Периодтық есептеуді іске асыруда уақыт өлшегіштерді қолдану.

Уақыт өлшегіштер жиі берілген периодта басқару алгоритмдерін іске асыруды қамтамасыз ететін мамандандырылған және борттық есептегіштерде қолданылады(көп тактілі алгоритмдер немесе көп тапсырмалы жүйелерде – ). Бұл периодтардың мәндері басқару алгоритмдерін синтездеуде есептелінеді. Есептегіштің тапсырмасы ретінде басқару жүйесінің динамикалық қасиеттері бұл мәндерге тәуелді болғандықтан осы мәндерді қатал түрде сақтау болып табылады.

Басқару алгоритмдерін іске асырудың ерекшелігі алгоритмнің бір рет орындалғаннан кейін үрдісші периодтың аяқталуын күту керек, ол уақыт өлшегішінен үзілу дабылдарымен анықталады(7.4-сурет). Сонымен қатар, уақыт өлшегіштен іске асыратын үзілуді өңдеу процедурасында уақыт өлшегіштің әрбір иницализациясынан кейін үзілу орнаған бағдарламаның нүктесіне емес, алгоритмнің басына өтуі қажет. Бұл жағдайда өңдеу процедурасына қайта оралу JMP бұйрығымен емес, қайра оралудың арнайы (RETI немесе IRET) бұйрығымен орындалады. Неге екенін түсіндіріп көріңіз? Бұл талаптар өңдеу процедурасының ішіндегі қайта оралу нүктесі мәжбүрлі түрде стектен алынып, ал оның орнына есептеу топтамасының басындағы адресі енгізіледі.

Блог-сұлба (6.16-б-сурет) өңдеу үрдіс мен периодтың іске асуын айқын көрсетпейді. Оқиғалы-бағытталған әрекетті сипаттауда уақыттық диаграммаларды қолдану тиімді(6.16.-а-сурет).

6.16-сурет. Периодты есептеуді іске асыру логикасы: а) есептеу құрылғыларының әрекеттерінің уақыттық диаграммасы; б) периодтың іске асу блок-сұлбасы.

Басқару есептегіштерінде іске асатын деректерді өңдеу алгоритмдерінде тоқтауды болдырмау үшін, күзетпелі уақыт өлшегішін(Watch Dog Timer – WDT) қолданады. Бұл уақыт өлшегішті аралығына түзетіп, ал үзілу дабылын есептеу топтамасында үрдісшінің аппаратттық дабылы ретінде қолданады. Әрбір жақсы аяқталған периодтан кейін жаңа иницализациялау мен күзетпелі уақыт өлшегішін қайта іске қосу орындалады.

Жаңа үлгідегі басқарушы есептеу жүйелерінде бағдарламалық түзетуі (мысалы, К580ВИ53, К1810ВИ54немесе т.б.)бар функционалды аяқталған уақыт өлшегішінің мөлтіксұлбалары қолданылады. Сонымен қатар, уақыт өлшегіштер бір кристалды мөлтікбақылағыштардың құрамына енгендіктен, олардың негізінде нысанды сандық жүйемен басқару немесе нақты уақытта үрдістер орындалады.

Әдебиеттер: 1 нег.[236-241]; 2 нег.[151-155].

Бақылау сұрақтары:

1. Персоналды компьютер мен технологиялық қондырғыны байланыстыруда қандай қондырғы қолданылады?

2. Ақпаратты тасымалдаудың қандай протоколдары бар?

3. Ақпарат алмасу қандай жылдамдықпен орындалады және тасымалдау жылдамдығының тәуелділігі.

4. AS – интерфейстің негізгі сипаттамаларын атаңыз.

5. AS торының қандай құрылу принциптері бар?

6. Ақпаратты тасымалдауда токтың аралығы қандай болады?

7 дәріс тақырыбы: ӨНДІРІСТІК ЖЕЛІЛЕР.

Тақырып мазмұны: Өндірістік желінің негізгі түсінігі және олардың топологиясы. OSI-жүйесінің 7-деңгейлі моделі. Наrt-протоколы. Profibus желісі. Foundation Fieldbus H1 және H2 желісі. ModBus желісі. Profinet желісі. Өзге өндірістік желіні талдау.

