Приоритеты запросов

Метод доступа с приоритетами запросов был разработан компанией Hewlett Packard для локальной сетевой архитектуры 100VG-AnyLAN. Иногда ее называют архитектурой VG- AnyLAN, или Any LAN. Архитектура VG-AnyLAN была задумана как высокоскоростная, гибкая и эффективная сетевая архитектура, призванная заменить Ethernet.

В методе доступа с приоритетами запросов используются многопортовые повтори­тели (концентраторы), выполняющие карусельный обзор подключенных узлов (компьютеров, маршрутизаторов или других сетевых устройств) для обнаружения за­просов на передачу данных. В сетях VG-AnyLAN используется древовидная тополо­гия, аналогичная звездообразной. В целях централизации управления сетью концен­траторы можно подключать каскадами, начиная с корневого концентратора. На рис 4.10 показана сеть VG-AnyLAN.

Слово приоритеты в названии метода означает, что определенным типам данных может быть присвоен приоритет, в результате чего концентратор обработает их в пер­вую очередь, если несколько запросов на передачу поступили одновременно. Это га­рантирует необходимую пропускную способность для высокоскоростных приложений в реальном времени, таких как видеоконференции или голосовая связь.

Метод доступа с приоритетами запросов более эффективен, чем CSMA/CD, пото­му что в нем используются пары кабелей (четыре провода к каждому компьютеру), по которым можно одновременно как передавать, так и принимать сигналы. Кроме того, в отличие от CSMA/CD, в этом методе сигналы не передаются во всю сеть. Напротив, сигналы попадают только в компьютеры, подключенные к одному концентратору. Концентраторы сообщаются друг с другом. Каждый концентратор работает только с подключенными к нему узлами и ничего не знает об остальных узлах, подключенных к Другим концентраторам.

Поскольку не все данные проходят через все компьютеры (как в архитектурах Eth­ernet и Token ring), безопасность сетей VG-AnyLAN тоже значительно выше.

В сетях VG-AnyLAN можно использовать две или четыре неэкранированные витые пары, две экранированные витые пары либо волоконно-оптический кабель. Специ­фикации метода с приоритетами запросов содержатся в IEEE 802.12.

К сожалению, оборудование и программное обеспечение 100VG-AnyLAN в на­стоящее время предлагается весьма ограниченным кругом поставщиков. Эта архитек­тура еще не получила широкого распространения. Большинство сетевых администра­торов пока что не встречались с сетями VG-AnyLAN.

В сетевых технологиях дуплексный метод увеличивает производительность систе­мы, потому что данные и передаются и принимаются одновременно. В дуплексном режиме работают системы DSL (Digital Subscriber Line), в которых используются дву­сторонние кабельные модемы. С помощью DSL можно, например, одновременно выгружать данные на свой компьютер и передавать голосовое сообщение.

OPC (OLE for Process Control) — семейство программных технологий, предоставляющих единый интерфейс для управления объектами автоматизации и технологическими процессами. Многие из OPC протоколов базируются на Windows- технологиях.

OPC — набор спецификаций стандартов. Каждый стандарт описывает набор функций определенного назначения. Текущие стандарты:

• OPC DA (Data Access) — основной и наиболее востребованный стандарт. Описывает набор функций обмена данными в реальном времени с ПЛК и другими устройствами.

• OPC AE (Alarms & Events) — предоставляет функции уведомления по требованию о различных событиях: аварийные ситуации, действия оператора, информационные сообщения и другие.

• OPC Batch — предоставляет функции шагового и рецептурного управления технологическим процессом.

• OPC DX (Data eXchange) — предоставляет функции организации обмена данными между OPC-серверами через сеть Ethernet. Основное назначение — создание шлюзов для обмена данными между устройствами и программами разных производителей.

• OPC HDA (Historical Data Access) — в то время как OPC Data Access предоставляет доступ к данным изменяющимся в реальном времени, OPC Historical Data Access предоставляет доступ к уже сохраненным данным.

