Rolul unui sistem de achiziţie de date• Un sistem de achiziţie de date culege informaţiile necesare

cunoaşterii şi conducerii unui proces industrial şi le prelucrează în vederea exploatării.

• Starea procesului industrial este caracterizată în fiecare moment de valori ale unui anumit număr de parametri fizico-chimici. Atribuirea unei valori numerice unei mărimi fizice sau chimice se realizează pe baza procesului de măsurare.

SSistem de achiziistem de achiziţţie de date pentru mai multe mărimiie de date pentru mai multe mărimi, , ssituaituaţţie specifică ie specifică majoritămajorităţţii proceselor industrialeii proceselor industriale

Structura de bază a unui sistem de achiziţie de date trebuie să asigure îndeplinirea unei serii de funcţiuni:• extragerea informaţiilor referitoare la mărimile din proces şi convertirea acestora în semnale electrice, prin

intermediul traductoarelor şi al blocurilor de condiţionare a semnalului;• tratamentul analogic al semnalului, cu rol de a curăţa semnalul de zgomot şi paraziţi: amplificare şi filtrare;• selecţia semnalului util din mulţimea semnalelor disponibile, prin intermediul multiplexării;• conversia semnalului sub formă numerică, prin intermediul blocului de eşantionare-blocare şi al convertorului A/D;• coordonarea şi conducerea acestor operaţii, asigurată de calculator.

În plus, calculatorul poate efectua diverse prelucrări asupra semnalelor numerice rezultate, în vederea facilitării exploatării acestora sau a corecţiei erorilor specifice aparaturii utilizate (compensarea derivei termice, autoetalonare etc.). Condiţiile de utilizare a sistemului pot necesita adăugarea de funcţiuni suplimentare, cum ar fi transmiterea la distanţă, prin linie bifilară, după conversia tensiune-frecvenţă sau tensiune-intensitate, prin emisie de unde hertziene, realizată în general prin modularea frecvenţei sau cu impulsuri modulate, sau prin fibră optică, după conversia semnalului electric în semnal optic.

Conditii impuseProiectarea unui sistem de achiziProiectarea unui sistem de achiziţţie de date trebuie să conducă la satisfacerea condiie de date trebuie să conducă la satisfacerea condiţţiilor impuse de iilor impuse de

aplicaaplicaţţia specifică ia specifică şşi definite i definite îîn caietul de sarcini.n caietul de sarcini.În principal, aceste condiţii se referă la domeniul maxim de măsurare, precizie, rezoluţie, rapiditate,

frecvenţă de eşantionare şi timpul de scrutare.• Domeniul maxim de măsurare e definit ca fiind diferenţa dintre valorile mmax şi mmin care pot fi

măsurate. S-a notat cu „m” mărimea măsurandului.Dm= mmax - mmin

• Precizia unui sistem se exprimă prin intermediul incertitudinii de măsurare care afectează rezultatul, notată cu δM.

• Această incertitudine poate fi doar estimată. Valoarea adevărată se înscrie în intervalul M ± δM, unde M reprezintă rezultatul furnizat de către sistem.

• Eroarea relativă a SAD se notează cu εp şi se defineşte:εp = δM/(Mmax - Mmin)

• Rezoluţia se defineşte ca fiind variaţia minimă Δm a mărimii măsurandului care produce o variaţie ΔM a valorii M măsurate. Rezoluţia specifică numărul de valori distincte care pot fi asociate măsurandului pe domeniul maxim de măsurare.

• Rapiditatea caracterizează capacitatea dispozitivului de a răspunde la variaţiile în timp ale măsurandului.

• Frecvenţa de eşantionare trebuie să respecte condiţia Nyquist:Fe ≥ 2Fh

unde Fh reprezintă valoarea cea mai ridicată din spectrul de frecvenţe al semnalului de măsurare. • Practic, frecvenţa de eşantionare trebuie să fie mult superioară valorii rezultate din condiţia

Nyquist.• Între două operaţii succesive de eşantionare efectuate pe acelaşi canal de măsurare se derulează

perioada Te = 1/Fe. Pe durata acestui interval, trebuie eşantionate şi convertite N semnale, corespunzătoare la N canale.

