Управление точками цифрового вывода обычно осуществляется на групповой основе. Для облегчения обращения с данными число выходных точек в каждой группе берётся равным числу двоичных разрядов в машинном слове или его части. Например, если УВМ использует 16-разрядные слова, то число выходных точек в группе обычно равно 8 или 16. Число групп, управляемых логическим устройством управления подсистемы, определяется общей структурой системы. Основными факторами, обусловливающими выбор числа групп на одно устройство управления подсистемы, являются структура адресации, задаваемая форматом команды, и выбранные конструктивные решения.
Обычно каждый двоичный разряд выходных цифровых данных имеет самостоятельный смысл, т.е каждый бит выходного слова может использоваться для управления каким-либо параметром процесса. Иногда данные, представляемые одной группой выходов, имеют смысл целого слова. В частности, это имеет место, когда группа цифровых выходов используется для передачи данных периферийному печатающему устройству или устройству визуального вывода.
|
|
На рис.3.14 показаны три варианта выходных схем: выходы непосредственного от логических схем, выходы с ключей на транзисторах и релейные выходы. Возможны также другие варианты, например ключи на тиристорах и пр.
УВМ для осуществления управления процессом должна выполнять следующие функции.
1. Собирать важную для хода технологического процесса информацию, которая представляет собой последовательность цифр и других условных знаков, понятных УВМ. Так как УВМ работает с цифрами, все сигналы должны быть преобразованы в последовательность цифр. Эту операцию осуществляет в УВМ АЦП.
2. УВМ накапливает данные и хранит их для последующей обработки. Снимая характеристики процесса и регистрируя структурные параметры, УВМ может построить математическую модель процесса.
3. УВМ может производить расчёты, используя введённые в неё или накопленные в ней данные, например, рассчитывать оптимальные значения управляющей величины. Эти расчёты не должны отставать от реального процесса, т.е. УВМ должна работать в реальном масштабе времени.
4. УВМ может выдавать некоторые данные, например оптимальное значение управляющей величины. Эти данные должны быть преобразованы снова в аналоговый сигнал с помощью цифроаналогового преобразователя (ЦАП), что их можно было использовать непосредственно в процессе управления.
Рис.3.15.Схема функционирования УВМ: УУ – устройство управления; АУ - арифметическое устройство
Однако УВМ не в состоянии производить вычисление по собственной инициативе. Для этого она должна получить команду от своего устройства управления. Так как устройство управления не знает, что и как УВМ должна считать, то следует ввести в неё программу вычислений, составленную на понятном машинном языке (рис.3.15).
|
|
Программа – упорядоченная последовательность указаний, по которым производятся вычисления. В программе, например, может быть написано: рассчитать оптимум по указанному методу. Такое предписание называют алгоритмом.
Принцип связи УВМ С ТОУ
Большое число источников информации и их особенностей приводит к необходимости применения различных методов их опроса и соответствующих систем сбора информации, реализующих эти методы. Различают следующие принципы связи.
1. Синхронный принцип связи УВМ с ТОУ 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 течении которого измеряемые величины успевают 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 устанавливается 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 одна и та же. Длительность кадра , а все источники опрашиваются с одной и той же частотой .
Частота опроса каждого источника информации определяется характеристиками измеряемого процесса 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 динамических источников и снижению эффективности использования систем передачи информации. Поэтому в большинстве случаев необходимо иметь определённый 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 поступает сигнал от датчиков прерывания, непосредственно связанных с ТОУ (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 учётом права приоритета одних сигналов прерывания перед другими.
3. Комбинированный способ связи УВМ с ТОУ. 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 её функциональные возможности, является математическое обеспечение (МО), которое можно разделить на общесистемные и функциональные (рис.3.16). 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.
Рис.3.16.Структрная схема математического обеспечения АСУ
Базовый состав общесистемного обеспечения УВМ следующий:
ü операционная система – комплекс алгоритмов, служебных программ и аппаратных средств, предназначенных для управления процессом решения задач на ЭВМ без вмешательства оператора;
ü программа – диспетчер, обеспечивающая мультипрограммный режим работы в реальном времени, координирующая процесс выполнения отдельных программ в соответствии с их приоритетами;
ü программы обмена, предназначенные для выполнения обмена информацией между УВМ и периферийными устройствами;
ü трансляторы с алгоритмических языков, переводящих программу, написанную на алгоритмическом языке, в машинный код, упрощающий откладку и компоновку программы на заранее отлаженных программ;
ü библиотека научных программ;
ü 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.
|
|
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 линей по заданному алгоритму, обслуживание заказов на временные выдержки и выполнение стандартных вычислительных программ, организация реакций на сигналы, поступающие от внешнего оборудования.