Рис3.14.Конфигурация подсистемы цифрового вывода

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.