СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ОБЪЕКТАМИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ КОДОМ
METHOD OF OBJECT CONTROL BY SERIAL CODE

Изобретение относится к области системы передачи данных, к телемеханике и для управления различными технологическими процессами непрерывного действия, станками и роботами и может использоваться при автоматизации технологических процессов, например, в быстродействующих системах обработки данных, системах управления с передачей сигналов от задатчиков и от датчиков контролируемых параметров в разнообразных цифровых кодах прямо на объекты управления или на их регуляторы, преимущественно, через однопроводную линию связи, один радиоканал, а также в многопроводной линии связи и в сети.
Практически все современные системы передачи данных вообще и управления ими объектами в частности используют последовательный канал передачи данных по проводу, оптоволокну, радиоканалу. Прямая передача информации по своему проводу (от кнопки к обмотке реле) сохраняется в старых системах автоматики. Способы передачи информации последовательным кодом узаконены международными стандартами (RS-232, RS-432, RS-455, сетевые варианты ProfiBus и др.). Под эти стандарты написаны учебники (1. Венедиктов М.Д. Дельта-модуляция. Теория и применение / М.Д.Венедиктов, Ю.П.Женевский, В.В.Марков, Г.С.Эйдус. - М.: Связь, 1976. - 272 с; 2. Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. - М.: Додэка - XXI, 2005. - 528 с.См. стр.462), созданы интегральные схемы КР580 ВВ51 под RS-232 (3. RU 2066882 C1, G08C 15/06, заявл. 16.08.1993, опубл. 20.06.1996) и стандартные модемы. Передаваемый код может быть многоразрядным (3), одноразрядным в множестве вариантов дельта-модуляции (2).
Известен способ передачи последовательным кодом с нововведением по уплотнению передачи, упрощению адресации смешанных в одном проводе кодов для многих объектов (абонентов), повышению помехозащищенности передачи, учету специфики абонентов (4. RU 2042183 С1, МПК G01F 3/00, G05B 23/02, заявл. 23.03.1993, опубл. 20.08.1995). В этом способе, а также в международных стандартах на передачу информации последовательным кодом, входные управляющие сигналы каждого объекта преобразуют в свой цифровой код, смешивают коды объектов в выбранном порядке старшинства разрядов, преимущественно, впереди младшие разряды, передают их последовательным кодом по линии связи, фиксируют его, перераспределяют восстановленные полностью коды между соответствующими объектами и управляют ими. Недостатком способов является низкое быстродействие, при повышении которого снижается точность.
Известные способы широко применяются и в сетях, в том числе, для передачи данных в формате с плавающей точкой, в которых передаваемые разряды собираются в группы: характеристика и мантисса числа. При этом сохраняются отмеченные недостатки.
Наиболее близким к предлагаемому является способ передачи данных, устройство передачи и устройство приема данных для мультимедийных объектов (дисплей и динамики) из-за практического совпадения устройств передачи и приема предлагаемого способа и известного (5. RU 2372741 С2, МПК H04L 29/02, G09G 5/12, заявл. 16.05.2007, опубл. 10.11.2009, фиг.26). В известном способе входные управляющие сигналы каждого объекта преобразуют в свой цифровой код, смешивают коды объектов в выбранном порядке старшинства разрядов, преимущественно впереди младшие разряды, передают их последовательным кодом по линии связи, фиксируют его, перераспределяют восстановленные полностью коды между соответствующими объектами и управляют ими.
Недостатком способа является низкое быстродействие, при повышении которого снижается точность.
В основу изобретения положена техническая задача - повышение точности и быстродействия управления объектами за счет повышения точности и быстродействия работы системы передачи цифровых данных и управления несколькими объектами.
Указанная задача решается тем, что способ управления объектами последовательным кодом, при котором входные управляющие сигналы каждого объекта преобразуют в свой цифровой код, смешивают коды объектов в выбранном порядке, передают их последовательным кодом по линии связи в выбранном порядке старшинства разрядов, принимают последовательный код после линии связи, фиксируют его, перераспределяют между соответствующими объектами и управляют ими, характеризуется тем, что перед смешиванием каждый цифровой код разбивают на индивидуальное число частей, размерами между полным кодом и нулем разрядов, смешивают эти части кодов разных объектов в порядке старшинства частей кодов разных объектов и разрядов в них, а не по номерам объектов, передают в указанном порядке, после приема и перераспределения своих частей кодов между объектами сразу подают их на свои объекты и управляют ими, не дожидаясь получения полных кодов входных управляющих сигналов.
