книги / Технические средства автоматизации химических производств

111

Таблица 5.5. Устройства внутрисистемной связи и внешней памяти ТВСО-1

к ТОУ

Рис, 5,4, Структурная схема ТВСО-1

Для наиболее ответственных применений, в частности для НЦУ, предусматривают компоновку дублированных УВК из двух ТВСО-1. Структурная схема одного из полукомплектов дублированного комплекса приведена на рис. 5.4. Кроме двух полукомплектов, имею­ щих одинаковый состав и представляющих собой заказное исполнение метрологически аттестованного оборудования, имеется несколько общих узлов. При заказе общие узлы относят условно к одному из полукомплектов (ПК). Такими узлами являются „КРОСС”, коммутатор релейных сигналов А641-15 (на рисунке не обозначен) и переключа­ тель индикаторов „Прк”. Последний позволяет переключать моно­ хромный дисплей А543-13 (Дсп”) и цветной дисплей А543-14 („Цв Дсп”) с одного полукомплекта на другой. Переключатель „Прк” через графический и символьный контроллеры („Гр. Кнтр”, „См. Кнтр”) выходит на интерфейс ИУС.

К этому интерфейсу также подключены: микропрограммный про­ цессор А135-1/4—„Прц1” с ОЗУ объемом 128 Кбайт; позиционная

113

клавиатура „Поз.Кл.”; печатающее устройство А521-4 „У Печ”; блоки связи А711-25 „БС”, которые через аналогичные блоки „БС” выходят на ИУС любого ПК. Ко второй магистрали ИУС подключены: микро­ программный процессор СМ-50/60 („Прц2”) с ОЗУ объемом 128 Кбайт; накопитель на гибком магнитном диске СМ5636 („НГМД”); монохром­ ный дисплей ВТА-2000-15 М („Дсп”); накопитель на магнитной ленте СМ-5300 („НМЛ”); полупроводниковое устройство внешней памяти - УВПП; модули связи с объектом- „Мод.Св. с объектом”.

Особенности компоновки дублированных комплексов ТВСО-1 заключаются в следующем:

а) все датчики и исполнительные механизмы подключают через общий кроссовый шкаф к двум модулям УСО, расположенным в разных ПК;

б) каждый ПК связан с другими тремя блоками БС, что обеспечи­ вает обнаружение отказа в любом полукомплекте и извещение об этом другого ПК;

в) средства связи с оператором (печать, монохромный дисплей ВТА-2000) подключают к обоим ПК и компонуют по два экземпляра; более мощные средства связи, в частности цветной дисплей, постав­ ляют в одном экземпляре и оперативно переключают к тому или иному ПК;

г) устройства, предназначенные для использования в период на­ чальной загрузки или для отладки программ, подключают к од­ ному ПК.

При исправности обоих полукомплектов комплекс работает в дуплексном синхронном режиме, оба ПК решают одни и те же задачи и диагностируют друг друга, но управляющие воздействия выдает толь­ ко один ведущий ПК. При отказе ведомого выдается сообщение о необходимости ремонта, а ведущий ПК переходит в симплексный режим. При отказе ведущего полукомплекта ведомый автоматичес­ ки переходит в симплексный режим, а ведущий ПК восстанавливают.

При использовании дублированного ТВСО-1 в составе АСУТП про­ граммное обеспечение содержит либо пакет ППМ СОИ, либо пакет ПОСМО-Т. Последний выполняет все функции пакета ППМ СОИ, но, кроме того, решает задачи регулирования по стандартным законам в режиме НЦУ и управление порционным дозированием реагентов и исполнительными механизмами.

Программное обеспечение ТВСО-1 позволяет использовать следую­ щие языки программирования: Мнемокод СМ-2, Фортран, Алгол, Бэйсик, Бейсик-РВ.

Одиночный комплекс ТВСО-1 обладает невысокими показателями надежности: наработка на отказ около 2000 ч, наработка на сбой не менее 200 ч.

