Інформаційно-керуючі системи

План

1 Особливості функціонування інформаційно-керуючих обчислювальних комплексів (ІКОК)

2 Функціональна організація ІКОК

1 Комплексна автоматизація сучасного виробництва припускає реалізацію систем керування технологічними процесами у вигляді ієрархічних багаторівневих розподілених систем керування. Технічна реалізація таких систем здійснюється на основі багатомашинної обчислювальної системи - локальної керуючої обчислювальної мережі (ЛКОМ) з розподіленою обробкою даних. При цьому функції, а також склад, продуктивність і програмне забезпечення інформаційно-керуючих обчислювальних комплексів (ІКОК), поєднуваних у ЛКОС надзвичайно різноманітні.

Інформаційно-керуючий обчислювальний комплекс, основне призначення якого складається в керуванні сукупністю об'єктів керування, повинен працювати в реальному масштабі часу. У цьому випадку темп надходження інформації й темп видачі керуючих впливів визначаються керованим процесом і погоджені з його динамічними характеристиками. Реальний масштаб часу змушує враховувати принаймні дві особливості систем з ІКОК у контурі керування:

1. Запізнювання при формуванні керування, обумовлене природою цифрового керування; його величина обмежена припустимим значенням, що задають при проектуванні системи керування.

2. Ефект старіння інформації. При цьому доводиться відновлювати значення кожної попередньої координати системи. Ефект старіння інформації може привести до ситуації, коли збільшення числа вимірних координат не приводить до поліпшення якості керування. По тим же причинам виявляється не завжди вигідним використання складних алгоритмів, тому що це збільшує час розрахунків й, отже, збільшує загальний час опитування. Облік реального часу в ІКОК здійснюється таймером.

ІКОК в АСК ТП (автоматизованих системах керування технологічними процесами) працює з великим числом джерел і споживачів інформації, кожний з яких працює асинхронно, тобто інформація від об'єктів і запити на обслуговування надходять у довільні моменти часу. З огляду на те, що ІКОК працює в реальному масштабі часу, а інформація в системі має різну цінність і вірогідність, обслуговування заявок в ІКОК є пріоритетним. Пріоритет завдання може змінюватися в процесі функціонування системи керування й залежить від режиму роботи ІКОК, часу очікування заявки й стану керованого процесу. У зв'язку з необхідністю пріоритетного обслуговування заявок в ІКОК організується система переривань, під якою розуміється сукупність апаратних і програмних засобів, що забезпечує перемикання процесора з виконуваної програми на іншу, що має більше високий пріоритет, при цьому зберігається можливість повернення до перерваної програми.

Робота ІКОК у реальному масштабі часу з більшим числом джерел і споживачів інформації в умовах обмежених ресурсів ІКОК вимагає організації мультипрограмного режиму роботи ІКОК, тобто режиму, при якому паралельно виконується кілька програм шляхом сполучення роботи в часі зовнішніх пристроїв і процесора.

Інформаційно-керуючий обчислювальний комплекс в АСК ТП (особливо в контурі прямого цифрового керування), як правило, не повинен робити складних розрахунків з високою точністю. Це дозволяє використати в АСК ТП ІКОК із коротким машинним словом (1-2 байт). Коротке машинне слово різко знижує обсяг схемотехнічного устаткування.

ІКОК в АСК ТП повинні мати підвищену надійність, що досягається резервуванням апаратур. Тут варто виділити два основних напрямки. Перше - розробка ІКОК у вигляді відмовостійкої обчислювальної мережі, що включає в себе кілька ІКОК і що допускає реконфігурацію технічних і програмних засобів. Друге - розробка відмовостійкого (толерантного) ІКОК шляхом дублювання окремих блоків і вузлів із самодіагностикою й можливістю підключення резервного блоку замість тих, що відказали.

Перераховані особливості функціонування ИУВК визначають логічну організацію (архітектуру), склад технічних засобів і програмного забезпечення ІКОК.

2 ІКОК (рис. 75.1) містить у собі:

- пристрій центрального керування й арифметичної й логічної обробки інформації (ПРОЦЕСОР);

- пристрій зв'язку з об'єктом (ПЗО);

- пристрої зберігання інформації (ПАМ'ЯТЬ);

- пристрої внутрішньосистемного зв'язку, що забезпечують зв'язок між окремими модулями (пристроями) ІКОК, і пристрою позасистемного зв'язку (модеми, телефонні, кабельні й інші лінії зв'язку);

- пристрій зв'язку з оперативним персоналом (технологами; диспетчерськими службами, що обслуговує персоналом й ін.);

- пристрої відліку реального часу (ТАЙМЕР).

Всі джерела й споживачі інформації в АСК ТП підрозділяються на пасивні, робота яких ініціюється процесором, і ініціативні (активні), які за власною ініціативою, на підставі аналізу стану керованого процесу виставляють запит на необхідні їм ресурси. Ознака пасивності (ініціативності) пристрою задається при генерації операційної системи ІКОК. У зв'язку із цим в ІКОК реалізуються обміни: програмно-керований без переривання, програмно-керований у режимі переривання, обмін у режимі прямого доступу до пам'яті (ПДП).

Реалізація обміну ІКОК здійснюється КАНАЛОМ вводу - виводу. На відміну від універсальних обчислювальних машин в ІКОК, як правило, реалізується так званий вбудований канал, у якому функції каналу розподілені між процесором, контролерами периферійних пристроїв і спеціалізованих схем. Тільки один вид обміну - обмін у режимі ПДП - виконується спеціалізованим пристроєм - контролером або каналом прямого доступу (КПДП).

Система датчиків АСК ТП вимірює безперервні й дискретні сигнали. Частина датчиків дублюється для одержання вимірювальної системи заданої надійності. Безперервні сигнали можуть бути сигналами низького або високого рівня. Безперервні й дискретні датчики можуть бути або пасивними, або ініціативними. Окремі датчики можуть бути при рішенні одних завдань пасивними, а при рішенні інших - ініціативними.

Функціональна модель ІКОК повинна враховувати необхідність його спільної роботи з іншими комплексами в рамках ЛКОМ. При цьому необхідно враховувати можливість резервування апаратних і програмних засобів і розпаралелювання обчислювальних процесів. У зв'язку з цим ІКОК в АСК ТП повинні містити адаптери міжпроцесорного зв'язку. При проектуванні АСК ТП необхідно враховувати пропускну здатність ліній зв'язку, їхня перешкодозахищеність і синхронізацію процесів в АСК ТП, що працює в реальному масштабі часу.

Домашнє завдання:

[9] С. 150-157.