ЭВМ в системах управления

Существуют три основные категории ЭВМ: большие универ­сальные ЭВМ, мини-ЭВМ и микроЭВМ. Принципы их построе­ния одинаковы; отличия заключаются в основном в их мощности и размерах. Все три категории машин можно соединить с устрой­ствами преобразования информации и использовать для ее сбора, обработки и выработки управляющих сигналов.

Однако поскольку области применения ЭВМ чрезвычайно раз­нообразны, производители уделяют основное внимание машинам общего назначения, ориентированным на решение широкого клас­са задач. Массовость производства снижает их стоимость, а широ­та применения облегчает и удешевляет обслуживание.

В то же время ЭВМ общего назначения далеко не всегда подхо­дят для решения производственных задач. Дело в том, что они ориентированы на задачи, не привязанные к текущему времени. Все исходные данные вводятся в машину заранее, и программа по ходу вычислений сама определяет, когда их использовать. Боль­шинство решаемых на ЭВМ задач сводятся к поискам результатов сложных вычислений. Если человека, работающего с ЭВМ, инте­ресуют только эти результаты, то он не вмешивается в работу машины до их получения. Для него не важно, сколько времени машина потратит на расчеты. Никакие внешние обстоятельства и события не сказываются на работе ЭВМ в таком режиме (кроме отключения электропитания).

Совершенно иначе работает ЭВМ в системе управления техно­логическим процессом. Через датчики и исполнительные меха­низмы она соединяется непосредственно с процессом, протекаю­щим в реальном времени. Взаимодействуя с оборудованием, ЭВМ вынуждена работать в темпе, задаваемом ходом ТП, т.е. в режиме реального времени. Действия, выполняемые машиной, часто оп­ределяются ситуацией, реально сложившейся в данный момент в процессе, а не оператором или программой. Программы находят­ся в постоянной готовности к поступлению данных из ТП, кото­рые они тут же начинают обрабатывать, т.е. управляющая ЭВМ «работает» от внешних событий.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        . •

Важно, что реакция машины на сложившуюся ситуацию дол­жна происходить в реальном времени и любые задержки в реали-

166

зации, например, аварийных программ могут быть чреваты мате­риальными и людскими потерями. Поэтому управляющая ЭВМ должна обладать максимальным быстродействием и большой вы­числительной мощностью, которые могут потребоваться в любой момент.

Способность управляющих ЭВМ оперативно реагировать на события, происходящие в технологическом процессе, обеспечи­вается так называемым аппаратным прерыванием, когда выпол­нение текущей программы прерывается, чтобы отреагировать на внешнее событие выполнением специальной программы. После ее завершения машина возвращается к прерванной программе. Прерывание называется аппаратным потому, что оно иницииру­ется аппаратурой, т.е. одним из устройств преобразования инфор­мации, обнаружившим выход параметра за предельно допусти­мое значение. Для приема такой информации в управляющей ЭВМ имеются специальные входы.

В реальных ЭВМ предусмотрено несколько уровней прерыва­ния исходя из требуемой срочности реагирования на выход того или иного параметра за допустимые пределы. Сигнал прерывания более высокого приоритета, т.е. поступивший при отклонении более важного параметра, может прервать выполнение програм­мы, обслуживающей прерывание более низкого приоритета (но не наоборот).

Приведем пример. Вы решили приготовить кофе с молоком, поставили посуду с молоком на плиту и занялись размалыванием зерен кофе в кофемолке. Бросив взгляд на плиту, вы увидели, что молоко вот-вот «сбежит», и в это время раздается звонок в дверь. Какова будет последовательность ваших действий?

Очевидно, процесс размалывания зерен придется прервать, но это не так важно — его можно будет возобновить позже. Что каса­ется сбегающего молока и звонка в дверь, вам придется оценить приоритет каждого из этих факторов и начать с обслуживания того, которому вы присвоите больший приоритет.

Таким образом, размалывая зерна, вы получили два сигнала прерывания этого процесса. В соответствии с их уровнями при­оритета вы сначала, наверное, максимально быстро снимете мо­локо с плиты, затем уже без спешки откроете дверь вашему гос­тю, а после этого вернетесь к продолжению прерванного процес­са размалывания зерен.

Примерно так же реализуются прерывания в управляющей ЭВМ, только в качестве формирователей сигналов прерывания вам послужили ваши глаза и уши, а ЭВМ получает эти сигналы от устройств обработки информации, выданной датчиками техноло­гических параметров.

Следовательно, для управления ответственными и сложными технологическими процессами необходимы специализированные

167

ЭВМ, при разработке которых учитываются все указанные ранее факторы, но разработка, производство и обслуживание таких ма­шин обходятся намного дороже.