Осыдан 25 жыл бұрын 0,4....20мА құралдық байланыс технологиясы де-факто стандарты болды. Нәтижесінде бақылаушы-өлшеуіш аппараттар өнімділігі стандарт қабылдады, оның негізінде олардың өнімдері жүйеге еш қиындықсыз интегралдауға болады.

Сандық технологиялардың дамуына байланысты жағдай өзгерді. Осындай артықшылықтар арқасында, мысалға шешімдер үнемділігі, ақпараттылық, сенімділік және қауіпсіздік, келесі бес жылда жай түрде аналогтық технологиядан сандыққа өтуін бақылауға болады. Қандай да бір аппараттық-бағдарламалық шешімдердің ерекшеліктерін айтпас бұрын, нақты өндіру және бақылау деңгейінде мәліметтерді жіберу облысынан кейбір базалық түсініктер жайлы беру пайдалы болады және мәліметтердің өндірістік желілеріне деген негізгі талаптарды санау, сонымен бірге өндірістік желі моделінің қысқаша бейнесін беру.

Болашақ фабрикасы.

18 ғасыр өндірістік революцияның негізін салды, осы жүзжылдықтың 20 жылдары массалық өндірістердің технологиясының пайда болуымен байланысты. Бірақ үшіншіні, 80жылдары жасалып, ең маңызды қадам болып саналатын және сандық жүйенің байланыстың пайда болуымен шартталуын біз нақты «сандық революция» деп атауымызға болады. Бұл уақытта сандық технология барлық өнеркәсіптік өндіріске енді: офистерден басталып, датчиктерге дейін. Әрине, технологиялық процесстердің деңгейлерінің арасындағы мәліметтер алмасу тапсырмасы пайда болды. Осылайша, келесідей түсініктер туды:

CIM(Computer Integrated Manufacturing)

CIP (Computer Integrated Processing)

Бұл түсініктер 80жылдары құрылып, «Болашақ фабрикасы» деп аталатын жаңа өнімнің сапасын алу үшін қажетті, барлық технологиялық және ұйымдастырушылық сәттерді қоршайды. CIM/CIP моделінің ең негізгі компоненті болып, байланыстарды ұйымдастыру болып есептеледі, ал ол ең алдымен оқиғаларды сенімді түрде тіркеу кепілдігі, мәліметтерді алу мен өңдеу, басқарушы әсерлерді дер кезінде беру. Осының бәрі сәттілікті анықтайды.

Кезекті күйі

Технологиялық үрдістің әр деңгейінде «өздерінің» арнайы мәліметтерін өңдеуі жүріп жатады. Мәліметтерді жіберу жылдамдығы, жіберу құжаттамалары, физикалық интерфейстер және т.б. сияқты міндеттемелер, қандай да бір күрделі бөлінген жүйелерді құрудағы желілік шешімдерін басқару үшін қажет. Жүйенің жеке бөліктерімен бірге жұмыс кепілдігі осы бөліктердің сәйкесінше байланыс стандарттарын қолдану кезінде мүмкін.

Өндірісті басқару жүйесінің административті деңгейі өте кең ауқымды құжаттамалары берілген, оның ішіндегі екеуі көбірек танымал:

• Өндірісті автоматтандыру құжаттамасы (Technical Office Protocol, TOP, фирмы Boeing).

• Технологиялық және административті мекеменің құжаттамасы Technical Office Protocol, TOP, фирмы Boeing).

Олар осы облыстағы де-факто стандарттары болып саналады.

Өнеркәсіптік бақылағыштар, датчиктер және орындаушы механизмдер сияқты төменгі деңгейлер үшін стандартты ақпараттық жүйелер жоқ. Бұл облыс жеке компанияларды немесе олардың топтарының арқасында дамып келеді, алайда әлі де осы жүйелердің қайсысы ең болмаса де-фактоның стандарты болатыны белгісіз.