Дополнительно после приема объектом старшей части кода и совпадении ее с такой же старшей частью кода от предыдущей передачи, младшую часть предыдущего кода сохраняют и сразу используют для управления объектом, а при несовпадении - изменяют эту младшую часть так, чтобы абсолютное изменение величины числа между предыдущим и новым полными кодами было минимальным, и также сразу управляют объектом.
Повышение быстродействия достигается за счет начала управления объектами до завершения процесса получения полного кода, при этом изменен порядок старшинства передаваемых разрядов в сравнении с международными стандартами.
Дополнительные действия по сути являются прогнозированием значения кода до завершения его получения, что в среднем еще повышает быстродействие.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 дана схема реализации способа управления двумя объектами последовательным кодом; на фиг.2 приведены диаграммы, поясняющие известный (а-г) способ и один из вариантов предлагаемого (а, ж-д) способа передачи и приема двух одинаковых постоянных сигналов по общему последовательному каналу.
1
2
1
2
Двухканальный пример реализации способа фиг.1 содержит источники 1, 2 входных управляющих сигналов (Вх Вх на фиг.2) на входах аналого-цифровых преобразователей (АЦП) 3, 4 на входах передатчика 5. Передатчик связан с приемником 6 линией связи 7 и явной или неявной линией синхронизирующих сигналов (Синхр-я слов и бит). Два кодовых выхода приемника Q и Q подключены к цифроаналоговым преобразователям (ЦАП) 8, 9. К выходам ЦАП подключены всевозможные объекты управления 10 и 11 с выходными координатами 12 и 13. Объекты управления 10 и 11 могут быть конечными исполнительными устройствами, например, нагревателями, обмотками двигателей или их регуляторами, но могут быть и цифровыми устройствами, например, вычислительными машинами для обработки полученной информации. На фиг.1 объекты для конкретности представлены цепочками апериодических звеньев с постоянной времени Т. Способ допускает как асинхронную реализацию (когда нет явной линии синхронизации, но по линии связи 7 дополнительно подаются разделительные синхронизирующие разряды), так и синхронную - с наличием этой линии. В любом случае работа АЦП и ЦАП синхронизируется с передатчиком и приемником распределителями слов 14 и 15.
1
2
2
1
0
0
10
11
20
21
0
0
0
0
Для пояснения преимуществ предлагаемого способа приводится описание известного способа в динамике и его недостатков. Пусть в момент времени t=0 на фиг.2 на оба канала подают равные постоянные сигналы Вх Вх, которые на выходах АЦП 3, 4 преобразуются в двоичный код QQQ=111, где Q - младший разряд. До этого момента по линии связи 7 передавались коды 000, 000,… На фиг.2в показана последовательная передача кода сначала полного кода для первого объекта двоичными разрядами в порядке сначала младший разряд, потом старший (по младшенству) Q, Q, …, потом для второго Q, Q, … Такой порядок передачи предусмотрен международными стандартами. Эти коды приемник 6 фиксирует и в конце приема выдает на соответствующие ЦАП. Для первого объекта это произойдет через время 3t, для второго - через 6t, что показано на диаграммах фиг.2б, г. Здесь t - время интервала передачи одного разряда по линии связи 7. В способе нумеруются каналы и объекты с первого, а двоичные разряды с нулевого - по международным правилам. На диаграмме фиг.2в импульсные интервалы синхронизации бит разделены тонкими линиями, а кодовых слов из трех бит - жирными. Указанные диаграммы соответствуют реальной передаче последовательным кодом в порядке «сначала младший бит, потом старший» в международном стандарте RS232 (в нем кодовое слово составляет 8 бит, n=8) в синхронном режиме. Затем процессы повторяются. На фиг.2б, г видно, что управление поступает на объекты с задержкой, максимальное значение которой составляет Т=k·n·t, где k - количество объектов управления, n - разрядность слова одного объекта. Стремление повысить точность системы управления каким-либо технологическим процессом за счет повышения разрядности передаваемого слова может привести к обратному результату, когда фазовый сдвиг между преобразуемым в код аналоговым воздействием Вх и сигналом на входе объекта Вых управления приведет к снижению динамики процесса регулирования и даже вызовет его неустойчивость. Таким образом, известный способ передачи цифровых данных по однопроводной линии связи характеризуется низкой точностью и быстродействием.
