9.3. Разработка структуры системы

Перед рассмотрением этого вопроса отметим. Во-первых, рассматривая ту или иную структурную схему, мы будем иметь дело только с функционально завершенными элементами (модулями). Ими будут: модуль питания, процессорный модуль, модули ввода-вывода, коммуникации и т. п. Каждый из модулей будет рассматриваться как “черный ящик”. В связи с этим можно привести аналогию с элементами конструктора, из которых собираются различные изделия.

Во-вторых, структуру однозначно определить достаточно трудно. Необходимо принимать во внимание не только взаимодействие процессорных блоков, но и цепей ввода-вывода. Например, при двухканальной конфигурации процессорных модулей, устройства ввода-вывода в каналах могут подключаться по одноканальной схеме (рис. 9.1).

Рис. 9.1. Пример подключения объектов в двухканальной конфигурации процессорных модулей

Датчик Д1 и исполнительное устройство ИУ1 включены по одноканальной схеме (каждый только от одного модуля).

Датчик Д2 и исполнительное устройство ИУ2 включены от двух модулей.

Следует обратить внимание, что двухканальная конфигурация подключения датчиков может реализовать операцию И (рис. 9.2).

Рис. 9.2. Подключение исполнительного устройства при повышенных требованиях безопасности

А также операцию ИЛИ (рис. 9.3):

Рис. 9.3. Подключение исполнительного устройства при повышенных требованиях надежности

Рассмотрим вначале конфигурации систем, а затем подключение цепей к модулям ввода-вывода.

Одноканальная конфигурация (рис. 9.4)

Рис. 9.4. Одноканальная конфигурация

Имеет один канал логической обработки данных, устройства ввода-вывода могут подключаться по смешанной схеме, при этом естественно мы никогда не получим в полной мере все возможности такого же подключения при двухканальной системе. Здесь возможна только дублированная или двойная проверка устройств ввода-вывода. Выход из строя процессорного модуля приводит к остановке системы, ибо все модули, как основного блока, так и модулей расширения, если они имеются, управляются одним контроллером. Такой конфигурацией трудно обеспечить высокие показатели надежности и безопасности.

Для улучшения этих показателей можно применить одностороннюю конфигурацию. “Односторонняя” в названии означает, что блоки расширения могут подключаться только к одному CPU и при выходе его из строя они также не работают. Система может работать по схеме “ведомый-ведущий”. В приведенной схеме канал А является ведущим, он осуществляет выполнение прикладной логики и формирует команды управления. Канал В может выполнять прикладную логику, но самостоятельно в нормальном режиме команд управления не вырабатывает. При повреждении канала А функции управления может взять на себя канал В. Иногда его используют для задач тестирования, контроля, диагностики с целью несколько разгрузить основной канал А (рис. 9.5).

Рис. 9.5. Односторонняя конфигурация

Переключаемая конфигурация(рис. 9.6).В полной мере не может быть названа двухканальной, потому что в ней УВВ модуля расширения могут управляться только одним из каналов. Между собой каналы А и В включаются по схеме “ведомый-ведущий”. При выходе из строя канала А управление модулями расширения берет на себя канал В. В этом случае устройства ввода-вывода канала А не функционируют, а в канале В и модуле расширения работают.

Как следует из описания, такая конфигурация может обеспечить достаточно надежную работу системы, особенно той ее части, которая подключена к модулю расширения. Показатели безопасности переключаемой конфигурации мало отличаются от рассмотренных ранее.

Рис. 9.6. Переключаемая конфигурация

В классической двухканальной конфигурации модули расширения соединены только с блоком своего канала. Это одна из наиболее простых, но в тоже время достаточно эффективных структур для решения задач, связанных с безопасностью. В настоящее время мировая практика имеет две концепции безопасности, что достаточно четко просматривается на идеологии контроллеров Siemens и Schneider. Идеология Siemens основывается на специализированных технических средствах, архитектурах и программном обеспечении. Такой подход позволяет решать самые ответственные задачи в части требований обеспечения безопасности. Недостатком его является очень высокая стоимость разработки. Особенно это заметно в тех ситуациях, когда заказчик не выставляет жестких требований в части обеспечения условий безопасности, например, станции промышленного транспорта.

В таких условиях более эффективной является идеология Schneider, использующая принцип аппаратного выделения ответственных функций. Для этих целей в обычном промышленном контроллере, например, Micro или Premium, устанавливается модуль безопасности с входами и выходами для подключения более ответственных объектов. Модуль безопасности, как правило, обеспечивает проверку выполнения программы и исправное состояние кнопок управления и блокировки.

Структура системы управления должна реализовываться на определенном типе контроллера. Поэтому, определившись в общем виде со структурой, переходят к выбору типа контроллера. Может оказаться так, что понравившийся микроконтроллер не в состоянии обеспечить выдвинутые требования в части структуры, тогда придется переходить к другому типу, либо находить компромиссные варианты.

Важны вопросы связи между каналами и в самом канале между основным блоком и блоком расширения. Постарайтесь ответить на вопрос: “Какими техническими средствами в предлагаемой структуре будет обеспечиваться информационное взаимодействие?”

Следует также помнить, что проектируемая система должна кем-то управляться, а для этого необходим АРМ, т. е. ЭВМ с монитором. И вновь вопрос: “Как подключить ЭВМ к микроконтроллеру?”

Как обеспечить обмен данными с АСУ более высокого уровня?

Ответы на эти вопросы можно найти в предыдущих главах данной книги. Для получения подробной информации необходимо пользоваться каталогом выбранного ранее контроллера.

Когда решены вопросы общей структуры системы, можно переходить и к вопросам конфигурации подключения цепей ввода-вывода.