Кез-келген өндірістік технология жеке қадамдардың жиынынан тұрады: шикізатты өңдеуден бастап өнімді сақтау жүйесін ұйымдастыруға дейін, және барлық осы операциялар ақпараттық желілермен байланысты болуы тиіс. Бақылағыштардың, дабыл датчиктері және түрлі орындаушы механизмдердің арасындағы ақпараттық ағымдарды қамтамасыз ететін желілер «өнеркәсіптік желілер» (FieldBus, немесе "алқаптық" шина) атымен бірігеді. Өнеркәсіптік желі негізгі екі шарттарды шешуі тиіс:

• түрлі өндірушілердің құралдар желі деңгейлерінің сәйкестігін қамтамасыз ету;

• МАР немесе ТОР сияқты мәліметтерді өңдейтін коммерциялық жүйелерге шығысты қамтамасыз ету.

«Жабық» және «ашық» байланыс жүйелері

Бірнеше құрылғылардың бір сандық желісіне біріккен - ол тек байланыс жүйелерінің тиімді және сенімді жұмысына алғашқы қадамы ғана. Аппараттық міндеттемелерге қосымша тағы да бағдарламалар қатары қосылады. Байланыс және желі жүйелері гомогенді болған жерде, бір өндірушіден шыққан құрылғылар мәселесі бұрыннан шешілген. Алайда түрлі өндірушілерден шыққан желілерді құру мәселесі туған кезде - бұл қиындық көп түрлі сипаттамаға ие болады.

Тек ерекше байланыс құжаттамалармен жұмыс істейтін әмбебап болып саналатын жүйелер «жабық жүйелер» (closed/proprietary systems) атына ие болды, мұндай жүйелердің көбісі өзге өндірушілердің интеграция мәселелері аса қиын болмаған уақыттарда туылған.

«Ашық жүйелер» (open systems) барлық қызығушылықтардың арнайы міндеттемелерін сәйкестендіреді. Тек ашық жүйелердің мақсаттарын қолдану кезінде ғана түрлі өндірушілердің бұйымдар интеграциясын бір желіде қолдану еш қиындықсыз шешілуі мүмкін.

Ашық жүйелер арасындағы модельдердің өзарабайланысы

1978жылы стандарттау бойынша халықаралық ұйым (ISO) барлық желілік жүйелерге қарсы және түрлі есептегіш құралдарының ашық жүйелерінің өзараәрекет мәселесін шешу мақсатында және ерекшеленетін құжаттамалар стандарттары үшін «Ашық жүйелердің өзарабайланысын сипаттаушы модель» ұсынылған еді (OSI-модель, ISO/OSI Model немесе жетідеңгейлі модель). 7.1-кестеде осы модельдің барлық деңгейлері мен функциялары көрсетілген.

7.1Кесте. OSI моделінің деңгей функциялар

Модельдің 7 деңгейінен жоғары тұрғанның бәрі, қолданбалы бағдарламаларда шешілетін есептер. Жетідеңгейлі ашық байланысты жасаудың негізгі идеясы түрлі байланыстар құжаттамасын жасау емес, түрлі бар құжаттамалардың шеңберінде «модельді» қолдвнуы қамтамасыз ету болып табылады.

Өнеркәсіптік желілерде OSI-модельдерін қолдану

Көп өнеркәсіптік желілер 1,2 және 7-деңгейлі OSI-модельдерін қолдайды: физикалық деңгей, мәліметтерді беру деңгейі мен қолданбалы деңгейі. Барлық басқа деңгейлер, әдетте шығынды болып келеді.

• Физикалық деңгей (Physical Layer) физикалық байланыстарды орнату, қолдау үшін қажетті механикалық, функционалдық және электрлік сипаттмаларды қамтамасыз етеді.

• Мәліметтерді жіберу деңгейі (Data Link Layer) құрылғылар арасындағы мәлімттердің жіберілуін қамтамасыз етеді. Бұл деңгей тек желілік қамтамасыщ етуді ғана басқармайды, сонымен бірге қорғау механизмін және жіберу қателігінде мәлімттерді іске қосуды да басқарады.

