книги из ГПНТБ / Гинзбург, И. Б. Автоматическое регулирование и регуляторы в промышленности строительных материалов учебник

в) с помощью набора на клавиатуре телетайпов и электри­ ческих пишущих машинок, использующихся в качестве ввод­ ного устройства. Скорость ввода через клавиатуру телетайпов и пишущих машинок невелика, зависит от квалификации опера­ тора и составляет в среднем 2—3 знака в 1 с.

Однако основным способом ввода данных в ЭЦВМ является ввод с перфокарт и перфолент. Перфокарты и перфоленты — на­ иболее распространенные средства запоминания данных. Пер­ фоленты и перфокарты используются также в качестве средств хранения информации. Их использование обеспечивает наибо­ лее высокую скорость ввода данных в машину.

В качестве выводных устройств в ЭЦВМ служат телетайпы (телеграфные аппараты), электрические пишущие машинки, перфораторы карт, ленточные перфораторы и некоторые другие технические средства. Пишущие машинки и телетайпы имеют невысокую скорость вывода данных (порядка около 1 0 алфавит­ но-цифровых знаков в 1 с). Наряду с пишущими машинками и телетайпами распространение получили типовые скоростные вы­ водные устройства — ТБПМ. Выводимые числа данное устрой­ ство печатает столбиком на узкую бумажную ленту. Скорость вывода — 2 0 многозначных чисел в 1 с.

Некоторые электронно-вычислительные машины оснащены выводными устройствами, обеспечиваюіцими вывод данных

ввиде широких таблиц с цифровой и алфавитной печатью. При­ мером такого выводного устройства может служить АЦПУ-128, которое обеспечивает вывод данных со скоростью до 400 строк

в1 мин.

ВЭВМ, использующихся для механизации и автоматизации планово-экономических задач, в качестве выходных устройств могут использоваться перфораторы карт. Скорость вывода дан­ ных на перфораторы составляет обычно 1 0 0 — 2 0 0 карт в 1 мин. Скорость вывода данных на бумажную перфоленту — около 20 алфавитно-цифровых знаков в 1 с. В некоторых машинах ре­ зультаты вычислений и другие данные выводятся на магнитную ленту с последующей перезаписью на печать.

Память ЭЦВМ обладает высокой скоростью приема и вы­ дачи информации, большой емкостью и надежностью работы. В настоящее время машины оснащают двумя типами запоми­ нающего устройства ЗУ — внутренним (оперативная память) и внешним (накопители). Оперативное запоминающее устройство ОЗУ предназначается для приема, хранения и выдачи информа­ ции, непосредственно используемой в процессе. ОЗУ характери­ зуется высоким быстродействием и относительно небольшой ем­ костью (от 1024 до нескольких десятков тысяч чисел). Емкость

команд, второй — это числовые значения.

180

В качестве внешних запоминающих устройств ВЗУ приме­ няются магнитные ленты, магнитные барабаны и магнитные диски. Достоинство запоминающего устройства на магнитной ленте заключается в возможности хранения большого количе­ ства информации (порядка сотни тысяч на одной ленте). Недо­ статком магнитных лент является относительно низкая скорость выборки определенной информации, записанной на ленте, соп­ ряженная с перематыванием ленты и поиском соответствующей зоны ленты, где записана данная информация; возможность искажения записей под действием различных внешних факторов.

Эти недостатки ликвидируются при замене магнитной ленты магнитным барабаном. Запись данных и считывание их с бара­ бана в принципе ничем не отличаются от записи и считывания

смагнитной ленты. Размеры и скорость вращения магнитных барабанов могут быть разные. Вблизи поверхности барабана укреплены записывающие головки.

Впоследнее время стали применяться магнитные диски, ко­ торые представляют собой набор нескольких дисков, покрытых

собеих сторон ферромагнитным сплавом, расположенных на од­ ной оси на некотором расстоянии друг от друга. Параллельно оси перемещаются рычаги со считывающей и записывающей го­

ловками, которые по команде в течение примерно 1 с могут за­ писать данные в любое место и считать их. Диски вращаются непрерывно с высокой скоростью. На каждой стороне дисков имеются магнитные дорожки в виде концентрических окружно­ стей. Общая емкость такого устройства может достигать 2 0 0 млн. слов 1 0 0 -разрядных чисел со временем выборки любого слова за 0,4 с. Запись и выборка производятся в любой по­ следовательности.