Управляющий вычислительный комплекс ПС1001. Комплекс пред­ назначен для выполнения различных, в том числе и наиболее ответ­ ственных функций АСУТП. В нем предусмотрена возможность компо­ новки одинарных, дублированных и троированных комплексов. При этом в составе одной конкретной АСУТП возможно использование

114

всех трех вариантов УВК. Это позволяет удовлетворять требования по надежности, не прибегая к излишним аппаратным затратам [21].

Структура комплекса. В УВК ПС 1001 два или три процессора сое­ динены непосредственными связями, обеспечивающими взаимную синхронизацию, взаимоконтроль, диагностику отказавшего процес­ сора с помощью другого.

Все задачи, решаемые в дублированном или троированном УВК ПС 1001, делят на две группы: задачи реального времени, решае­ мые параллельно на всех процессорах комплекса, и фоновые задачи, распределяемые между процессорами. Организация решения фоновых задач - традиционная.:

Задачи реального времени запускают и в дальнейшем выполняют одновременно на всех процессорах. Это обеспечивается специальным аппаратно-программным устройством синхронизации. Синхронизация выполняется при любом обращении любой задачи к вводу или выводу, а также в указанных программистом дополнительных точках. После операции ввода и перед операцией вывода процессоры обмениваются данными и „выравнивают” их, так как могут возникать расхождения между каналами вследствие сбоев в аппаратуре и из-за погрешностей квантования и синхронизации.

Данные, введенные по запросу задачи реального времени из нере­ зервированного устройства, подключенного к одному процессору, передаются этим процессором остальным (но при этом сбои не локали­ зуются). Выдачу в нерезервированное устройство производит только тот процессор, к которому оно подключено. Остальные процессоры при этом осуществляют фиктивную выдачу.

При генерации системы задают периодичность опроса датчиков и обновления состояния выходов комплекса, при этом можно разби­ вать входы и выходы на группы с разными периодами. Параллельно с работой процессора в специальную область памяти каждого процес­ сора с заданным циклом заносят данные о состоянии входов и выхо­ дов УВК. Затем производится обмен между процессорами, „выравни­ вание” данных и переписывание их в область памяти, доступную прикладным программам. Последние вместо запроса к устройству ввода или вывода считывают значение требуемого параметра в соот­ ветствующей ячейке памяти. Естественно, это значение является „устаревшим” в среднем на половину периода опроса. Поскольку период опроса может быть задан достаточно малым, возникающая задержка несущественна.

Если в троированном комплексе отказывает один вычислительный канал, УВК автоматически переходит в режим дублированной работы. Если в дублированном комплексе выходит из строя один канал (или в троированном УВК за время ремонта первого отказавшего канала выходит из строя второй), устанавливается режим работы нерезер­ вированного комплекса.

После восстановления отказавшего канала сначала его состояние и содержимое памяти приводят в точное соответствие с работающими

П 5

каналами (для чего предусмотрены специальные схемно-программные средства), после чего он безударно включается в синхронную работу.

При отказе модуля УСО его входы (выходы) автоматически пере­ ключаются на резервный модуль, после чего неисправный модуль извлекают и ремонтируют. Все это делается без выключения питания и без остановки работы УВК.

Интерфейс комплекса ПС 1001, Для обеспечения резервированной работы комплексов ПС 1001 изменены принципы организации связи с объектом по сравнению с УВМ СМ-2М, СМ-1634. В этих УВК агрегатные модули связи с объектом выходят на системный интерфейс 2К или ИУС и подключаются к нему наравне с другими периферийными устройст­ вами. При этом модуль не может выходить более чем на один интер­ фейс.

В комплексе ПС 1001 использован новый интерфейсИР (интерфейс резервированный). Все сигнальные цепи этого интерфейса состоят из трех одинаковых групп, причем все три группы функционируют по одному и тому же алгоритму независимо друг от друга. Для передачи информации используют 16-проводные магистрали, к каждой из которых подключают до 16 модулей. Магистрали в ИР развязаны между собой электрически и логически, поэтому отказ на одной из них распространяется только на модули, подключенные к этой магистрали. Кроме указанных магистралей интерфейс ИР предусматривает также использование радиальных шин для выборки некоторого модуля и передачи сигнала прерывания, а также шины для аналогового сигна­ ла. Наличие последней позволяет в модулях приема аналоговых сигналов устанавливать только коммутаторы, и иметь только один аналого-цифровой преобразователь на каждую магистраль.