• Timpul de scrutare reprezintă durata necesară achiziţiei complete pe un canal. Se poate scrie astfel:

Ntsc ≤ Te

Influenţa mediului de măsurare asupra sistemului de achiziţie de date (SAD)

Prin mediu de măsurare se Prin mediu de măsurare se îînnţţelege totalitatea mărimilor fizice elege totalitatea mărimilor fizice şşi chimice,i chimice, altele decât măsurandul altele decât măsurandul, , care influencare influenţţează diferitele componente ale SADează diferitele componente ale SAD, modificându, modificându--i astfel performani astfel performanţţele prin alterarea ele prin alterarea semnalului de măsurăsemnalului de măsură..Cele mai importante influenţe le au temperatura, paraziţii şi perturbaţiile electromagnetice, dar pot fi menţionaţi şi alţi factori care afectează rezultatul măsurării: vibraţii, umiditate, radiaţii nucleare, etc.Paraziţii reprezintă tensiuni sau curenţi variabili şi nedoriţi, care se suprapun peste semnalul util, produs sau tratat de către un aparat de măsură.Zgomotul de fond reprezintă totalitatea semnalelor nedorite, de natura fizică a componentelor care constituie dispozitivul electronic.Spre deosebire de zgomotul de fond, care este o caracteristică proprie oricărui circuit electronic, paraziţii se transmit prin cuplajul intempestiv între un circuit sursă şi circuitul pe care îl perturbează.Paraziţii pot degrada informaţia conţinută de semnalul util şi pot provoca reacţii inoportune în sistemele de reglare. Această situaţie se produce mai ales atunci când semnalele utile sunt de mică amplitudine, respectiv în zona iniţială a SAD (traductoare, blocuri de condiţionare a semnalului).Influenţa paraziţilor asupra circuitului perturbat depinde de:- natura şi intensitatea fenomenelor electrice din circuitul sursă- influenţa sursei asupra circuitului perturbat;- caracteristicile electrice ale circuitului perturbat.Perturbaţiile provocate de paraziţi pot fi minimizate sau chiar evitate, dacă se acţionează:- asupra sursei, pentru a limita pe cât posibil fenomenele care provoacă paraziţii;- asupra cuplajului între circuit şi sursă, în vederea anulării sau reducerii influenţei perturbatoare;- asupra circuitului perturbat, în vederea minimizării sensibilităţii semnalului la paraziţi.Pentru a reduce influenţa mediului înconjurător asupra SAD, există două modalităţi de acţiune:- prin minimizarea influenţei acestor factori, prin adoptarea de măsuri de protecţie adecvate: suporţi antivibraţii, incinte termostatate, blindaje antiparaziţi, etc.- prin luarea în considerare a influenţei acestora, în vederea corectării rezultatului măsurării.

Componentele sistemului de achizitie de date. Traductoare

Semnalul de ieşire al unui traductor este de natură electrică. De cele mai multe ori, acest semnal este o tensiune analogică, dar poate fi şi intensitatea curentului electric, frecvenţa acestuia sau o serie de pulsaţii legate de mediul în care sunt amplasate traductoarele şi de fenomenul fizic pe care trebuie să îl detecteze.Caracteristicile cele mai importante ale traductoarelor sunt domeniul de măsurare, sensibilitatea, eroarea maximă, reproductibilitatea şi fiabilitatea.Domeniul de măsurare al unui traductor reprezintă diferenţa algebrică între valorile extreme mmax şi mmin ale mărimii de măsurat pentru care mărimea de ieşire a traductorului, situată în interiorul domeniului nominal de utilizare, nu este afectată de erori superioare erorii maxime tolerate:

D=mmax-mminSensibilitatea S(m) a unui traductor, pentru o valoare m dată a mărimii de măsurat, este egală cu raportul dintre variaţia mărimii electrice de ieşire şi variaţia corespunzătoare a mărimii de măsurat:

S(m)=(Δs/Δm)mTraductoarele reprezintă primele elemente ale unui sistem de achiziţie de date. Fiecărei mărimi de măsurat îi este asociat un traductor, cu rolul de a converti valoarea mărimii într-un semnal electric (mărimea de ieşire a traductorului) care, după o etapă de condiţionare, va fi tratat corespunzător în cadrul sistemului de achiziţie.În situaţia în care mărimile fizice sunt direct transformabile în semnale electrice (de exemplu cuplul termoelectric) se vorbeşte despre transformarea directă a mărimilor fizice.În unele cazuri, mărimile mecanice sau fizice necesită o transformare prealabilă pentru a putea fi convertite în semnale electrice. în aceste condiţii, traductorul este prevăzut cu două elemente sensibile. De exemplu, pentru un captor de forţă cu mărci tensometrice, corpul pe care se face determinarea constituie elementul primar, iar puntea constituită de mărcile tensometrice reprezintă al doilea element sensibil, care asigură transformarea într-o mărime electrică. Elementele secundare pot fi active sau pasive.În funcţie de sursa de energie pe care o utilizează, traductoarele se pot clasifica în

••traductoare fără aport de energie externătraductoare fără aport de energie externă, , ••traductoare cu aport de energie internă traductoare cu aport de energie internă ••traductoare cu energie modulată de către mărimea de măsurattraductoare cu energie modulată de către mărimea de măsurat..

Traductoare fără aport de energie externă

Din această categorie fac parte traductoarele cu variaţie de flux magnetic. Această variaţie, proporţională cu variaţia mărimii de măsurat, induce la bornele unei bobine sau ale unui conductor simplu o forţă electromotoare E, care poate fi modulată în frecvenţă sau în amplitudine.

