- •Устройства программного управления
- •Глава 1. Классификация систем управления 17
- •Глава 2. Общие принципы построения систем чпу 55
- •Глава 3. Задачи управления 121
- •Глава 4. Технологии разработки программного обеспечения систем управления 178
- •Глава 5. Документы пользователя систем чпу 231
- •Глава 1.
- •1.1. Современный мировой уровень архитектурных решений в области чпу
- •1.1.1. Системы cnc и pcnc-1
- •1.1.2. Системы pcnc-2
- •1.1.3. Система pcnc-3
- •1.1.4. Системы pcnc-4
- •1.2. Интеграция на основе открытого управления и стандарта орс
- •1.2.1. Представление об открытом управлении
- •1 .2.2. Системы scada
- •1.2.3. Стандарт орс
- •1.3. Интеграция на основе комплекса производственных стандартов step (Standard for the Exchange of Product model data)
- •1.3.1. Обзор комплекса производственных стандартов step
- •1.3.2. Step-nc
- •1.3.3. Использование в интерфейсе систем чпу языков express и xml
- •Глава 2. Общие принципы построения систем чпу
- •2.1. Архитектура систем pcnc
- •2.1.1. Признаки нового поколения систем чпу
- •2.1.2. Модульная архитектура систем чпу на прикладном уровне
- •2.1.3. Открытая архитектура систем управления
- •2.1.4. Виртуальная модель pc-подсистемы чпу
- •2.2. Проблема реального времени в системах управления
- •2.2.1. Постановка задачи
- •2.2.2. Реальное время в системе управления
- •2.2.3. Базовые понятия операционной системы реального времени
- •2.2.4. Использование в системах управления операционной системы Windows nt
- •2.2.5. Стратегия диспетчеризации на базе расширения rtx (Real Time extension)
- •2.2.6. Принцип разбиения потоков (threads)
- •2.3. Проблемы управления электроавтоматикой
- •2.3.1. Классификация систем управления электроавтоматикой
- •2.3.2. Система понятий, используемых при организации системы управления
- •2.3.3. Структура проекта системы управления электроавтоматикой (клиентская часть)
- •2.3.4. Альтернативные структуры проекта в клиентской части
- •2 Рис. 45. Диаграмма периодической работы .3.6. Объектный подход при управлении электроавтоматикой
- •2.3.7. Особенности управления электроавтоматикой станков с чпу
- •2.4. Построение межмодульной коммуникационной среды
- •2.4.1. Базовые функции коммуникационной среды
- •2.4.2. Клиент-серверные транзакции при запросе данных
- •2.4.3. Виртуальная структура объектно-ориентированной магистрали
- •2.4.4. Организация коммуникационной среды в виде открытой модульной системы
- •2.5. Принципы построения удаленных терминалов чпу
- •2.5.1. Удаленный терминал в системе управления
- •2.5.2. Информационные технологии, используемые при создании удаленного терминала
- •2.5.3. Библиотеки классов Java, используемые при создании апплетов
- •2.5.4. Инструментарий разработки удаленного терминала
- •2 .5.5. Специфика удаленного терминала системы управления
- •2.6. Особенности архитектуры систем чпу, поддерживающих стандарт iso 14649 step-nc
- •2.6.1. Традиционное программирование станков с чпу и стандарт step-nc
- •2.6.2. Язык express
- •2.6.3. Процессы и ресурсы в step-nc
- •2.6.4. Смешанная архитектура
- •3.1. Реализация геометрической задачи
- •3.1.1. Интерпретатор управляющих программ
- •3 .1.2. Интерполятор
- •3.2. Реализация логической задачи управления
- •3.2.1. Формализм описания циклов электроавтоматики
- •3.2.2. Инструментальная поддержка визуального программирования циклов электроавтоматики
- •3.3. Управление электроавтоматикой станков с чпу по типу виртуальных контроллеров SoftPlc
- •3.3.1. Объектно-ориентированный подход при организации математического обеспечения виртуальных контроллеров
- •3.3.2. Архитектура виртуального контроллера
- •3.3.3. Программная реализация виртуального контроллера
- •3.4. Реализация терминальной задачи
- •3.4.1. Интерпретатор диалога оператора в Windows-интерфейсе
- •3.4.2. Специфика построения редактора управляющих программ в коде iso-7bit (в составе терминальной задачи)
- •3.4.3. Редактор-отладчик управляющих программ на языке высокого уровня (в составе терминальной задачи)
2.2.2. Реальное время в системе управления
Традиционно системы реального времени, включая модуль диспетчера, строят на базе операционных систем реального времени (ОСРВ). Операционные системы общего назначения, например многопользовательские типа UNIX, ориентированы на оптимальное использование распределения ресурсов компьютера между пользователями и выполняемыми процессами. В системах управления подобные задачи уходят на второй план, поскольку основная цель состоит в своевременной реакции на события в объекте управления. В этой связи рассмотрим классификацию возможных решений.
Исполнительные системы реального времени предлагают разные платформы для разработки и исполнения программного обеспечения. Прикладную часть реального времени разрабатывают на хост-компьютере, затем объединяют с ядром и загружают в систему управления как одну задачу. Такое решение дает высокую точность и быстродействие. Примером может послужить хорошо известная операционная система реального времени Vx Works.
Монолитные ядра реального времени имеют полный набор специфических механизмов реального времени. Ядра компактны, масштабируемы и имеют модульное и хорошо структурированное построение. Типичными представителями служатOS9 (Microwave Systems) и QNX (QNX Software Systems, Канада).
Системы управления с операционной системой UNIX реального времени переписывают ядро стандартной операционной системы с учетом требований реального времени. Такие системы поддерживают весь набор UNIX-приложений. Однако система UNIX реального времени имеет большой объем и низкую реактивность. Типичным и широко используемым представителем семейства UNIX служит операционная система Lynux OS.
Современные системы числового программного управления все чаще используют операционную систему Windows NT с расширением реального времени. Поскольку этот вариант представляется нам чрезвычайно перспективным, мы позднее остановимся на нем подробнее.
2.2.3. Базовые понятия операционной системы реального времени
Система ОСРВ предсказуема в том смысле, что время, затрачиваемое на определенную работу, не должно превышать заранее установленного ограничения. Время реакции на прерывание (interrupt latency) состоит в способности своевременной реакции на внешние события (обычно не превышает 2-8 мкс). Время переключения контекста используется для передачи управления от процесса к процессу, от потока к потоку (находится в пределах 80 - 160 мкс). Время реакции планировщика (scheduling latency) представляет собой задержку активизации процесса после отработки прерывания (находится в пределах 4- 16 мкс) [23].
В своей работе операционные системы используют набор традиционных механизмов. Механизм приоритетов и диспетчеризации обеспечивает планирование задач реального времени на основе использования некоторого кванта времени (time slice). Механизм межзадачного взаимодействия синхронизирует процессы и передачу данных между ними с использованием семафоров, мютексов, сигналов, событий, разделяемой памяти. Механизм работы с таймерами генерирует прерывания по истечении некоторого настраиваемого интервала времени.