книги / Технические средства автоматизации химических производств

5.2. Система малых ЭВМ

Система малых электронных вычислительных машин (СМ ЭВМ) представляет собой единый агрегатный комплекс технических и программных средств.

Технические средства СМ ЭВМ. Основные технические средства оформления в виде агрегатных модулей, представляющих собой автономные, конструктивно законченные блоки, реализующие опре­ деленные функции в составе УВК. Это позволяет создавать конкрет­ ные УВК методом проектной компоновки. Программное обеспечение СМ ЭВМ также построено по модульному принципу, что обеспечивает возможность компоновки программных средств в соответствии с требуемыми режимами работы и выбранной конфигурацией УВК.

Технические средства СМ ЭВМ включают различные устройства, объединенные по функциональному назначению в следующие группы: процессоры; ОЗУ и ПЗУ; внешние запоминающие устройства на маг­ нитных дисках (НМД) и лентах (НМЛ); устройства отображения инфор­ мации на электронно-лучевых трубках, алфавитно-цифровые и графи­ ческие; УСО; устройства печати параллельные и последовательные алфавитно-цифровые (АЦПУ); аппаратура передачи данных (АПД) [20].

Внутри каждой функциональной группы существуют модификации устройств, обусловленные различным быстродействием процессоров, емкостью накопителей, скоростями печатания и т.д. Указанные разли­ чия называют параметрическими. Наряду с этим существуют архитек­ турные различия в способах организации обработки и передачи ин­ формации. Наконец, следует отметить конструктивные различия технических средств УВК.

Принят следующий способ построения комплексов СМ ЭВМ: основу любой модели УВК составляет центральный процессор, так как его архитектура определяет основные характеристики УВК. В общем случае в состав УВК входит не только центральный процессор, тем не менее без центрального процессора функционально полноценная модель комплекса не может быть построена.

Интерфейсы СМ ЭВМ. Соединение всех устройств с центральным процессором, а также между собой реализуют на основе стандартизо­ ванных интерфейсов, под которыми понимают совокупность правил взаимодействия некоторой группы компонентов УВК и правил постро­ ения средств, обеспечивающих реализацию этого взаимодействия.

Обычно интерфейс регламентирует основные архитектурные и конструктивные различия, оставляя свободу реализации параметри­ ческих различий. Остальные „свободные” характеристики, касающие­ ся как архитектуры, так и конструкции, не регламентируются интер­ фейсом и остаются нестандартизованными. Их выбирают разработчик соответствующих средств и проектировщик АСУ ТП по своему усмот­

рению.

Имея наибольший информационный обмен с остальными устройст­ вами УВК, процессор связывает их своим интерфейсом в единую модель. Поэтому на первом уровне интерфейсов в СМ ЭВМ установле-

101

Таблица 5.1. Основные интерфейсы, принятые в СМ ЭВМ

терминалов используют устройства связи с объектом, периферийные устройства, модули внутрисистемной связи. В качестве концентрато­ ров выступают процессоры, каналы прямого доступа в память, согласователи и разветвители интерфейсов. Связь процессора с ОЗУ интер­ фейс 2К не обеспечивает.

Интерфейс предназначен для обмена 16-разрядными словами парал­ лельным кодом с двумя разрядами контроля по четности (по одному контрольному разряду на каждый байт).

Передача информации от концентратора к терминалу осуществляет­ ся по одним шинам, а в обратном направлении (от терминала к кон­ центратору) - по другим. Эти шины называют информационными. Кроме того, имеются шины для передачи служебных сигналов и шины питания 5; 12,6 и 24 В.

Интерфейс регламентирует не только логику обмена служебными сигналами между концентратором и терминалом, но и временные диаграммы последовательностей этих сигналов.

юз

Поскольку интерфейс применим к широкому кругу разнообразных периферийных устройств, некоторые служебные сигналы являются необязательными. Однако во всех допустимых вариантах не возника­ ют неоднозначности и неопределенности как при нормальном функци­ онировании устройств, так и при сбоях и отказах.

