Konspekt_lektsionnykh_zanyaty_MKvSU

1)микроконтроллерами, предназначенными для замены устройств электроавтоматики на крупносерийном и массовом производстве – релейных и логических схем, командных аппаратов; такие ПМК логического типа появились на базе развития и слияния средств вычислительной техники на МП, релейной бесконтактной автоматики и циклового программного управления технологическим оборудованием, и именно логические ПМК положили начало

вряду программируемых контроллеров;

2)микроконтроллерами, предназначенными для реализации алгоритмов регулирования, динамического и нелинейного преобразования аналоговых и дискретных сигналов в системах автоматического регулирования; такие ПМК регулирующего типа заменяют аналоговые, импульсные и цифровые регуляторы;

3)микроконтроллерами координирующего типа, предназначенными для реализации функций программных задатчиков, специальных алгоритмов логико-командного управления периферийными устройствами, функций координирующей микроЭВМ в распределенном управлении (ведущий контроллер).

6.2 Структурная организация ИУВК. Модульная организация ГСП и многоуровневая система унифицированных интерфейсов позволяют компоновать специфицированные комплексы технических средств АСУ ТП, полностью учитывающие особенности управляемого процесса. Такие комплексы разрабатываются чаще всего не как уникальный комплекс технических средств, объединяющий совокупность отдельных модулей (хотя такая возможность имеется), а как расширение базовых и терминальных ИУВК, серийно выпускаемых промышленностью и обеспечивающих выполнение типовых задач АСУ ТП.

В соответствии с функционально-целевым назначением промышленность выпускает терминальные и базовые вычислительные комплексы, обеспечивающие решение типовых задач АСУ ТП следующих уровней:

1.Уровень формирования дискретного сообщения. Формирователями сообщений являются аналоговые и дискретные датчики, удовлетворяющие требованиям ГСП. В качестве источников информации могут быть датчики ручного ввода и пульты оператора-технолога. Источники информации этого уровня имеют последовательный или параллельный низкоскоростной ввод.

2.Уровень регистрации и диспетчеризации сообщений. Сообщения, поступившие с рабочих мест, контролируются (аппаратно), привязываются к временным меткам и концентрируются. Аппаратура уровня может работать в режиме накопления и в режиме передачи.

3.Уровень терминального процессора. Терминальный процессор выполняет роль программируемого мультиплексора, обеспечивая прием и передачу информации на различных скоростях и различной разрядности. К нему могут быть подключены высокоскоростные источники и, в частности, мини и микро ЭВМ, осуществляющие управление локальными подсистемами АСУ ТП.

61

4.Уровень коммутации сообщений от подсистем сбора и первичной обработки информации. Терминальные процессоры могут непосредственно подключаться к аппаратуре более высокого уровня. Если же число терминальных процессоров велико (мультиплексный канал ЭВМ пятого уровня не успевает осуществлять прием информации), то необходимо использовать аппаратуру четвертого уровня (АДАПТЕР), которая осуществляет накопление, контроль, частичную обработку данных и передачу их на пятый уровень.

5.Уровень многомашинных комплексов. Аппаратура этого уровня позволяет объединять ЭВМ различных классов в единый комплекс.

Техническая реализация АСУ ТП в виде многомашинного иерархического комплекса, управляющего в реальном времени технологическим оборудованием, осуществляется на базе многоуровневой системы унифицированных интерфейсов как магистрального, так и радиального типа, причем независимо от типа применение унифицированного интерфейса предполагает применение:

1.стандартных форматов информационных и управляющих сигналов, которыми обмениваются отдельные модули УВК;

2.стандартных форматов команд для всех устройств, присоединенных к общей информационной магистрали (команды в этом случае не отражают специфики периферийных устройств; с точки зрения процессора периферийные устройства отличаются только адресами регистров);

3.общих информационных магистралей для всех или для части периферийных устройств;

4.стандартных параметров сигналов, приемопередающих электронных схем и конструктивов.

6.3Структурная организация ИУВК с радиальным интерфейсом. ИУВК с радиальным интерфейсом представлены семейством АСТВ (архитектурная линия СМ-2):

—АСВТ Д (на дискретных элементах) — М6000, М7000;

—АСВТ М (на микроэлектронной базе) — СМ-1, СМ-2;

—АСВТ ПС (на перестраиваемых структурах)—МПК. СМ4401, СМ 50/60,

СМ 1634, СМ-2М, СМ 1210, ПС-3000.

Система АСВТ представляет собой набор агрегатных модулей (устройств) с унифицированными связями, из которых можно компоновать локальные и рассредоточенные многомашинные комплексы с заданными техническими параметрами.

6.4Структурная организация многомашинных комплексов на базе ИУВК с радиальным интерфейсом. Сложность и разнообразие функциональных задач, решаемых АСУ ТП, при заданной надежности КТС приводят к необходимости использовать в АСУ ТП несколько ИУВК, отличающихся по производительности и функциональному назначению и объединяемых в единый локальный или территориально-рассредоточенный комплекс.

