1. Проблема управления и логико-вычислительные средства в системах управления (1245059), страница 6
Текст из файла (страница 6)
"солевой туман", хорошо знакомыйморякам, коррозионно-опасные среды, часто встречающиеся в пищевой промышленности, и пр.; меры защиты отэтих воздействий не так просты, но при правильном подходе особых сложностей тоже не представляют.Наконец, третья группа - воздействия механические: удары, вибрации, падение и т.п.; для защиты от этихвоздействий применяются специальные конструкции компьютеров (иногда - в сочетании с такими приспособлениями, как, например, антивибрационные амортизирующие платформы). Отдельную группу воздействий составляют электромагнитные помехи, сильные электрические разряды и т.п.Как правило, законченный ПКОМП обладает тем или иным набором показателей устойчивости к неблагоприятным внешним воздействиям (изменить который или, к примеру, увеличить защиту по какому-то показателю очень сложно, даже практически невозможно).
К сожалению, "умение держать удар" сказывается на ценеизделия - ПКОМП ощутимо дороже сравнимого по конфигурации компьютера обычного офисного исполнения, ккоторому требований по защите не предъявляется; при этом цены на ПКОМП очень стабильны и могут не меняться по нескольку лет. Таково объективное положение дел во всем мире, и наша страна не является каким-тоисключениемНекоторые типы ПКОМП приведены на рис. 14: а) для размещения в стойке; б) планшетные (панельные); в) в корпусах различных типов; г) со встроенными экраном и клавиатурой; д) сетевые (несколько сетевыхпортов).17а)б)в)г)д)Рис.
14. Промышленные компьютерыПКОМП являются оптимальным решением для мобильных приложений и встраиваемых систем, промышленных коммуникаций. Все компоненты ПКОМП распаяны прямо на плате, чтобы увеличить устойчивость кударам и вибрации. Например, NetCore - это небольшая по размерам (120x93x14) процессорная плата, котораяимеет разнообразные стандартные интерфейсы, такие как USB для клавиатуры и "мыши", последовательные интерфейсы RS232, RS485, а также IDE для HDD.
Часы реального времени дополняют функциональные возможности.Одноплатный ПКОМП обеспечивают высокую производительность, низкое энергопотребление и минимальную теплоотдачу, что очень важно для встраиваемых решений.По мнению экспертов, ОС Linux, которая часто используется в ПК, предъявляющая весьма скромные требования к объему дисковой и оперативной памяти и лучше прочих использующая ресурсы процессора, - этонаилучший выбор для ПКОМП, от которых требуется универсальность и масштабируемость при работе в условиях жестких ограничений на энергопотребление.Характерной особенностью ПКОМП является очень низкое энергопотребление при достаточно высокойпроизводительности процессора и многочисленных функциональных возможностях.
В связи с низким потреблением энергии, процессор, установленный на плате, не нуждается в активном охлаждении.Обычно в составе ПКОМП отсутствуют дисковые накопители, мышь, стандартная клавиатура, вентиляторы, т.к. они не удовлетворяют предъявляемым к системам реального времени (СРВ) требованиям: по надежности, устойчивости к внешней среде, габаритам, времени готовности после включения питания.ПКОМП адаптированы для мобильных и встраиваемых приложений различной производительности,оснащены всеми основными интерфейсами.Также, зачастую ПКОМП обладает дополнительными интерфейсами, такими, как ProfiBus.Базовые компоненты компьютера - процессор, память, программируемые таймеры - размещают на однойплате.
У большинства ПКОМП отсутствует материнская плата. Процессорная плата наравне с периферийнымивставляется в стандартный слот на объединительной пассивной кросс-плате. Такое решение было принято в целях ускорения ремонта. Модульная конструкция позволяет производить замену плат за несколько минут.Другой конструктивной особенностью является большое количество слотов расширения, которое можетдостигать 20, поскольку промышленным компьютерам часто приходится взаимодействовать с большим количеством ДЧ и ИМ.
На плате находится также контроллер и разъем шины, через которую компьютер управляетвнешними устройствами.Объединительная плата помещается в специальный корпус (крейт), в котором разведены разъемы шины иустановлен блок питания. В тот же корпус вставляются платы АЦП/ЦАП, через которые осуществляется вводвывод (ВВ) управляющей информации, платы управления ИМ и т.п.
В корпус могут быть вставлены такие же илидругие ПКОМП, образуя многопроцессорную систему.18Для повышения надежности в КОМП дополнительно установлен сторожевой таймер, в задачу котороговходит перезапуск системы через несколько минут в случае зависания программы путем генерации сигнала RESET или IRQ15. Также прибегают к хранению параметров SETUP в энергонезависимой памяти, что позволяетобходиться без специальных батареек. Некоторые фирмы для особо ответственных приложений выпускают отказоустойчивые компьютеры с дублированием важнейших узлов и возможностью их замены во время работы.Среди процессоров промышленных компьютеров доминируют процессоры семейств: PowerPC (MotorolaIBM), Motorola 68(Motorola), Sparc (Sun), Intel8086, Intel8096 (Intel), ARM(ARM).В системах реального времени (СРВ) актуальной становится такая характеристика работы процессора, какнаименьшая рассеиваемая мощность.
