- поместить деталь в буфер;

- взять деталь из буфера и поместить ее на станок.

сверло в верхнем положении

начать сверление (команда диспетчера)

установить таймер подтверждения time = tim l

станок готов & NOT tim l & деталь на месте

начать вращение

опустить сверло

установить время опускания сверла max time

сверло опущено & NOT max time

сверло в рабочем положении

сверло опущено & max time

авария

Рис. 7.30. Начало функциональной карты, описывающей последовательность операций сверлильного станка

Последовательность операций на производственном участке можно описать в мз щинном коде или как принципиальную схему. Однако длинные программы на язы ках низкого уровня неудобны для человека - в них трудно разбираться, их тру отлаживать и сопровождать. Для языков высокого уровня, таких как функЦИОН ные карты, собственно программа является хорошей документацией.

пествует два класса систем управления последовательностью - комбинацион-последовательностные сети. Комбинационные сети не имеют памяти, и выход-"значение является логической функцией текущих входных значений. Последо-ч ностные сети обладают памятью, поэтому есть возможность отложенного лнения шагов. Управление последовательностью исполнения может быть либо

синхрон

ным, либо асинхронным. В большинстве промышленных приложений систе-

ппавления действует асинхронно, т. е. порядок исполнения управляется внешними событиями и условиями, а не периодическими сигналами таймера.

Логические элементы можно реализовать с помощью различных технологий - елейных компонентов, интегральных схем, программируемых логических матриц и программного обеспечения управляющей ЭВМ или программируемых логических контроллеров. ПЛМ и ПЛК приобретают все большее значение при реализации логических сетей либо управляющих последовательностей.

Описать последовательностную сеть можно с помощью схем логических элементов либо с помощью принципиальных схем. Однако эти методы не подходят для сложных схем управления, поэтому для их структурного описания необходимы более мощные инструменты. Хороший язык описания должен допускать иерархическое структурирование программы. В этой главе для демонстрации некоторых принципов последовательностного управления использовалось описание с помощью функциональных карт в соответствии со стандартом IEC 848.

Рекомендации по дальнейшему чтению

Теория переключательных схем описана в большом количестве специальных учебников. [Lee, 1978] и [Fletcher, 1980] подходят для первого знакомства с предметом.

[Pessen, 1989] содержит хороший обзор датчиков, исполнительных механизмов, переключательных элементов как для электрической, так и для пневматической техники управления. [Warnock, 1988] приводит много практической информации по

iK, их конструкции и применению. Следует отметить, что инструкции по эксплуа-ации, выпускаемые производителями, являются хорошим источником информации ° WK, Их программировании и практическом применении.

ла р элементной базе, ПЛК и обзоры рынка регулярно появляются в журна- X Control Engineering, Instrument & Control Systems, Machine and Design, a также oduct Engineering.

7.5. Заключение

Бинарное управление является основой многих автоматизированных сис Оно основано на теории переключательных систем. Важное практическое следсв этой теории - с помощью нескольких универсальных логических элементов (N NAND) можно реализовать все типы комбинационных сетей.

Системные шины

Открытая архитектура ЭВМ. Основные принципы работы системных шин. Параметры и конфигурация шины для задач промышленного управления

Обзор

Системные шины широко используются в приложениях автоматизации - они позволяют выбрать оптимальный состав аппаратной части для конкретной задачи • правления. Подход к изучению и применению шин существенно отличается от подхода для обычных вычислительных систем - при проектировании и эксплуатации последних в центре внимания находится центральный процессор, а в системных шинах главным является механизм обмена данными.

В промышленных установках применяется около десятка различных типов системных шин. Прямое их сравнение затруднительно, поскольку каждый тип шины отражает уровень техники и ожиданий своего времени. Существуют как закрытые фирменные разработки, являющиеся запатентованной собственностью компаний, так и решения, поддерживаемые организациями по стандартизации и открытые для всеобщего применения. В компьютерной индустрии существует согласие, что целе-мобразно иметь несколько не связанных с какой-либо определенной моделью про-ifccopa шинных архитектур, развитие которых определяется не отдельным произво-йтелем, а признанной организацией по стандартизации.

Глава начинается с исторического вводного обзора общих принципов и функций (раздел 8.1). Более подробное описание работы шин дано в разделе 8.2, в который включены некоторые практические рекомендации по подготовке шин к работе, шинь" важные типы шин, применяемые в промышленной автоматизации, - это ено " Р- Более подробное описание шины VMEbus в разделе 8.3 приве-«ле- "" сведения, и как расширение общего описания, данного в предыдущем раз-Шин "Материал в основном представляет интерес при практическом применении Щ g "" типа и может быть пропущен без потери связности изложения. Нако-

Do?" представлен краткий обзор нескольких важных системных шин - CI и др.

- ереходот централизованной Распределенной архитектуре

Цес " прорыв в применении ВТ для систем управления промышленными сами был сделан в 1965 году, когда компания Digital Equipment Corporation выпустила ЭВМ PDP-8, за которой в 1970 году последовала PDP-11. Своим Модельный ряд PDP обязан не только низкой цене (в то время они стоили 00 ООО долларов США за штуку, что было заметно дешевле других ЭВМ), но и

Глава 8. Системные

тем, что он основывался на "открытой" шинной архитектуре. Пользователи щ выбирать наиболее подходящий для своих нужд состав аппаратных средств и па батывать свои собственные интерфейсные платы на основе открытых - опубдь ванных - спецификаций шины. Мини-ЭВМ типа PDP были весьма попул),р в промышленности и дали толчок развитию ОЕМ-компаний специализирующ" на конкретных приложениях вычислительной техники.

