52.72M

Category:

informatics

Цифровые устройства в Агроинженерии

1.

Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

2.

1. О структуре курса
«Цифровые устройства в Агроинженерии».
2. Промышленные революции и их этапы.
3. «Цифровое сельское хозяйство».

3.

1. О структуре курса «Цифровые устройства в
Агроинженерии».
1
• Лекции
2
• Тестирование
3
• Выполнение проверочных заданий
4
• Итоговое тестирование
5
• Выполнение итоговой практической
работы

4.

Разработка аппаратно-программного
обеспечения
Умение ставить и решать
схемотехнические задачи
Проектирование и эксплуатация
автоматизированных систем
управления

6. Цифровизация – шаг к Индустрии 4.0

Индустрия 3.0
Встроенные системы – это
центральные блоки управления,
встроенные в различные объекты,
которыми они управляют.
Индустрия 4.0
Киберфизические системы – это
набор
новых
технологий,
позволяющих
соединить
виртуальный и физический мир,
что
позволяет
обеспечить
взаимодействие
«умных»
объектов друг с другом за счет
использования интернета/сетей и
данных.

7.

3. «Цифровое сельское хозяйство»
Министерством сельского хозяйства РФ предлагается
ведомственный проект «Цифровое сельское хозяйство».
Цели проекта:
• цифровая трансформация сельского хозяйства;
• повышение эффективности мер государственной
поддержки;
• межведомственное взаимодействие органов
исполнительной власти;
• создание системы подготовки специалистов
сельскохозяйственных предприятий.

8. Основные направления

1. Цифровые технологии в управлении АПК
2. «Умное» землепользование
3. «Умное» поле
4. «Умный» сад
5. «Умная» теплица
6. «Умная» ферма
7. Сквозные технологии и формирование
исследовательских компетенций

9. Библиографический список

1. Ведомственный проект «Цифровое сельское хозяйство [Электронный ресурс]//
официальное издание. – М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2019. – 48 с. – Режим
доступа:
https://mcx.gov.ru/upload/iblock/900/900863fae06c026826a9ee43e124d058.pdf.
2. Труфляк Е.В. Результаты анкетирования по направлению ведомственного проекта
«Цифровое сельское хозяйство» / Е.В. Труфляк, А.С. Креймер, Н.Ю. Курченко. –
Краснодар : КубГАУ, 2019. – 20 с.
3. Индекс «Цифровая Россия» [Электронный ресурс]/М.: Московская школа
управления
Сколково,
2018.
–
193
с.
–
Режим
доступа:
https://finance.skolkovo.ru/ru/sfice/research-reports/1779-2019-04-22/.
4. Промышленные революции. Ключевые изменения и результаты [Электронный
ресурс] / Сайт «20.35. Университет НТИ». –
Режим доступа:
http://skvot.2035.university/promyshlennye-revolyucii.

10.

Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Уфа 2020

11.

1. Классификация цифровых устройств.
2. Аналоговые и цифровые сигналы.
3. Системы счисления и биполярные коды.

12.

1.Классификация цифровых устройств
Электронные
устройства
Аналоговые
Цифровые
Серьезным толчком в
развитии
цифровых
устройств
послужило
изобретение транзистора
в 1941 г. За это ученые
Уильям Шокли, Джон
Бардин и Уолтер Браттейн
получили Нобелевскую
премию в 1956 г.

13.

От транзисторов к микроконтроллерам

14.

Классы цифровых устройств
Цифровые устройства
Комбинационные
устройства
(не обладают памятью)
Последовательностные
устройства
(обладают памятью)
В цифровых устройствах обычно используются микроэлектронные
компоненты, на входах и выходах которых сигналы могут принимать одно из
двух возможных значений (тока или напряжения).
Любое число в цифровых устройствах — это электрический сигнал или
набор электрических сигналов.

15.

2. Аналоговые и цифровые сигналы

16.

Передача и хранение чисел в цифровых
системах
Цифровой сигнал может принимать только
два значения:
высокая амплитуда, что соответствует 1;
низкая амплитуда - 0.
-
Есть разные способы записи цифровых данных, это может быть:
заряд конденсатора в оперативной памяти (есть или нет);
состояние транзистора внутри процессора (открыт или закрыт);
отражающие свойства поверхности (отражает лазерный луч или нет);
и др.

17.

