6.4. Архитектура управляющих вычислительных комплексов

Централизованные управляющие вычислительные комплексы.

В централизованных УВК одна или более вычислительных ма­шин расположены в центральном пункте управления.

Рис. 6.6. Архитектура централизованных управляющих вычислительных комплексов:

а — одномашинный УВК; б — двухмашинный УВК; в — двухмашинный УВК повышенной надежности; УСО — устройство связи с объектом; ВК-1, ВК-2 — вычислительные комп­лексы 1 и 2; УСОП — устройство связи с оперативным персоналом

Варианты архитектуры централизованных УВК показаны на рис. 6.6.

Наиболее простая структура (рис. 6.6, а) включает одну вы­числительную машину. Непосредственно к ней подключаются модули УСО и устройства связи с оперативным персоналом. Отказ вычислительной машины приводит к отказу всей систе­мы. Значительное время вычислительной машины тратится на ввод и первичную обработку информации с технологического объекта, реализацию алгоритмов управления, подготовку и вы­дачу данных оперативному персоналу. Такая структура может быть рекомендована для небольших технологических объектов, обладающих развитой локальной аппаратурой контроля и уп­равления. Обычно ее применяют для реализации только ин­формационных функций и в режиме советчика оперативному персоналу.

Структура, показанная на рис. 6.6, б, содержит две вычис­лительные машины, каждая из которых связана со всеми мо­дулями УСО и устройствами связи с оперативным персоналом. В нормальном режиме, когда работают обе вычислительные машины, они делят между собой функции по обработке ин­формации. По-прежнему сохраняется загрузка вычислительных машин управлением УСО и связью с оперативным персоналом. При отказе одной из вычислительных машин работоспособность системы сохраняется, но отказы отдельных модулей УСО и устройств связи с оперативным персоналом приводят к потере получаемой с них информации. Данная структура может быть рекомендована для работы в информационном режиме либо в режиме советчика для АСУ ТП, в которых отказ УВК может • привести к необходимости останова технологического процесса. Для повышения надежности УВК особо важные модули УСО и устройства связи с оперативным персоналом дублируются (рис. 6.6,0). В случае отказа вычислительной машины работо­способность системы сохраняется, хотя возможно сокращение числа выполняемых ею функций. Отказ любого из модулей УСО или устройств связи с оперативным персоналом вызывает переход на резерв.

Применение централизованных УВК для управления техно­логическим процессом обычно ограничивается супервизорным управлением, заключающимся в задании установок автономным локальным регуляторам. Использование их для непосред­ственного цифрового управления затруднено чрезмерной за­грузкой вычислительных машин работой с датчиками и испол­нительными механизмами, а также подготовкой данных для отображения оперативному персоналу.

Децентрализованные управляющие вычислительные комплексы. Децентрализованные УВК формируются из функциональных элементов, каждый из которых представляет собой централизо­ванный УВК, называемый пунктом управления '[57].

Выделяются локальные и центральный пункты управления. Задачей локальных пунктов управления является управление отдельным функциональным узлом или агрегатом технологи­ческого объекта. В состав локального пункта управления обыч­но включают одну или несколько микро-ЭВМ, необходимые модули УСО и связи с технологическим персоналом.

Центральный пункт управления обычно оснащен одной или несколькими вычислительными машинами, а также развитыми средствами связи с оперативным персоналом. Центральный пункт управления предназначен для координации работы ло­кальных пунктов управления, решения задач оптимизации и планирования, анализа и прогнозирования состояния объ­екта.

Варианты структур децентрализованных УВК приведены на рис. 6.7.

На рис. 6.7, а показан децентрализованный УВК с магист­ральной структурой, при которой пункты управления связаны друг с другом посредством общего канала передачи данных. Связь между пунктами управления реализуется с использова­нием конкретных адресов каждого из пунктов или каждой из вычислительных машин на пунктах. Магистраль в управляю­щих вычислительных комплексах с такой структурой реали­зуется с помощью одной или нескольких скрученных пар проводов коаксиального или волоконно-оптического кабеля.

Управление магистралью может быть централизованным, сконцентрированным в специальном устройстве управления магистралью, или децентрализованным, осуществляемым вы­числительными машинами пунктов управления. Последний подход предпочтительнее, так как отказ одного устройства {в данном случае управления магистралью) не приведет к от­казу системы в целом.

' Децентрализованные УВК, построенные по схеме с магист­ралью, обладают весьма высокой надежностью, однако не ре­комендуется их применение для сильно разбросанных техноло­гических объектов, расстояние между которыми может превы­шать 2—3 км.

Рис. 6.7. Архитектура децентрализованных управляющих вычислительных ком­плексов:

а-с магистральной структурой; б-с петлевой структурой; в - со структурой типа «звезда»; ЦПУ - центральный пункт управления; ЛПУ - локальный пункт управления, УМ _ управление магистралью; УП — управление петлей

Децентрализованный управляющий вычислительный комп­лекс с петлевой структурой показан на рис. 6.7, б. В нем имеется высокоскоростной канал связи, замкнутый в виде петли. Пункты управления подсоединяются к каналу связи посредством специальных устройств. Сообщение, посланное одним из пунктов управления, снабжается адресом пункта-приемника и либо до­ходит до него, либо возвращается в пункт-передатчик.

Достоинствами петлевых УВК являются: отсутствие про­блемы маршрутизации, поскольку имеется единственный путь передачи данных; легкость и быстрота установления связи между пунктами; использование цифровой передачи данных;' высокая производительность.

Петлевые УВК обладают одним существенным недостат­ком: отказ устройства управления петлей в любом из пунктов управления может привести к отказу УВК, хотя отдельные пункты управления могут продолжать функционировать автономно. Однако применение специальных мер при конструирова­нии устройств управления петлей позволяет свести этот недо­статок к минимуму.

Децентрализованные управляющие вычислительные комплексы со структурой типа «звезда» показаны на рис. 6.7, в. В этом случае локальные пункты управления связаны только с центральным пунктом. Между локальными пунктами нет непосредственной связи. Данная сравнительно простая струк­тура, довольно часто встречающаяся на практике, обладает рядом существенных недостатков. Так, отказ центрального пункта управления приводит к тому, что локальные пункты становятся автономными и связь между ними теряется. Аппа­ратура центрального пункта управления выполняет значитель­ную работу по обеспечению связи с локальными пунктами, в результате чего повышается загрузка вычислительных машин центрального пункта управления. Усложняется задача марш­рутизации сообщений для связи локальных пунктов управления друг с другом.