Внешнее запоминающее устройство является резервом памя­ ти. В процессе работы ЭЦВМ между ВЗУ и ОЗУ по мере необ­ ходимости производится обмен информацией. ВЗУ более мед­ ленное устройство, чем ОЗУ, но зато обладает значительно большей емкостью.

Арифметическое устройство АУ обеспечивает выполнение арифметических и логических операций. Устройство управления УУ обеспечивает автоматическую совместную работу всех уст­ ройств машины, начиная со ввода данных и кончая выводом результатов и организацией контроля за работой ЭЦВМ. Уст­ ройство управления обеспечивает выполнение следующих важ­ нейших функций: автоматический ввод программы и исходных данных, расшифровку, выполнение команды программы и за­ пись результатов в памяти, контроль за ходом работы ЭВМ со стороны оператора.

В устройство управления входит пульт ручного управления, предназначенный для осуществления контроля за ходом вычис­ лений и оперативного управления работой машины. В случае необходимости ручное управление позволяет производить пуск,

181

остановку, внесение необходимых изменений в порядок вычис­ лений, контроль правильности вычислений и т. и. Сигнализа­ ция, которой оснащается пульт ручного управления, отражает режим работы машины и ее состояние. В машинах последних выпусков предусматриваются пульт инженера и пульт опера­ тора. Пульт инженера служит для контроля и управления ра­ ботой машины. Пульт оператора оснащен пишущей машинкой и дополнительными тумблерами для обращения к машине, вы­ вода информации на печать и т. п. Он предназначен для непо­ средственного обращения к машине с целью отладки и решения задач.

Пульт управления позволяет человеку вмешиваться в ра­ боту ЭВМ. Обычно на пульте управления имеется несколько тумблерных регистров, на которых можно набрать машинные слова; ряд кнопок, при нажатии которых происходят пуск ма­ шины, ее останов или ввод в те или иные ячейки памяти; па­ нель сигнализации, на которой имеется несколько сигнальных регистров, позволяющих судить о состоянии устройств ЭВМ или о содержимом ее ячеек. Сигнальные регистры реализуются в виде ряда лампочек (обычно неоновых).

При многопрограммной работе ЭВМ в оперативной памяти центрального процессора, кроме нескольких выполняемых про­ грамм, должна находиться еще программа, организующая ра­ боту самой ЭВМ. Для нее отведена самостоятельная часть за­ поминающего устройства. Такая программа называется диспет­ чером и служит для организации многопрограммной работы вычислительной машины.

В качестве примера приведем технические характеристики ЭЦВМ типа «Минск-22», получившей в последние годы наи­ большее распространение и используемой для решения широ­ кого круга инженерно-технических и планово-экономических задач.

Машина работает в двоичной системе счисления, разрядная сетка — 37 двоичных разрядов, включая знаковый. Способ пред­

памяти машины может быть подключено 4 блока магнитной ленты общей емкостью до 5 млн. слов. Скорость записи и счи­ тывания с магнитной ленты — 2,5 тыс. слов в 1 с (без затрат времени на поиск зоны).

Информация в машину поступает с перфокарт со скоростью 300 карт в 1 мин и с перфолент со скоростью 800 знаков в 1 с. Вывод результатов вычислений производится на узкую бумаж­ ную ленту быстродействующего цифрового печатающего уст­

182

«Минск-32». В отличие от «Минск-22» она имеет большую ем­ кость оперативной памяти (до 65536 37-разрядных слов); воз­ можность многопрограммной работы; возможность подключе­ ния к машине до 64 внешних устройств, связанных с машиной по универсальным принципам; наличие быстрого канала, позво­ ляющего подключать внешние накопители типа магнитных лент, магнитных барабанов, дисков, магнитных карт; возмож­ ность одновременной работы внешних устройств быстрого и медленного каналов; наличие специальной аппаратуры конт­ роля и защиты программ.

В настоящее время завершается освоение вычислительных машин третьего поколения из серии ЕС.

Наряду с аппаратурой ЭЦВМ необходимым компонентом вычислительной техники являются средства математического обеспечения. Система математического обеспечения представ­ ляет собой комплекс программных средств. Различают две части математического обеспечения вычислительных систем — внутреннее и внешнее.

Внутреннее математическое обеспечение содержит:

1.Эксплуатационные программы, состоящие из тестов и ди­ агностических программ, проверяющих правильность функцио­ нирования оборудования.