Другие производители последовали примеру компании DEC и разработали hobi; стандарты шин. Возможность выбрать аппаратную конфигурацию исходя из требо. НИИ конкретной задачи управления была решающей в успехе системных шг

Для того чтобы по достоинству оценить революционные изменения, к которыу привела открытая архитектура системной шины, следует начать с общего взглядан; структуру ЭВМ. Аппаратная часть обычно формируется вокруг центрального процессора, к которому присоединяются периферийные устройства, выполняющие различные функции, - клавиатура, видеоадаптер, дисководы и платы ввода/вывод; (рис. 8.1). При такой конфигурации периферийные устройства могут напрямуюсвя зываться только с процессором, и в каждый момент времени только одно периферий ное устройство может обмениваться с ним данными.

дисковод

порт ввода/вывода

внешняя массовая память, CD-ROM

таймер и часы реального времени

Рис. 8.1. Базовая структура компьютерных систем

Ориентированная на процессор конфигурация принципиально неэффект скольку вся информация должна проходить через процессор, даже если в это", обходимости. Если процессор работает намного быстрее, чем присоединенные п рийные устройства, то дополнительная нагрузка по управлению и организаци , данными не создает больших проблем. Так было в первые тридцать лет истори - тия ЭВМ, однако сегодня ситуация изменилась, поскольку периферийные Ур» стали значительно быстрее. Обмен информацией между дисковой и операт .г мятью - основной тип операции при обработке больших массивов данных чтобы процессор копировал данные между устройствами байт за байтом.

1 Original Equipment Manufacturer - компания, выпускающая продукцию поД

ной торговой маркой на основе комплектующих, поставляемых другими коитпфф циальному соглашению. Как правило, конечный продукт включает и собственные Р ОЕМ-компании.

pgpexoA от централизованной к распределенной архитектуре

ввода/вывода периферийных устройств соизмерима со скоростью процессора, Р"*" таком подходе процессор большую часть своего времени будет тратить на пере-

данных между устройствами. Очевидно, что было бы гораздо удобнее, если бы ферийные устройства могли непосредственно взаимодействовать друг с другом. Шйнная архитектура позволяет решить эту задачу. Периферийные устройства при-едйняются к общей шине, обеспечивающей обмен информацией между ними г 8 2). В каждый момент времени в такой системе может осуществляться только одна Операция обмена, и поэтому должны выполняться соответствующие правила координации Теперь в центре внимания находится не ЦП, а протокол, т. е. способ, на основе когорт платы, присоединенные к шине, обмениваются данными. Конкретные детали об-информации устройствами, включая ЦП, уже не являются существенными.

Шинная архитектура имеет много преимуществ по сравнению с централизованной. Конструкция вычислительныой системы, в которой периферийные устройства расширяют ее возможности и не зависят друг от друга, является в целом более эффективной.

центральный процессор

(ЦП)

таймер и часы реального времени

внешняя массовая память, CD-ROM

шина

Рис. 8,2. Структура системы с общей шиной

Шинную архитектуру можно рассматривать как частный случай распределенных *тем, в которых независимые ЭВМ, соединенные каналами связи, совместно реша-какую-либо задачу. Наиболее важной составляющей распределенной архитекту-•вляется организация обмена между подсистемами. Принципиально важно, что

Описанная ситуация была характерна для первых ЭВМ, а затем для мини- и микро-ЭВМ. Да/вь У""Рсальных ЭВМ типа IBM/360 (начало выпуска - 1965 год) для операций "«Рифе"" использовались специализированные процессоры - каналы, которые управля-""ой IJ""""" устройствами и обменом информацией как между ними, так и с опера-«Далк,!*"" функция ЦП - выдать команду "начать исполнение программы канала"

ОНеИШНе ОПеПЯПИМ RUlnnTTUT...-,.,,..,„„...... ч

Дальне" *"u">* ui - выдать команду начать исполнение программы канала", Чрисо """ операции выполняются каналом и контроллерами устройств. К одному ка-""ькими""""" несколько контроллеров, каждый из которых, в свою очередь, управлял КнаиА УРОиствами. Основной недостаток такой архитектуры - высокая стоимость

ИООЛЬШИЙ ВКЯЯТТ R Т1РНЛГ 4RA,f

-«Оль

наиб " писнии недиыд1и1ч 1акои архитектуры - высокая стоимость

раб°"""" """ "" вносят процессоры. Преимущество - реальная парал-""Ий на° нескольких устройств ввода/вывода и ЦП, а также отсутствие арбитражных ""бщая снижающих производительность всей системы. При всех своих достоин-

"зЧ.след! " станет ясно из дальнейшего изложения, является разделяемым ресур-

Терц "сльно, узким местом вычислительной системы. - Примеч. ред. ?°сти"" "системная" и "магистральная" являются синонимами. Иногда для

tip "используется термин "магистраль". - Примеч. ред. "•CTg ссор в такой архитектуре рассматривается просто как одно из "равноправных РИсоединенных к шине. - Примеч. ред.