12.1.ПРИНЦИПЫ СВЯЗИ УВМ С ОБЬЕКТОМ УПРАВЛЕНИЯ

12.1.ПРИНЦИПЫ СВЯЗИ УВМ С ОБЬЕКТОМ УПРАВЛЕНИЯ

Большое число источников информации и их осо­бенностей формирования приводит к необходимости применения в системах связи УВМ различных мето­дов их опроса и соответствующих систем сбора информации, реали­зующих эти методы. Различают следующие принципы связи.

1. Синхронный принцип связи УВМ с объектом управления, при котором процесс управления разбивается на циклы тактирую­щими импульсами электронных часов (таймера) в УВМ. Цикл начи­нается с приходом тактирующего импульса на устройство прерыва­ния. В начале каждого цикла производится последовательный опрос датчиков и преобразование снятых сигналов в цифровую форму. Преобразование и ввод преобразованных величин в память УВМ, как правило, занимают мало времени по сравнению с интер­валом времени, в течение которого измеряемые величины успевают заметно измениться. После окончания измерения, преобразования и передачи в память УВМ рассчитывает необходимые величины управляющих воздействий. Затем эти величины преобразуются в аналоговую форму. Выдав управляющую информацию на соот­ветствующие исполнительные механизмы, УВМ или останавли­вается до поступления следующего тактирующего сигнала, или переходит к «фоновым» задачам, которые могут прерываться (без порчи программы и промежуточных результатов) тактирующими импульсами.

Принцип циклического опроса определяется порядком предо­ставления интервалов для различных источников информации или соотношениями между частотами опроса этих источников. В случае простого циклического опроса число датчиков равно числу входов коммутатора, а длительность интервалов tи одна и та же. Дли­тельность кадра Тк = п tи , а все источники опрашиваются с одной и той же частотой fon = 1/ Тк.

Частота опроса каждого источника информации определяется характеристиками измеряемого процесса и требуемой точностью. Естественно, что при простом циклическом опросе приходится выбирать частоту опроса, ориентируясь на наиболее динамичные источники информации и минимальную ошибку. Это приводит к росту избыточности информации от менее динамичных источников и снижению эффективности использования систем передачи инфор­мации. Поэтому в большинстве случаев необходимо иметь опреде­ленный набор различных частот опроса источников информации. Изменение времени или порядка опроса источников информации реализуется в УВМ программными средствами.

2. Асинхронный принцип связи УВМ с объектом управления основан на методе «запрос—ответ». Вместо тактирующих импульсов в УВМ поступают сигналы от датчиков прерывания, непосредст­венно связанных с объектом управления (например, конечных выключателей, датчиков аварийного останова и др.), в виде сигнала запроса данных. Каждый сигнал прерывания эквивалентен требованию о прекращении производимых УВМ вычислений и переходу к выполнению подпрограммы, соответствующей данному каналу прерывания. УВМ реагирует на сигналы прерывания с учетом права приоритета одних сигналов прерывания перед другими.

3. Комбинированный способ связи УВМ с объектом управле­ния. Вместе с таймером, вырабатывающим тактирующие импульсы, используются связанные с объектом управления датчики прерыва­ния (например, датчики аварийных сигналов), переводящие УВМ на работу по программе аварийного режима.

Алгоритмическое обеспечение АСУ

Важной составной частью АСУ, во многом опреде­ляющей ее функциональные возможности, является математиче­ское обеспечение (МО), которое можно разделить на общесистемное и функциональное (рис.12.7). Общесистемное МО в сочетании со специальными аппаратными средствами позволяет управлять ресурсами ЭВМ, осуществлять общение оператора и ЭВМ, исполь­зовать стандартные программы при решении функциональных задач, выполнять диагностирование элементов ЭВМ и др.

В современной терминологии общесистемное МО принято назы­вать операционной системой (ОС), компонентами которой являются:

управление ресурсами,

программные средства общения оператора и ЭВМ,

диагностические программы,

стандартные программы.

Базо­вый состав общесистемного обеспечения УВМ следующий:

опера­ционная система — комплекс алгоритмов, служебных программ и аппаратных средств, предназначенных для управления процес­сом решения задач на ЭВМ без вмешательства оператора;

про­грамма-диспетчер, обеспечивающая мультипрограммный режим работы в реальном времени, координирующая процесс выполнения отдельных программ в соответствии с их приоритетами;

программы обмена, предназначенные для выполнения обмена информацией между УВМ и периферийными устройствами;

трансляторы с алго­ритмических языков, переводящих программу, написанную на алгоритмическом языке, в машинный код, упрощающий отладку и компоновку программы из заранее отлаженных программ;

библиотека научных программ;

тестовые программы.