2.Программу диспетчерской системы («диспетчер» или «су­ первизор»), обеспечивающую взаимодействие входящих в вы­ числительную систему устройств таким образом, чтобы дости­ галась максимальная эффективность использования машинного времени. С этой целью программа-диспетчер организует муль­ типрограммный режим работы и режим разделения машинного времени при одновременном обслуживании нескольких потре­ бителей. Программа-диспетчер обычно содержит несколько де­ сятков тысяч машинных команд.

3.Программы для организации хранения и выборки данных. Во внешнее математическое обеспечение включаются:

КОБОЛ и др. Для автоматического перевода записи задачи на алгоритмическом языке в машинную программу используются специальные программы — трансляторы.

2. Библиотеки стандартных программ для решения типовых научно-технических задач, задач обработки данных и др.

Помимо указанных универсальных средств математического обеспечения, каждый разработчик создает и включает во внед­ ряемую систему математического обеспечения программы ре­

183

шения своих задач. Вычислительные машины поставляются комплектно с системами математического обеспечения.

Управляющие вычислительные машины. Получает сведения от датчиков, характеризующих состояние технологического про­ цесса, осуществляет необходимые расчеты по установленной программе и вырабатывает управляющие воздействия на регу­ лирующие органы объекта управления управляющая вычисли­

тельная машина (УВМ).

На предприятиях промышленности строительных материа­ лов используются вычислительные и управляющие вычислитель­

жны быть унифицированы (0—5 мА, 0—10 В), число датчиков не должно превышать 259.

Кроме сигналов аналоговых датчиков, на вход машины может

выключено»). Релейные датчики Рі подключаются непосредст­ венно в УСО. Опрос всех датчиков (аналоговых и релейных) осуществляется по программе согласно алгоритму управления объектом, введенному в машину.

Вычислительная часть машины включает в себя оператив­ ное запоминающее устройство ОЗУ, пассивное запоминающее устройство ПЗУ, арифметическое устройство и устройство уп­ равления УАУ. В ОЗУ осуществляются запись и считывание информации в процессе поступления данных с датчиков. ОЗУ состоит из четырех (максимально из восьми) блоков с объемом памяти каждого блока 512 двоичных 26-разрядных слов. Общий объем оперативной памяти составляет, таким образом, 2048 пли 4096 слов. ПЗУ служит для хранения различных констант и стандартных подпрограмм, которые вводятся в ПЗУ заранее.

184

ПЗУ работает только на считывание и имеет объем памяти до 3072 слов. При необходимости в ПЗУ могут быть изменены константы и подпрограммы. Программа может записываться и в ОЗУ путем ввода в машину с телеграфной перфоленты со скоростью 45 чисел в 1 с. В качестве внешнего запоминающего устройства к УВМ может быть подключен накопитель на маг­ нитной ленте НМЛ емкостью 120 000 слов.

В арифметическом устройстве производятся элементарные арифметические и логические действия над числами, вводимыми с датчиков и пульта оператора и хранящимися в ОЗУ и ПЗУ. Быстродействие— 10 000 операций в 1 с, система счислений — двоичная, форма представления чисел — с фискированной запя­ той, разрядность — 26 слов.

Результаты вычислений и соответствующие команды посту­ пают в выводные устройства УВВ и в блоки связи с регули­ рующими органами управления объектом. Выходная цифровая информация преобразуется блоком цифроаналогового преобра­ зователя ЦАП в выходные аналоговые сигналы. Машина рас­ считана на подключение от 15 до 60 аналоговых исполнитель­ ных устройств пропорционального регулирования.

Блоки релейных выходов Р2 преобразуют выходную инфор­ мацию в релейные выходные сигналы. К машине можно под­ ключить до 240 двухпозиционных исполнительных устройств. Цифровая информация, поступающая в УВВ, печатается на двухцветной пишущей машинке УП со скоростью 7 знаков в 1 с, на цифропечатающем устройстве ТБПМ-16/1200 со скоро­ стью 20 строк в 1 с, на пятидорожечной перфоленте УВПЛ со скоростью 2 0 строк в 1 с, передается на телеграфный аппарат

УВВТ.

А г р е г а т н а я с и с т е м а с р е д с т в в ы ч и с л и т е л ь н о й т е х н и к и (АСВТ). Комплекс АСВТ представляет собой набор агрегатных устройств с унифицированными связями, оптималь­ ных для каждого конкретного случая в зависимости от круга решаемых задач. Q h позволяет компоновать информационные или управляющие системы как для отдельных технологических объектов, так и для цехов и предприятий в целом с любой структурой. Работой УВМ, собранной на базе АСВТ, управляет процессор, выполняющий полную систему команд АСВТ и ра­ ботающий по программе, хранящейся в оперативной памяти или внешних накопителях.