Mărimeade măsurat: Elementul sensibil: Relaţie: Mărimea

de măsurat: Elementul sensibil: Relaţie:

Forţa F Cristal piezoelectric Q=k·F Viteza dx/dt Generator prin

inducţieE=f(dΦ/dt)=k·(dx/xt)

Temperatura T Cuplu termoelectric V=f( θ ) Deplasarea dx Generator

triboelectric Q=f(dx)

Fluxul de energie

radiată RCelulă fotovoltaică V=f( R )

S-au notat: Q; sarcina electrică; V: diferenţa de potenţial; E: forţa electromotoare; Φ: fluxul magnetic; k: coeficient de

proporţionalitate

Traductoare cu aport de energie externăFie un potenFie un potenţţiometru rotativ la care axa este antrenată de un element sensibiiometru rotativ la care axa este antrenată de un element sensibil primar.l primar. Dacă la bornele Dacă la bornele potenpotenţţiometrului se aplică o tensiune fixă iometrului se aplică o tensiune fixă EE, t, tensiunea culeasă ensiunea culeasă îîntre o extremitate ntre o extremitate şşi cursorul solidar cu i cursorul solidar cu axa este proporaxa este proporţţională cu mărimea determinatăională cu mărimea determinată. . ÎÎn această situan această situaţţie, sie, se spune că există aport de energie e spune că există aport de energie externăexternă. M. Modul prin care se modulează semnalul depinde de circuitele de măodul prin care se modulează semnalul depinde de circuitele de măsură asociate sură asociate (de exemplu (de exemplu modularea amplitudinii unei tensiuni alternative care alimenteazmodularea amplitudinii unei tensiuni alternative care alimentează un transformator diferenă un transformator diferenţţial sau ial sau modularea frecvenmodularea frecvenţţei unui circuit acordat).ei unui circuit acordat). IIn tabel se prezintă transformările pe baza cărora are loc n tabel se prezintă transformările pe baza cărora are loc funcfuncţţionarea acestor traductoare. ionarea acestor traductoare.

Mărimea în care se face traducerea semnalului: Transformări posibile:

Rezistenţa R R=F(ρ,l,S)ρ: rezistivitatea; L: lungimea; S: secţiunea

Capacitatea C C=f(S,e,ε)S: suprafaţa armăturilor; e: distanţa dintre armături; ε: permitivitatea

Inductanţa L L=f(l,S,μ,n)L: lungimea; S: suprafaţa unei spire; n: număr de spire; μ: permeabilitatea

Inductanţa mutuală M M=f(L1, L2)L1, L2: inductanţele celor două bobine

Tensiunea VV=f(ω, M1,M2)

(M1, M2 sunt, în general, funcţii de un parametru al circuitului magnetic)ω: pulsaţie, M1, M2: inductanţe mutuale

Traductoare cu energie modulată de către mărimea de măsurat

• Într-o sondă ionică, intensitatea curentului dintr-un circuit electric este modulată de conductivitatea mediului. În acest caz, traductorul trebuie privit ca un receptor de energie. Acesta este si cazul analizelor spectrale, unde materialul este excitat cel mai frecvent cu ajutorul unei radiaţii, al cristalografiei cu radiaţii X sau γ, etc. In figura estereprezentata Modularea radiaţiei prin modificarea proprietăţilor de transmisie într-un material supus acţiunii unei forţe sau unei deformaţii

S s

M

R

S: sursa de energie radiantă (emisie de energie nediferenţiată: lumină, radiaţii α, β, γ, etc.)M: mediu intermediar (modulare; energie diferenţiată)R: receptor (cuplu termoelectric, cameră de ionizare, etc.)s: semnal electric purtător al informaţiei.

Condiţionarea semnalului şi conversia analog-numericăUn fenomen fizic sau chimic se reflectă într-o valoare de tensiune sau curent electric prin intermediul unor

traductoare potrivite. Acest semnal trebuie însă transformat într-un semnal care să poată fi exploatat cu precizie de către sistemul de achiziţie. De regulă, trebuie efectuate următoarele transformări:

• amplificare în putere, dacă distanţele sunt mai mari de câţiva metri, pentru a diminua zgomotul care apare pe cablul de transmisie: creşterea tensiunii, diminuarea impedanţei, simetrizare;

• adaptarea nivelului respectiv amplificarea tensiunii până la o valoare de 5...10 V, valoare cu care operează plăcile de achiziţie, sau eventual transformarea semnalului în semnal proporţional de curent, cuprins între 4 şi 20 mA;

• adaptarea impedanţei între traductor şi dispozitivul de măsurare;• filtrare, fie pentru a atenua zgomotul, fie pentru a evita erorile care apar în timpul conversiei;• eliminarea tensiunilor parazite;• linearizare;• diverse corecţii.

