Густав Олссон, Джангуидо Пиани - Цифровые системы автоматизации и управления (1087169), страница 93
Текст из файла (страница 93)
Несмотря на вынужденную у.словцость, иерархическая модель дает очень полезен основу для анализа и структурирования системы управления. Модель не обяза'ьтлво ограничена рамками производственного предприятия; аналогичные уровни тливо вылелить в любой сложной системе управления. Например, в автопилоте сатвдста контуры управления аэролинамическими элементами и двигателями находят- ' "в нижних уровнях иерархии, а вот вопрос, куда лететь, относится к стратегичес""" в оставлен на усмотрение летчика. Более того, структурирование на различных Ртвкщюнальных уровнях является не только академической проблемой. Определе' е "ттформационных потоков между системами реального времени и алминистратввв "осо управления является необходимой операцией лля управления ресурсами редвриятия или процесса н представляет сложнуто техническую задачу. Частота обновленна Объем данных Время реакции Уровень управления Стратегическое управление Управление производством дви часы минут хта секчвлы лнн Мбайты Кбайты часы, минуты, секунды байты биты биты секунлы чела миллвсеку ' секунды (100 мс) миллисекунды миллисекунды Управление участком Управление процессом - вдл' и!тллиселу Локальное управление (латчвки, ткполнительпме лтехаввзмы) 162 '6 2 Сбор данных и потоки информации в управлении процессами Т е втуз с Ребования к информационным потокам в пределах кажлого из уровней иерархии йр ."Ут существенно различаться Как уже отмечалось, в системах реального времени аботка данных должна выполняться быстрее, чем происходят изменения в управ1вел, ком процессе.
Грохожсе утвержление справедливо для процессов вообще. ЕстеЪевтто, тто вре,!я реакц л! Отли ае"я тта раз ых уровнях и увеличивается помере 'евь мщения уровня одновременно с ' ом обрабатываемой информации. о с объемом о Важной чертой архитектуры с"т у Р пения является число установленных системы управа мы управления с Рецессоров. Существуют систем .' Р " с одним центральным процессором 395 394 Глава 9. Цифровые коммуникации в управлении процв цвссамл муникации в управлении техническими процессами ~ом и системы, где их несколько.
В распределенных системах разные процессорь, назначены для управления отдельными частями физического процесса; цен ы црв ентра „ ный процессор координирует общее функционирование. Распределение проце ессор как это следует из рис. 9.24, обычно соответствует структуре уровней управл авлецав Количество уровней управления отличается от производства к производству уровень страгавгичвскога управления управляющий компьютвр управляющий кампъютвр компьютер управлвиия пртгэввдвтвам компьютер управлвиия пр<шзводством компъютер управления гдюизвадгпюэм уровень управления производством уровень управления производственным участком компъютер кампъютвр компъквпвр участка участка участка уровень управления гиюцвссом коюираллвр првцвсса станок с ЧПУ уровень локального исполиитввъиив Рис.
9.24. Иерархическая структура распределенной системы управления Периферийные процессоры или интерфейсные модули процесса напрямую свв заны с физическим пропессом и получают данные о нем от датчиков и аналого-ц Ф го-циФ нитель ровых преобразователей. Эти процессоры управляют процессом через исполнит~ ные механизмы.
На функции периферийных процессоров могут влиять с ь П1!К. местные регуляторы или другие типы устройств, связанных с процессом. и их от Сушествуют три основных способа сбора данных от датчиков и передачи местных регуляторов более высоким в иерархии устройствам и в центр управл лениг Первый метод применяется в телеметрии. Телеметрия (Ге/втвггу) — это пр и ед почтительный способ передачи данных от периферийных устройств к централ льна му в случае, когда квнтированне или двунаправленная передача неудобны илв и воныг обше невозможны (например, в случае космических объектов). Все данн передаются непрерывно в заранее определенном формате. После завершения одв но. св сикпа передачи начинается новый.
Каждый параметр определяется его положен потоке данных. ровне управления процессом сбор данных выполняется по опросу (роИггд), Нз УР Уэрзэля яюший компьютер циклически оправнивает текушее состояние датчиков и ически обновляет данные в своей внутренней базе данных. При опросе перивгриод фгркйн "ные устройства должны отвечать управляющему компьютеру, и таким образрантируется периодическое обновление базы данных.
,ви гзр П рос — это типовой метод, который в основном используется периферийными Опро ссорами для получения информации от датчиков, однако иногда он применяет- „Роцессо сгяцс снтральными процессорами для обновления своих баз данных. , етий метод заключается в передаче только тех переменных, которые излсенили Трети зваченн не по сравнению с предыдущим циклом.
Цифровые переменные передаются при каялом ом изменении, а для аналоговых переменных задается определенная переходная ,эва (раздел 5.5.'с ). Новая информация поступает к центральному процессору только в вовс с пввс случае, когда аналоговая переменная изменяется на определенный процент по от- ношению к предыдущему переданному значению. Более сложные методы включают пе- Ргдачу данных, когда интеграл отклонения измеряемой переменной достигает некото- рого порогового значения. Этот метод основан на прерываниях (гпсвпирг), которые :енерирусотся датчиками, когда они должны передавать информацию. Компьютеры любого уровня должны анализировать, систематизировать, обрабаты- вать математическими методами и сохранять собранные данные перед их передачей на (огсее высокий уровень.