Физически интерфейс реализуют на двух 48-контактных разъемах типа РПП48Г2. Каждый терминал, выходящий на интерфейс 2К, либо выполняют целиком на так называемой интерфейсной карте, либо включают в его состав одну (реже две) интерфейсные карты. Послед­ ние представляют собой печатные платы размером 235х 140 мм толщи­ ной 12,5 мм. На одной стороне интерфейсной карты устанавливают две 48-контактные печатные вставки. На противоположной стороне этой карты при необходимости устанавливают третий разъем. В концентра­ торе предусматривают места для установки интерфейсных карт и по два 48-контактных разъема.

Интерфейс ОШ (общая шина) представляет собой единую магист­ раль, к которой подключают процессоры, периферийные устройства, а также ОЗУ и ПЗУ.

Физически ОШ представляет собой унифицированную многопровод­ ную высокочастотную магистраль в виде плоского кабеля из 56 функ­ ционально объединенных линий, по которым передают всю необходи­ мую для работы УВК информацию. Для устранения отраженных волн каждую линию ОШ согласовывают на концах по нагрузке путем под­ ключения к резистору, сопротивление которого определяется волно­ вым сопротивлением длинной линии.

Большинство линий магистрали ОШ служит для двусторонней передачи сигналов. Это означает, что входные провода могут действо­ вать и в качестве выходных. Поэтому один и тот же регистр перифе­ рийного устройства можно использовать как для ввода, так и вывода данных. Лишь небольшая группа проводов предназначена для одно­ сторонней передачи сигналов. Интерфейс ОШ, как и 2К, служит для передачи 16-разрядных слов с двумя контрольными разрядами. Слова передают параллельным кодом. ОШ функционирует асинхронно, что облегчает использование в единой системе устройств с различным быстродействием.

Адресация является единой как для периферийных устройств, так и для ячеек ОЗУ. В любой операции обмена сигналами по ОШ всегда участвуют два устройства, связанные между собой как задатчик и исполнитель. Задатчик управляет работой ОШ в процессе обмена информацией. Не может быть двух и более работающих одновременно задатчиков. Исполнитель же может быть как один, так и несколько. Примерами взаимосвязи двух устройств могут служить: процессор (задатчик), извлекающий команду из ОЗУ (исполнитель); дисковый накопитель (задатчик), передающий данные на дисплей (исполнитель). Отметим, что ОЗУ всегда является исполнителем.

Процессор и периферийные устройства используют магистраль ОШ с разделением во времени в соответствии с присвоенными им приорите­ тами. Интерфейс ОШ предусматривает пять уровней приоритета.

104

Каждому уровню отведен один сигнальный провод (линия) ОШ. Любо­ му устройству (кроме процессора) присвоено конкретное значение (уровень) приоритета, и это устройство подключено к соответствую­ щей приоритетной линии. Специальная схема, называемая арбитром, анализирует приоритеты устройств, выставивших запросы на исполь­ зование информационной части ОШ, и отдает предпочтение устройству со старшим приоритетом. В отличие от периферийных устройств, процессор имеет не фиксированный приоритет, а изменяемый про­ граммно. Процедура обработки запросов и выдачи разрешений на право быть задатчиком осуществляется параллельно во времени с информационным обменом по специальному комплекту линий ОШ. Таким образом, в то время как одно устройство управляет ОШ и осуществляет передачу 16-разрядного слова, арбитр анализирует приоритет следующего устройства и определяет следующий задатчик.

Такое перекрытие операций во времени увеличивает реальное быст­ родействие УВК.

Для подключения устройства к линиям ОШ используют интерфейс­ ные усилители. Каждый такой усилитель вносит в линию задержку, не превышающую 30 нс. Для присоединения кабелей ОШ к устройствам применяют 96-контактный соединитель. Максимально допустимая длина кабеля ОШ - 15 м, число подключенных устройств не превыша­ ет 20, волновое сопротивление - 100 Ом.

Каждый из рассмотренных интерфейсов (2К и ОШ) представляют свою архитектурную линию технических средств СМ ЭВМ. Линии СМ-1, СМ-2 и их развитие реализует радиальную архитектуру на основе интерфейса 2К. Линии СМ-3, СМ-4 и их развитие реализует магистраль­ ную архитектуру на основе интерфейса ОШ. Базовые процессоры каждой из двух указанных линий СМ ЭВМ разработаны так, чтобы обеспечить преемственность со своими предшественниками в отноше­ нии прикладных программ внешнего ПО. Так, СМ ЭВМ типа М-6000, М-7000 являются предшественниками машин СМ-1П, СМ-2П; ЭВМ типа М-400 предваряет модели СМ-ЗП, СМ-4П.

