика показывает, что в устойчивых, стабильных технологических

процессах производства РЭА производственные погрешности распределяются

нормально. Поэтому такое распределение можно считать основным, особен-

но для автоматизированных технологических процессов,  в которых устра-

нены все систематические факторы, вызывающие погрешности. Кривая расп-

ределения погрешностей является своего рода индикаторной диаграммой ТП

и, таким образом, позволяет дать оценку его качества.

     Другими словами,  кривая распределения погрешностей позволяет су-

дить о стабильности технологического процесса, фиксировать его наруше-

ния, дает представления о влиянии технологических изменений, а также в

ряде случаев позволяет устанавливать причины нарушений процесса. Вмес-

те с тем,  пользуясь кривой распределения погрешностей,  можно опреде-

лить количество возможного брака и соответствие между назначенным  до-

пуском и точностными возможностями оборудования. При этом, для обеспе-

чения заданного допуска в условиях производства необходимо, чтобы поле

рассеяния  производственных  погрешностей  не выходило за границы поля

допуска,  в противном случае часть деталей пойдет в  брак,  исправимый

или нет.

                                - 91 -

     Отсюда вытекает основное требование к  настройке  оборудования  -

центр  группирования производственных погрешностей деталей должен рас-

полагаться как можно ближе к середине доля допуска.

     Метрологические характеристики  ИИС  являются функциями структуры

ИИС, алгоритма ее работы, метрологических характеристик входящих в нее

измерительных преобразователей. Основными метрологическими характерис-

тиками ИИС и их компонентами являются статическая характеристика  пре-

образования,  коэффициент преобразования, суммарная погрешность преоб-

разования, динамические характеристики (передаточная функция, переход-

ная,  импульсная, амплитудно-фазовая), время окончания переходных про-

цессов в измерительном канале,  а также суммарное время выполнения из-

мерительных,  вычислительных и логических процедур.  Кроме того, могут

нормироваться входные и выходные полные сопротивления ИИС для электри-

ческих величин и другие характеристики, специфические для каждой конк-

ретной ИИС.  При этом следует отметить,  что все эти характеристики не

являются обобщающими параметрами ИИС,  поэтому нормированию в ИИС под-

лежат метрологические характеристики измерительных каналов.

     Среди перечисленных метрологических характеристик одной из наибо-

лее важных является погрешность измерения (преобразования).

     Погрешность -  отклонение выходной величины от истинного значения

вследствие изменения внутренних свойств элемента или  внешних  условий

работы.  Погрешность может иметь различные названия,  в зависимости от

причин,  вызывающих ее (температурная, частотная, колебания напряжения

питания,  нестабильность (из-за изменения параметров с течением време-

ни) и т.п.).

     Погрешности ИИС,  также как и погрешности отдельных измерительных

устройств,  можно подразделить на методические и инструментальные, ос-

новные и дополнительные, аддитивные и мультипликативные, систематичес-

кие и случайные,  абсолютные,  относительные и приведенные относитель-

ные.

     Систематическая и случайные  погрешности.  Практически  результат

измерения всегда содержит как систематическую D 4с 0,  так и случайную D 4сл

составляющие погрешности,  поэтому в общем случае результат  измерения

(преобразования) в ИИС является величиной случайной. При этом система-

тическая составляющая погрешности  является  математическим  ожиданием

этой величины,  а случайная - центрированной случайной величиной. Сис-

тематические погрешности возникают из-за несовершенства выбранных  ме-

тодов измерения,  технических средств измерения и субъективных особен-

ностей экспериментатора. Случайные погрешности являются следствием не-

выясненных случайных причин. Поэтому для их количественной оценки при-

меняют математический аппарат  теории  вероятностей  и  математической

статистики.  Наиболее  полно случайные погрешности могут быть оценены,

например,  их функцией распределения.  При этом для  выяснения  закона

распределения случайных  погрешностей обращаются к многократным наблю-

дениям с последующей обработкой полученного  материала.  Заметим,  что

такой подход правомерен только в том случае,  когда распределения наб-

людений обладают статистической устойчивостью, т.е. выявляемая законо-

мерность в изменении случайной погрешности на самом деле существует.

     Теоретическая функция распределения погрешностей не  совпадает  с

практически  наблюдаемой,  поэтому оценка степени их соответствия осу-

ществляется с помощью критериев согласия.

     Методические погрешности - погрешности,  получаемые за счет несо-

вершенства метода измерения,  связанные либо со  сложностью  измерения

данной величины,  либо с использованием косвенных измерений, позволяю-

щих по другой физической величине оценивать искомую.  Они относятся  к

систематическим погрешностям.

     Инструментальные погрешности связаны  с  несовершенством  измери-

тельных приборов, обусловлены зоной нечувствительности, наличием нели-

                                - 92 -

нейности в изменении измеряемой величины и линейности шкалы  измерения

и т.п.

     Основная погрешность - это погрешность первичного преобразователя

(датчика) измерительной системы в нормальных условиях  измерения,  до-

полнительная  погрешность - это погрешность,  обусловленная остальными

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22