Majoritatea dispozitivelor electronice permit doar tratamentul semnalului electric sub formă de tensiune. Rolul unui dispozitiv de condiţionare a semnalului este, astfel, convertirea mărimii electrice de ieşire a traductorului, alta decât tensiunea, în tensiune a cărei amplitudine sau frecvenţă să fie determinate de mărimea de ieşire furnizată de traductor. Anumite circuite de condiţionare a semnalului permit, în plus, efectuarea de corecţii, cum ar fi compensarea mărimilor de influenţă sau linearizarea.

Convertoarele analogConvertoarele analog--numerice primesc la intrare o tensiune analogică numerice primesc la intrare o tensiune analogică vivi şşi furnizează la iei furnizează la ieşşire un ire un cuvânt de cuvânt de „„nn”” bibiţţi, i, corespunzător valorii numerice corespunzător valorii numerice NN asociată tensiunii asociată tensiunii vvi.i.

Pentru un cuvânt de ieşire de „n” biţi, convertorul poate furniza 2n variante, cuprinse între 0 şi 2n-1. Fiecărei dintre aceste variante îi este asociată o plajă elementară de valori q, numită cuantum:

q = Vmax / 2nunde Vmax reprezintă tensiunea maximă care poate fi convertită.Există mai multe metode de conversie, alegerea metodei optime fiind realizată pe baza mai multor criterii. unul

dintre cele mai importante este timpul tc necesar efectuării conversiei.

Conexiunea instrumentelor de măsurare şi transmisii numerice

Traductorul şi dispozitivele de condiţionare a semnalului furnizează ca mărime de ieşire o tensiune corespunzătoare mărimii de măsurat. De regulă, traductorul este situat la o oarecare distanţă de dispozitivele care asigură tratamentul şi exploatarea informaţiei. Prin urmare, transmiterea informaţiei trebuie realizată în condiţii care să nu permită degradarea acesteia prin paraziţi sau distorsiuni provocate de lipsa de calitate a legăturii.Transmiterea datelor poate fi realizată analogic sau numericTransmiterea datelor poate fi realizată analogic sau numeric.Transmisia numerică este recomandată atunci când informaţia trebuie prelucrată şi tratată ulterior deoarece dispozitivele care realizează tratamentul semnalului sunt, la rândul lor, numerice. De asemenea, transmisia numerică este mai economică, întrucât permite partajarea aceleiaşi linii sau magistrale între mai multe echipamente care generează informaţie, spre deosebire de transmisia analogică, la care fiecărui traductor trebuie să i se asocieze o linie separată. Este evident că, pentru a putea fi utilizate transmisii numerice, datele trebuie mai întâi convertite sub formă numerică.Transmisiile numerice pot fi realizate paralel sau Transmisiile numerice pot fi realizate paralel sau îîn serie.n serie.În cazul transmisiei paralele, cei opt biţi ai unui octet sunt transmişi simultan, pe opt linii. Acest tip de transmisie permite transferul rapid al datelor, dar presupune un număr mare de linii. În plus se mai adaugă legături suplimentare, indispensabile pentru a controla fluxul de date.Datorită costurilor mari pe care le impune, precum şi datorită pericolului interferenţelor, acest tip de transmisie se foloseşte doar pentru distanţe scurte (câţiva metri).În cazul transmisiei serie, biţii care formează un octet sunt transmişi unul după altul, pe o linie sau două, fapt ce conduce la viteze de transfer reduse. În schimb, costul liniilor se diminuează foarte mult, deci distanţele pe care se realizează transmisia pot creşte sensibil.

Folosirea microprocesoarelor in sistemele de achizitii de date. Sisteme de achiziţie de date cu un canal

Un sistem de achiziţie de date reprezintă, practic, o interfaţă între o zonă analogică, reprezentată de mulţimea traductoarelor pentru diverse mărimi fizice, precum şi de dispozitivele de condiţionare a semnalului, şi o zonă numerică, formată din convertoarele analog-numerice (CAN) şi dispozitivele de tratament şi comandă, care pot fi sisteme cu microprocesor. Arhitectura unui sistem de achiziţie de date trebuie definită în funcţie de numărul mărimilor care trebuie măsurate, de viteza de variaţie a acestora şi de obiectul pe care îl urmăreşte sistemul.Cele mai simple configuraţii de sisteme de achiziţie de date îl reprezintă sistemele de achiziţie cu un singur canal. Practic, este vorba despre un lanţ de măsurare numeric, care poate fi deschis, dacă se urmăreşte doar obţinerea mărimii de măsurat, în vederea afişării sau înregistrării pentru o prelucrare ulterioară sau închis, dacă rezultatul măsurării acţionează asupra comenzii unui proces. La acest tip de sisteme, semnalul provenit de la un traductor este condiţionat prin intermediul unui bloc de condiţionare a semnalului (punte Wheatstone, montaj potenţiometric, amplificator adaptor de impedanţă sau amplificator pentru instrumentaţie), transmis apoi unui sistem de eşantionare – blocare, al cărui rol este de a preleva valorile instantanee şi de a le menţine la intrarea convertorului analog-numeric pe o perioadă cel puţin egală cu timpul necesar conversiei.Cele două circuite sunt comandate de un sistem logic care, la momente de timp prestabilite, furnizează comanda de eşantionare, blochează semnalul la intrarea convertorului şi gestionează funcţionarea acestuia din urmă. Această funcţie poate fi realizată de un sistem logic cablat simplu sau de către un microprocesor care oferă posibilitatea de a programa funcţionarea sistemului la parametrii doriţi. Semnalul furnizat la ieşirea din convertorul analog-numeric poate fi tratat de către un calculator, poate fi memorat pentru analiza ulterioară sau poate fi reconstituit în forma sa analogică iniţială cu ajutorul unui convertor numeric-analogic, formă ce va fi folosită pentru controlul procesului (reglarea temperaturii într-un cuptor, controlul calităţii şi al producţiei, etc.)