• OPC Security — определяет функции организации прав доступа клиентов к данным системы управления через OPC-сервер.

• OPC XML-DA (XML-Data Access) — предоставляет гибкий, управляемый правилами формат обмена данными через SOAP и HTTP.

• OPC UA (Unified Architecture) — последняя по времени выпуска спецификация, которая основана не на технологии Microsoft COM, что предоставляет кросс-платформенную совместимость.

Стандарт OPC разрабатывался с целью сократить затраты на создание и сопровождение приложений промышленной автоматизации.

Суть OPC проста — предоставить разработчикам промышленных программ универсальный фиксированный интерфейс (то есть набор функций) обмена данными с любыми устройствами. В то же время разработчики устройств предоставляют программу, реализующую этот интерфейс (набор функций).

Чаще всего для создания приложений с поддержкой OPC используют языки программирования Delphi, C++, C# или Visual Basic.

SCADA — программный пакет, предназначенный для разработки или обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации об объекте мониторинга или управления. SCADA-системы используются во всех отраслях хозяйства, где требуется обеспечивать операторский контроль за технологическими процессами в реальном времени. Данное программное обеспечение устанавливается на компьютеры и, для связи с объектом, использует драйверы ввода-вывода. Программный код может быть как написан на языке программирования (например на C++), так и сгенерирован в среде проектирования.

Иногда SCADA-системы комплектуются дополнительным ПО для программирования промышленных контроллеров. Такие SCADA-системы называются интегрированными.

Наиболее широко распространено понимание SCADA как приложения, то есть программного комплекса, обеспечивающего выполнение указанных функций, а также инструментальных средств для разработки этого программного обеспечения.

Значение термина SCADA претерпело изменения вместе с развитием технологий автоматизации и управления технологическими процессами.

SCADA-системы решают следующие задачи:

• Обмен данными с «устройствами связи с объектом» в реальном времени через драйверы.

• Обработка информации в реальном времени.

• Логическое управление.

• Отображение информации на экране монитора в удобной и понятной для человека форме.

• Ведение базы данных реального времени с технологической информацией.

• Аварийная сигнализация и управление тревожными сообщениями.

• Подготовка и генерирование отчетов о ходе технологического процесса.

• Осуществление сетевого взаимодействия между SCADA ПК.

SCADA—система обычно содержит следующие подсистемы:

• Драйверы или серверы ввода-вывода — программы, обеспечивающие связь SCADA с промышленными контроллерами, счётчиками, АЦП и другими устройствами ввода-вывода информации.

• Система реального времени — программа, обеспечивающая обработку данных в пределах заданного временного цикла с учетом приоритетов.

• Человеко-машинный интерфейс — инструмент, который представляет данные о ходе процесса человеку оператору, что позволяет оператору контролировать процесс и управлять им.

• Программа-редактор для разработки человеко-машинного интерфейса.

• Система логического управления — программа, обеспечивающая исполнение пользовательских программ логического управления в SCADA-системе. Набор редакторов для их разработки.

• База данных реального времени — программа, обеспечивающая сохранение истории процесса в режиме реального времени.

• Система управления тревогами — программа, обеспечивающая автоматический контроль технологических событий, отнесение их к категории нормальных, предупреждающих или аварийных, а также обработку событий оператором или компьютером.

• Генератор отчетов — программа, обеспечивающая создание пользовательских отчетов о технологических событиях. Набор редакторов для их разработки.

• Внешние интерфейсы — стандартные интерфейсы обмена данными между SCADA и другими приложениями.

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ, англ. pulse-width modulation (PWM)) — процесс управления мощностью, подводимой к нагрузке, путём изменения скважности импульсов, при постоянной частоте. Различают аналоговую ШИМ и цифровую ШИМ, двоичную (двухуровневую) ШИМ и троичную (трёхуровневую) ШИМ^[1].

