Режим работы ЭВМ в АСУ

Режим пакетной обработки – это режим обработки данных или выполнения программ, при которых элементы пакета обрабатываются последовательно без вмешательства оператора.

При пакетном режиме (batch processing) длительность процесса обработки данных на ЭВМ и момент завершения обработки не играют существенной роли с точки зрения использования результатов в процессе управления.

Примеры: экономические и инженерные расчеты; получение сводных данных по результатам учета производства; трансляция, отладка.

При пакетном режиме сбор данных осуществляется в течении не регламентируемого времени, затем данные наносятся на машинный носитель (перфокарты, диски, лента) и вместе с программой поступают в ЭВМ для обработки в виде единого задания. Если таких заданий несколько, они образуют очередь и выполняются последовательно без приоритетов, по принципу «FIRST IN FIRST OUT» - (FIFO) (один за один).

Выполнение задания возможно только после завершения и подготовки данных. Аналогично, получение результатов возможно только после завершения выполнения задания.

Пользователь практически лишен возможности воздействовать на процесс обработки. Последовательность выполнения заданий однозначно определяется последовательностью этих заданий в подготовленном пакете. Организация работы ЭВМ в пакетном режиме осуществляется Операционной Системой Пакетной обработки – ОСПО.

Достоинство пакетного режима – экономичность использования ресурсов ЭВМ.

Этапы обработки данных в пакетном режиме:

1) Подготовка данных (сбор, корректировка, нанесение на машинные носители, передача на ЭВМ);

2) Машинная обработка на ЭВМ;

3) Выдача результатов из ЭВМ;

4) Оформление результатов (формирование документов);

5) Передача результатов заказчику.

Общее время обработки задания при пакетном режиме всегда намного превышает время обработки на ЭВМ. Поэтому пакетный режим принимается там, где не требуется немедленной реакции на возникающую ситуацию.

Режим реального времени (Real time processing)

Это режим обработки данных, при котором обеспечивается взаимодействие системы управления с ОУ в темпе, соизмеримом со скоростью протекания процессов на объекте управления (ОУ).

Система РВ должна обеспечивать:

1) Достаточную скорость реакции на прерывание от объекта управления;

2) Параллельное обслуживание нескольких различных процессов на ОУ.

Основные характерные особенности систем РВ:

1) Непосредственное взаимодействие с ОУ с помощью технических или организационных средств;

2) Немедленная обработка данных, поступающих с объекта управления, при этом процесс обработки данных может быть достаточно продолжительным и даже не обязательно может завершаться в нужное время;

3) Параллельное, т.е. одновременное обслуживание нескольких различных процессов на ОУ или нескольких различных ОУ; при этом обслуживаемые процессы могут иметь различные приоритеты (LIFO);

4) Слабая предсказуемость поступления заявок на обслуживание;

5) Широкая номенклатура используемых для связи с ОУ терминальных средств; возможность замены первоначального предусмотренного оборудования связи на оборудование новых типов.

Основным критерием эффективности работы АСУТП является своевременность обслуживания поступающих от ОУ заявок.

Реализация на ЭВМ режима РВ обеспечивает Операционные Системы Реального Времени (ОСРВ).

Основными типами АСУТП являются:

1) Диалоговые системы (справочные, автоматизированного проектирования и т.д.), функционирующие с участием человека; время реакции - 1…10с;

2) АСУТП, осуществляющие управление промышленными установками, агрегатами, участками, в том числе – без участия человека; время реакции – 0, 001….0, 1с.

Понятие «реальное время» является относительным и зависит от темпа протекания управляемого процесса.

Общая структура АСУ РВ

УВ – управляющие воздействия, т.е. управляемые (регулируемые) параметры технологического процесса;

ВВ – неконтролируемые и нерегулируемые возмущающие воздействия;

КП – контролируемые (измеряемые) параметры;

ИМ – исполнительные механизмы ТОУ (нажимные винты, гидравлические цилиндры, схемы управления главным приводом клетей, натяжные ролики и т.д.)

Д – датчики технологических факторов (усиление прокатки, толщина полосы, натяжение, скорость прокатки, расход СОЖ, стрессометр и т.п.)

ДП – датчики прерываний;

АЦП, ЦАП - аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи;

УСО – устройство связи с объектом.

Передача информации АСУТП и ТОУ осуществляется с помощью сигналов различного характера.

Сигналы бывают следующих основных типов:

1) Аналоговые(рис. 32а),, т.е. непрерывно изменяющиеся во времени (толщина, натяжение, давление, температура и др.). аналоговый сигнал может принимать любые значения в некотором диапазоне и изменяться плавно во времени. Обычно преобразуется в электрическую форму и представляется в виде изменения напряжения или тока (в кабеле);

2) Цифровые сигналы (рис. 32б), представляемые в виде кодов последовательностей двоичных импульсов (например, 01101…). Цифровые сигналы изменяются в дискретные моменты времени, когда поступает новый код. Каждому коду соответствует определенная ситуация на ТОУ (положение нажимного устройства, скорость пи цифровой схеме управления приводом). В электрической форме представляются в виде последовательности появлений и исчезновений напряжения в кабеле (0 -12в – 12в – 0 – 12в….). цифровые сигналы значительно меньше подвержены влиянию помех и легче поддаются обработке.

Большинство аналоговых сигналов без ущерба для точности могут быть представлены в цифровой форме. Для этого весь диапазон изменения аналогового сигнала разбивают на определенное количество дискретны интервалов и ставят в соответствие каждому интервалу определенный код. Например, диапазон равен +- 12В; разбивая его на 240 интервалов получаем, что каждому интервалу соответствует код 240, В = код 120, - 2, 3 В = код 143.

