1. Системы реального времени. Основные понятия. Системы «жесткого» реального времени. Системы «мягкого» реального времени.
Система реального времени (СРВ) - любая система, в которой важную роль в генерации выходного сигнала играет время.
Временная задержка от получения входного сигнала до выдачи выходного должна быть небольшой. Основная характеристика СРВ - время реакции. Система обычно считается СРВ, если её время реакции - мс.
Режим реального времени - это режим обработки данных, при котором обеспечивается взаимодействие вычислительной системы с внешними по отношению к ней процессами в темпе, соизмеримом со скоростью протекания этих процессов.
СРВ является такой системой, корректность функционирования которой определяется не только корректностью выполнения вычислений, но и временем получения требуемого результата. Если требования по времени не выполняются, то считается, что произошёл отказ системы.
Необходимо, чтобы гарантировалось выполнение требований по времени. Гарантия выполнения требований по времени нужна для того, чтобы поведение системы было предсказуемым. Также желательно, чтобы система обеспечивала высокую степень использования ресурсов для удовлетворения требованиям по времени с минимальными затратами.
Различают два вида СРВ:
имеющие жёсткий режим реального времени (hard real time);
Системы жёсткого реального времени не допускают задержек реакции системы, так как это может привести к:
потере актуальности результатов;
человеческим жертвам;
чрезмерно большим финансовым потерям.
Примерами систем жёсткого реального времени могут быть - системы управления бортового оборудования, системы аварийной защиты, регистраторы аварийных событий.
с мягким режимом реального времени (квазиреальное время) (soft real time).
Системы мягкого реального времени характеризуются возможностью задержки реакции, что может привести к увеличению стоимости результатов и снижению производительности системы в целом. Примером служит - работа компьютерной сети. Если система не успела обработать очередной принятый пакет, это приведет к останову на передающей стороне и повторной посылке (в зависимости от протокола, конечно). Данные при этом не теряются, но производительность сети снижается.
СРВ несколько десятилетий назад называли интерактивными системами. Практически все системы промышленной автоматизации являются СРВ. Быстродействие СРВ зависит от скорости протекания процессов. При работе с быстропротекающими процессами нужны быстродействующие каналы связи.
Система жёсткого реального времени - это система, в которой неспособность обеспечить реакцию в заданное время является отказом и невыполнением заачи. Опоздание в выработке реакции в системах мягкого реального времени ведёт к потерям ресурсов.
Основное отличие системам жёсткого и мягкого реального времени можно охарактеризовать так: система жёсткого реального времени никогда не опоздает с реакцией на событие, система мягкого реального времени - не должна опаздывать с реакцией на событие.
2. Тенденции развития средств автоматизации как систем реального времени. Методология планирования. Стандартизация средств. Открытость систем. Идеология использования модульных средств. Аутсорсинг. Сквозной доступ к информации. Быстродействующие сетевые магистрали. Сетевые операционные системы. Сетевые СУБД. Открытость прикладных программ: OLE, DDE/NetDDE, COM/DCOM, ActiveX, SQL, ODBC, Intranet.
Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУТП).
В основе лежит технологический процесс. Есть СУ и ТОУ (технологический объект управления), характеризующийся большой размерностью сигналов; сложная неявная связь между входами и выходами АСУТП.
Основные режимы: пуск, остановка, нормальный, аварийный.
Особенности АСУТП: современные автоматические средства; человек - субъект труда с функцией принятия управляющих решений; переработка технической и технико -экономической информации; многоуровневая иерархическая структура.
Классификация и характерные особенности АСУТП:
по типовым задачам управления:
АСУТП для обеспечения стабилизации заданного рационального или оптимального режима;
АСУТП, отрабатывающие с заданной точностью заданные или непрерывно задаваемые изменения технологического процесса;
АСУТП, самостоятельно выбирающие наилучший по какому - либо признаку технологический режим
по характеру технологического процесса:
непрерывные;
дискретные.
Особенности современных АСУТП: высокая производительность, огромные объёмы памяти.
Технологические процессы обычно случайны, однако бывает возможно свести технологический процесс к детерминированному. Большинство АСУТП относится к СРВ.
О
сновные
направления развития АСУ.
УТП - управление технологическим процессом.
УПКР - управление проектами и конструкторскими разработками.
Происходит взаимное проникновение САПР, САУ и АСУТП на основе единого информационного пространства (единой БД), сближение стандартов и интерфейсов аппаратных и программных средств, сетевые технологии. Это позволяет уходить от зависимости от разработчика.
Методология планирования (производства);
- бизнес - планирование;
- планирование производственных процессов.
MRP (Material Requirements Planning) - обеспечение необходимого количества требуемых материалов — комплектующих в любой момент времени в рамках сроков планирования наряду с возможным уменьшением постоянных запасов.
Добавление к MRP замкнутого цикла (closed loop).
MRPII (Manufacture Resource Planning) - планирование ресурсов производства -расширение MRP через учёт влияния окружающей среды (природы).
В последние годы добавляется также финансовое планирование - FRP (Finance Resource Planning).
Объединение MRPII и FRP - планирование ресурсов предприятия (ERP - Enterprise Resource Planning).
Стандартизация средств.