Широтно-Импульсная Модуляция - это способ кодирования аналогового сигналa путём изменения ширины (длительности) прямоугольных импульсов несущей частоты.  На Рис. 1 синим цветом представлены типичные графики ШИМ сигнала. Так как при ШИМ частота импульсов, а значит, и период (T), остаются неизменными, то при уменьшении ширины импульса (t) увеличивается пауза между импульсами (эпюра "Б" на Рис. 1.) и наоборот: при расширении импульса пауза сужается (эпюра "В" на Рис. 1.). 

Рис. 1. Зависимость напряжения от скважности ШИМ.

Если сигнал ШИМ пропустить через фильтр низших частот, то уровень постоянного напряжения на выходе фильтра будет определяться скважностью импульсов ШИМ. Назначение фильтра - не пропускать несущую частоту ШИМ. Сам фильтр может состоять из простейшей интегрирующей RC цепи, или же может отсутствовать вовсе, например, если оконечная нагрузка имеет достаточную инерцию.  Таким образом, имея в расположении лишь два логических уровня, "единицу" и "ноль", можно получить любое промежуточное значение аналогового сигнала.  Часто в схемах с ШИМ применяют обратную связь для управления длительностью импульса по той или иной закономерности, например, в схемах PID-регуляторов. 

Аналоговая ШИМ[править | править вики-текст]

Один из методов двухуровневой ШИМ с помощью аналогового компаратора. На один из входов компаратора подаётся пилообразное напряжение от вспомогательного генератора, на другой вход — модулирующее напряжение. Состояние выхода компаратора — ШИ-модуляция. На рис.: сверху — пилообразный сигнал и модулирующее напряжение, снизу — результат ШИМ.

ШИМ-сигнал генерируется аналоговым компаратором, на один вход (по рисунку — на инвертирующий вход компаратора) которого подаётся вспомогательный опорный пилообразный или треугольный сигнал, значительно большей частоты, чем частота модулирующего сигнала, а на другой — модулирующий непрерывный аналоговый сигнал. Частота повторения выходных импульсов ШИМ равна частоте пилообразного или треугольного напряжения. В ту часть периода пилообразного напряжения, когда сигнал на инвертирующем входе компаратора выше сигнала на неинвертирующем входе, куда подается модулирующий сигнал, на выходе получается отрицательное напряжение, в другой части периода, когда сигнал на инвертирующем входе компаратора ниже сигнала на неинвертирующем входе — будет положительное напряжение^[2].

Аналоговая ШИМ реализуется с помощью компаратора, на один вход которого подаются треугольный или пилообразный периодический сигнал со вспомогательного генератора, а на другой — модулирующий сигнал. На выходе компаратора образуются периодические прямоугольные импульсы с переменной шириной, скважность которых изменяется по закону модулирующего сигнала, а частота равна частоте треугольного или пилообразного сигнала и обычно постоянна.

Аналоговая ШИМ применяется в усилителях низкой частоты класса «D».

Цифровая ШИМ[править | править вики-текст]

В двоичной цифровой технике, выходы в которой могут принимать только одно из двух значений, приближение желаемого среднего уровня выхода при помощи ШИМ является совершенно естественным. Схема настолько же проста: пилообразный сигнал генерируется N-битным счётчиком. Цифровые устройства (ЦШИП) работают на фиксированной частоте, обычно намного превышающей реакцию управляемых установок (передискретизация). В периоды между фронтами тактовых импульсов выход ЦШИП остаётся стабильным, на нём действует либо низкий уровень, либо высокий, в зависимости от выхода цифрового компаратора, сравнивающего значение счётчика с уровнем приближаемого цифрового сигнала V(n). Выход за много тактов можно трактовать как череду импульсов с двумя возможными значениями 0 и 1, сменяющими друг друга каждый такт Т. Частота появления единичных импульсов получается пропорциональной уровню приближаемого сигнала ~V(n). Единицы, следующие одна за другой, формируют контур одного, более широкого импульса. Длительности полученных импульсов переменной ширины ~V(n) кратны периоду тактирования T, а частота равна 1/(T*2^N). Низкая частота означает длительные, относительно T, периоды постоянства сигнала одного уровня, что даёт невысокую равномерность распределения импульсов.