Structura unui sistem de achiziţie de date cu un canal

Sisteme de achiziţie de date cu « n » canaleÎn majoritatea situaţiilor industriale, este necesar să se achiziţioneze mai multe mărimi în acelaşi timp. Se constituie astfel un sistem de achiziţie de date cu multiplexare temporală. Multiplexorul este un dispozitiv format dintr-un set de comutatoare analogice la care ieşirile sunt legate astfel încât să constituie o ieşire unică a multiplexorului. Comanda închiderii şi deschiderii comutatoarelor este efectuată prin intermediul unei intrări de adresare a fiecărui canal. Aceasta este o intrare logică pe unul sau mai mulţi biţi. O intrare de ”n” biţi adresează 2n canale. Fiecare canal este caracterizat de adresa sa, care reprezintă numărul său de ordine. Un multiplexor cu 16 intrări are intrările numerotate de la 0 la 15.Adresarea se poate face secvenţial sau aleatoriu. În ultimul caz, microprocesorul adresează direct fiecare canal. În situaţiaadresării secvenţiale, fiecare canal este adresat într-o ordine bine definită. Dacă anumite mărimi prezintă o variaţie în timpmult mai rapidă decât celelalte, acestea pot fi eşantionate cu o frecvenţă mult mai mare. Se observă că sistemul cu microprocesor trebuie să genereze:- semnalul de comandă al dispozitivului de eşantionare-blocare E/B;- semnalul de începere a conversiei (START); la rândul său, CAN furnizează un semnal de sfârşit de conversie (EOC), cu rolul de a semnaliza faptul că datele numerice sunt disponibile şi stabile;- semnalele de adresare a canalului pentru multiplexor.

Structura unui sistem de achiziţie de date cu „n” canale

Prin intermediul acestor semnale de comandă, micro-procesorul organizează procesul de măsurare şi gestionează funcţionarea componentelor sistemului.Această arhitectură a sistemului prezintă însă şi un inconvenient. Deoarece dispozitivul de eşantionare-blocare se găseşte în aval faţă de multiplexor, nu este posibil să realizeze măsurarea a două mărimi în acelaşi timp. Viteza de achiziţie este considerabil redusă dacă numărul „n”de canale creşte.

Sisteme de achiziţie de date sincrone

•• Pentru a evita inconvenientul prezentat anterior, se poate amplaPentru a evita inconvenientul prezentat anterior, se poate amplasa un dispozitiv se sa un dispozitiv se eeşşantionareantionare--blocare la intrarea fiecărui canal de intrareblocare la intrarea fiecărui canal de intrare..

•• Dacă sistemul de achiziDacă sistemul de achiziţţie de date se află la o anumită distanie de date se află la o anumită distanţţă de dispozitivele de ă de dispozitivele de tratament, de afitratament, de afişşare sau de are sau de îînregistrare, datele pot fi transmise nregistrare, datele pot fi transmise îîn mod serial,n mod serial, pe două pe două fire, pe iefire, pe ieşşirea serială a CANirea serială a CAN..

Structura unui sistem de achiziţie de date sincrone

Sisteme de achiziţie de date rapideÎÎn situan situaţţia ia îîn care semnalul de intrare se modifică rapidn care semnalul de intrare se modifică rapid, a, arhitecturile precedente, care utilirhitecturile precedente, care utilizează un zează un

singur CAN, nu mai pot fi utilizate. Artificiul frecvent utilizasingur CAN, nu mai pot fi utilizate. Artificiul frecvent utilizat t îîl constituie legarea l constituie legarea îîn paralel a mai n paralel a mai multor astfel de convertoare. multor astfel de convertoare.

