Файл: Смирнов, К. А. Сбор, передача и обработка данных АСУ.pdf

настоящее время принципы резервирования ЭВМ пока­ заны на рис. 2.27.

Наибольшее распространение получили ВК с дубли­ рованными ЭВМ (рис. 2.27а). Здесь одна и та же ин­ формация вводится одновременно в две ЭВМ и одно­ временно там обрабатывается. Вывод данных осущест­ вляется лишь из одной машины — основной. При ее по-

!

II

В)

I !

гэ

«о

8)

Рис. 2.27. Структура ВК с дублированными ЭВМ ( а ) , строенными ЭВМ ( б ) ,и с ЭВМ, имеющими скользящее резервирование ( в )

вреждении устройство контроля и резервирования под­ ключает каналы вывода данных к резервной ВМ, кото­ рая с этого момента будет являться основной. При та-

96

Кой структуре ВК необходим двойной объем оборудова­

ния.

Существуют и более экономичные варианты построе­ ния ВК, когда дублируются только центральные устрой­ ства машины. Устройства внешней памяти и некоторые другие устройства при этом являются общими для о0оих центральных устройств и резервируются по способу «соколь'зящего'» резерва. Ори тавр еждет ни общих для ВК устройств комплекс продолжает функционировать, но его емкость уменьшается.

АСУ, построенные на базе дублированных ЭВМ, при­ меняются для управления движением поездов на же­ лезнодорожном транспорте, для диспетчеризации дви­ жения поездов метро, в системах, автоматизирующих процессы прохождения дискретной информации на круп­ ных узлах связи. В последнем случае такие комплексы называются станциями коммутации сообщений.

Известны также ВК с тремя параллельно работаю­ щими ЭВМ. Такие системы называются строенными (рис. 2.27б). Прием информации и ее обработка про­ изводятся здесь одновременно тремя ЭВМ. Одноимен­ ные каналы из ЭВМ заводятся на мажоритарные схе­ мы, на выходе которых появляется результат выбора «из 3 по 2». В этом случае поток исходящей информа­ ции должен синхронизироваться с точностью до бита. При выходе из строя одной из ЭВМ строенная система превращается в дублированную.

. Строенная система обеспечивает исправление оши­ бок, возникающих на этапе обработки информации в ЭВМ.

Несмотря па большие капитальные затраты, рассма­ триваемая система' выгодна тем, что эксплуатационные расходы в дат ном случае минимальны. вК может об­ служиваться персоналом, работающим в одну смену. Дублированные же системы требуют трехсменного об­ служивания. Строенные ЭВМ применяются в центрах коммутации сообщений и для управления особо важ­ ными технологическими процессами. Более подробное описание их структуры и работы приведено ниже.

Наименьший объем оборудования имеют ВК со скользящим резервированием ЭВМ. Примерная структу­ ра такого ВК приведена на рис. 2.27е. В этом случае вычислительный комплекс состоит из однотипных ЭВМ. Часть машин (3BMi_4) используется для предваритель­ ной обработки информации, одна машина (ЭВМ5) слу­

жит центральным обрабатывающим устройством и одна! (ЭВМС) находится в резерве. Подобный ВК сохраняет работоспособность даже при выходе из строя четырех ЭВМ. Правда, его производительность уменьшается при этом на 3/4.

Следует отметить, что в ВК с такой структурой уст­ ройства контроля й резервирования получаются доволь­ но сложными, и надежность работы их в целом снижа­ ется. Применяются они в центрах коммутации сообще­ ний американской военной сети передачи и обработки данных «АВТОДИН.».

