5) Проблема реального времени в системах управления

Системы ЧПУ располагают модулями, работаю­щими в машинном масштабе времени, и модулями, работающи­ми в реальном времени. Все прикладные модули взаимодейству­ют между собой и нуждаются в диспетчеризации.

Системы реального времени, включая модуль диспетче­ра, строят на базе операционных систем реального времени (ОСРВ). Опе­рационные системы общего назначения ориентированы на оптимальное использование распределе­ния ресурсов компьютера между пользователями и выполняемыми про­цессами. В системах управления подобные задачи уходят на второй план, т.к. основная цель состоит в своевременной реакции на события в объекте управления.

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.

Ядра реального времени имеют полный набор специфи­ческих механизмов реального времени. Ядра компактны, масштабируемы и имеют модульное и хорошо структурированное построение.

Системы управления с операционной системой UNIX реального вре­мени переписывают ядро стандартной операционной системы с учетом требований реального времени. Но система UNIX реального времени имеет боль­шой объем и низкую реактивность.

Сегодня появляется реальная возможность программной реализации упр-я электроавтоматикой станков в рамках общего программного обеспечения систем ЧПУ без привлечения доп. аппаратуры и системного программного обеспечения программируемых контроллеров, которые являются неотъемлемой частью практически любой современной системы ЧПУ.

Подобные программные системы управления электроавтоматикой полу­чили наименование виртуальных контроллеров SoftPLC. Это позволяет снизить стоимость системы упр-я при одновременном по­лучении ряда преимуществ: упрощение общего программного обеспечения, уменьшение ошибок системного программирования, возмож­ность отладки управляющих программ электроавтоматики в рамках самой системы ЧПУ, гибкость конфигурирования электроавтоматики, возмож­ность использования различных коммерческих библиотек.

Проектирование контроллера предполагает последователь­ное рассмотрение его модели на трех уровнях абстракции: уровне модели потоков (структуры потоков), уровне функциональных модулей и уровне программной реализации.

Виртуальный контроллер имеет пять составных частей:

• анализатор,

• синхронизатор,

• исполняемые модули,

• регистр,

• шлюз,

Недостаток РАС-контроллера в том, что время перезагрузки очень большое и как следствие, во взрывоопасных производствах их нельзя использовать.

6) Использование в системах управления операционной системы Windows

Windows является операционной системой реального времени, т.к. не имеет достаточного диапазона приоритетов потоков, не позволяет управлять наследованием приоритетов, механизм синхронизации потоков непредсказуем, время реакции на прерывание не­предсказуемо.

Из существующих предложений по реализации ОСРВ на базе Windows NT практическое значение имеют всего два подхода.

Первый подход состоит в запуске Windows NT в виде низкоприоритет­ной задачи операционной системы реального времени. При этом предполагается применение ядра классической ОСРВ. Существуют решения, в которых в качестве супервизора исполь­зуется Vx Works.

Второй подход заключается в расширении (в смысле реального време­ни) Windows NT. Это может быть оригинальная разработка изготовителя системы управления. Другой вариант- использование готового коммерческого решения.

Оба подхода имеют свои достоинства и недостатки. Однако подход на базе расширения реального времени для Windows NT все же более перс­пективен. Во-1-х, в расширении использованы те же типы объектов для управления задачами, что и у ядра Windows NT. В противоположность этому Vx Works использует оригинальные фун­кции и механизмы, формирующие собственный стиль, отличный от стиля Windows. Во-2-х, нет необходимости во второй операционной системе, что сокращает расходы и снимает проблемы установки и стыковки обеих операционных систем на одном персональном компьютере.

Решение в пользу расширения реального времени позволяет быстро обновлять систему управления с появлением новых версий Windows NT, осуществлять мощную защиту приложений, которую Windows выполняет с помощью независимого абстрактного уровня HAL, легко отлаживать коды и использовать возможности стандартных механизмов Microsoft для ин­формационного обмена между Windows и задачами реального времени (IPC -механизм межпроцессной связи, OLE - механизм связывания и внедрения объектов, СОМ - механизм компонентных моделей, RPC - механизм уда­ленного вызова процедур).