Fiecare dintre aceste convertoare este precedat de un dispozitivFiecare dintre aceste convertoare este precedat de un dispozitiv de ede eşşantionareantionare--blocare.blocare. IeIeşşirile irile numerice ale convertorului analogicnumerice ale convertorului analogic--digital sunt multiplexate pe aceladigital sunt multiplexate pe acelaşşi principiu ca multiplexorul i principiu ca multiplexorul analogic, permianalogic, permiţţând astfel conectarea mai multor intrări de ând astfel conectarea mai multor intrări de „„nn”” bibiţţi la o iei la o ieşşire unicăire unică, tot de , tot de „„nn”” bibiţţi. i.

ÎÎn exemplul prezentat anterior se pot distinge cele trei intrări n exemplul prezentat anterior se pot distinge cele trei intrări ale multiplexorului. Fale multiplexorului. Fiecare dintre acestea iecare dintre acestea este reprezentată de un cuvânt de este reprezentată de un cuvânt de 12 bi12 biţţi, iei, ieşşirea fiind irea fiind şşi ea un cuvânt de 12 bii ea un cuvânt de 12 biţţi. i. Adresarea Adresarea canalului se efectuează cu ajutorul unui cuvânt de canalului se efectuează cu ajutorul unui cuvânt de 2 bi2 biţţi.i. Montajul este dificil dar viteza de achiziMontajul este dificil dar viteza de achiziţţie ie se multiplică de se multiplică de „„nn”” ori, unde ori, unde „„nn”” reprezintă numărul de intrări reprezintă numărul de intrări, , îîn situan situaţţia ia îîn care en care eşşantionarea se antionarea se realizează secvenrealizează secvenţţial.ial. De exemplu, De exemplu, se presupune că timpul de conversie al CAN este de tcse presupune că timpul de conversie al CAN este de tc= 2,5 = 2,5 µµs, s, iar timpul de achiziiar timpul de achiziţţie al dispozitivului de eie al dispozitivului de eşşantionareantionare--blocare este ta = 0,3 blocare este ta = 0,3 µµs. s. Dacă semnalul este Dacă semnalul este eeşşantionat pe un singur canal, timpul de achiziantionat pe un singur canal, timpul de achiziţţie al unei măsurători este de ie al unei măsurători este de ta + tc = 2,8 ta + tc = 2,8 µµs.s.

Structura unui sistem de achiziţie de date rapide

ÎÎn concluzie, viteza de achizin concluzie, viteza de achiziţţie ie a semnalului nu poate depăa semnalului nu poate depăşşi i 1/(ta + tc) = 1/2,8 x 10 1/(ta + tc) = 1/2,8 x 10 --6 = 6 = 357.000357.000 eeşşantioane/secunantioane/secundădă..Cu ajutorul montajului Cu ajutorul montajului prezentat, este posprezentat, este posibil să se ibil să se preleve un epreleve un eşşantion pe antion pe microsecundămicrosecundă, deci se ob, deci se obţţine ine o viteză de achizio viteză de achiziţţie de 106 ie de 106 eeşşantioane/secunantioane/secundădă. . ÎÎn acest n acest caz, fiecare CAN dispune de 3 caz, fiecare CAN dispune de 3 µµs pentru a efectua conversia.s pentru a efectua conversia.

UTILIZAREA CALCULATOARELOR PERSONALE UTILIZAREA CALCULATOARELOR PERSONALE ÎÎN DOMENIUL N DOMENIUL ACHIZIACHIZIŢŢIEI DE DATE. CONCEPTUL DE INSTRUMENTAIEI DE DATE. CONCEPTUL DE INSTRUMENTAŢŢIE PERSONALĂIE PERSONALĂ

Conceptul de instrumentaţie personală a apărut în 1981, fiind introdus de firma americană Northwest Instruments. Aceasta a lansat pe piaţă primele modele de instrumentaţie care puteau fi direct asociate unui calculator personal (iniţial, un calculator de tip Apple II).Denumirea de instrumentaţie personală a apărut prin asocierea a două concepte, cel de instrument de măsurare şi cel de calculator personal. Resursele celui din urmă sunt utilizate pentru a efectua sarcinile de comandă, de gestiune, afişare sau tratament care sunt, în mod normal, asumate de un sistem cu microprocesor plasat în interiorul aparaturii. Dispozitivul de interfaţă cuprinde obligatoriu un CAN.Rezultatele măsurării sunt vizualizate pe ecranul calculatorului sub formă numerică sau sub formă de curbe. Aceste rezultate provin din prelucrarea brută a datelor, realizată de instrumentul de măsurare. Tratamentul suplimentar al datelor este realizat de către calculator, la solicitarea utilizatorului.Datorită calculatorului asociat sistemului de măsurare şi testare, echipat cu periferice (plotter, imprimantă, etc.) şi cu software dedicat, etapa de documentare şi de analiză a datelor este simplificată considerabil. Practic, operatorul dispune de o staţie de lucru în miniatură, pe care poate dimensiona şi studia circuite, poate calcula prototipuri, poate analiza rezultatele obţinute şi le poate prezenta într-o formă grafică deosebită.Primele aplicaţii ale instrumentaţiei personale au fost de natură analogică. La acestea, calculatorul juca rolul de generator de funcţii, iar ecranul acestuia era utilizat ca osciloscop. De atunci, instrumentaţia personală a luat o amploare continuă, nu numai datorită costului său rezonabil, ci şi facilităţii de a integra mai multe instrumente de măsură într-un singur sistem.