В ПС 1001 используют два интерфейса: ИР и ИУС, применявшийся В '. УВМ СМ-2М. Соединение между ИУС и ИР осуществляют цепочкой из двух блоков: БУСО и К (рис. 5.5). БУСО-центральный блок управле­ ния устройствами связи с объектом - выходит с одной стороны на ИУС, а с другой- к магистрали, к которой подключаются один или несколь­ ко контроллеров К интерфейса ИР. На рис. 5.5 представлено 2 магистра­ ли ИР. Контроллеры К разделяют на пассивные (в этом случае их на­ зывают РУСО-расширителями УСО) и активные, т. е. использующие микропроцессоры и способные выполнять некоторые функции по об­ работке информации. Контроллер, использующий микропроцессор, является „интеллектуальным” устройством.

На рис. 5.5 модули ввода-вывода аналоговых и дискретных сигна­ лов М подключены к магистрали ИР. Для приема информации от датчиков, выдающих сигналы низкого уровня (термопары и термомет­ ры сопротивлений), используют групповые выносные преобразователи ВПр, каждый из которых блоками связи БС подключают ко всем трем вычислительным каналам комплекса (к интерфейсу ИУС). Эти преоб­ разователи выходят на интерфейс ИРПС; имеют обыкновенное и взрывозащищенное исполнение и допускают установку на ТОУ на расстоянии до 2 км от УВК.

Магистраль, связывающая блоки БУСО и контроллеры К, может

116

Рис. 5.5. Структурная схема УВК ПС1001

иметь различную аппаратурную реализацию: витые пары, коаксиаль­ ный кабель, оптическое волокно.

В одном УВК допускают смешанное использование различных способов связи. Например, связь между БУСО и ближайшим (не далее 300 м) контроллером может быть оптической, а остальные контроллеры

подключают к БУСО с помощью электрической магистрали. Последняя осуществляет последовательную передачу кодов на расстояния до нескольких километров. В том же УВК некоторые БУСО, размещенные в расположенных рядом (по отношению к соответствующим контрол­ лерам) шкафах могут соединяться с ними электрической магистралью

1 1 7

с параллельной передачей данных. Кроме того, к одной магистрали можно подключать как активные, так и пассивные контроллеры.

Периферийные устройства, выходящие на интерфейс ИУС, на рис. 5.5 подключены к третьему вычислительному каналу, что сделано для упрощения рисунка. С этой же целью на рис. 5.5 показаны только наиболее характерные терминалы. В общем случае к интерфейсу ИУС подключают периферийное оборудование из номенклатуры СМ ЭВМ.

Основные технические характеристики ПС 1001 приведены ниже:

Компоновочные данный для УВК ПС 1001 приведены ниже:

Электропитание ПС 1001 осуществляют от однофазной сети пере­ менного тока напряжением 220 В. Предусмотрена возможность под­ ключения двух взаимно резервирующих гальванически не связанных между собой фидеров с безударным переключением от одного к другому. Кроме того, возможно подключение аккумуляторов для сохранения содержимого оперативной пямяти и для продолжения работы низовых устройств при перерывах в сетевом питании.

Программное обеспечение комплекса. ПО комплекса ПС 1001, поставляемое вместе с аппаратурой заводом изготовителем, состоит из

118

пакета операционных систем; системы подготовки программ пользо­ вателем; проблемно-ориентированных пакетов программ.

Пакет операционных систем содержит, в свою очередь, собственно операционную систему ПС 1001; операционную систему локальной вычислительной сети; пакет для компоновки подсистемы связи с оператором-технологом (ПСОТ).

Указанные программные средства обеспечивают возможность прикладным программам, расположенным в одних узлах сети, обра­ щаться к задачам, файлам, устройствам ввода-вывода, размещенным в других узлах сети; функциональное резервирование устройств вводавывода, каналов, процессоров, блоков ОЗУ; автоматический переза­ пуск задач с контрольных точек при сбоях и отказах аппаратуры; управление работой комплексов с одного или нескольких пультов оператора; защиту данных от несанкционированного доступа.