Қолданбалы деңгейі(Application Layer Inferface) соңғы қолданушылардың бағдарламалары мен қолданбалы үрдістердің қолдауын қамтамасыз етеді және түрлі объектілердің мәліметтерін жіберуін қамтамасыз етеді. LonWorks сияқты OSI - модельдерінің жеті деңгейін іске асырушы өнеркәсіптік желілердің құжаттамалары да бар.

1. Негізгі желілік топологиялар

Желілік топологиялар түрлі құрылғылардың желілік байланысын сипаттаушы әдіс. Үш негізгі критериялар бойынша бір бірінен ажыратылатын бірнеше топологиялар түрлері бар:

• Желіге ену режимі;

• Жіберуді бақылау құрылғылары және мәліметтерді іске қосу;

• Желі буындар санының өзгеру мүмкіндіктері.

Негізгі топологиялар – бұл жұлдыз, сақина және шина. Бұл топологияларды салыстыру 7.2- кестеде көрсетілген.

7.2-кесте. Негізгі топологиялардың салыстырмалы сипаттамалары

«Жұлдыз» құрылымы

Бұл топологияда барлық ақпарат өңдеуші компьютер деп аталатын қандай да бір орталық желі арқылы беріледі. Әр құрылғының өзінің байланыс ортасы бар. Барлық периферийлік бекеттер тек қана орталық желілер арқылы ғана бір бірімен алмаса алады. Бұл құрылымның негізгі артықшылығы – еш басқа құрылғы жіберу ортасына әсер ете алмайды. Бір егесі оны басқаруып, иеленіп отырады.

Басқа жағынан алғанда, орталық желі тек сенімді құрылғы болуы тиіс, яғни желіні логикалық, физикалық та құруында, себебі, әр периферийлік құрылғы өзінің физикалық байланыс арнасы болады және соған орай олардың бәрі бірдей мүмкін енгізулерді қамтамасыз етуі тиіс. Қосымша құрылғы желіге тек ұана орталық желіге қосылу үшін порт ұйымдасқан болса ғана ене алады.

«Сақина» құрылымы

Сақиналы құрылымда ақпарат бір желіден келесіге физикалық сақина бойынща жіберіле алады. Қабылдағыш мәліметтерді көшіріп алып, келесі желіні растайтын өзінің есепшотпен бірге регенерленеді. Алғашқы датчик өзіне тиесілі есепшотты алса, онда оның ақпараты адресаты арқылы реттеледі. Сақинада арнайы орталықтандырған бақылау орнатылмаған. Әр құрылғы басқарушы бақылағыштың функцияларын тек қатаң нақты уақыт аралығында алады. Қандай да бір желінің істен шығуы сақина жұмысының бұзылуына әкеледі, соған сәйкес барлық жіберулердің тоқтауына әкеледі. Осыдан құтылу үшін желіге автоматтық қосқыштарды қосу керек, олар егер құрылғы жай жұмыс режимінен шыққан кезде жұмыстың бәрін өз мойнына алады. Яғни, олар жеке желілерді еш жұмысты үзбестен қосып/өшіреді.

«Шина» құрылымы

Кез келген шиналық құрылымда барлық құрылғылар жалпы мәліметтер мен шиналарды жіберудің ортақ ортасына қосылған. «сақинадан» айырмашылығы адрестеуші өзінің ақпараттық пакетін еш қосалқысыз алады.

Шинаға қосымша желілерді қосу үрдісі жұмыс істейтін желілер жағынан қосымша аппараттық жұмыстардың қосылуын қажет етпейді, себебі ол «жұлдыз» топологиясында орын алған.

Алайда шиналық топология жіберу ортасына қол жеткізу үшін қатаң регламентацияны қажет етеді. Мұндай енгізуді реттеудің екі әдісі бар, олар тағы «шиналы арбитраж» атымен де белгілі.

• «фиксирленген ұста» (орталықтандырылған шинаны бақылау):

• шинаға жету үшін орталық желі-ұстасы арқылы бақыланады;

• «жүзуші ұста» (деорталықтандырылған шина бақылауы);

Өзінің интеллектінің арқасында әр құрылғы шинаға енуін өзі регламентін анықтайды.