Описанная цифровая схема генерации подпадает под определение однобитной (двухуровневой) импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). 1-битную ИКМ можно рассматривать в терминах ШИМ как серию импульсов частотой 1/T и шириной 0 либо T. Добиться усреднения за менее короткий промежуток времени позволяет имеющаяся передискретизация. Высоким качеством обладает такая разновидность однобитной ИКМ, как импульсно-плотностная модуляция (pulse density modulation), которая ещё именуется импульсно-частотной модуляцией.

Восстанавливается непрерывный аналоговый сигнал арифметическим усреднением импульсов за много периодов при помощи простейшего фильтра низких частот. Хотя обычно даже этого не требуется, так как электромеханические составляющие привода обладают индуктивностью, а объект управления (ОУ) — инерцией, импульсы с выхода ШИМ сглаживаются и ОУ, при достаточной частоте ШИМ-сигнала, ведёт себя как при управлении обычным аналоговым сигналом.

В цифровой ШИМ период делится на части, которые заполняются прямоугольными подымпульсами. Средняя величина за период зависит от количества прямоугольных подымпульсов. Цифровая ШИМ — приближение бинарного сигнала (с двумя уровнями — вкл/выкл) к многоуровневому или непрерывному сигналу так, чтобы их средние значения за период времени t₂-t₁ были бы приблизительно равны.

Формально это можно записать так:

{\displaystyle {\int _{t1}^{t2}{x(t)\,dt} \over {t2-t1}}={\sum _{i=1}^{n}{A*{\mathcal {4}}T_{i}} \over {t2-t1}},}

где x(t) — входной сигнал в пределах от t₁ до t₂, а ∆T_i = {\displaystyle {\frac {t2-t1}{n}}}  — продолжительность i -го ШИМ подымпульса, каждого с амплитудой A. n выбирается таким образом, чтобы за период разность суммарных площадей (энергий) обеих величин была меньше допустимой:

{\displaystyle \int _{t1}^{t2}{x(t)\,dt}-\sum _{i=1}^{n}{A*{\mathcal {4}}T_{i}}<E} .

Управляемыми «уровнями», как правило, являются параметры питания силовой установки, например, напряжение импульсных преобразователей /регуляторов постоянного напряжения/ или скорость электродвигателя. Для импульсных источников x(t) = U_const стабилизации.

В цифровой ШИМ прямоугольные подымпульсы, заполняющие период, могут стоять в любом месте периода, на среднюю величину за период влияет только их количество. Например, при разбиении периода на 8 частей последовательности 11110000, 11101000, 11100100, 11100010, 11100001 и др. дают одинаковую среднюю за период величину, но отдельно стоящие «1» ухудшают режим работы ключа (транзистора).

В качестве ШИМ можно использовать даже COM-порт. Так как 0 передаётся как 0 0000 0000 1 (8 бит данных + старт/стоп), а 255 как 0 1111 1111 1, то диапазон выходных напряжений — 10-90 % с шагом в 10 %.

Операционная система – комплекс программ.

Задачи

1. Обеспечение интерфейса между прикладными программами и аппаратными ресурсами ПЛК и ПК

2. Автоматическое управление ресурсами ПЛК и ПК

Ресурсы:

1. Память – адресное пространство. Ос владеет и управляет всей памятью. Прикладная программа может запросить её часть

2. Процессор – процессорное время. ОС владеет и управляет всем процессорным временем. Прикладная программа может запросить его часть.

3. Устройства ввода и вывода

Существует API – библиотека системных функций.

Прикладная программа вызывает системную ф-ю, чтобы запросить ресурс, для этого в коде программы должен быть оператор, запускающий эту системную функцию.

Функции управления памятью – загрузчики.

Функции управления веременем – диспетчеры.

Функции управления вводом-выводом – драйверы.

Первым при включении запускается ядро ОС))0