5.1.3. Программное обеспечение вычислительных узлов компьютерных систем управления реального времени.
На любом из типов узлов принципиально возможно использовать любой тип программного обеспечения, описанный в пункте 5.1.1.1, 5.1.1.2. Главным препятствием свободного (открытого) выбора базового программного устройства является наличие драйверов9 устройств ввода-вывода и программной поддержки интерфейсов10 обмена с внешними устройствами и узлами работающими в данной программной среде, либо необходимой документации на устройства ввода-вывода и протокол11 шины. Документация позволяет самостоятельно разработать драйвер устройства и воспроизвести программу поддерживающую соответствующий интерфейс.
Фирмы-производители технических средств компьютерных систем управления и программного обеспечения к ним придерживаются, как правило, одно из двух основных подходов к своей технической политики (идеологии) ориентируясь на «открытые» либо закрытые «системы».
«Открытые» системы обеспечивают возможность свободного выбора технических средств и программного обеспечения, представляя документацию на свои изделия в достаточном объеме и/или сопровождая их программным обеспечением (драйверами, программами поддержки стандартных (международных) протоколов обмена и. т. п.) достаточным для организации взаимодействия с программами и техническими средствами других производителей.
«Закрытые» системы включают в себя полный комплекс технических и программных средств необходимых для функционирования и разработки компьютерных систем управления. Связь с техническим и программным обеспечением других фирм осуществляется на уровне узлов с использованием специальных программ поддержки протокола обмена «закрытой» системы с «открытой» частью программного обеспечения.
Каждый из перечисленных подходов имеет свои преимущества. Первый позволяет подобрать технические и программные средства, наиболее полно отвечающие решаемой задачи. Второй – существенно упростить процесс разработки и отладки систем с типизированными функциями.
Выбор базового программного обеспечения тесно связан с выбором технических средств, а они вместе во многом определяют структуру (типы) узлов системы и ее общую структуру. В системах компьютерного управления наиболее типизированными являются задачи релейно-логического управления и регулирования с использованием типовых структур регуляторов (П, ПИ, ПИД - регуляторы и. т. п.). Как правило, такие задачи решаются контроллерами. Поэтому наиболее широко тип «закрытых» систем представлен на нижнем уровне системы управления – уровне контроллеров.
Станции операторов, как и рабочие станции, обеспечивают интерфейс оператора, который ориентирован на узкоспециализированную задачу управления технологическим процессом участком, агрегатом или механизмом. «Индивидуальность» решаемых задач диктует использование «открытого» подхода к разработке верхнего уровня системы управления.
5.1.4. Типовые структуры компьютерных систем управления технологическими процессами.
Существует две основные типовых структуры компьютерных систем управления:
иерархическая;
одноранговая.
Основные различия между двумя данными структурами заключаются в функциональном назначении входящих в них узлов. В системах с иерархической структурой (рис.4а) используются узлы только двух типов – контроллеры и станции операторов. Первые осуществляют функции прямого управления в соответствии с уставками и режимами, переданными из станций оператора, а также сбор первичной информации и передача их станциям оператора. Станции оператора обеспечивают интерфейс пользователя, включая обработку и отображение информации поступающей с контроллера, а также выбор оператором и передачу в контроллеры уставок и режимов для управления технологическим процессом либо агрегатом.
«Закрытые» системы полностью ориентированы на иерархическую структуру.
Одноранговая структура (рис.4б) предполагает отсутствие жесткой функциональной специализации узлов вычислительной сети. Тип узла: контроллер, рабочая станция, станция оператора, определяется, прежде всего, двумя основными соображениями: местами размещения информационных сигналов, используемых в системе управления, и рациональными временными рамками исполнения задач. Первые соображения предполагают ввод информации через ближайшую, по расположению, рабочую станцию. Вторая – учитывает соотношение (требуемое быстродействие)/(требуемые затраты машинного времени) на выполнение той либо иной задачи. По быстродействию наиболее критичны задачи прямого цифрового управления. По затратам машинного времени, задачи вывода информации на экран дисплея в графическом режиме и оптимизационные задачи.
При распределении задач по узлам следует дополнительно учитывать пропускную способность вычислительной сети, т.е. если пропускная способность вычислительной сети недостаточна, то необходимо вводить информационные сигналы через рабочую станцию, которая непосредственно выполняет задачу использующую соответствующую информацию.
Одноранговая структура характерна для «открытых» систем компьютерного управления.
«Открытая» структура допускает использование в качестве отдельных узлов контроллеры и технические средства производителей, ориентированных на «закрытые» системы.