У архитектурной линии СМ-3, СМ-4 при последующем развитии выделилось подсемейство с магистральной архитектурой и интерфей­ сом, имеющим некоторые отличия от ОШ. Указанный интерфейс полу­ чил название „И-41”, его прототипом является М1ЛТ1ВЩ. К моделям этого подсемейства относят СМ-1800, СМ-1810, СМ-1814: В состав СМ ЭВМ включены агрегатные устройства как общие для всех архи­ тектурных линий, так и раздельные. Интерфейс И-41 охватывает как 8- так и 16-разрядные ЭВМ.

Структура технических средств СМ ЭВМ. Обобщенная структура средств СМ ЭВМ показана на рис. 5.3. Технические характеристики базовых процессоров СМ ЭВМ приведены в табл. 5.2.

В конструктивном отношении СМ ЭВМ базируются на ряде взаимо­ увязанных унифицированных конструкций. Основными элементами являются стойки, столы, подставки, комплектные блоки, блоки элементов. Они обеспечивают реализацию различных требуемых компоновок. Кроме основных элементов применяют также вспомога-

105

Рис. 5.3. Структура средств СМ ЭВМ

тельные изделия: полки и шкафы для хранения носителей информа­ ции, корзины и т.д.

Конструктивную базу СМ ЭВМ определяет международный стан­ дарт СТ СЭВ 834-77, учитывающий, в частности, рекомендацию Между­ народной электротехнической комиссии (публикация 29775). Ширина передней панели блочных каркасов установлена равной 482,6 мм, а модуль наращивания блочных каркасов по высоте - 44,45 мм.

Основной несущей конструкцией СМ ЭВМ является стойка, в которой по горизонтальным направляющим перемещаются комплект­ ные блоки. Они включают блоки элементов, индивидуальные блоки питания, систему принудительной вентиляции. На передней панели

106

Таблица 5.2, Технические характеристики 16-раэрядных процессоров СМ ЭВМ

комплектного блока размещают органы управления и индикации; предусмотрен также вариант „слепой” лицевой панели. В задней части стойки имеется сетевой короб, в котором размещены кабели, сетевые фильтры электропитания и розетки. Для удобства доступа к комплек­ тным блокам, находящимся в стойке, боковые обшивки и задняя дверь сделаны быстросъемными. Предусмотрены два варианта стойки: высотой 1800 и 1600 мм.

Блоки элементов выполняют в виде вдвижных печатных плат. На них размещают электронные компоненты как в интегральном, так и в дискретном исполнении. Предусмотрено четыре типа печатных плат,

5.3. Управляющие миниЭВМ с радиальной структурой

При построении АСУТП централизованной структуры в 80-е годы широко использовали УВМ средней мощности с радиальной архитек­

турой. К их числу относят ЭВМ типа СМ-2М, ТВССО, ПС-1001. УВМ СМ-2М ориентирована в основном на обработку 16-разрядных двоичных чисел с фиксированной запятой в дополнительном коде и 16-разрядных логических кодов. Она может обрабатывать (с меньшим быстродей­ ствием) 32-разрядные числа с плавающей запятой, а также поля слов, байтов и битов переменной длины. В отношении разрядности обраба­ тываемой информации, а также интерфейса ввода-вывода (2К) эта модель полностью совместима со своими предшественниками - СМ-1 и СМ-2.

107

Управляющая вычислительная машинка СМ-2М. Машину СМ-2М выпускают как в однопроцессорном, так и в двухпроцессорном испол­ нении. Поскольку вся оперативная память и периферийные устройст­ ва равнодоступны для обоих процессоров, двухпроцессорная компо­ новка направлена на увеличение производительности (в два раза) или на повышение надежности УВК. Оба процессора имеют прямой доступ кОЗУ.

Периферийные устройства, выходящие на интерфейс 2К, подклю­ чают к процессору через согласователь ввода-вывода (СВВ). К каждо­ му СВВможно подключать до 16 периферийных устройств. Число СВВ в одном комплексе может достигать трех.

