тем и языков !1рограммироваиия с точки зрения их соответствия требованиям систем реального времени.

Организация взаимодействия (интерфейс) между пользователем и компьютеро.м играет существенную роль в работе управляющих систем и часто является решающим фактором успешного внедрения системы. Некоторые важные принципы, связанные с применением управляющих систем в промышленных установках, описаны в главе И.

Тематика глав 3-11 обобщена в главе 12 с точки зрения практического подхода к управляющим системам. В условиях производства компьютерные системы управления обычно ие создаются каждый раз заново на пустом месте. I Гоэтому в этой главе рассмотрены вопросы применения существуюи1их на рынке компонентов, их работа и объединение. Некоторые поставщики предлагают системы, которые можно настраивать параметрически, ие прибегая к обычному программированию; во многих приложениях можно использовать и "коробочное" {off-the-shelf) программное обеспече-m-ie. Приведены примеры, иллюстрирующие типичные проблемы и способы их практического решения.

Все примеры программ в книге написаны на языке Pascal, поскольку он понятен даже песпециалиста.м.

Каждая глава содержит список рекомендуемой литературы, чтобы дать читателю возможность глубже изучить соответствующий предмет.

Рекомендации по дальнейшему чтению

Цитата в начале главы заимствована из классической книги 1970-х голов [Pirsig, 1974]. Многие из сделанных в пей замечаний, касающихся технологии, по-нрежиему представляют зиачитечьиый интерес. Необходимо помнить и об иснол-пеипом юмора предупреждении автора: "Не следует использовать эту книгу как руководство но доктрине дзеи-буддизма. Она также в очень малой степени посвящена и мотоциклам".

Истинным п1едевром 1980-х годов, касающимся сложных структур, информации, связи и искусственного интеллекта, является книга [Hoftstadter, 1979]. Многочисленные параллели между музыкой, искусством, древними языками, биологией и компьютерами самым естественным образом включаются в изложение и заставляют читателя смотреть на многие вещи совершенно по-иовому.

Многие интересные статьи об управлении процессами и его технологических применениях были опубликованы в журнале Scientific American, иапри.мер [Speclor, 1984] и [Ginzberg, 1982]. Высококачественное описание возможностей программного обеспечения содержится в [Кау, 1977] и [Кау, 1984]. Несмотря па бурное развитие компьютерных технологий, эти статьи до сих пор остаются актуальными.

Особенности цифрового управления процессами

Процессы реального времени. Методы программирования. Задачи цифрового управления

Обзор

В этой главе рассмотрены наиболее характерные задачи автоматизации процессов и особенности их решения с помои1ЬЮ цифровых систем управления. Каждая обсуждаемая тема является введением в материал последующих глав. Для иллюстрации практических задач и подходов к их решению подробно описьп!аются два модельных нри.мера - система электропривода и управление станцией биологической очистки сточных вод, - ссылки на которые приводятся во многих местах книги. Эти конкретные процессы были выбраны потому, что они, во-первых, имеют разные масштабы времени, а во-вторых, включают в себя .Nurorne задачи, типичные для других приложений цифрового управления.

Проблема работы в реальном .масштабе времени с точки зрения компьютерного программирования анализируется в разделе 2.1. В разделе 2.2 представлены типичные примеры управления процессами, а в разделе 2.3 описываются основные пробле-.NH.i компьютерного управления со ссылками на последующее изложение.

Модельные примеры, используемые в книге, описаны в разделе 2.4.

2.1. Управление процессом в реальном времени

Ко.мпьютеры, управляющие процессами, имеют другие задачи, нежели компьютеры, используемые для "классической" обработки информации. Основная разница состоит в том, что управляющий ко.мпьютер должен работать со скоростью, соответствующей скорости процесса (рис. 2.1). Само понятие "реальное время" указывает на то, что в реакции компьютерной системы на внешние события не должно быть заметного запаздывания.

оператор

Рис. 2.1. При.мснепне ко.мпыотера в управлешш процессом

Другая главная особенность компьютерного управления нроцессо.м заключается в том, что ход иснолнеиия программы нельзя определить заранее. Внеп1иие сигналы могут прерывать или изменять последовательность исполнения операторов про-

граммы, причем для каждого нового прогона по-разному. Кроме того, существует проблема эффективного использования ресурсов компьютерной системы с учетом временных ограничений. Все это требует специальных методов программирования. Дополнительную проблему представляет собой тестирование систем реального времени из-за отсутствия предсказуемого порядка выполнения операторов программы но сравнению с обычными компьютерными системами.

Параллельность - одно из важных свойств реального мира. Все события вокруг нас, мы сами и фактически любые физические процессы можно представить в виде множества "подпроцессов", которые протекают параллельно. Из этого свойства следует важный вывод: компьютер, взаимодействующий с таким процессом или управляющий им, должен учитывать эту параллельную природу, а в некоторых ситуациях и работать в соответствии с ней. Естественным следствием параллельной природы реального мира является то, что компьютер должен уметь управлять параллельными задачами. В этом и заключается отличие управляющего компьютера от обычного, для которого естественным является последователь-in.ni режим.

2.1.1. Пример - пресс для пластика

Управление прессом для пластика - это пример типичной задачи компьютерного управления процессом.

Компьютер должен одновременно регулировать температуру (поддерживать ее постоянной) и координировать последовательность технологических операций. Если применять обычные методы программирования, то задача структурирования программы становится неразрепшмой. Поэтому требуется другой подход.

расплавленный пластик

регулирование нагрева

температура

серия импульсов

датчик импульсов

(цилиндр] \ давления j

влево

вправо

команды перемещения

правое крайнее положение

левое крайнее положение

компьютер,

управляющий

процессом

Рис. 2.2. Пресс для пластика