Файл: Основы автоматизации для металлургов..pdf

Г л а в а VI

И С П О Л Ь З О В А Н И Е ЭВМ НА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЯХ

1. ВВЕДЕНИЕ

Управляющая ЭВМ, имеющая высокое быстродействие и боль­ шую емкость памяти, является при современном уровне развития техники наиболее совершенным техническим средством управления. Ограниченность ее возможностей проявляется в том случае, когда скорость выполнения операций ЭВМ или емкость памяти оказыва­ ются недостаточными для управления. Важным фактором, огра­ ничивающим возможности использования ЭВМ, является несовер­ шенство методов ввода входной информации. Интенсивность восприятия информации органами человека резко отличается от интенсивности ЭВМ: способность человеческого глаза воспринимать информацию несравнима со способностью оптических датчиков; измерение температуры термопарами, наоборот, оказывается более точным и быстрым, чем индикация температуры человеком и т. д. Автоматические датчики вообще могут измерять большие диа­ пазоны физических величин, чем диапазон восприятия человека.

Проблемой при применении ЭВМ является также вопрос ее стоимости. Установка ЭВМ, заменяющей человека, управляющего процессом, будет целесообразной при современной стоимости ЭВМ не во всех случаях. Стоимость установки возрастет также вслед­ ствие высоких затрат на прокладку кабельных линий, установку кондиционеров, на обслуживание и ремонт ЭВМ и др.

Рассмотрим основные условия надежной работы управляющей ЭВМ.

1. При управлении технологическим процессом ЭВМ работает в темпе с процессом непрерывно в течение всего производственного цикла. Требование надежности является само собой разумеющимся. Общее время безаварийной работы по отношению к общей длитель­ ности ремонта должно быть минимум 1000:1, причем среднее время непрерывной безотказной работы должно быть у современ­ ной ЭВМ хотя бы 3000 ч.

2. ЭВМ должна быть предохранена от неполадок в сети. Для систем, в которых ЭВМ управляет непрерывным технологическим процессом, необходимо учитывать влияние перерывов в подаче энергии, как кратковременных порядка нескольких секунд, когда достаточна обычная стабилизация питания (например, при помощи мотор-генератора с маховиком), так и длительных — порядка от десятков секунд до часа, когда нужно использовать резервные источники энергии— дизельные агрегаты и др. Аппаратура ЭВМ должна выбираться таким образом, чтобы в случае неполадок

со снабжением энергией не была стерта информация в запоминаю­ щем устройстве и регистрах машины.

3.ЭВМ работает в реальном масштабе времени. Скорости ра­ боты ЭВМ должны быть согласованы со скоростью управляемого процесса.

4.Управляющая ЭВМ работает в определенном временном режиме, поэтому в большинстве случаев она должна иметь источник точных временных сигналов.

описать, как систему обслуживания, когда перед ЭВМ образуется сложная очередь требований на обслуживание. Необходимо, чтобы все требования были во время удовлетворены, что требует исполь­ зования соответствующей системы приоритетов. Управляющие ЭВМ с числом приоритетов 102—103 не являются исключением.

7. ЭВМ должна быть оснащена периферийными элементами для связи с управляемым объектом. Типичная управляющая ЭВМ имеет 102—103 аналоговых и цифровых входов в комбинации с двоичными входами, а также примерно 102 аналоговых и цифровых выходов.

8.Типичная емкость ферритовой памяти составляет обычно 4—32 k слов (1 £ =1024 слова). В качестве вспомогательного запоминающего устройства часто используется запоминающее устройство на барабане; система бывает дополнена 1—4 запоми­ нающими устройствами на магнитной ленте для хранения учетных данных.

9.Из остальных периферийных устройств обычно мало исполь­ зуются устройства для перфорирования карт, устройства для считывания с документов и др., для ряда процессов нет необхо­ димости в использовании быстропечатающего устройства. Боль­ шими преимуществами для использования в системе обладают устройство вывода на электроннолучевой трубке, регистрирующий прибор с непрерывной записью и др.

10.В качестве алгоритмического языка выгодным является

димым является символический язык, ориентированный на задачи управления и измерения.

11. Важное значение имеет оснащение системы датчиками и исполнительными органами. Целесообразно, чтобы ЭВМ, датчики и другие устройства представляли собой единую совме­ стимую систему средств.

2. СПОСОБЫ СВЯЗИ ЭВМ С ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ

Рассмотрим требования, предъявляемые к управляющей ЭВМ (рис. 186).

258

Длина слова у большинства ЭВМ 3-го поколения является переменной (исчисляется в байтах). Для научно-технических вычислений требуется длина слова 30—50 бит. Это означает, что слово образуется из пяти знаков (байтов) по 8 бит. При выборе длины слова руководствуются следующими соображениями:

1)требованиями точности;

2)составом и адресностью команд;

3)разрядностью стандартного модуля запоминающих устрой­

ств.

Большинство данных, вводимых в управляющую ЭВМ после преобразования аналоговой величины в цифровую, имеет обычно точность три десятичных разряда. Отсюда вытекает требуемая длина слова 10 бит плюс 1 бит (для знака), что является мини­ мальной длиной слова для управляющей ЭВМ.