Комплектация ЭВМ, работающих в реальном мас­ штабе времени, отличается от состава машин, работаю­ щих в относительном масштабе времени. Объясняется это тем, что в ВК первого типа исходная информация поступает в ЭВМ, минуя человека, а результаты ее об­ работки передаются в первую очередь объекту управ­ ления. В этом случае в процессе нормальной работы ВК объем информации, которой обмениваются человек и ЭВМ, минимален. Эта информация отражает основ­ ные характеристики процесса управления и нужна че­ ловеку для контроля и документирования. Поэтому ВК, работающий в реальном масштабе времени, должен иметь такие внешние устройства, как ЭЛИТ, алфавитноцифровые печатающие устройства, графопостроители. Что касается устройств ввода информации с перфолен­ ты и перфокарт, то их число в ВК ограничивается пот­ ребностями коррекции рабочих программ и контроля работоспособности отдельных устройств ВК в периоды устранения повреждений.

Из сказанного выше видно, что надежность являет­ ся одним из важных параметров резервируемого ВКБолее или менее точная оценка надежности является сложной задачей, поскольку она характеризуется це­ лым рядом показателей. Поэтому остановимся лишь на двух основных ее показателях: времени наработки на

О Т К аЗ Г н ар И Коэффициенте 1Г0Т01В1Н0СТ1И Кг-

В соответствии с ГОСТ 13377—67 временем наработ­ ки на отказ называют среднюю продолжительность вре­ мени между отказами. В простейшем случае для дубли­ рованного ВК, состоящего из двух параллельно рабо­ тающих ЭВМ, время наработки на отказ находится из выражения

t2

Т__ нар

98

где /нар — среднее число часов наработки на отказ од­ ной ЭВМ; /вое — время восстановления, т. е. среднее время, требуемое для отыскания и устранения повреж­ дения ЭВМ.

Из гориведенного выражения видно, что время 7'нар растет с увеличением надежности ЭВМ и уменьше­ нием времени восстановления. В современных ЭВМ тре­ тьего поколения время наработки на отказ лежит в пре­ делах 1—5 тыс. часов при времени восстановления 0,5— 1 ч. Это позволяет получить время наработки на отказ для дублированного ВК, равное нескольким годам.

Определить коэффициент готовности можно двояким образом. Для нахождения /<г проектируемого ВК удоб­ нее пользоваться вероятностной формулировкой. В этом случае Кг находится как вероятность того, что ВК бу­ дет работоспособен в произвольно выбранный момент времени:

Кг = ---- ^ ---- , 7'нар + ^вос

где Твое — среднее время восстановления ВК- В дубли­ рованном ВК МОЖНО принять Твое ~ 0,5 /вое-

Для работающего комплекса коэффициентом готов­ ности Кг удобнее считать время безотказной работы оборудования, выраженное в процентах в период веде­ ния измерений:

где Г„з — время, в течение которого производились из­ мерения; Етвос — суммарное время, затраченное на ре­ монт комплекса. В современных дублированных ВК аб­ солютное значение Кг достигает величины 0,999-ь0,9999.

2.6

ВОПРОСЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

Процесс решения математических и логи­ ческих задач на ЭВМ, осуществляющих функции управ­ ления, может быть разделен на следующие этапы: 1) формулировка задачи; 2) выбор метода решения зада­ чи; 3) разработка алгоритма; 4) составление програм­ мы; 5) отладка программы; 6) решение задачи на ЭВМ. Рассмотрим более подробно круг вопросов, решаемых

па каждом этапе, сопровождая при возможности пояс­ нения примерами.

Ф о р м у л и р о в к а з а д а ч и . На этом этапе при решении логических задач устанавливается переченьфакторов, которые необходимо учесть, уточняется ко­ нечная цель. При решении математической задачи ус­ танавливаются в окончательном виде математические формулы. Предположим, например, что цель работы за­ ключается в управлении с помощью ЭВМ некоторым объектом (рис. 2.28а). Выдача управляющих сигналов

Рис. '2.28. Простейшая автома­ тизировал нал система управле­ ния ( а ) и характер изменения угла заслсмжи во времени ( б )

«г

в объект производится по цепи управления. Предполо­ жим далее, что управляющими сигналами являются сиг­ налы кода углового положения заслонки, регулирую­ щей протекание определенного процесса. Для простоты полагаем, что угловое положение заслонки является лишь функцией времени. В этом простейшем случае перечень факторов, необходимых для решения указан­ ной задачи, будет выглядеть следующим образом:

1. Закон '.изменения утла то-вор-отн а в записимоста от времени.