Наиболее типичные математические операции, выполняемыс вгдданными — это фильтрация, определение лсииилсальнгях, максимальных и средних ювчений или других статистических параметров (глава 5). Таким образом, количество лвввлсх, поступающих ца более высокие уровни, можно улсеньшить. Центральный про- агссор и каналы связи не должны перегружаться регистрацией и передачей статичес- кой, т. е. не меняющейся, информации. В системах промышленной автоматики для передачи данных от датчиков к цент- Ргльному устройству обычно используется комбинация второго и третьего способов, ' ".
ло опросу и прерыванию (событию). Значения переменных процесса передаются "" мере их изменения; дополнительно обшее обновление данных происхоллп через бо- зве продолжительные интервалы, например каждые несколько минут. Этот подход га- Рв"тирует, что данные, используемые центром управления, в достаточной степени цсвкэатны процессу, Образцы пролсышлснцых компьютеров для сбора данных на УРовве управления процессомупроизводственным участком показаны на рис. 9.25. Вообше говоря, выбор стратегии сбора данных требует тщательного анализа как во л Рмальных режимов работы, так н специальных случаев. Когда передаются только вэк казания датчиков, количество информации существенно зависит от состояния и Резс, ж"ма технического проссесса.
Если процесс находится в стационарном состоя- вци— " — в течение длительного времени что-либо передавать пет необходимости. Вне- 'ацн вяо "иое возмушение и юцесса, следуюшее, например, за изменением какого-либо 1 орного значения, может привести к появлению такого количества данных, что в свг "возникнет перегрузка. Если измененные данные о процессе ве сохранить в бу- 'Ре Ре, то часть информации может быть потеряна, и в результате центральная систе- час будет основываться на невернои инф"Рмацн'с.
Главное преимущество комбинир метода сбора данных заключается в том, и ованногоме вг о центральный процессор и канал лы связи не пе "еРегружаются передачей статических 397 управляющий компьютер фронтальный процессор соединение с удаленными ооьвктами контроллер 1 — — — — — контроллер 15 контроллер 2 шина локального датчики Р>е!с1ЪОз управления (Р(е!с1ЬОЯ) Пример 9.6 >лава 9. Цифровые коммуникации в управлении процес сан„ данных. С другой стороны, если большое количество величин изменяются одн овре. менно, то каналы связи распределенной системы могут оказаться псрегруженц, нынн, Определение пропускной способности канала и мощности процессора явля „ летел существенным моментом.
Мощности процессора должно быть достаточно для об О рг ботки требуелюго объема данных с известным запасом. Простейшее правило — нспользовать коэффициент запаса от 3 до 10 по отношению к минимально цеобх хоан мой мощности процессора. Рнс. 9.25. Промышленные компьк>терл> для сбора данных — система ЛВВ Лдчапг ОС5: для уровня управления процессом (слева) и для уровня производственного участка (справа) (с разрешения АВВ Антошайоо Ргодосш АВ, 1Пвеция) Пропускная способность канала связи Пятнадцать периферийных процессоров и устройств сбора данных присоединены к центральному компьютеру.
Двадцать каналов аналогового ввод~ присоединены к каждому периферийному процессору с помощью шины ло кального управления Г!е!ЙЬцз (раздел 9.7); каждый процессор присоединен с помощью ГЕР процессора (Егопг-Енсу Р>осегвог — фронтальный процессор специализированная ЭВМ, работающая как коммуникационный контроллер и интерфейс каналов связи; другие названия — препроцессор, процессоР вв да-вывода или связной процессор), который ретранслирует поступающие да" ные центральному' компьютеру (рис.
9.26). Функции фронтального процессора может, в принципе, выполнить соо оот- ешеветствующес программное обеспечение на центральном компьютсре, по Реш ние, основанное на использовании специализированных пропессоров, явля. ' ляет. ся более предпочтительным, поскольку позволяет распределить обработ откУ между несколькими ЭВМ. Дискретизация аналоговых сигналов выполняется с помощью 12-разряд ного ЛПП 100 раз в секунду. Общее количество входной информации состав ляет 20 * 100 ' 12 =- 24 000 бнт>>с.
Локальный процессор должен быть в состоя 6 !(Оммуникации в управлении техническими процессами нви обработать этот объем данных и преобразовать их в формат для дальнейе>ей передачи с помощью шины Е!О1ЙЬцз. Принимая во внимание необходимый ~апас и накладные расходы на обработку, получим, что пропускная способность шины Р!е!с(Ь>>з должна быть по крайней мере 100 Кбит/с. Если к фронтальному процессору подключено 15 устройств с одинаковыми потоками вы,Одных данных, то общий объем для передачи составляет ЗбО 000 бит/с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