Функциональное МО образуется комплексом программ, непо­средственно выполняющих функции управления данным процес­сом. Функциональное МО УВМ образует алгоритмы и программы, реализующие задачи сбора и переработки информации, формирова­ния управляющих воздействий, решения задач оптимизации в конкретной системе управления. Функциональные программы либо разрабатываются индивидуально для конкретного процесса, либо используются типовые программы.

Несмотря на то что функциональное МО существенно зависит от назначения системы, его структура, достаточно общая для раз­личных систем, характеризуется иерархичностью построения, типовая функциональная схема которой представлена на рис.12.8 .

Управляющая система ГПС состоит из следующих уровней управ­ления:

автономные управляющие устройства технологического и вспомогательного оборудования;

синтез программ функционирова­ния оборудования;

координация работы технологического и вспо­могательного оборудования; оперативно-календарное планирова­ние и контроль;

координация работы ГПС.

Следует иметь в виду, что с точки зрения синтеза отдельных уровней управления такие системы можно рассматривать и как многоуровневые. Например, системы управления отдельными станками с ЧПУ часто сами являются иерархическими.

Уровень I управления образуют автономные управляющие устройства отдельными единицами оборудования. В большинстве случаев этот уровень реализуется на основе числового программ­ного управления и включает в себя каналы связи с оборудованием и верхними уровнями, устройства сбора и преобразования инфор­мации. Вопросы реализации данного уровня в настоящее время достаточно освоены на примерах управляющих устройств промыш­ленных роботов и станков с ЧПУ.

На уровне II выбираются или формируются программы работы уровня I управления на основе требуемого типа операции в зависи­мости от вида детали. Входной информацией для уровня II управ­ления является информация подсистемы планирования сменно-суточных заданий работы оборудования.

Рис.12.8. Типовая функциональная схема системы управления ГПС

На уровне III управления осуществляется координация работы технологически автономных групп оборудования. Этот уровень управления реализуется, как правило, на основе микроЭВМ. Организация уровня координации работы технологического и вспомогательного оборудования позволяет снять часть функций с центральной ЭВМ, что очень важно, так как быстродействие современных управляющих ЭВМ часто недостаточно для выполне­ния ими функций прямого управления оборудованием ГПС от центральной ЭВМ. Вместе с тем этот уровень управления позво­ляет существенно повысить надежность ГПС, так как в случае выхода из строя верхних уровней управления он может осущест­влять аварийное управление оборудованием автономно. Смену заданий уровня III управления в этом случае должен осуществлять дежурный оператор. Входной информацией для уровня координа­ции является последовательность работы оборудования и типы деталей. Эта информация задается уровнем IV управления.

На уровне IV составляется для ГПС план по объему и номенклатуре деталей за смену, сутки, неделю, производится учет выполне­ния плана, учет и анализ простоев оборудования и т. д. Как само­стоятельные подсистемы в состав уровня IV входят подсистемы контроля и устранения неисправностей и банк данных. Этот уро­вень включает в себя сеть информационных каналов.

Уровень V управления анализирует задания, поступающие от АСУП, и координирует работу всего ГПС. На этом уровне обраба­тывается информация о ходе производственного процесса и синте­зируются его динамические модели, на основе которых происходит управление ГПС.

Программное обеспечение системы управления ГПС на базе ЭВМ строится по модульному принципу и состоит из системных и функциональных блоков.

Системные блоки, образующие диспетчер системы, подразде­ляют на: монитор, блок обработки прерывания, блок временных выдержек и блок работы с библиотекой стандартных программ.

Функции диспетчера:

организация общего управления линией по заданному алгоритму,

обслуживание заказов на временные вы­держки и выполнение стандартных вычислительных программ,

организация реакций на сигналы, поступающие от внешнего обору­дования.

Последовательность работы функциональных блоков в соответ­ствии с общим алгоритмом работы ГПС реализуется монитором диспетчера. В его функции входят анализ выполнения алгоритма функционирования ГПС и активизация соответствующего функ­ционального блока системы управления, готового к работе.