Техническим результатом предлагаемого способа передачи цифровых данных по линии связи является его повышенная точность и быстродействие при управлении несколькими объектами, либо увеличение числа обслуживаемых объектов при той же точности и быстродействии.
Особенность способа заключается в том, что перед смешиванием каждый цифровой код разбивают на индивидуальное число частей, размерами между полным кодом и нулем разрядов, смешивают эти части кодов разных объектов в порядке старшинства частей разных объектов, а не по номерам объектов, после приема и перераспределения своих частей кодов между объектами сразу подают их на свои объекты и управляют ими, не дожидаясь получения полных кодов входных управляющих сигналов.
Предлагаемый способ управления объектами последовательным кодом обеспечивает: во-первых - отказ от задержки выдачи кода на объект до его полного получения и во-вторых - изменение порядка старшинства передаваемых по последовательному каналу разрядов наоборот в сравнении с международно-принятым. Только сочетание первого и второго дает эффект.
1
12
0
22
1
3
2
4
Суть предлагаемого способа поясняется на примере применения в схеме фиг.1, диаграммами фиг.2а, д, е, ж, как альтернативу выше их нарисованным диаграммам для известного способа фиг.2а, б, в, г. Разделение кодов на части доведено до одного разряда в минимально передаваемой части. В момент времени t=0 (фиг.2а) происходит выборка (отсчет) сигнала Bx источника 1, АЦП 3 преобразует этот аналоговый сигнал в 3-х разрядный позиционный (теперь уточнение типа кода становится важным) код, передатчик 5 сразу начинает передавать старший разряд Q (фиг.2е) этого кода на вход приемника 6 и на ЦАП 8 на выходе (фиг.2д). Через интервал t начинается передача старшего разряда Q для второго объекта. Его получение к концу интервала на ЦАП 9 приводит к скачку сигнала фиг.2ж на втором объекте. Далее описанный цикл повторяется. Положительный эффект повышения быстродействия виден из сравнений фиг.2б и фиг.2д, фиг.2г и фиг.2ж при одинаковом входном сигнале фиг.2а. При этом стрелка «Полный код второго» при обоих способах показывает, что время передачи полных кодов не изменилось. Количественным критерием эффективности способов может быть интегральная ошибка передачи сигналов, которую можно оценить по заштрихованным площадям S и S, S и S на фиг.2.
Известно, что лучшим прогнозом будущего является настоящее. Поэтому поведение младших разрядов кода на объекте управления при изменении старших можно оставить неопределенным (***) согласно пункту 1 формулы изобретения, но желательно уточнить их согласно пункту 2 формулы изобретения так, чтобы при совпадении вновь полученной старшей части кода с такой же старшей частью кода от предыдущей передачи, младшую часть предыдущего кода сохраняют и сразу используют для управления объектом, а при несовпадении - изменяют эту младшую часть так, чтобы абсолютное изменение величины числа между предыдущим и новым полными кодами было минимальным, и также сразу управляют объектом.
Это поясняет пример:
Вход
Выход п.1
Выход п.1 + п.2
0011
0011
0011
0
0***
0011
Новый цикл
00
00**
0011
001
001*
0011
0010
0010
0010
0
0***
0010
Новый цикл
01
01**
0100
011
011*
0110
0111
0111
0111
1
1***
1000
Новый цикл
10
10**
1000
При любом методе прогноза возможны выборки, когда прогноз окажется неудачным, но для гладких сигналов такой прогноз по п.2 формулы изобретения полезен.
Предлагаемый способ дает положительный результат и при передаче сложных кодов, например, в форматах с плавающей точкой, что применяется в сетях, но могут появиться и такие АЦП. При этом должен сохраняться указанный порядок старшинства передачи частей (сначала характеристика, потом мантисса) и разрядов. Формула изобретения защищает и этот случай, поэтому способ может найти применение и в сетях.
Предлагаемый способ может найти широкое применение в задачах управления объектами по простым линиям связи, включая все шире применяемые цифровые сети. Наилучший результат даст реализация способа при его интегральном исполнении.