Мәліметтерді жіберу

Өнеркәсіптік желінің негізгі артықшылығы болып мәліметтерді жіберудің сенімділігі мен желінің арзандығында. Мәліметтер биттер арқылы әдетте бір физикалық арна бойынша беріледі. Мұндай жіберу режимі кабельдік құрылғыны үнемдеп қана қоймай, сонымен бірге мәліметтерді ұзақ қашықтыққа сенімді түрде жіберуді қамтамасыз етеді. Жіберу уақыты, биттік қатар ұзындығына пропорционалды түрде жоғарылайды.

RS-232C интерфейсі

Бұл кеңқолданбалы стандартты интерфейс модемдер, терминалдар және компьютерлер арасындағы мәліметтер алмасуын стандартты құрылғының жұмысын қамтамасыз етеді. Жүйе электрлік түрде 12В импульста негізделген, яғни ''O және ''1'' кезектестігін кодтайды. Механикалық түрде бұл стандарт 9-25 контактілік бөлімдерді анықтайды.

Негізгі дабылдар «жіберу/қабылдау» желісі арқылы жіберіледі. Жіберу жылдамдығы 50ден 38400бод диапазоны арасында таңдалады.

Қалған дабылдық желілер коммутативті құрылғының ақпаратын жібереді.

RS-422 интерфейсі

RS-422 симметриялы интерфейсі дифференциалды дабылдық желілерді қолданады. Қабылдағыштың соңында екі ақпараттық желілер мен жерге қосу желілері қолданылады. Жіберілетін/қабылдайтын мәліметтердің кодтау негізінде дабылдық желінің кернеуін өзгертуде жатыр. Кодтаудың іске асырылған мақсаты бұл стандартты сыртқы әсерлерге тұрақты етеді.

Бұл стандарттарды қолдану мәлімттерді жіберудің физикалық желілерін ұзартып қана қоймай, сонымен қатар жылдамдықты көбейтеді.

RS-422 интерфейсінің көмегімен шиналық құрылымдарды да құруға болады.

RS-485 интерфейсі

Бұл интерфейс типі мәліметтерді жіберудің симметриялық мамандануына сәйкес келеді, ол IEA RS-485 америкалық стандарттарында бейнеленген. Бұл интерфейс жоғары жылдамдықты мәліметтерді жіберуге жарамды.

Максимал ұзындық 1,2км-ден, 90кбод жылдамдықта және 200 м-н 500кбодқа дейін жетеді.

7.3-кестеде осы үш стандартты физикалық интерфейстердің салыстырмалы сипаттамалары берілген.

7.3-кесте. Стандартты физикалық интерфейстердің салыстырмалы сипаттамалары

Физикалық интерфес типінен басқа өнеркәсіптік желіні құру кезінде мәліметтерді жібердің физикалық ортасының шектеулері мен ерекшеліктерін ескеру қажет. 4-кестеде критерийлер қатары бойынша жіберу орталарының негізгі типтерін салыстыратын бағалаушы мәліметтер берілген ("SPECTRUM IEEE" журналының мәліметі бойынша).

Шинаға жету әдісі

Егер бірнеше құрылғылар ортақ байланыс желілері арқылы бір бірімен байланысса, онда оған жетудің анық және түсінікті құжаттамасы анықталуы тиіс.

Реттелген жетудің екі әдісі бар: орталықтандырылған және деорталықтандырылған.

Орталықтандырылған бақылау жағдайында шинаға жету үшін Ұста құқықтары бар желі бөлінеді. Ол басқа қатысушылардың шинаға жету уақыты мен ретін тағайындап, қадағалап отырады. Егер Ұста «бұзылса», онда шина бойынша алмасу циклдері тоқтатылады.

Дәл осы себеппен ұстаның өтпелі функциялары бар деорталықтандырылған бақылауы бір қатысушыдан келесіге өткенде жоғары назар мен даму алды. Мұнда ұстаның құқықтары желі құрылғысының тобына тағайындалады. Барлық әлемде деорталықтандырылған енудің екі моделі қолданылады.