Процессоры (устройства центрального управления и обра­ ботки информации) делятся на специализированные (СПр) и универсальные (УПр). Специализированный процессор предна­ значен для решения несложных задач. Он может быть исполь­ зован в системах централизованного контроля и управления технологическими процессами, в информационно-измерительных системах, а также в составе сложных вычислительных комплек­ сов в качестве дополнительного устройства переработки инфор­

185

мации. Универсальный процессор является основой, на базе ко­ торой организуются вычислительные комплексы автоматизиро­ ванных систем управления со сложными задачами.

Агрегатный принцип построения системы АСВТ позволяет компоновать универсальные процессоры различной сложности с разным составом устройств. Различают следующие типы УВМ, входящие в состав средств АСВТ: М-1000, М-1010,

М-2000, М-3000, М-4000, М-6000. В машинах М-1000, М-1010,

М-6000 используется специализированный процессор, в М-2000, М-3000 и М-4000 — универсальный процессор. Кроме устройств управления и переработки информации (процессоров), в АСВТ входят устройства хранения информации, связи с объектом, связи с оперативным персоналом, ввода—вывода, внутриси­ стемных связей. Устройства, разработанные па полупроводнико­ вых элементах, получили название АСВТ-Д, на микроэлектрон­ ной базе — АСВТ-М.

Наиболее перспективен набор агрегатных модулей АСВТ-М, выполненный на микроэлектронной базе (третье поколение). В частности, из этих модулей на базе процессора М-6000 ком­ понуется управляющая вычислительная система, которая может быть использована:

а) в качестве систем централизованного контроля техноло­ гических параметров;

б) для исследования технологических процессов и расчета технико-экономических показателей;

в) для оптимизации технологических процессов; г) в качестве систем прямого цифрового управления техно­

логическими процессами.

Набор агрегатных модулей АСВТ-М обеспечивает: а) быстродействие до 200 000 операций в 1 с;

б) емкость запоминающего устройства 8192 слова с возмож­ ностью наращивания до 32 768 слов;

в) длину слова 16-двоичных разрядов; г) систему команд двухадресную с плавающей запятой;

д) высокую надежность (среднее время наработки на отказ вычислительного комплекса — 2000 ч);

е) возможность подключения быстродействующих каналов прямого доступа в память, выполняющих операции ввода — вывода без прерываний работы процессора;

ж) малые габариты.

Примеры компоновки устройств М-6000 даны на рис. 112. По функциональному назначению АСВТ-М подразделяется

на ряд устройств:

1. Вычислительный комплекс, выполняющий функции хра­ нения и переработки информации. В него входят специализиро­ ванный процессор СПр, оперативное запоминающее устройство ОЗУ, пассивное запоминающее устройство ПЗУ, устройство питания.

186

2. Устройство ввода — вывода, обеспечивающее прием ин­ формации с различных внешних носителей, преобразование, пе­ редачу ее в вычислительный комплекс, получение информации от вычислительного комплекса, преобразование и хранение ее на внешних накопителях. В устройство ввода —вывода входят: вводно-выводное устройство ВВУ на базе телетайпа Т-63, уст­ ройство ввода с перфоленты УВвПЛ и вывода на перфоленту

УВПЛ, устройство ввода с перфокарт УВвПК, устройство пе­ чати УПТ, накопитель на магнитных дисках НМД, станция ин­ дикации данных на электронно-лучевом индикаторе СИД.

Таким образом, к устройству ввода — вывода относятся внешняя память, устройства печати, устройства связи с опера­ тивным персоналом.

3. Устройство связи с объектом, которое принимает инфор­ мацию от аналоговых и дискретных датчиков, преобразует и передает ее в вычислительный комплекс, затем получает ин­ формацию от вычислительного комплекса и преобразует ее в аналоговые или дискретные сигналы для передачи их в при­ емные устройства. В устройство связи с объектом входят ана-

187

лого-цифровой преобразователь сигналов постоянного напря­ жения АЦП, усилитель сигналов низкого уровня УН, коммута­ тор сигналов низкого уровня КСНУ, модуль .группового управ­ ления МГУ, модуль ввода дискретной информации МВвДИ, мо­ дуль импульсного управления МИУ, модуль группового управ­ ления выводом дискретной информации МУВ, модуль кодового управления бесконтактный МКУБ, модуль управления МУ, циф­ роаналоговый преобразователь ЦАП.