Structura unui sistem de achiziStructura unui sistem de achiziţţie de date asistat de ie de date asistat de calculatorcalculator

În general, achiziţia de date asistată de calculator apelează la un sistem special, constituit dintr-un calculator personal, un produs software şi o placă de achiziţie de date controlată tot de către calculator. Placa se instalează de regulă în calculator, dar există şi posibilitatea plasării ei ca un modul exterior acestuia.Unii fabricanţi furnizează sisteme interadaptabile, constituite din module independente, a căror juxtapunere permite obţinerea unor staţii de măsurare compacte. Configuraţia unor asemenea sisteme cuprinde, de obicei, un modul de alimentare, un modul CPU, precum şi numeroase module specifice, cu intrări şi ieşiri definite în funcţie de aplicaţie.Plăcile de achiziţie de date sunt adesea furnizate împreună cu traductoare de măsurare (de forţă, deplasare, viteză, acceleraţie, debit, presiune, temperatură etc.). De asemenea, ele pot avea circuite de condiţionare a semnalului adaptate mărimii fizice care trebuie achiziţionată, unul sau mai multe multiplexoare, convertoare analog-numerice a căror rezoluţie trebuie să corespundă exigenţelor sistemului de măsurare. În consecinţă, calculatorul îndeplineşte şi o serie de alte funcţiuni: conducerea procesului de măsurare, analiza şi tratamentul semnalului, gestiunea conexiunilor serie şi paralel, vizualizarea rezultatelor, trasarea curbelor, etc. Pentru aceasta, fabricanţii oferă şi programe software destinate unor asemenea utilizări.Soluţia montării plăcii de achiziţie în interiorul calculatorului oferă avantajul furnizării imediate a datelor achiziţionate către memoria RAM, putând fi astfel tratate în timp real. În cazul utilizării plăcilor de achiziţie de date externe calculatorului, controlul intrărilor şi ieşirilor acestora este efectuat de către calculator, prin intermediul unei interfeţe seriale sau paralele. Acest tip de montaj se utilizează atunci când se studiază procese la care traductoarele trebuie amplasate în diverse locuri sau când semnalele analogice nu pot fi transmise pe distanţe mari, din cauza paraziţilor. În acest caz, conversia analog-numerică trebui realizată cât mai aproape de traductoare.

Structura unui sistem de achiziţie de date asistat de PC

Transmisia datelor sub formă numerică se realizează prin intermeTransmisia datelor sub formă numerică se realizează prin intermediul unei legături seriale sau paralelediul unei legături seriale sau paralele. L. Legăturile serie de tip RS egăturile serie de tip RS 232 232 şşi RS 4i RS 422 sa22 sau RS 4u RS 485 li85 limitează drastic viteza de transfer a datelor mitează drastic viteza de transfer a datelor îîn memorie.n memorie. Calculatorul posedăCalculatorul posedă, d, de regulăe regulă, d, două porturi serialeouă porturi seriale, din care unul este necesar pentru comunicarea cu imprimanta. D, din care unul este necesar pentru comunicarea cu imprimanta. De asemenea,e asemenea, utilizarea legăturilor RS utilizarea legăturilor RS 422 sau422 sau RS RS 485 nec485 necesită o interfaesită o interfaţţă de conversie ă de conversie îîn RS 232. n RS 232. ÎÎn plus,n plus, legătura RS legătura RS 232 per232 permite doar mite doar comunicarea cu un singur instrument. Dacomunicarea cu un singur instrument. Dacă trebuie utilizate mai multe instrumentecă trebuie utilizate mai multe instrumente, e, este necesară adăugarea unei plăci cu porturi ste necesară adăugarea unei plăci cu porturi multiple sau a unui multiplexor.multiple sau a unui multiplexor.Pentru realizarea transmisiei paralele poate fi utilizată magistPentru realizarea transmisiei paralele poate fi utilizată magistrala GPIB (IEErala GPIB (IEEE 4E 488). N88). Numeroase aparate de măsură umeroase aparate de măsură (voltmetre, (voltmetre, multimetre, frecvenmultimetre, frecvenţţmetre) posemetre) posedă o interfadă o interfaţţă GPIBă GPIB, c, care le permite conexiunea la magistrala care asigură legătura laare le permite conexiunea la magistrala care asigură legătura la calculator calculator, p, prin rin intermediul unei plăci de interfaintermediul unei plăci de interfaţţă montate ă montate îîn interiorul calculatorului.n interiorul calculatorului.Magistrala GPIB este caracterizată Magistrala GPIB este caracterizată îîn special de distann special de distanţţele limitate specifice utilizării ele limitate specifice utilizării îîn laborator.n laborator.Instrumentele de tip VXI (VME eXtension for Instrumentation) sunInstrumentele de tip VXI (VME eXtension for Instrumentation) sunt constituite din module (condit constituite din module (condiţţionare, achiziionare, achiziţţia semnalului) dispuse ia semnalului) dispuse îîntrntr--o carcasăo carcasă, c, care comunică are comunică îîntre ele printrntre ele printr--o magistrală o magistrală (VXI (VXI bus). Cobus). Conexiunea cu calculatorul poate fi realizată printrnexiunea cu calculatorul poate fi realizată printr--o magistrală o magistrală GPIB, GPIB, îîn prezenn prezenţţa interfea interfeţţelor necesare.elor necesare.