Структурную организацию многомашинных комплексов на базе ИУВК с радиальным интерфейсом удобно рассматривать в системе АСТВ ПС. Основой для проектирования и реализации многомашинных комплексов для АСУ ТП в

62

АСВТ ПС является вычислительный комплекс СМ-2М, состоящий из следующих агрегатных модулей:

6.5 Структурная организация ИУВК с единой магистралью.

Информационно-управляющие комплексы с единой магистралью представляются семействами СМ ЭВМ (архитектурные линии СМ-3(4) и СМ 1800). Семейство архитектурно-совместимых (снизу вверх) микро- и миниЭВМ архитектурной линии СМ-3(4) представляется рядом: М-400, «Электроника 60», «Электроника НМС», СМ-3(4) «Электроника 100/25», CM 1420, «Электроника 100/79». Унифицированный интерфейс семейства мини- и микроЭВМ типа ОШ (UNIBUS) реализуется на основе единой магистрали с общей системой шин. В микроЭВМ рассматриваемого семейства ЭВМ используется модифицированный интерфейс с общей системой шин (Q — BUS), в котором в отличие от ОШ реализуется мультиплексная передача данных и адресов и сокращено число уровней прерывания.

Специфические особенности унифицированного интерфейса семейства ЭВМ СМ-4 позволяют создать высокопроизводительные специфицированные ИУВК, обеспечивающие решение задач автоматизированного управления технологическими процессами и предприятиями, а также задач автоматизации научных исследований и проектирования. Технические и программные средства семейства ЭВМ СМ-4 позволяют компоновать на основе типового ИУВК сосредоточенные и распределенные (с возможностью телеобработки) многомашинные (многопроцессорные) .информационно-управляющие и измерительные вычислительные комплексы (ИУВК и ИВК) и автоматизированные рабочие места различного назначения (АРМ).

Вместе с тем необходимо отметить, что унифицированный интерфейс ОШ имеет существенные ограничения по длине и нагрузочной способности. В связи с этим при компоновке ИУВК необходимо использование специализированных устройств из номенклатуры технических средств СМ-4, устраняющих эти ограничения, а именно:

-расширителей интерфейса (РИФ) СМ 4101;

-переключателя общей шины (ПШ) СМ. 4501;

-сегментатора интерфейса (СГИ);

-универсальных контроллеров (адаптеров) с выходом на малый интерфейс СМ ЭВМ: СМ 1420.6010 (ИРПС), СМ 1420.6209 (ИРПР), СМ 6002 (ИРПС и С2), СМ 8501 (ИРПС, С2 или токовая петля — 40 мА), СМ 8502 (С2 или токовая петля — 20 мА, 40 мА),СМ 8506 (2) и мультиплексор передачи данных на 16 каналовСМ 8513 (ИРПС, Cl, C2); СМ 6001 (ИРПР);

-адаптеров межпроцессорной связи;

-устройств межмашинных и межсистемных связей (устройства сопряжения вычислительных машин УСВМ А71118, интерфейсные платы СМ 0102) и другого оборудования.

Дадим краткую характеристику перечисленных специализированных устройств, используемых в составе ИУВК.

6.6 Структурная организация многомашинных комплексов на базе ИУВК с единой магистралью. Комплексная автоматизация современного производства

63

предполагает реализацию АСУ ТП в виде иерархической интегрированной децентрализованной системы управления, на основе многомашинной вычислительной системы — локальной управляющей вычислительной сети с распределенной обработкой данных. Разнообразие функциональных задач АСУ ТП и особенности решения каждой из задач приводят к необходимости разработки ЛУВС. Сложная топологическая структура ЛУВС, характеризуемая радиальными и магистральными (в том числе мультиплексируемыми) связями ИУВК, является одним из основных свойств распределенной АСУ ТП. Вторым необходимым свойством ЛУВС является повышенная надежность системы, которая должна проектироваться и выполняться как система, допускающая реконфигурацию технических и программных средств. Реконфигурация системы обеспечивается за счет избыточности оборудования и, в частности, избыточности межмашинных связей. Таким образом, локальная управляющая вычислительная сеть представляется неоднородной вычислительной системой, объединяющей различные по типу и по архитектуре ИУВК, работающие под управлением различных операционных систем, и допускающие реконфигурацию программных и технических средств. В связи с этим ЛУВС реализуется, как правило, в виде совокупности различных по архитектуре и топологии локальных вычислительных сетей (ЛВС), которые взаимодействуют через специализированные устройства — межсетевые шлюзы.

Впоследнее время при организации ЛУВС широко используется

мультиплексируемый моноканал, обеспечивающий высокую производительность при обмене информацией между узлами ЛВС, отказоустойчивость и простоту обслуживания (рис. 7.11). Широкое использование мультиплексируемого моноканала объясняется разработкой и выпуском специализированных БИС в МПК К588, ориентированных на работу

смоноканалом.

