Локальная сеть микро-ЭВМ для управления технологическими процессами

Достижения последних лет в области технического и математического обеспечения локальных вычислительных сетей (ЛВС) позволяют с новых позиций рассмотреть одну из основных проблем создания современных АСУ ТП – при наличии значительного парка управляющих ЭВМ существенно повысить функциональную живучесть систем непосредственного цифрового управления (НЦУ) с одновременным обеспечением необходимой информационной взаимосвязи между ними и с верхним уровнем АСУ ТП, простоты их количественного и качественного наращивания, то есть вплотную подойти к созданию предпосылок реализации концепций бесщитовых систем управления.

В настоящее время в СССР разработан ряд технических и программных средств для построения ЛВС, в частности – «ИЛПС-I» Харьковского СКБ САУ, «ИЛПС-2»  Московского ИНЭУМа, «Приоритет» Грозненского НПО «Промавтоматика», «КВАНТ-С» Минского НПО «Гранат», «Эстафета-З» Ивановского ГПКИ АСУ, «ОДА-2ОМ» Киевского института кибернетики, «СЕКОП» Московского института прикладной математики. Однако большинство из них обладает существенными недостатками, как то: низкая скорость передачи данных, случайный доступ к каналу обмена данными, отсутствие развитого сетевого программного обеспечения и другое, что значительно сокращает число разработок, потенциально пригодных для использования в АСУ ТП.

В условиях Ново-Бакинского нефтеперерабатывающего завода имени Владимира Ильича, для которого создаётся локальная сеть микро-ЭВМ на установках первичной переработки нефти и двухступенчатого каталитического крекинга, возникают дополнительные требования к её характеристикам, в частности, требование к дальности передачи информации по сети, обусловленное тем, что установки рассредоточены по территории завода на расстоянии порядка двух километров, и требование к типу интерфейса комплексируемых вычислительных средств, так как на установках функционируют системы НЦУ, реализованные на базе микро-ЭВМ «Электроника-60». Указанным требованиям удовлетворяет локальная сеть  «СЕКОП», что вытекает из анализа технических характеристик вышеперечисленных ЛВС, приведённых в таблице.

Характеристики локальных сетей

Техническая реализация сети «СЕКОП» предполагает организацию канала обмена данными между вычислительными узлами системы в виде кольца. Доступ разнородных средств вычислительной техники к среде передачи данных осуществляется с помощью универсального контроллёра локальной сети (КЛС) и специализированного для конкретного типа ЭВМ блока сопряжения с каналом (БСК) серийного производства. Помимо имеющихся на каждой установке управляющих микро-ЭВМ «Электроника-60», устанавливаются дополнительно диалоговые микро-ЭВМ ДВК-2М для реализации качественного человеко-системного интерфейса. Это позволяет снять соответствующую нагрузку с управляющих микро-ЭВМ, обеспечить модульность и децентрализацию информационных и управляющих функций системы. Кроме того, диалоговая микро-ЭВМ имеет самостоятельный выход на устройство сопряжения с объектом управления, что гарантирует доступ к датчикам и исполнительным механизмам последнего при отказах управляющих микро-ЭВМ.

Программное обеспечение сети «СЕКОП» поддерживает протокол удалённого вызова процедур, что определяет задачу организации прикладного программного обеспечения (ППО) методами объекто-ориентированного программирования. Это предполагает разработку унифицированной структуры распределённого ППО как совокупности объектов-исполнителей операций (наборов подпрограмм), основным способом взаимодействия которых является удалённый вызов операций (программ, процедур) из одного объекта (заказчика) в другом объекте (исполнителе).

С учётом вышесказанного предлагается следующая структура ППО локальной сети  микро-ЭВМ для управления технологическими процессами.

Программные модули управляющих микро-ЭВМ подразделяются на 4 основные группы: группа объекто-зависимых модулей, группа универсальных расчётных модулей, модули диспетчеризации НЦУ технологическими процессами и модули упрощённого человеко-системного интерфейса.

Программное обеспечение диалоговых микро-ЭBM включает в себя модули расширенного человеко-системного интерфейса и группу объекто-зависимых модулей.

Объекто-зависимые модули представляют собой подпрограммы, осуществляющие связь с датчиками и исполнительными механизмами объектов управления. Модули могут резервировать друг друга в пределах  совокупности микро-ЭВМ, аппаратно привязанных к единому множеству датчиков и исполнительных механизмов.

Группа универсальных расчётных модулей состоит из подпрограмм, осуществляющих первичную переработку информации, стабилизацию режимных параметров и другие функции, характерные для систем управления, работающих в режиме НЦУ. Модули являются полностью взаимозаменяемыми, независимо от распределения по управляющим микро-ЭВМ.

Модули диспетчеризации НЦУ обеспечивают координацию работы объектозависимых и универсальных расчётных модулей, в том числе расположенных в удалённых микро-ЭВМ.

Все указанные подпрограммы выполняются в виде отдельных процедур и составляют наборы операций объектов-исполнителей, расположенных в вычислительных узлах локальной сети. Объекты-исполнители, включающие в себя операции «ОПРОС», «ВЫДАЧА», «РАСЧЁТ», «ДИСПЕТЧЕР» «ДИАЛОГ I», «МОДИФИКАТОР», загружаются в оперативную память управляющих ЭВМ. Второй тип объектов-исполнителей, включающих в себя операции «ОПРОС», «ВЫДАЧА», «МОДИФИКАТОР», «ДИАЛОГ 2», загружаются в оперативную память диалоговых  микро-ЭВМ.

Специфика построения ППО заключается в исключении из всех подпрограмм параметров, характеризующих их привязку к конкретным технологическим объектам, с последующей упорядоченной группировкой выделенных таким образом параметров.

В этой связи вводится понятие глобальной таблицы идентификации /ГТИ/, каждая строка которой однозначно определяет текущее состояние одного из замкнутых контуров регулирования процесса. Настройка микро-ЭВМ для управления заданным технологическим параметром сводится, таким образом, к загрузке в неё по сетевому каналу связи соответствующих строк ГТИ. Модификацию данных, содержащихся в ГТИ, осуществляет подпрограмма «МОДИФИКАТОР», инициируемая по запросам удалённых операций. Подобное периодическое обновление ГТИ необходимо для дублирования технологической информации с целью обеспечения отказоустойчивости системы управления в целом, а также для координации работы диалоговых и управляющих микро-ЭВМ.

Предусматривается четыре режима функционирования локальной сети: при нормальном состоянии комплекса технических средств, при потере доступа к датчикам и  исполнительным механизмам объекта управления со стороны управляющей микро-ЭВМ, при отказе управляющей микро-ЭВМ и при отказе диалоговой ЭВМ. Структура взаимодействия операций объектов-исполнителей для вышеупомянутых случаев показана на рисунке. Для простоты представления рассмотрены две системы НЦУ, обеспечивающие взаимозаменяемость. В общем случае их число определяется техническими характеристика локальной сети «СЕКОП».