Conexiunea instrumentelor de măsurare la calculatorul personal prin intermediul magistralei GPIB

IIn majoritatea cazurilor,n majoritatea cazurilor, este necesară condi este necesară condiţţionarea prealabilă a ionarea prealabilă a semnalelor care intră semnalelor care intră îîn placa de achizin placa de achiziţţie. De asemenea, unele ie. De asemenea, unele tipuri de traductoare (termorezistentipuri de traductoare (termorezistenţţele, ele, mărcile tensometrice etcmărcile tensometrice etc.) .) necesită alimentare proprie de la o sursă de tensiune sau de curnecesită alimentare proprie de la o sursă de tensiune sau de curent. ent. ÎÎn acest caz n acest caz îîntre traductoare ntre traductoare şşi placa de achizii placa de achiziţţie se amplasează ie se amplasează module capabile să permită atât alimentarea traductoarelormodule capabile să permită atât alimentarea traductoarelor, cât , cât şşi i condicondiţţionarea semnalelor furnizate. Un exemplu de astfel de modul ionarea semnalelor furnizate. Un exemplu de astfel de modul este sistemul SCXI (Signal Conditioning eXtension for este sistemul SCXI (Signal Conditioning eXtension for Instrumentation).Instrumentation).Pentru aplicaPentru aplicaţţiile iile îîn timp real, sistemele de achizin timp real, sistemele de achiziţţie de date pot avea ie de date pot avea suplimentar suplimentar îîn structura lor un coprocesor, cu rolul de a controla n structura lor un coprocesor, cu rolul de a controla dispozitivele de intrare / iedispozitivele de intrare / ieşşire, de a stoca datele ire, de a stoca datele îîn memoria locală n memoria locală şşi i de a le trata de a le trata îîn timp real. n timp real.

Sistemele de achiziSistemele de achiziţţie de date utilizate ie de date utilizate îîn mediul industrial sunt, n mediul industrial sunt, îîn plus, n plus, îînsonsoţţite de mijloace de comunicare ce permit conexiunea ite de mijloace de comunicare ce permit conexiunea îîntre sisteme, precum ntre sisteme, precum şşi de echipamente de supervizare. Asemeneai de echipamente de supervizare. Asemenea ssisteme au isteme au şşi posibilitatea de a fi configurate de la distani posibilitatea de a fi configurate de la distanţţăă..Pentru conducerea plăcii de achiziPentru conducerea plăcii de achiziţţie de date, utilizatorul poate apela la un limbaj de programare ie de date, utilizatorul poate apela la un limbaj de programare generalizat (C, C++, Visual generalizat (C, C++, Visual Basic, limbaj de asamblare, Pascal, Fortran, Delphi) sau poate oBasic, limbaj de asamblare, Pascal, Fortran, Delphi) sau poate opta pentru un mediu de dezvoltare special conceput pentru pta pentru un mediu de dezvoltare special conceput pentru achiziachiziţţia de date (LabVIEW).ia de date (LabVIEW).ÎÎncepând cu anul 1996, sncepând cu anul 1996, s--a extins utilizarea unui nou tip de software, care permite utilia extins utilizarea unui nou tip de software, care permite utilizarea plăcii de achizizarea plăcii de achiziţţie de date la fel de ie de date la fel de simplu ca utilizarea unui veritabil instrument de măsurare convesimplu ca utilizarea unui veritabil instrument de măsurare convennţţional. Estional. Este vorba despre programe executabile,e vorba despre programe executabile, prevăzute cu o prevăzute cu o interfainterfaţţă grafică menită să creeze utilizatorului impresia că se află ă grafică menită să creeze utilizatorului impresia că se află îîn fan faţţă unui instrument clasică unui instrument clasic: butoane rotative, : butoane rotative, îîntrerupătoarentrerupătoare, , cursoare cursoare şşi ferestre de vizualizare a curbelor. Sistemul constituit din aci ferestre de vizualizare a curbelor. Sistemul constituit din acest tip de software est tip de software şşi o placă de achizii o placă de achiziţţie de date a primit ie de date a primit denumirea de denumirea de instrument virtualinstrument virtual..