Следует также учитывать, что при обработке первичной информации по сложным алгоритмам может производиться не­ сколько тысяч последовательных операций, причем вероятность ошибки в последнем разряде результата не должна превышать 0,5.

Предположим, что ошибки, возникающие при округлении в цепочке последовательных вычислений, являются независимыми случайными величинами, и что ошибка имеет равномерное распре­ деление вероятности в пределах ±1/2 относительно значения наинизшего разряда; тогда средняя ошибка определяется выра­ жением

где п — длина цепочки, х0 — значение наинизшего разряда.

Если вычисления проводятся в цифровой системе с основанием а и если можно предположить, что имеется Ъ разрядов, то для обес­

Поэтому оптимальной будет длина слова 16 бит. Для более сложных вычислений, однако, эта длина оказалась бы недостаточ­ ной, поэтому у большинства управляющих ЭВМ можно использо­ вать в два раза большую длину слова. Число последовательных вычислений также ограничено в связи с тем, что управляющие ЭВМ должны работать в реальном масштабе времени. У управляю­ щих ЭВМ наиболее часто применяется длина слов 12, 16 и 24 бит.

Цикл памяти также является важным показателем качества запоминающего устройства. Он определяется как наиболее корот-

260

кий отрезок времени между моментами, когда блок управления может произвести два следующих одно за другим считывания дан­ ных из одной и той же ячейки памяти. Время цикла запоминаю­ щего устройства у современных управляющих ЭВМ колеблется в пределах 0,5—2 мксек.

Арифметическое устройство

Операционный блок (арифметическое устройство) может содер­ жать одно или несколько арифметических и логических устройств для обработки данных (процессоров). У современных управляю­ щих ЭВМ арифметическое устройство также имеет агрегатную конструкцию, поэтому число арифметических и логических уст­

с фиксированной запятой и ее выполнения. Время сложения для

Время сложения обычно рассматривается при работе с операндами

Время сложения примерно равно двукратному времени цикла памяти, но оно зависит также от числа устройств для обработки данных (процессоров) и организации вычислений. Обычно время сложения колеблется в пределах 0,5—6 мксек.

Однако время сложения не является единственным парамет­ ром для оценки операционной скорости основного блока. Учиты­ вается также время выполнения других операций (умножения, де­ ления и др.) как с фиксированной, так и с плавающей запятой.

Прерывание программы

Для повышения производительности ЭВМ имеет большое зна­ чение способность к прерыванию программ. Важно, может ли ЭВМ прервать обрабатываемую программу, если при обработке вычис­ ления или при считывании данных из памяти произойдет ошибка либо если поступит требование обработать более важную прог­ рамму, чем та программа, которая обрабатывается. ЭВМ, обла­ дающая этим свойством, имеет прерывающий элемент или обеспе­ чивает это прерывание программными средствами.

Рассмотрим в качестве примера работу прерывающего элемента. Он может прервать выполнение программы только в конце вы­

261

внутренним и внешним. В случае внешнего прерывания требуется обработка программы с высшим приоритетом. Внутреннее преры­ вание может быть вызвано, например, требованием о вводе или выводе информации, сформированным программой.

Прерывающий элемент обычно имеет много уровней, поэтому одновременно можно обрабатывать, например, 4—128 программ или обслуживать одновременно до 128 устройств. Каждый вход прерывающего элемента имеет свой твердо установленный приори­ тет. Прерывающий элемент не учитывает требования низшего прио­ ритета до тех пор, пока обслуживается какое-либо требование выс­ шего приоритета.

давать информацию. Передача информации между ЭВМ и блоком

ными знаками, причем параллельно может идти передача в не­ сколько устройств, по одному знаку в каждое. Передача по селек­ торному каналу осуществляется блоками данных, т. е. более быстро, чем по мультиплексорному. Однако селекторный канал не позволяет обеспечить параллельную передачу информации в не­ сколько периферийных устройств.

У современных ЭВМ 3-го поколения входные и выходные ка­ налы могут быть заменены входными и выходными устройствами для обработки данных (типа процессоров).

Входные и выходные устройства для обработки данных позво­ ляют осуществлять прямую двустороннюю передачу информации между центральным запоминающим устройством и периферийными устройствами без использования основного процессора ЭВМ. Ариф­ метическое устройство или устройство управления, осуществляет лишь пуск и останов программы, управляющей работой перифе­ рийных устройств. Входные и выходные устройства для обработки данных могут на основании результатов выполняемых ими логи­ ческих операций остановить свою программу и послать прерываю­ щий сигнал в арифметическое устройство.

Скорость передачи информации по селекторным каналам ко­ леблется в пределах 170 тыс . — 8 млн. знаков в секунду. Скорость передачи по мультиплексорным каналам на порядок ниже, т. е. де­

внешнего устройства у универсальных ЭВМ используют в основном запоминающие устройства на магнитных дисках, запоминающие устройства на магнитном барабане применяются менее часто. В со-

262