3.Проблема связи между уровнями в многоуровневых мпс

Большое распространение получили в настоящее время АСУ ТП и ИВК различного назначения, организованные как двухуровневые, причем на верхнем уровне, как правило, располагается IBM PC-совместимая ПЭВМ, а на нижнем - контроллеры, реализованные на микропроцессорных комплектах или однокристальных микроЭВМ.

Рассмотрим проблемы обмена информацией в таких двухуровневых системах, где процессы обработки информации на нижнем уровне отделены от информационных процессов верхнего уровня не только в пространстве, но и во времени.

Контроллеры нижнего уровня постоянно связаны со своими объектами управления (ОУ), принимая от них информацию о состоянии объекта (процесса) и выдавая на ОУ управляющие воздействия.

Информация о состоянии объекта может подвергаться предварительной обработке и накапливаться в памяти подсистемы нижнего уровня. На верхний уровень передается, как правило, обработанная и сжатая информация. С верхнего уровня на нижний в таких системах может передаваться управляющая программа для контроллера или только определенные параметры этой программы.

Примером подобной системы может служить АСУ испытаниями, устанавливаемая на движущемся объекте. В процессе ходовых испытаний контроллер нижнего уровня собирает информацию с различных датчиков, обрабатывает ее по заданным правилам и накапливает в памяти. После окончания испытаний (этапа) накопленная информация должна быть передана на верхний уровень системы (в ПЭВМ) для окончательной обработки, документирования и визуализации.

Другим примером может служить система управления и контроля испытаний различных изделий в условиях серийного производства (например, цифровых электронных блоков, аккумуляторов и т.п.). Контроллер управляет специализированным испытательным стендом, задавая режим испытаний, формируя тестовое воздействие, фиксируя и обрабатывая реакцию проверяемого изделия. Множество стендов со своими контроллерами работают независимо друг от друга, проводя различные или одинаковые испытания и накапливая результаты, которые через определенные промежутки времени должны поступать на верхний уровень АСУ ТП.

Связь между уровнями в таких системах осуществляется не постоянно, а сеансами, причем промежутки времени между сеансами связи могут составлять от десятков минут до десятков часов, а объем информации, передаваемой в сеансе, относительно невелик - 10² .. 10⁴ байт. Поэтому подобные системы естественно назвать “слабо связанными”. Ниже обсуждаются различные варианты организации связи в двухуровневых слабо связанных системах.

Варианты организации связи:

• через общее поле памяти;

• по последовательному каналу;

• по параллельному каналу;

• с помощью мобильных блоков памяти (в том числе на магнитных носителях).

Наиболее естественным представляется осуществлять обмен между уровнями слабо связанной АСУ ТП с помощью накопителя на гибких магнитных дисках (НГМД), тем более, что в ПЭВМ верхнего уровня предусмотрено такое устройство. Однако, снабжать контроллеры устройством НГМД, как правило, нецелесообразно - во первых из-за достаточно высокой стоимости НГМД и, во вторых - из-за низкой надежности работы НГМД в полевых и производственных условиях.

Тем не менее, идея транспортировки информации на “переносном” носителе представляется привлекательной. Следует лишь исключить ненадежные в данном применении механические компоненты. Учитывая небольшой объем информации, передаваемой между уровнями в сеансе связи, можно использовать небольшой переносной блок статического ОЗУ (объем - 4 .. 16 Кбайт) с автономным питанием. Как в контроллере, так и в ПЭВМ, должны быть предусмотрены специальные аппаратные и программные средства связи с переносным ОЗУ. Очевидно, что с целью упрощения аппаратуры переносного блока системы связи в контроллерах и ПЭВМ должны быть идентичны.

При организации обмена между ПЭВМ или контроллером и переносным ОЗУ(ПОЗУ) по параллельному каналу сам блок ПОЗУ получается наиболее простым. Он включает в себя статическое ОЗУ объемом 2 .. 16 Кбайт и схему автономного питания. Блок сопряжения с ПЭВМ размещается в любом свободном слоте системной шины. Он представляет собой группу 8-разрядных портов, реализованных на регистрах или контроллере параллельного обмена и обеспечивающих передачу адреса ПОЗУ, данных и управляющих сигналов. Установленные порты размещаются в свободных адресах пространства ввода/вывода. Структура блока сопряжения с контроллером зависит от конкретной реализации контроллера нижнего уровня. Как правило контроллер реализуется по открытой архитектуре с возможностью доступа на системную шину. В этом случае структура блока сопряжения с контроллером может быть аналогична структуре блока сопряжения с ПЭВМ. Для управления обменом с ПОЗУ в составе ПО на каждом уровне системы должны быть предусмотрены соответствующие драйверы. Недостатком организации связи по параллельному каналу является большое число разъемных соединений, что снижает надежность транспортировки информации.

Резко уменьшить число разъемных соединений позволит организация связи по последовательному каналу. Поскольку объем передаваемых в сеансе данных невелик, переход на режим последовательного обмена практически не отразится на длительности сеанса связи даже при низких частотах обмена (1200 бод), обеспечивающих высокую надежность передачи. Учитывая, что в ПЭВМ предусмотрены стандартные порты последовательного обмена и реализован стандартный протокол RS-232, отпадает необходимость в блоке сопряжения с ПЭВМ. При организации последовательного обмена целесообразно реализовать контроллер нижнего уровня АСУ ТП на микроЭВМ со встроенным блоком последовательного обмена (например, К1816ВЕ51). В этом случае отпадает необходимость в блоке сопряжения и со стороны контроллера. Однако, для поддержки протокола последовательного обмена необходимо включить в состав блока ПОЗУ собственный активный контроллер последовательного обмена (удобнее всего - на базе той же микроЭВМ серии К1816), что значительно усложняет структуру блока ПОЗУ. Для повышения надежности обмена можно полностью исключить разъемные соединения с ПОЗУ, предусмотрев связь по ИК-каналу. Однако, такое решение потребует разработку дополнительно нестандартного для ПЭВМ оборудования ИК-связи.

В случае, когда на нижнем уровне располагается простой 8-разрядный контроллер (например, К1816ВЕ48), организация связи потребует разработки дополнительных аппаратных и программных средств. Одним из удачных способов решения проблемы организации связи между уровнями можно считать выбор специальной микроЭВМ нижнего уровня, в которой предусмотрен режим работы в роли внешнего устройства для ЦВМ верхнего уровня.