Густав Олссон, Джангуидо Пиани - Цифровые системы автоматизации и управления (1087169), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Несмотря на исключительную простоту (или благодаря ен), эти контроллеры играют заметную роль во многих промышленных приложениях. В гла- ве также рассмотрены функциональные карты, которые являются мощным сред- ст'вом с 'вом стРуктурирования программ даже для очень сложных задач управления. Глав лава 8 посвящена архитектуре системных шин; наибольшее внимание уделено стандарту Ъ'МЕ, Нередача данных является исключительно важным элементом систем промыш- ленной ой автоматизации. В главе 9 описание процесса обмена информацией опирается на мо одель взаимодействия открытых систем (ВОС).
Рассмотрены некоторые стандаогы ча Р', часто используемые в промышленности, в частности протокол автоматизации и оиз Роизводства (МАР) и шина локального управления (ЯеЫЬиз). Глав . ава 10 является введением в специальные методы мультипрограммирования ип ог Рограммирования для систем реального времени — защита ресурсов, синхрониза- ция и и обмен данными между программными модулями. В главе показано, какими мего одами операционная система обеспечивает исполнение нескольких программ в е .
Режиме реального времени. Дан краткий обзор существующих операционных сис- Глава 1. Введение ОбзоР тем и языков программирования с точки зрения их соответствия требованиям систем реального времени. Организация взаимодействия (интерфейс) между пользователем и компьютером играет существенную роль в работе управляющих систем и часто является решающим фактором успешного внедрения системы.
Некоторые важные принципы, связанные с применением управляющих систем в промышленных установках, описаны в главе 11. Тематика глав 3 — 11 обобщена в главе 12 с точки зрения практического подходз к управляющим системам. В условиях производства компьютерные системы управления обычно не создаются каждый раз заново на пустом месте.
Поэтому в этой главе рассмотрены вопросы применения существующих на рынке компонентов, их работз и объединение. Некоторые поставщики предлагают системы, которые можно настраивать параметрически, не прибегая к обычному программированию; во многих приложениях можно использовать и "коробочное" (оД-йе-зйе(() программное обеспечь ние. Приведены примеры, иллюстрирующие типичные проблемы и способы их практического решения.
Все примеры программ в книге написаны на языке Разса1, поскольку он понятен даже неспециалистам. Каждая глава содержит список рекомендуемой литературы, чтобы дать читателю возможность глубже изучить соответствующий предмет. Рекомендации по дальнейшему чтению Цитата в начале главы заимствована из классической книги 1970-х годов [Р1гз1я, 1974].
Многие из сделанных в ней замечаний, касающихся технологии, по- прежнему представляют значительный интерес. Необходимо помнить и об исполненном юмора предупреждении автора; "11е следует использовать эту книгу как руководство по доктрине дзен-буддизма. Она также в очень малой степени посвящена и мотоциклам". Истинным шедевром 1980-х годов, касающимся сложных структур, информации связи и искусственного интеллекта, является книга [Нойзгайгег, !979].
Многочис. ленные параллели между музыкой, искусством, древними языками, биологиеи я компьютерами самым естественным образом включаются в изложение и заставляют читателя смотреть па многие вещи совершенно по-новому. Многие интересные статьи об управлении процессами и его технологических применениях были опубликованы в журнале Яс(епййс Ашег1сап, например [Бресгог, 1984] и [О1пхЪег8, 1982]. Высококачественное описание возможностей про граммного обеспечения содержится в [Кау, 1977] и [Кау, 1984], Несмотря на бурно~ развитие компьютерных технологий, эти статьи до сих пор остаются актуальным .
ыми. 2 Особенности цифрового управления процессами Процессы реального времени. Методы программирования. Задачи цифрового управления В этой главе рассмотрены наиболее характерные задачи автоматизации процессов и особенности их решения с помощью цифровых систем управления. Каждая обсуждаемая тема является введением в материал последующих глав.
Для иллюстрации практических задач и подходов к их решению подробно описываются два модельных примера — система электропривода и управление станцией биологической очистки сточных вод, — ссылки на которые приводятся во многих местах книги. Эти конкретные процессы были выбраны потому, что они, во-первых, имеют разные масштабы времени, а во-вторых, включают в себя многие задачи, типичные для других приложений цифрового управления. Проблема работы в реальном масштабе времени с точки зрения компьютерного программирования анализируется в разделе 2.1.
В разделе 2.2 представлены типичные примеры управления процессами, а в разделе 2.3 описываются основные проблемы компьютерного управления со ссылками на последующее изложение. Модельные примеры, используемые в книге, описаны в разделе 2А. 2.1. Управление процессом в реальном времени Компьютеры, управляющие процессами, имеют другие задачи, нежели компьютеРы, используемые для "классической" обработки информации. Основная разница состоит в том, что управляющий компьютер должен работать со скоростью, соответствующей скорости процесса (рис. 2.1). Само понятие "реальное время'* указывает ца то, что в реакции компьютерной системы на внешние события не должно быть заметного запаздывания.
