2. Этапы внедрения вычислительной и микропроцессорной техники в системы автоматического управления технологическим оборудованием

1. Период эпизодического применения, машина - дом. Созданные в сороковых годах прошлого столетия, первые ламповые вычислительные машины были громоздки, ненадежны, потребляли много энергии и, что вполне естественно, применялись для целей управления лишь эпизодически, только для уникальных объектов, таких, как атомные электростанции и т. п. Да и применялись ЭВМ скорее для контроля за действиями локальной автоматики и за действиями оператора и непосредственно объектом не управляли. Появился даже специаль- ный термин - управление "off line". Но даже первые, подчас неуклюжие, попытки обрабаты- вать информацию для целей управления техническими объектами, показали перспективность и эффективность этого направления. По времени реакции на событие оператор не мог сопер- ничать с ЭВМ и все дело было только в повышении надежности и снижении стоимости и га- баритов.

2. Период серийного применения. Машина - шкаф. 50-е…60-е годы ознаменовались созданием ЭВМ на дискретных полупроводниковых приборах и появлением памяти на фер- ритовых кольцах, вычислительная машина из отдельного здания перебралась в шкаф или в пару столов. В этовремя создаются первые специализированные управляющие вычислитель- ные машины, т. е. машины, созданные не для проведения числовых расчетов, а для обработки информации с объекта управления и выработки управляющих воздействий. За рубежом фир- ма DEC разработала и выпустила управляющую ЭВМ PDP-8, в СССР появился ее аналог - "Электроника 100-И". В это была заложена и реализована идея шинной организации вычис- лительной машины, идея свероперативной памяти (по сути - регистров общего назначения будущего микропроцессора). Начали серийно выпускаться ЭВМ "Киев-67" и "Киев-70", предназначенные специально для управления оборудованием электронных технологий. В 1971 г. мы использовали такую машину для управления системой отклонения мощным элек- тронным пучком, способным проводить поверхностную обработку материалов.

3. Период массового применения. Одноплатная ЭВМ. В конце 60-х - начале 70-х го- дов появились большие интегральные схемы БИС. В 1974 г. фирмой Intel был изготовлен первый "настоящий" микропроцессор 8080, в котором были заложены основы микропроцес- сорной архитектуры: набор регистров, типовая система команд, векторные прерывания, пря- мой доступ в память. За рубежом и чуть позже в Советском Союзе были запущены в серий- ное производство одноплатные ЭВМ. Это LSI-11 фирмы DEC, «Электроника-60М», «Элек- троника МС1201.02 и др., появилась гамма новых микропроцессоров. Микропроцессоры се- рии К1801ВМ1 и его модификации аккумулировали в себе все последние достижения того времени: 16-и разрядная шина данных, набор из 8-и универсальных 16-и разрядных регист- ров общего назначения из которых каждый мог исполнять роль счетчика команд. Мощная система команд с многообразием средств адресации позволяли эффективно использовать ад- ресное пространство и размещать коды команд и критичные данные в РПЗУ или энергонеза- висимом ОЗУ, так, что при выключении питания управляющая программа не пропадала и практическинатребовалаперезагрузки. Это былпериод накопленияиреализацииопытараз- работки аппаратной и программной части САУ.

Были запущены в серийное производство первые специализированные управляющие контроллеры, объединившие в себе вычислительное ядро на основе какой либо одноплатной ЭВМ и комплектуемое по требованиям заказчика устройство связи с объектом (УСО).

Для нужд оборудования электронных технологий с начала 80-х годов серийно выпус- кались достаточно компактные контроллеры «Орион 3, 4, 5» и УТК-5, имевшие, по тогдаш- ним меркам, развитый человеко-машинный интерфейс на основе клавиатуры и дисплея и на-

бираемое пользователем из серийно выпускаемых плат УСО. Каждая плата была рассчитана на прием и выдачу стандартизированных дискретных и аналоговых сигналов контроля и управления с программной и аппаратной инициализацией работы (ДУ, ДК – дискретное управление, контроль, АУ, АК - аналоговое управление, контроль).

4. Период распределенных САУ. Однокристальная ЭВМ или микроконтроллер. В на- чале 80 годов были разработаны и серийно выпущены БИС и СБИС, содержащие на одном кристалле законченное вычислительное ядро САУ и элементарные средства связи с объек- том. Фирмой Intel были выпущены семейства MCS-48, MCS-49 и, наконец, семейство MCS- 51, ставшее в некотором роде эталоном универсального восьмиразрядного микроконтролле- ра. Микроконтроллеры этого семейства, стоящие несколько долларов за корпус, выпускаются и используются в новых разработках САУ до сих пор. Позже мы подробно изучим такие микроконтроллеры.

Множество фирм подхватило это направление работ. Так фирма Motorola выпустила микроконтроллеры семейства МС68НС11, отличающиеся наличием аналогово-цифрового преобразователя на кристалле и более развитой системой поддержки работы микроконтрол- лера в реальном времени. Микроконтроллер содержал на кристалле многоканальный про- граммируемый таймер, в более поздних разработках фирмы эта система заслуженно получи- ла название процессор реального времени.

В этот период на рынке появилась гамма различных управляющих контроллеров и средств их адаптации под конкретные требования оборудования:

• универсальные отладочные комплекты на основе различных микроконтроллеров, со- держащие вычислительное ядро, средства его подключения к управляющей сети и инст- рументальной ЭВМ для оперативного программирования, УСО и монтажную панель, по- зволяющие оперативно создавать компактные встроенные в объект системы его энерго- обеспечения и управления;

• специализированные интегрированные встроенные контроллеры, на которых в одном устройстве совмещались вычислительное ядро, УСО и система энергообеспечения объ- екта, какправилоэтолокальныерегуляторы, управляющие типовымитехнологическими процессами (нагрев, регулируемый привод);

• программируемые логические контроллеры ПЛК;

• центральные и узловые контроллеры, основанные на архитектуре IBM PC и содержащие одноплатное вычислительное ядро и набор комплектуемых заказчиком плат связи с объ- ектом и плат энергообеспечения его элементов.

Были разработаны архитектурные решения вычислительно-управляющих сетей, разра- ботана общая концепция открытой архитектуры, применимая к широкому классу информа- ционных технологий.

5. Период изобилия. По времени мы перешли в 21 век. Очень трудно делить совре- менностьна периоды, но все же следует назвать наше время назвать периодом эволюционно- го взрыва средств цифровых обработки информации и периодом изобилия. Далее мы будем подробно изучать и пытаться классифицировать появившиеся и постоянно появляющиеся на рынке средства обработки информации. Но их такое множество и все это так запылено рек- ламной шумихой и обещаниемзолотых гор истопроцентной надежности, чтотолько успевай следить.

Вопросы к экзамену.

1. Этапы внедрения вычислительной и микропроцессорной техники в системы автоматического управления технологическим оборудованием