В настоящее время большинство ИМ и Д, даже весьма простых, работают на цифровых сигналах (вольтметры, стиральные машины с программным управлением и т.п.);

3) Двоичные сигналы (рис.32в), принимающие лишь 2 возможных значения (вкл – выкл, да – нет, 0 – 1, открыто – закрыто и т.п.). двоичные сигналы указывают наличие или отсутствие какого-либо события или ситуации (рулон на разматывателе; привод включен или отключен; перевалочная тележка дошла до упора и т.п.).

В электрической форме задаются наличием или отсутствием напряжения в кабеле.

Двоичные сигналы – это частный, наиболее простой, вариант цифровых сигналов;

4) Импульсивные (рис. 32 г), представляющие собой последовательности кратковременных импульсов, при этом значения в сигнале имеет только количество поступающих импульсов, а не их величина, форма или продолжительность. Например, датчик «СОНИ» положение нажимных устройств на стане 2030; измеритель длины полосы на базе обводного ролика и фотоэлемента; бесконтактный измеритель скорости в виде зубчатого колеса; управление шаговым двигателем.

Рис. 32. Основные типы сигналов

Измерительные каналы осуществляют передачу и преобразование в цифровую форму сигналов от датчиков на объекте в ЭВМ. Цифровые и двоичные сигналы подключаются непосредственно к специальным регистрам и ячейкам ЭВМ. Импульсные каналы подключаются к опрашиваемым ЭВМ счетчикам.

Аналоговые сигналы от ТОУ подключаются на вход коммутатора, который поочередно передает их на АЦП. АЦП преобразует аналоговые сигналы напряжения или тока в цифровые коды, которые затем считываются ЭВМ.

Комплекс УСО обеспечивает непосредственное взаимодействие АСУ с ТОУ, т.е. первый принцип управления в режиме РВ.

Немедленная обработка данных от объекта, т.е. второй принцип РВ реализуется с помощью специальной системы «ПРЕРЫВАНИЙ». Этим достигается способность АСУТП своевременно реагировать на наиболее важные события на ТОУ.

Система прерываний осуществляет приостановку (прерывание) выполнение очередных задач на ЭВМ по специальным сигналам прерываний и передачу управления программе, анализирующей ситуацию на ТОУ. В зависимости от ситуации либо продолжается дальнейшее выполнение прерванной задачи, либо запускаются другие задачи, обеспечивающие реакцию АСУ на события на ТОУ.

Прерывания могут происходить:

1) По сигналу каких-либо датчиков на объекте (ДП), контролирующих наиболее ответственные участки (например, реле перегрева ПЖТ);

2) По сигналу таймера, отсчитывающего абсолютное время и определяющего наступление момента времени для запуска той или иной задачи (например, коррекция настройки стана – 1 раз в 2 минуты; регулирование натяжения – 0, 01с);

3) По команде от исполняемой программы (например, при регулировании натяжения обнаруживает выход за допустимый диапазон - прерывание).

Первоначальную обработку прерываний выполняет операционная система реального времени (ОС РВ), которая принимает управление ЭВМ на себя и определяет, какую задачу запустить на исполнение следующей.

Поскольку события на ТОУ имеют различный характер и различную степень важности, для прерывания в ОСРВ предусмотрены различные ПРИОРИТЕТЫ, указывающие преимущество одних задач перед другими (например, регулирование толщины и натяжения и печать сменного рапорта).

Каналы управления реализуют передачу от ЭВМ к ТОУ и преобразование сигналов управления в требуемую физическую форму. Для ИМ с цифровым и импульсным входом сигналы передаются непосредственно со специальным выходом ЭВМ и не подвергаются каким-либо преобразованиям. С помощью двоичных сигналов осуществляется управление контактами на объекте, т.е. их замыкание и размыкание.

Для ИМ с аналоговым входом ЭВМ вырабатывает УВ также в цифровой форме, однако затем они преобразуются в аналоговый вид с помощью ЦАП, который вырабатывает и поддерживает до следующего цикла напряжение, соответствующее поступившему от ЭВМ цифровому коду (143 = 2, 3 В).

ЦАП – весьма сложное и дорогое устройство, поэтому к нему поочередно с помощью коммутатора подключается несколько (8, 16 или 32) различных аналоговых выходов ЭВМ для различных ИМ.

Средства связи с человеком обеспечивают взаимодействие АСУ с оператором и включает:

1) Средства выдачи информации оператору (дисплей, мнемосхемы, индикаторы, графопостроители, звуковые сигнализаторы и т.п.);

2) Средства получения информации от оператора (клавиатура, кнопочные пульты, манипуляторы типа «мышь», декадные задатчики, световые перья и т.п.).

В АСУТП все средства связи с человеком обычно объединяют в единой технологический пульт управления, обеспечивающий максимальное удобство для оператора (например, пульт управления на станах 2030, 1400 и др.).

Вспомогательная память предназначена для долговременного хранения больших объемов в данных. Для этого используются: 1) магнитные диски; 2) гибкие диски; 3) барабаны; 4) магнитные ленты; 5) постоянные ЗУ.

Средства передачи данных предназначены для организации связи АСУТП с другими системами, в том числе очень удаленными. Такая связь может осуществляться:

1) По проводным линиям (кабелям) – на небольшие расстояния;

2) По телефонным линиям (парам) – в городе, между городами;

3) По УКВ связи – при необходимости высокой скорости передачи;

4) Через спутники с помощью параболических антенн – на сверх – большие расстояния;

5) По городской силовой сети (220В).

В комплекты ЭВМ, специализированных для АСУТП, входят наборы стандартных устройств для подключения и преобразования сигналов различных типов и уровней. Эти устройства называются устройствами связи с объектом (УСО) и обеспечивает как ввод, так и вывод сигналов.