3. Системы счисления и биполярные коды
Система счисления (сс) — это совокупность правил записи чисел посредством
конечного набора символов (цифр).
Системы
счисления
Непозиционные
Позиционные
Значение цифры не зависит
от ее позиции — положения в
записи числа.
Примеры:
унарная,
римская, древнерусская и др.
Значение
цифры
зависит от позиции.
Примеры:
десятичные, двоичные,
восьмеричные и т.д.
В повседневной жизни и для научных расчетов используется позиционная
десятичная система счисления, а в вычислительной технике – позиционные
двоичная, восьмеричная и шестнадцатеричная.

18.

Системы счисления
В двоичной (bin) системе счисления для записи чисел используются
цифры 0 и 1. Пример: запишем некоторое 5-ти разрядное двоичное число.
При записи справа указывается система счисления (в данном случае это 2):
101102=1·24+0·23+1·22+1·21+0·20=2210
В десятичной (dec) системе счисления для записи чисел используются
цифры 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, основание равно 10:
527910=5·103+2·102+7·101+9·100
В восьмеричной (oct) системе счисления для
используются цифры 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, основание равно 8:
328=3·81+2·80=2610
записи
чисел
В шестнадцатеричной (hex) системе счисления для записи чисел
используются цифры и буквы 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F,
основание равно 16:
49F16=4·162+9·161+15·160=118310

19.

Перевод чисел из 10-ой сс
Переведем число 23410 в восьмеричную систему счисления. Будем делить
234 последовательно на 8 и записывать остатки, не забывая нулевые:
234/8 = 29 остаток 2;
29/8 = 3 остаток 5;
23410 = 3528.
Переведем
число
23410
в
двоичную систему счисления. Первый
способ описан в примере 1. Будем
делить число на 2 и записывать
остаток: 0 или 1 (слева). Результат
должен
начинаться
с
единицы
(последний,
«нижний»
остаток
начинает число).

20.

Перевод чисел из 2-ой сс
При преобразовании двоичного кода в восьмеричный, двоичный код
делится на группы цифр по три знака в каждой (триады) влево от фиксированной
запятой (точки), разделяющей целую и дробную части числа. Затем каждая
триада заменяется одной восьмеричной цифрой.
10011001010112 = 1 001 100 101 011 = 114538
При преобразовании двоичного кода в шестнадцатеричный, двоичный код
делится на группы цифр по четыре знака в каждой (тетрады) влево от
фиксированной запятой (точки), разделяющей целую и дробную части числа.
Затем каждая тетрада заменяется одним шестнадцатеричным знаком.
10011001010112 = 1 0011 0010 1011 = 132B16
Если при разбиении двоичного кода в крайних триадах (тетрадах)
недостаточно цифр до нужного количества, они дополняются нулями. Это,
соответственно, «лишние» нули слева, не вошедшие в триады (тетрады) при
первоначальном разбиении двоичной записи.

21.

Перевод чисел в 2-ую сс
При преобразовании восьмеричного кода числа в двоичный, необходимо
каждую его восьмеричную цифру заменить соответствующим трехзначным
двоичным кодом (триадой).
2058 = 010 000 101 = 100001012
При преобразовании шестнадцатеричного кода числа в двоичный, необходимо
каждую шестнадцатеричную цифру заменить соответствующим четырехзначным
кодом (тетрадой).
20C16 = 0010 0000 1100 = 10000011002
При преобразовании шестнадцатеричного кода числа в восьмеричную
систему счисления, необходимо произвести сначала преобразование
шестнадцатеричного числа в двоичную запись, а затем из двоичной, выделив
триады, сформировать восьмеричную запись.
Аналогичным образом производится обратный перевод из восьмеричной
системы счисления в шестнадцатеричную.

22.

Цифровое кодирование информации
Для передачи информации цифровые устройства применяют
униполярные и биполярные коды.
Униполярный код такой, у которого 0 и
1 передаются сигналами одной полярности.
Основным недостатком униполярного
кода является низкая помехозащищенность.
В волоконной оптике для передачи
информации
применяется
только
униполярный код.
При передаче данных в
большинстве случаев
применяются троичные
сигналы со значениями (+),
(0), (-) (биполярное
кодирование)

23.

Библиографический список
1. Хитров, А.И. Цифровые устройства и микропроцессоры / А.И. Хитров, А.А.
Хитров – Псков: ПГУ, 2012. – 48 с.
2. Фадеев Д.К. Цифровые устройства и микропроцессоры. Часть 2.
Комбинационные
и
последовательностные
устройства.
Введение
[Видеолекция]
//
YouTube.
–
Режим
доступа:
https://www.youtube.com/playlist?list=PLp6dvL4JxDRj5zqlbx_8XCnCfLOnSeGiZ.
3. Моисейкин Е.В. Основы электротехники и электроники. Элементы цифровой
электроники
[Видеолекция]
//
YouTube.
–
Режим
доступа:
https://www.youtube.com/watch?v=CvQ8ciuYxeA&list=PLp6dvL4JxDRhMI0yz9Y0Ai
bS5NZpeCM78&index=40.

