ЖУРНАЛ СТА 4/2011

Рассмотрим временны ′ е диаграммы на рис. 1. Импульсы возбуждения ( а ), соответствующие моментам облучения материала рентгеновским излучением, порождают посредством датчиков люминесценции и блока регистрации (БР) сигналы обнаружения ( б ), если сигнал люминесценции удовлетворяет признакам алмаза. Число импульсов от одного объекта определяется временем наблюдения алмаза в зоне возбуждения и регистрации. Хотя эти сигналы и син- хронизированы относительно импуль- сов возбуждения, дальнейшая их обра- ботка: блокировка ( г ), обеспечивающая выполнение одной отсечки на один алмаз, транспортная задержка Т з ( д ) на время перемещения алмаза от зоны воз- буждения в зону отсечки, собственно отсечка ( е ) и её контроль ( ж ) – по усло- вию дискретизируется с интервалом (дискретом) 1 или даже 0,5 мс ( в ). С этой дискретностью программными таймерами должны последовательно обрабатываться до 5 перечисленных интервалов (блокировка, задержка, отсечка, контроль по началу и контроль по концу) в каждом канале, причём процесс обнаружения в этих каналах носит стохастический характер. Иными словами, в многоканальном (до 8 кана- лов) сепараторе версии, работающей в MS-DOS, при поступлении каждого прерывания обработчик должен после- довательно просмотреть до 5 × 8 тайме- ров и декрементировать активные. В промежутках между обработкой последовательных прерываний в ЖРВ (жёстком реальном времени) програм- ма должна успевать обслуживать про- цессы, помеченные в табл. 1 как вы- полняемые в МРВ (мягком реальном времени) либо вне временны ′ х огра- ничений. Таким образом, в программе выполняются две циклические после- довательности: обработка прерываний по сигналам ( б ) и фоновый контроль датчиков, органов управления, работа с дисплеем и портами связи с БР и АСУ. Подсистема регистрации и цифровой обработки вполне логично синхрони- зируется импульсами возбуждения, которые генерирует программируемый аппаратный таймер. Длительность им- пульса и период возбуждения суще- ственно влияют на погрешность вычис- ления параметров сигнала, по которым ведётся отбор полезного минерала. На рис. 2 представлены три последователь- ных цикла возбуждения – регистрации (обработки) с условными номерами k–1 , k , k+1 . Сбор данных – цифровое преобразование выполняется последо- вательно во всех каналах. Синхрони- зация АЦП – внутренняя, то есть набор каналов и временной дискрет (шаг преобразования) задаются из про- граммы регистрации, но отрабаты- ваются процессором АЦП автономно. На фоне работы АЦП основная про- грамма обрабатывает данные, собран- ные в предыдущем цикле. Процесс обработки данных подчинён ЖРВ: к моменту завершения работы АЦП обработка данных предыдущего цикла также должна быть безусловно завер- шена. Интервал между концом работы АЦП и началом следующего цикла в зависимости от структуры АЦП ис- пользуется либо для чтения FIFO, если сбор данных шёл в FIFO, либо для управления усилением через ЦАП, контроля чувствительности и других служебных операций. П РОТОТИПНАЯ СИСТЕМА В прототипной системе, реализован- ной на базе MS-DOS, обслуживание подсистем было разделено между двумя х86 совместимыми контроллера- ми (рис. 3). Один из них, использую- щий шину ISA, работал с подсистемами 1, 4 и 5 (по порядку представления в табл. 1). На его основе формировался блок управления (БУ), который нёс в себе операторский интерфейс в виде ЖК-дисплея (4 × 20 символов) и спе- циализированной клавиатуры (24 кла- виши). Контроллер БУ также поддер- живал интерфейс АСУ обогатительной фабрики, к которой подключены все сепараторы. Подсистема регистрации и цифровой обработки сигналов обслу- живалась блоком регистрации, также построенным на х86 совместимом контроллере PIV с шиной PICMG 1.0. В оконечных блоках подсистем 1, 2, 5 для управления и мониторинга были задействованы локальные микропро- цессорные контроллеры. Прототипная система выпускалась НПП «Буревестник» с 2006 по 2009 год. Всего было выпущено больше 100 еди- ниц. Все они успешно функционируют на обогатительных фабриках. «Зави- саний» программы из-за нарушений условий ЖРВ в течение эксплуатации не наблюдалось. Тем не менее, по мере появления на программном и аппаратном уровнях новых, более производительных и функ- циональных технологий возник вопрос о необходимости модернизации устрой- ства. При этом были обозначены сле- дующие ключевые проблемы: ● программное обеспечение (ПО) в MS-DOS по сути требовало физиче- ского разделения подсистем управ- ления и регистрации, локализации каждой на отдельном процессоре; ● не было возможности использования портов USB для связи между подси- стемами и Ethernet для связи с АСУ; ● ограниченные возможности опера- торского интерфейса, не имеющего графических средств и допускающе- го только последовательный доступ к изменению параметров (при общем числе параметров более 60), создава- ли определённые неудобства; ● моральное старение и снятие с про- изводства контроллеров и модулей сбора данных требовало их посто- янной технической и программной поддержки, а также увеличивало стоимость владения ими. Ограниченность возможностей MS- DOS в решении описанных проблем поставила на повестку дня вопрос о выборе новой программной платфор- мы сепаратора. При этом были опреде- лены следующие критерии для выбора программной платформы: 72 СТА 4/2011 РАЗ РА БОТ КИ / ДОБЫВ АЮЩА Я П РОМЫШЛ Е ННОС Т Ь www.cta.ru Т n Цикл k–1 Цикл k. Накопление массива M k [r, n]. Обработка массива M k–1 [r, n] Таймер 0,5 мс Таймер 0,5 мс Нет отсчётов Отсчёты АЦП Формирование сигнала «Обнаружение k–1 » Накопление M k+1 [r, n] Обработка массива M k [r, n] 0 50 350 Строб k Строб k+1 n ( t = n × 10 мкс) Чтение FIFO Рис. 2. Диаграмма, поясняющая распределение времени в системе цифровой обработки сигналов © СТА-ПРЕСС