Все ОЗУ условно делят на страницы по 512 слов каждая, за исклю­ чением нулевой страницы, содержащей 1024 ячейки. Каждой задаче пользователя отводят массив памяти, заключающий целое число страниц и не превышающий 32 Кслов. Каждая задача имеет выход на нулевую и текущую страницы своего массива. В командах предусмот­ рена адресация как к нулевой, так и к текущей странице. Способ адресации в командах выбран таким, что кроме указания обращения к нулевой или текущей странице имеются указания о прямой или косвенной адресации и об использовании индексных регистров.

Основу программного обеспечения СМ-2М составляет дисковая операционная система реального времени ДОС АСПО. Она имеет мо­ дульную структуру и генерируется для конкретного комплекса в соответствии с принятой компоновкой УВК и функциями системы в целом. ДОС обеспечивает выполнение задач пользователя в рамках единой операционной системы в трех режимах: реального времени, разделения времени и пакетной обработки. В ПО входят библиотеки стандартных подпрограмм, пакеты прикладных программ для генера-: ции задач сбора и обработки информации в АСУТП, компоновки банков; данных, редактирования текстов, реализации диалога в реальном масштабе времени. ПО имеет трансляторы с языков Мнемокод, Форт­ ран, Алгол, Бейсик.

Как правило ПО поставляют на магнитных носителях, стартовый набор программ - на миникассетах.

В совокупности выпускают 17 модификаций базовых комплексов, состав которых приведен в табл. 5.3. Все комплексы разбиты на три группы с номерами 1, 2, 3. Шесть модификаций первой группы имеют шифры К 125-1/1, 1/2,..., 1/6; во вторую группу вошли модификации К 125-2/1,2/2,..., 2/5; в третью - К 125-3/1, 3/2,..., 3/6 (номера групп и модификаций указаны во второй и третьей строках табл. 5.3). На основе этих комплексов по спецификации заказчика завод-изготови­ тель компонует специфицированные УВК. В последних используют серийно выпускаемые устройства из номенклатуры СМ ЭВМ, имеющих выход на интерфейс 2К. Можно подключать к СМ-2М устройства, входящие в состав других агрегатных комплексов, но в этом случае может понадобиться разработка программ-драйверов.

108

Таблица 5.3. Состав базовых комплексов СМ-2М

109

Т е х н и ч е с к и е х а р а к т е р и с т и к и СМ-2М приведены ниже:

Терминал вычислительный для связи с объектом управления (ТВСО-1)., Терминал представляет собой специализированную миниЭВМ с развитыми средствами сбора и обработки контрольной инфор­ мации, расчета и выдачи на объект командных воздействий.

Характерное применение ТВСО-1 связано с использованием его на нижнем уровне иерархической АСУТП, в которой на верхнем уровне находится СМ-2М. Основной объем вычислений по обработке инфор­ мации выполняют на верхнем уровне АСУТП, однако ТВСО произво­ дит не только управление блоками с объектом, но и первичную об­ работку поступающих данных и стандартные расчеты управляющих воздействий.

В состав ТВСО-1 всегда входит процессор СМ-50/60; из внешних устройств обязательным является алфавитно-цифровой монохромный видеотерминал ВТА-2000-10, устанавливаемый на расстоянии до 15 м от УВК, либо ВТА-2000-15 (допустимое расстояние до 500 м). Кроме того, в состав ТВСО-1 входит оборудование связи с объектом, выхо­ дящее на интерфейс ИУС и компонуемое в соответствии со специфика­ цией заказчика. Перечень указанного оборудования дан в табл. 5.4. В табл. 5.5 приведены устройства внутрисистемной связи й внешней памяти ТВСО-1.

Программное обеспечение ТВСО-1 состоит из следующих средств: базового комплекта для СМ 1634 (ДОС АСПО СМ-1М); дискового пакета программных модулей генерации задач сбора, обработки информации и связи оператором-технологом в АСУ ТП (ППМ СОИ); библиотеки драйверов и тестов ТВСО-1; программы ^интерпретатор ССО-1”)старто­ вой операционной системы и контрольной задачи, сгенерированной под конкретное заказанное исполнение.

Подготовку программ пользователя осуществляют либо на ТВСО-1 (при наличии устройства внешней памяти на магнитном диске), либо на инструментальной ЭВМ СМ-2М.

При поставке заказчику комплексы ТВСО проходят метрологи­ ческую аттестацию, что повышает характеристики точности АСУТП.

110