Обобщенная структура АСУ МК
Лекция 1. Основные понятия и определения
АСУ на базе современных микроконтроллеров
Рассмотрим две наиболее часто встречающиеся схемы отношений между человеком, компьютером и окружающим их внешним миром (см. рис. 1.1).
Рис. 1. Варианты применения компьютеров в АСУ на микроконтроллерах
Случай ( а) встречается чаще, он характерен для систем обработки информации. Согласно этой схеме, человек непосредственно взаимодействует с объектами внешнего мира (воспринимает от них информацию и оказывает на них воздействие), а МК играет вспомогательную роль: выполняет вычисления и преобразования информации, которые нужны человеку. Большинство систем, построенных по схеме ( а) представляют собой АИС (Автоматизированные информационные системы), АРМ (автоматизированные рабочие места), САПР (системы автоматизированного проектирования) и т.п. Схема (б) соответствует тому случаю, когда человек (в силу собственного несовершенства) не способен самостоятельно взаимодействовать с объектами внешнего мира. МК и системы на их основе играют роль посредника между человеком и объектами внешнего мира. Большинство систем, построенных по схеме ( б), представляют собой АСУ – Автоматизированные системы управления. Нужно различать понятия «автоматический» и «автоматизированный». Автоматические системы (или просто автоматы) – это устройства, выполняющее жестко заданный набор действий без участия человека. Автоматизированные системы обычно работают при прямом или косвенном участии человека-оператора в качестве звена общей цепи управления объектом. Также нужно различать понятия «управление» и «регулирование». Под управлением обычно понимают сложную функцию автоматизированной системы, направленную на сохранение определенной структуры управляемого объекта внешнего мира, поддержание определенного режима его деятельности, реализацию определенной программы поведения объекта, обеспечение достижения им определенных целей. Регулирование – частный случай управления, представляющий собой принудительную стабилизацию небольшого количества (иногда – всего одного) физических параметров, от которых зависит поведение объекта.
Автоматизированные системы на микроконтроллерах позволяют построить так называемые системами реального времени (АСУ МК) называются автоматизированные системы с жесткими ограничениями на временные (динамические) характеристики работы. Формально это условие может быть записано в виде:
Tmin < T < Tmax, (1.1)
где T – некоторая временная характеристика (например, время реакции на внешнее событие, длительность выполнения какой-либо операции, момент наступления какого-либо события и т.п.); Tmin и Tmax, - предельно допустимые значения (границы) этой характеристики. Выход за эти границы считается отказом в работе АСУ МК. Основное предназначение АСУ МК - взаимодействие с объектами реального мира в темпе процессов, протекающих в этих объектах. Большинство АСУ является АСУ МК, а среди АИС такие системы встречаются редко. Иногда используются также термины: системы жесткого реального времени (СЖРВ) и системы мягкого реального времени (СМРВ). В СЖРВ нарушение (1.1) недопустимо, в СМРВ это изредка может происходить.
Лекция 2. Классификация АСУ МК
Рассмотрим следующие классы АСУ МК , являющихся АСУ МК:
• АСУ ТП - АСУ технологическими процессами (например, система управления ядерным реактором АЭС или система управления конвейером автозавода);
• АСНИ - автоматизированные системы научных исследований и комплексных испытаний (например, система вибрационных испытаний компонентов ракетной техники);
• встроенные системы управления (предназначенные для управления работой простых технических объектов - мобильных телефонов, стиральных машин, станков и т.п.) и бортовые системы управления (предназначенные для управления автомобилями, танками, самолетами, ракетами и т.п.).
Также приведем примеры АСУ, не относящихся к классу АСУ МК: АСУП - АСУ промышленным производством в целом (например, система управления материальными и финансовыми потоками предприятия) и ОАСУ (например, АСУ отрасли - Единой энергетической системы).
Обобщенная структура АСУ МК
АСУ представляют собой сложные программно-аппаратные комплексы, функционирующие на основе специализированных математических методов. Основными задачами, решаемыми типичной АСУ, являются:
• сбор данных о состоянии и поведении управляемого объекта;
• преобразование, отображение, сохранение, передача и отображение этих данных;
• анализ данных и принятие решений;
• выдача управляющих воздействий на объект.
Обобщенная структура автоматизированной системы управления на МК изображена на рис. 1.
Рис. 2. Обобщенная структурная схема АСУ на МК
На практике встречаются частные случаи этой структуры:
• если в системе присутствуют только каналы сбора данных и измерения, то это ИИС – информационно-измерительная система;
• если принятие решений и управление осуществляется непосредственно человеком, то это АСДУ – автоматизированная система диспетчерского управления.
Вопросы и задания к лекции 1-2
1. Являются ли системами реального времени АРМ (автоматизированное рабочее место) бухгалтера? САПР – система автоматизированного проектирования? Интерактивная компьютерная игра? Сетевой сервер?
2. Как вы думаете, является ли системой реального времени АСУ конвейера по сколачиванию табуреток? А если для сколачивания одной табуретки установлены временные ограничения порядка 3 часов? Порядка 3 секунд?
3. Придумайте и приведите примеры СЖРВ и СМРВ.
4. Придумайте и приведите собственные примеры АСУ ТП, АСНИ, встроенных и бортовых систем управления, отличные от приведенных в п. 1.2.
5. Объясните разницу между терминами «автоматическое регулирование» и «автоматизированное управление». Придумайте и приведите примеры.
6. Как вы думаете, почему АСУП не являются системами реального времени?
7. Придумайте и приведите пример АИС, которая является АСУ МК.