Взаимный обмен информацией между прикладными программами, расположенными в различных узлах сети, осуществляют одним из двух способов: а) организацией сеанса связи между указанными программами, в ходе которого осуществляется либо односторонний, либо двусторонний обмен информацией; б) выделением области памяти, к которой программы обращаются независима друг от друга.

Операционные системы поддерживают топологии сетив виде звезды

ирадиальной связи „точка - точка”.

ВОС обеспечена программная совместимость с ранее разработанны­ ми комплексами архитектурной линии СМ-2. Совместимость обеспе­ чена на уровне задач пользователя, применяющих стандартные функ­

ции ОС АСПО.

Пакет для компоновки ПСОТ настраивают на конфигурацию под­ системы связи с оператором ТОУ, задаваемую пользователем. Отобра­ жаемые данные группируют и выдают на цветной дисплей в виде фрагментов мнемосхем, графиков и таблиц. Переменную часть инфор­ мации обновляют по запросам как ПСОТ, так и задач пользователя. Структуру фрагментов мнемосхем, графиков, таблиц, сообщений о нарушениях в работе ТОУ, а также набор и формат команд оператора определяет пользователь на этап настройки подсистемы. Оператору ТОУ предоставлена возможность полного или выборочного просмотра таблицы нарушений. Выборка может относиться либо к указанному промежутку времени, либо к той или иной функциональной группе параметров.

Система подготовки программ пользователем включает следующие средства программирования:

систему программирования на базовом языке мнемокод. В нее входят: транслятор с мнемокода, компоновщики программ, коррек­ тировщики библиотек и редакторы;

макроязык, позволяющий расширять мнемокод за счет макроко­ манд, имеющих строго определенный формат. Имеется макрогенера­ тор МГД, воспринимающий программу, написанную на макроязыке и выдающий программу на мнемокоде;

языки программирования-Фортран (расширенная версия), Кобол

119

(минимальное подмножество), Бэйсик (реального времени), Паскаль; систему программирования для пакетной обработки на базе языка

управления заданиями.

Подготовку программ и микропрограмм.для ПС 1001 можно вести как на самих УВК, так и на инструментальных комплексах СМ-2М; СМ-1210, СМ-1634. Допустимо программы, написанные для ТВСО-1, выполнять без каких-либо изменений на резервированных комплек­ сах ПС 1001.

Применительно к задачам АСУТП разработано два проблемно-ориен­ тированных пакета программ:

пакет программных модулей для АСУТП (ППМ АСУТП), выполняю­ щий функции сбора и первичной обработки информации от управляе­ мого объекта; логического и дистанционного управления; отображе­ ния и регистрации данных о ТОУ;

пакет программных модулей для организации баз данных (ППМ Банк-3), выполняющий функции создания взаимосвязанных масси­ вов информации на устройствах внешней памяти; прямого доступа и обработки элементов этих массивов, по заданию от терминала или задач пользователя.

5.4. Управляющая миниЭВМ СМ 1420

Управляющий вычислительный комплекс СМ 1420 относится к классу УВМ с интерфейсом „Общая шина” и является дальнейшим развитием ЭВМ типов СМ-3 и СМ-4. От СМ-4 его отличает более высо­ кая производительность, более развитая система команд, наличие средств диагностики неисправностей, а также меньшие габариты.

Процессор УВК имеет 9 универсальных 16-разрядных регистров, доступных программисту и не доступных внешним устройствам. Кроме того, УВК имеет 16-разрядный регистр, в котором хранится слово состояния процессора.

Код условий (разряды 0 -3) содержит информацию о результате последней операции в процессоре. Разряд слежения (4) устанавлива­ ется программистом и приводит к внутреннему прерыванию. Прог­ раммист устанавливает также приоритет процессора (разряды 5, 6, 7). Разряды 8, 10, 11 в слове состояния не используют. В разряде 9 содер­ жится информация о наличии в УВК спецпроцессора. Четыре старших разряда слова состояния (12-15) содержат информацию о том, явля­ ется ли текущий и предыдущий режимы процессора пользовательски­ ми или системными.

Технические характеристики СМ 1420 приведены ниже [22]:

120