Рис. 2.1. Применение компьютера в управлении процессом ,Чругая главная особенность компьютерного управления процессом заключается в том, что ход исполнения программы нельзя опРеделить заранее. Внешние сигналы Могут прерывать или изменять последовательность исполнения операторов про- Глава 2. Особенности цифрового управления процессами 46 2 1 управление процессом в реальном времени 47 граммы, причем для каждого нового прогона по-разному. Кроме того, существует проблема эффективного использования ресурсов компьютерной системы с учетом временных ограничений. Все зто требует специальных методов программирования.
Дополнительную проблему представляет собой тестирование систем реального времени из-за отсутствия предсказуемого порядка выполнения операторов программы по сравнению с обычными компьютерными системами. Параллельность — одно из важных свойств реального мира. Все события вокруг нас, мы сами и фактически любые физические процессы можно представить в виде множества "подпроцессов", которые протекают параллельно. Из этого свойства следует важный вывод: компьютер, взаимодействующий с таким процессом или управляющий им, должен учитывать эту параллельную приролу, а в некоторых ситуациях и работать в соответствии с ней.
Естественным следствием параллельной природы реального мира является то, что компьютер должен уметь управлять параллельными задачами. В этом и заключается отличие управляющего компьютера от обычного, для которого естественным является последовательный режим.
2.1.1. Пример — пресс для пластика регулирование нагрева серия импульсов рааиавлвинмй пластик компьютер, управляющие процессом двтчяк импульсов ~илиядр влево вправо квмаидм гг вм правов крайквв положение левое крайпвв полвлгвюгв Рис. 2.2. Пресс лля пластика Управление прессом для пластика — зто пример типичной задачи компьютерного управления процессом. Компьютер должен одновременно регулировать температуру (поддерживать ее постоянной) н координировать последовательность технологических операций. Если применять обычные методы программирования, то задача структурирования программы становится неразрешимой.
Поэтому требуется другой подход, Прайсе для пластика представлен на рис. 2.2. Контейнер содержит расплавленныи пластический материал; температура пластика должна поддерживаться в прелах узкого диапазона. Управляющий компьютер периодически считывает текущую температуру и рассчитывает тепло, необходимое для ее поддержания на ебуемом уровне.
Тепло поступает от нагревательного элемента, управляемого омпыотером. Время его работы согласовано с количеством тепла, которое необходимо подвести. Пижняя часть пресса состоит нз поршня, выталкивающего определенное количество расплавленного пластика через насадку. Когда поршень находится в крайнем правом положении, цилиндр заполняется пластиком. Затем поршень быстро перемещается влево, выдавливая требуемое количество пластика. Положение поршня контролирует импульсный датчик, генерирующий определенное число импульсов на каждый миллиметр перемещения, а объем выдавливаемого пластического материала определяется числом импульсов за время перемещения.
Движение поршня прекращается при достижении заданного числа импульсов. Чтобы обеспечить приемлемую производительность, температура пластика должна иметь заданное значение к тому моменту, когда поршень при движении вправо минует выходное отверстие контейнера.
Компьютерная система должна регулировать температуру н движение поршня одновременно. Значение температуры поступает в виде непрерывного сигнала от датчика. Положение поршня рассчитывается исходя из числа импульсов. Кроме того, еще два датчика генерируют двоичные сигналы при достижении поршнем крайнего положения. Компьютер не содержит отдельного внутреннего интервального таймера и поэтому должен отсчитывать время с помощью счетчика сигналов от внешнего источника времени. 2.1.2. Управление на основе последовательного программирования Попытаемся проанализировать следующую проблему: могут ли задачи управления в ия в реальном времени решаться с помощью последовательного программирования. Блок-схема регулирования темперлгуры представлена на рис. 2.3.
Программа считывает температуру пластика каждые 10 секунд, определяет необхо одимое время нагрева (переменная Аеас Ггте), включает нагреватель и затем переходит в цикл занятого ожидания (Ьиву гоор) обновления счетчика времени (пе е, ( ременная С), во время которого компьютер не может выполнять никакие другие о у перапии. Очевидно, что это не самое эффективное использование компьютера. Алгоритм управления перемещением поршня показан на рис. 2А. Компьютер выЛает коман ду начать движение вправо, затем непрерывно контролирует информацнго от ат д чика конечного положения до тех пор, пока не получит сигнал о том, что оно дости гнуто. Затем начинается обратное движение поршня влево, при этом компьюте р должен в цикле занятого ожидания ждать очередного импульса и суммировать их ( (счетчик импульсов обозначен п).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