24.

25.

Автоматизация технологических процессов
Автоматизация необходима в:
– зерносушилках;
– зернохранилищах;
– зернопунктах;
Экономическая
– комбикормовых заводах и элеваторах;
выгода
– системах создания микроклимата
птичников;
– системах кормораздачи;
Повышение
– системах доения;
качества
продукции
– системах подготовки кормов;
– системах удаления навоза;
– системах создания микроклимата
Улучшение
условий труда
теплиц;
– и др.
Комплекс программных и технических средств, предназначенный для
автоматизации управления технологическим оборудованием на предприятиях в
целом или каком-то его участке называется автоматизированной системой
управления технологическим процессом (АСУ ТП).
Автоматизация систем
управления в АПК

26.

Структура АСУ ТП
Распределенная структура АСУ ТП
существенно повышает надежность
всей системы в целом, поскольку выход
из строя одной подсистемы не влияет
на работоспособность другой и
позволяет корректно отрабатывать
аварийные ситуации.
Центральная
(диспетчерская)
система
(SCADA)
управляет
взаимодействием
всех
узлов
управления,
обеспечивает
операторский надзор за всей системой
и предоставляет возможность ручного
управления.
Для информационной связи всех
подсистем используются промышленные сети.

27.

Составные части АСУ предприятия
Составными частями АСУ предприятия могут быть отдельные системы
автоматического управления и автоматизированные устройства:

28.

Функции и подсистемы АСУ ТП
Функции АСУ ТП
ВНУТРЕННИЕ
- служебные функции,
обеспечивают
качественное выполнение
основных, внешних
функций.
ВНЕШНИЕ,
определяемые назначением системы
Информационная
подсистема
Управляющая
(энергетическая)
подсистема

29.

Информационная подсистема
№
Назначение
1
Предназначена для
представления
технологическому
2
персоналу оперативной,
достоверной,
разносторонней,
подробной, обработанной
соответствующим
3
образом информации о
настоящем, будущем и
прошлом
технологического объекта
управления (ТОУ)
4
Функции
Сбор и первичная обработка
информации.
Операции
фильтрации
и
прогнозирования технологических
параметров
Вычисление
определенных
параметров
или
комплексных
показателей,
не
поддающихся
непосредственному измерению и
расчет
технико-экономических
показателей
Контроль за состоянием ТОУ

30.

Управляющая подсистема
№
Назначение
Функции
Программное
Предназначена
для
1
управление по
выработки и реализации заданным программам
управляющих воздействий на
ТОУ.
При
этом
под
Регулирование
выработкой
понимают
отдельных
2 определение на основании
технологических
имеющейся
информации
параметров.
рациональных управляющих
воздействий,
а
под
реализацией — действия,
обеспечивающие их.
Оптимальное
3
управление

31.

Специфика АСУ ТП
в сельскохозяйственном производстве
а) цикличный, прерывистый характер
производства сельскохозяйственной продукции;
б) невозможность сбоев при выращивании
растениеводческой и животноводческой продукции;
в) надежность используемых средств
автоматики;
г) невозможность увеличить выход продукции,
значительно уменьшив время и число циклов
технологических процессов;
д) наличие вибраций в мобильной технике;
е) наличие большого количества объектов с
агрессивными, влажными и запыленными средами;
ж) рассредоточенность сельскохозяйственных
машин и установок по огромным площадям, а
также удаленность от ремонтной базы.

32.

Библиографический список
1. Потехин В.В. Современная промышленная электроника. Системы
промышленной автоматизации. Архитектура систем промышленной
автоматизации
[Видеолекция]
//
YouTube.
–
Режим
доступа:
https://www.youtube.com/watch?v=XMG0shtnZVQ&list=PLp6dvL4JxDRiwY5ZYDecj
18mqVgs-_tR0&index=2.
2. Елизаров, И.А. Интегрированные системы проектирования и управления:
SCADA-системы : учебное пособие / И. А. Елизаров, А. А. Третьяков, А. Н.
Пчелинцев и др. – Тамбов : Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2015. – 160 с.

English Русский Rules