Именно она обеспечивает отказоустойчивость системы, так как малыйнагрев процессора позволяет обойтись без охлаждающего вентилятора, который является ненадежным механическим устройством. В СРВ, как в системах обработки событий, большое значение имеет организация работы подсистемы прерываний - наличие большого количества уровней прерываний (IRQ levels).В ПКОМП используется 4 вида памяти:- ПЗУ, где обычно размещена ОСРВ;- ОЗУ, куда загружается код и данные ОСРВ; часто организована на базе динамической памяти;- статическое ОЗУ (то же, что и ОЗУ, но питается от имеющейся на плате батарейки), где размещаются критически важные данные, которые не должны пропадать при выключении питания; типичное время сохраненияданных - 5 лет;- флеш-память (электрически программируемое ПЗУ), которое играет роль диска для ОСРВ.В настоящее время ПКОМП широко представлены на рынке автоматизации, их можно разделить на двегруппы:1.
Промышленные ноутбуки. Они по внешнему виду напоминают обычные ноутбуки. Отличие состоит в более сильной защите от воздействий внешней среды. Они имеют пыле- и влагонепроницаемый корпус, вибро- иударопрочность в соответствии с военными стандартами, диапазон рабочих температур составляет от -20 до50°С. КОМПы такого класса обычно представлены на рынке фирмой Getac и находят применение в промышленности, для снятия данных с необслуживаемых станций, в полевых лабораториях.2. Интегрированные ПКОМП. В эту группу объединяют: рабочие станции; панельные КОМП ; модульныеКОМП (или промышленные компьютерные контроллеры).Рабочие станции - характеризуются тем, что системный блок и дисплей размещены в ударопрочном металлическом корпусе, а клавиатура, выполненная по мембранной технологии, встроена в переднюю панель. Дисплей защищен толстым стеклом, а органы управления и дисководы закрыты запираемой дверцей. Они могутустанавливаться в стандартную 19" стойку или панель.
Внутри них находится кросс-плата с несколькими слотами (как правило, ISA), блок питания, монитор, клавиатура, дисковод и система вентиляции со сменными фильтрами. Некоторые модели могут комплектоваться сенсорным экраном, позволяющим использовать программноеобеспечение с более дружественным интерфейсом.
Монитор и клавиатура могут отсутствовать.Панельные КОМП - как следует из названия, предназначены для установки на панелях или в пульты, втом числе, непосредственно на управляемом техническом агрегате. От рабочих станций они отличаются, пожалуй, только меньшими размерами в глубину. Это достигается путем применения специальных дисплеев, уменьшения размеров плат расширения, более компактной компоновки.Модульные КОМП - схожи по своим функциональным возможностям с панельными компьютерами и рабочими станциями, но имеют ряд преимуществ, связанных с модульной концепцией построения.
К их числу относятся сведенное до минимума время восстановления, максимально облегченный монтаж и обслуживание. Компьютеры такого типа внешне похожи на программируемые контроллеры (отсюда их второе название). В нихустанавливаются модули процессоров, памяти, ввода/вывода и коммуникационные модули, использующие шинуISA или PCI. Кроме того, в такой КОМП могут быть установлены другие устройства, выполненные в виде стандартных ISA плат половинной длины.
Обычно они работают в автономном режиме, без монитора и клавиатуры.Для взаимодействия с ПКОМП служат "обычные" КОМП, соединенные с ними через СОМ-порт илиEthernet.Из перечисленных аппаратных особенностей следует, что обеспечивать работу ПКОМП должны специальные ОС – специализированные ОС реального времени, учитывающие особенности оборудования, КОМПа.191.12. Операционные системы реального времени (ОС РВ)Характерным как для ПРК, так и для ПКОМП, является наличие ОС РВ.
Главной задачей ОС (системногоПО) является взаимоувязка выполнения отдельных задач. Если при выполнении одной задачи возникло требование перейти к выполнению другой более приоритетной задаче, то детерминированность времени такого перехода будет целиком зависеть от организации системного ПО.Персональный компьютер (ПК) с привычными для нас аппаратными и программными средствами абсолютно не рассчитан на то, чтобы реагировать на какиe-либо события в управляемом процессе в течение детерминированных (предопределенных) промежутков времени.
Возможно, что ОС или части пользовательских приложений блокируют ЦП на достаточно продолжительное время. Однако это недопустимо, если ПК управляет системой, работающей в реальном времени (РВ).Понятия «работа системы в РВ» и «быстрая работа системы» не являются тождественными. Строгоеопределение понятия работы системы в РВ вытекает из требований теоремы Котельникова, которая определяетмаксимально допустимый период считывания информации и реагирования на изменения в этом процессе, исходяиз наивысшей скорости изменения процесса (частотных свойств сигнала – ширины его спектра).Если организация ОС обеспечивает возможность работы системы управления в РВ, то такую ОС называют системой РВ.Одной из распространенных ОС РВ является система QNX. Она дает полную гарантию того, что процессс наивысшим приоритетом начнет выполняться практически немедленно и что критическое событие никогда небудет потеряно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