4. Устройства-согласователи, выполняющие функции преоб разования сигналов при передаче их между различными вычис­ лительными системами и отдельными устройствами.

Наряду с разнообразными техническими средствами в со­ став М-6000 входит развитая система математического обеспе­ чения. '

2 . Функциональные подсистемы АСУ

Автоматизированные системы управления (АСУ) с точки зрения выполняемых функций можно разделить на две основ­ ные группы:

1. Автоматизированные системы управления технологиче­ скими процессами (АСУТП).

2. Автоматизированные системы управления предприятиями (АСУП).

Объектами для АСУТП являются различные промышленные агрегаты, установки, процессы, для которых разработаны или разрабатываются алгоритмы управления, например различные печи (вращающиеся обжиговые в цементной промышленности II промышленности стеновых материалов, туннельные в произ­ водстве строительной керамики, ванные в стекольной промыш­ ленности), мельницы во всех отраслях и т. п. АСУТП исполь­ зуются для управления не только каким-либо одним агрегатом или группой аналогичных агрегатов или установок, но также для управления участками производства, включающими не­ сколько разнотипных агрегатов (например, процессом приготов­ ления шлама заданного химического состава, в котором участ­ вуют дробильно-помольные агрегаты, вертикальные и горизон­ тальные шламбассейны, насосные).

Управление группой одинаковых агрегатов или участком производства, состоящим из разных агрегатов, но выполняю­ щим единую технологическую задачу, является функцией под­ систем АСУТП. П о д с и с т е м а — это выделенная по опреде­

ленному признаку часть системы.

Каждая из подсистем АСУТП имеет самостоятельное зна­ чение и может внедряться на предприятиях как индивидуально, так и в совокупности нескольких подсистем. Вопрос о составе технических средств для АСУТП решается в соответствии с объ­ емом внедряемых подсистем.

188

Объектами для АСУП являются системы организационно­ административного управления. Они осуществляют календарное планирование и учет, контроль материальных запасов, начис­ ление заработной платы, управляют сбытом и т. д.

3. Структура АСУ

Приведенное распределение функций по подсистемам АСУ до некоторой степени условно. Практически не исключаются случаи, когда одна система может выполнять задачи разных функциональных подсистем. Например, системы первой группы решают некоторые из задач второй группы, и, наоборот, си­ стемы второй группы способны в ряде случаев решать задачи по управлению технологическим процессом.

Учитывая это, можно считать, что для небольших объектов с ограниченным числом датчиков и регулирующих органов и небольшим числом подсистем управления АСУ может иметь одну иерархическую ступень (один уровень). Для сложных объ­ ектов с большим и разнообразным числом подсистем целесооб­ разно систему управления выполнять в две ступени. При этом функции ступеней управления различны. Например, на первой ступени решаются задачи стабилизации процесса в агрегатах, на второй ступени — более сложные задачи — оптимизации процесса. Или на первой ступени решаются задачи управления агрегатами, на второй — задачи организационно-административ­ ного управления предприятием в целом.

В качестве технических средств воплощения АСУ могут быть использованы как малые, так и большие управляющие вычис­ лительные машины. Структурная схема АСУ может быть как одно-, так и многомашинной. Рассмотрим возможные варианты структуры АСУ применительно к цементному производству.

I вариант (рис. 113) — простейший, когда на одну УВМ воз­ лагают функции одной из подсистем АСУТП, как правило — управление агрегатами одного из цехов, или соответственно одна ЭЦВМ решает задачу группы подсистем АСУП.

И вариант, когда одна УВМ управляет технологическими процессами основных агрегатов во всех цехах цементного за­ вода— сырьевом, печном и помольном. Она решает все задачи контроля и управления отдельными агрегатами цехов.

III вариант состоит в том, что УВМ, кроме управления всеми агрегатами завода (функции АСУТП), принимает на себя и функции управления производством, т. е. АСУП. В этих слу­ чаях средства вычислительной техники сосредоточиваются на одном посту управления. Для первого варианта это местный пост управления, для II и III вариантов пост управления носит название центрального.

IV вариант — самый сложный, когда в каждом из цехов ус­ танавливаются УВМ (местные посты управления) для решения

189