2.8. Макроструктура информационных и управляющих систем
Макроструктура информационных и управляющих систем определяется их назначением и выполняемыми функциями. Например, существуют системы сбора информации, состоящие из чувствительных элементов (сенсоров) и преобразователей, которые часто называют датчиками.
Структурная схема системы сбора информации представлена рис. 5.12. Управление системой осуществляется диспетчерской ЭВМ, которая запрашивает данные от контроллеров К1 и К2, проводит предварительную обработку данных от датчиков Dij, хранение информации, и представление данных на экране монитора (средства отображения) в удобном для оператора виде. Контроллеры проводят опрос нескольких датчиков Dij, оцифровку получаемых сигналов, простейшую обработку и хранение данных до запроса от диспетчерской ЭВМ и передачу данных по запросу.
Рис. 5.12. Структурная схема системы сбора информации
Рис. 5.13. Структурная схема системы управления
В отличие от системы сбора информации, система управления (рис. 5.13) содержит дополнительно средства управления и исполнительные устройства, действующие на объект управления. Оператор может контролировать процесс управления и менять параметры системы. Как видно на схеме, информационные потоки играют важную роль в системе управления.
Кроме информационных и управляющих систем существуют автоматизированные системы управления (АСУ) объектами, в которых нет оператора, а процесс управления осуществляется полностью в автоматическом режиме. Макроструктура АСУ объектами аналогична представленной на рис. 5.13 (только не имеет оператора). Роль оператора выполняет управляющее устройство, обычно микропроцессор или управляющая ЭВМ.
Макроструктура более сложных АСУ предприятиями и организациями имеет несколько подсистем, которые содержат АСУ более простых систем низшего уровня, которые сами могут быть довольно сложными информационно-управляющими системами.
5.9. Структуры управляющих эвм и их объединений
Структурная схема управляющей ЭВМ приведена на рис. 5.14. Такие управляющие ЭВМ называются контроллерами. В настоящее время они широко используются в промышленных системах управления и выполняются в виде больших интегральных микросхем (БИС или микроЭВМ на одном кристалле).
Управляющая ЭВМ (УВМ), или контроллер, содержит следующие основные элементы: П – процессор, осуществляет управление всеми устройствами, проводит простые вычисления и распределение данных в оперативной памяти (ОЗУ); ОП – оперативная память (ОЗУ+ПЗУ) - ОЗУ служит для запоминания данных; ПЗУ - постоянная память - хранит программы и константы; ВП – внешняя память (внешнее ОЗУ); УВВ – устройство ввода данных в процессор; В – входное устройство, служит для согласования данных при вводе процессор; УСО - устройство связи с объектом; ЦД – цифровой датчик (обычно контактные соединения (1 - да, есть контакт; 0 -нет, нет контакта)); Д – аналоговый датчик; АЦП - аналогово-цифровой преобразователь; ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь; ИО – исполнительный орган; ЦИО – цифровой исполнительный орган.
Рис. 5.14. Структурная схема управляющей вычислительной машины (УВМ)
В настоящее время контроллеры усложняются, и существует много их модификаций. Иногда они имеют встроенные мультиплексоры и АЦП для опроса нескольких датчиков и оцифровки их сигналов. Имеют также устройства для обмена данными с центральным процессором (диспетчерской ЭВМ). Обычно в АСУ содержится много контроллеров (УВМ). Связь с центральным процессором может быть непосредственной (рис. 5.15) и через общую шину данных (магистральный интерфейс, рис. 5.16).
Рис. 5.15. Структурная схема объединения УМ через радиальный интерфейс
Рис. 5.16. Структурная схема объединения УМ через магистральный интерфейс
Интерфейс – совокупность унифицированных аппаратных, программных и конструкторских средств, осуществляющих взаимодействие модулей УМ и внешних устройств.
Интерфейс обеспечивают П+ОЗУ+программа; П+ каналы ВВ/ВыВ;
Малый интерфейс, обеспечивает соединение УВМ с объектами управления.
Комбинированный интерфейс – это радиальный интерфейс и общая шина данных.
Устройство сопряжения (УС) – Интерфейсный узел (ИУ) + управляющее устройство (УУ) – осуществляет управление программой (драйвером).
Рис. 5.17. Структурная схема взаимодействия УВМ разных уровней с УС
Структурная схема взаимодействия УВМ разных уровней с устройством сопряжения (УС) приведена на рис. 5.17.