Всостав специализированных БИС МПК К588 входят: БИС адаптера канала К588ВГ6, БИС селектора адреса К588ВТ1, БИС контроллера прямого доступа в память К588ВТ2, БИС контроллера прерываний К588ВН1 и другие БИС. Учитывая наличие в МПК К588 микросхем контроллера аналогоцифрового (К588ВГ4) и цифро-аналогового (К588ВГ5) преобразователей, а также наличие двухпортовой буферной памяти с дисциплиной доступа «первый пришел— первый ушел» типа К1002ИР1, можно предположить, что мультиплексируемый канал найдет широкое применение в ЛУВС.

Взаключение отметим, что в распределенных системах управления используются как стандартные, так и нестандартные аппаратные и программные средства. Стандартные средства образуются совокупностью локальных вычислительных сетей, являющихся технической основой распределенной системы. Нестандартные средства требуют согласования на физическом уровне и требуют выполнения большого объема работ по программированию. Стандартизация безусловно снижает объем работ, но не устраняет необходимость работы с нестандартным оборудованием полностью.

Литература: 1осн.[1, 2, 3];2доп. [8]

Контрольные вопросы

64

1.Что такое насыщение системы?

2.Как называется устройство для хранения данных, получаемых при обработке информации?

3.Назначение команды управления.

4.Что такое пропускная способность шины?

5.Принцип работы последовательных АЛУ.

Как устроено многосвязное АЛУ.

Тема лекции 15: СОВРЕМЕННЫЕ МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ.

Содержание темы: Направления в архитектуре разрабатываемых микропроцессоров и микроконтроллеров.

Литература: 1 осн.[236-241]; 2 осн.[151-155].

Контрольные вопросы:

1.Основные понятия и определения.

2.Этапы развития МП системы.

3.Основные показатели эффективности функционирования МП комплексов, систем.

4.Отличия и особенности применения МП систем.

5.Назовите основные компоненты, достоинства и недостатки МПсистемы.

65

Список литературы Основная литература

1.Гиллер Г. Введение в микропроцессорную технику. – М., Мир, 1994.

2.Вершинин О.Е. Применение микропроцессоров для автоматизации технологических процессов. – Л.: Энергоатомиздат, Ленинградск. отд.,

1996 - 208 с.

3.Гуртовцев В.П. Программы для микропроцессоров. – МИИС, 1991.

4.Кэпс Ч., Стаффорд Р. Программирование на языке ассемблера и архитектура. – Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1991.

5.Жирнова О.В. Микропроцессорные комплексы в системах управления. Учебно-методический комплекс. Алматы, КазНТУ, 2006, 82 с.

6.Журналы «Современные компьютерные технологии» за 1997-2002г. подписной индекс 72419 по каталогу «Роспечати».

7.Журналы « Мир компьютерной автоматизации» за 1997-2002г.

8.Анкудинов И.Г. Микропроцессорные системы. Архитектура и проектирование: Учеб. пособие. – СПб.: СЗТУ.2003 – 109 с.

9.Гольденберг Л.М., Малев В.А., Малько К.Б. Цифровые устройства и микропроцессорные системы. Задачи и упражнения – М.: Радио и связь.

1992. – 256с.

10.М. Гук Современные микропроцессоры Pentium, Pentium II, Pentium III.

Издательство “Питер” 2000г.

Дополнительная литература

11.Олссон Г., Пиани Д. Цифровые системы автоматизации и управления. – Спб.:Невский диалект, 2001.-557с.

12.Цифровая обработка сигналов./Сергиенко А.Б. -Спб.: Питер, 2002.-608с. 13.Шалыто А.А. Логическое управление. Методы аппаратной и

программной реализации алгоритмов. - Спб.: Наука, 2000. – 780с. 14.Степоненко О. С. Компьютер внутри. Киев «Логос» 1998. –128.

15.Мячев А. А. Интерфейсы средств вычислительной техники. Справочник. М.: Радио и связь. 1997. – 352.

16.Вейсов Е.А. Непомнящий О.В. «Микропроцессоры и микроконтроллеры», Красноярск ИПЦ КГТУ 2002.- 560с.

17.О.В. Непомнящий «Микропроцессорные системы. Технология AtmelAVR систем» , Красноярск ИПЦ КГТУ 2002. – 109 с.

18.О.В. Непомнящий «Микропроцессорные системы. Технология Flash микроконтроллеров Motorola» , Красноярск ИПЦ КГТУ 2003. – 143 с.

Дж.Смит Сопряжение компьютеров с внешними устройствами. М.Мир,

2000.

66

Оксана Викторовна Жирнова

МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ КОМПЛЕКСЫ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ

Учебно-методический комплекс дисциплины (для специальности 5В070200 – Автоматизация и управление)

Редактор Техн. редактор

Протокол заседания кафедры «Автоматизация и управление» № _4__ «_03__» ___11_______ 2011г.

Протокол заседания УМС института «Информационных и

телекоммуникационных технологий» № _3__ «_21__» ____11______ 2011г.

Подписано в печать … 20…г.

Тираж … экз. Формат 60х84 1/16. Бумага типографская № 1. Объем … п. л. Заказ № … Цена договорная

Издание Казахского национального технического университета имени К.И. Сатпаева

Научно-технический издательский центр КазНТУ г. Алматы, ул. Ладыгина 32

67