Направлена на развитие программных и технических средств.
Открытость систем: унификация интерфейсов (патенты и авторские права, отсутствие лицензионной платы за использование стандартов, право собственности у некоммерческих организаций, стандарты - результат открытого обсуждения).
Основное направление открытости - стандартизация.
Aутсо́рсинг — передача организацией определённых (бизнес-)процессов или производственных функций на обслуживание другой компании, специализирующейся в соответствующей области.
Идеология использования модульных средств.
Подходы: интегрирование СУ, эволюционный ход развития (наращивание систем) -порождает эволюционный метод программирования.
CPI(Continues Process Improvement) реализация этого метода возможна лишь при модульном подходе. Модули называются универсальными настраиваемыми элементами.
Данному методу соответствуют и программные, и аппаратные технологии: COTS (Commercial) ROTS (Rugged) MOTS (Military)
Сетевые СУБД.
Основными в настоящее время являются Oracle, Sybase, Informix, SQL Server. Они работают достаточно медленно, и их применение в СРВ часто невозможно. Поэтому создаются оперативные БД и склады данных. Склады данных организуются по отдельным предметным областям, имеют средства интеграции и усреднения данных, хранят их обобщённые значения за разные интервалы времени. Данные обновляются только через определённые промежутки времени. Склады данных консолидируют определённые срезы информации от ряда работающих на предприятии оперативных СУБД.
Сетевые операционные системы
Сетевая операционная система составляет основу любой вычислительной сети. Каждый компьютер в сети в значительной степени автономен, поэтому под сетевой операционной системой в широком смысле понимается совокупность операционных систем отдельных компьютеров, взаимодействующих с целью обмена сообщениями и разделения ресурсов по единым правилам - протоколам. В узком смысле сетевая ОС - это операционная система отдельного компьютера, обеспечивающая ему возможность работать в сети.
3. SCADA-системы. Компоненты систем контроля и управления. Функциональные возможности. Аппаратно-программная платформа. Открытость SCADA-программ. Стоимостные характеристики. Эксплуатационные характеристики.
Компоненты систем контроля и управления.
Нижний уровень (контроллерный) - уровень объекта: датчики хода технологического процесса, электроприводы. Датчики поставляют информацию программируемым логическим контроллерам (PLC), которые выполняют: сбор и обработку информации о параметрах технологического процесса; управление электроприводами и другими исполнительными механизмами; решение задач автоматического логического управления. Особенность контроллеров: обрабатывают информацию на месте, как следствие - сниженные требований к линиям связи. Требования к контроллерам: надёжность, минимальное время реакции.
С контроллеров информация может идти в сеть диспетчерных точек или на контроллеры верхнего уровня (интеллектуальные). Их функции: сбор данных с локальных контроллеров; обработка данных, включая масштабирование; поддержание единого времени в системе; синхронизация работы подсистем; организация архивов по выбранным параметрам; обмен информацией между локальными контроллерами и верхним уровнем; работа в автономном режиме; резервирование КПД. Верхний уровень - обычно диспетчерский пункт - это одна или несколько станций управления в виде АРМов (автоматизированных рабочих мест), сервер БД, рабочие места для специалистов.
SCAD A - системы. (Supervisory Control Data Acquisition).
SCADA - это набор программ, реализующих основные функции визуализации измеряемой и контролируемой информации, передачи данных и команд в систему контроля и управления; позволяет сократить проектные разработки, автоматизировать взаимодействие диспетчера и объекта.
SCADA - системы сейчас в основном 32 - разрядные, с клиент - серверной архитектурой, связь - по промышленной сети (для малых систем - по локальной, для больших - обычно распределённая архитектура). В больших сетях один клиент может взаимодействовать с несколькими серверами.
Задачи SCADA: автоматизированная разработка ПО без реального программирования; средства исполнения прикладных программ; сбор первичной информации от устройств нижнего уровня; обработка первичной информации; регистрация предупреждений; хранение информации с возможностью последующей обработки (хранение обычно на контроллерах верхнего уровня, данные можно отправлять на обработку, записывать в БД); визуализация информации.
Функциональные возможности SCADA - систем:
векторная графика с набором элементов в цвете;
широкий набор графических примитивов изображения производственных объектов;
импорт и экспорт растровых изображений в ряде типовых форматов;
сохранение и тиражирование созданных мнемосхем, образов и кадров;
возможности анимации и мультимедиа;
обработка сообщений и тревог;
вывод тревог на пейджеры, сотовые телефоны в виде речевых сообщений;
наличие визуализации технико - экономических, учётных и статистических показателей контролируемого процесса;
набор операторов, архивных и смешанных трендов.
Аппаратно - программная платформа.
Технические средства могут быт любыми, обеспечивающими заданную обработку данных.
Стоимостные характеристики при оценке SCADA - систем:
стоимость программно - аппаратной платформы;
стоимость освоения;
сопровождение системы.
Эксплуатационные характеристики (достаточно субъективны):
удобство интерфейса среды разработки;
качество документации, её полнота, русификация;
поддержка со стороны создателей.
4. Передача данных. Последовательная передача данных. Синхронная передача данных. Коды данных. Симплексная, дуплексная и полудуплексная передача данных.