5. Проблема реального времени в системах управления

Системы ЧПУ располагают модулями, работаю­щими в машинном масштабе времени, и модулями, работающи­ми в реальном времени.

Традиционно системы реального времени, включая модуль диспетче­ра, строят на базе операционных систем реального времени (ОСРВ), т.е. основная цель их 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.

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. Современные системы числового программного управления все чаще используют операционную систему Windows NT с расширением реально­го времени.

Система ОСРВ предсказуема в том смысле, что время, затрачиваемое на определенную работу, не должно превышать заранее установленного ограничения (Время реакции на прерывание, Время переключения контекста, Время реакции планировщика).

Сегодня появляется реальная возможность программной реализации управления электроавтоматикой станков в рамках общего программного обеспечения систем ЧПУ без привлечения дополнительной аппаратуры и системного программного обеспечения программируемых контроллеров. Подобные программные системы управления полу­чили наименование виртуальных контроллеров SoftPLC. Указанный подход позволяет снизить стоимость системы управления при одновременном по­лучении ряда преимуществ, в том числе 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.

Основная задача контроллера состоит в одновременном выполнении нескольких команд и параллельной обработке внешних сигналов. Каждый процесс контроллера, который нуж­дается в выделении отдельного потока, выполняется в рамках основного процесса виртуального контроллера.

Виртуальный контроллер имеет пять составных частей (модулей):

• анализатор, читающий IPD-данные из входного буфера и преобра­зующий эти данные во внутренний формат виртуального контроллера с учетом входных и выходных регистров электроавтоматики;

• синхронизатор, поддерживающий механизм назначения квантов вре­мени и генерирующий синхросигналы для всех процессов виртуального контроллера;

• исполняемые модули, служащие для отработки команд, поступаю­щих в виртуальный контроллер;

• регистр, используемый для обмена информацией между системой ЧПУ и виртуальным контроллером;

• шлюз, предназначенный для отображения информации, передавае­мой по CAN-магистрали в регистр.

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