2.Граничные условия.

3.Характер изменения процесса регулирования в граничной зоне.

4.Частота поступления меток времени.

Таким образом, аргументом, определяющим значе­ ние функции а, будет в данном случае время t. Предпо­ ложим, что зависимость функции от аргумента опреде­

ляется выражением а — У А Р + В , где А п В — посто­ янные коэффициенты (константы). Определим теперь гра­ ничные условия. Если значения а не выходят за преде-

100

лы (it и «2/ то граничные условия будут определяться вьиражением сцг^а^аз-

Третий фактор сформулируем так: в точках ai и а2 знак inipвращения .аргумента At следует 'изменять иа1про­ тивоположный. Наконец, положим, что аргумент будет задаваться дискретно, через каждые 0,1 с, а погреш­ ность не должна превышать 10~5 с, т. е. 10 мкс. Все ска­ занное может быть записано следующим образом:

1)a = V АР+В.

2)А а В — константы.

3)с ц ^ а ^ а г .

4) При а = щ и —At изменить —At па + М 5) При a = a 2 и At изменить At на —At.

6) ti+i—/j= 0 ,l с±10-5 с.

При этом считается, что значения Л, В, ах и а2 из­ вестны и больше нуля. При таких условиях характер изменения угла заслонки во времени примет вид, пока­ занный на рис. 2.286. В моменты ti, t& t3 и т д., когда значение угла а становится равным допустимому, в ре­ зультате изменения знака приращения кода времени на­ правление движения заслонки меняется.

На этом формулировку задачи можно считать закон­ ченной.

Выб о р ме т о д а . Одна и та же задача может быть решена различными путями. Выбор оптимального ме­ тода ее решения производится с учетом использования конкретных технических средств. Конечно, на таком этапе возможна лишь ориентировочная оценка достоин­ ства того или иного способа решения задачи.

Обратимся к указанному выше примеру. В данном случае наиболее трудной задачей явится получение ар­ гумента, представленного в виде двоичного кода. Но поскольку заранее известно, что задача будет решаться программно, трудность заключается лишь в отыскании оптимального способа программирования.

Вторая задача, которую необходимо решить состоит в получении кода времени с заданными параметрами. Методы решения могут быть различными, причем выбор способа определяется величиной допустимой погрешно­ сти. Формирование кода времени можно осуществлять достаточно просто, с помощью так называемого про­ граммного счетчика. В этом случае подсчитывается вре­ мя выполнения цикла какой-либо из рабочих программ. Момент завершения цикла служит сигналом завершения

10!

определенного промежутка времени. По этому сигна­ лу код времени заносится в выделенную ячейку памяти. Чем короче цикл, тем точнее можно получить заданный временной интервал. Однако данный способ целесооб­ разно использовать при работе ЭВМ по простым цик­ лическим программам, когда по завершении одного цик­ ла начинается его повторение. Поскольку число команд в цикле нейзмепино (меняются лишь исходные данные), то время выполнения цикла также неизменно. В ЭВМ, решающих сложные логические задачи, характер про­ грамм иной. Здесь ход программы определяется ситуа­ цией, которая сложилась в данный момент времени и, в свою очередь, зависит от сигналов, поступающих от объектов управления. Поэтому выполняемая цикличе­ ская программа часто приостанавливается для осуще­ ствления более срочных операций, время выполнения которых учесть очень трудно. В результате код времени формируется через неравные временные интервалы.

По условию длина временных интервалов должна выдерживаться с точностью до ±10 мкс. Предположим

меньшем 0,1 с, допускается его изменение не более чем па 10:2= 5 обращений к ЗУ. В действительности дли­ тельность выполнения циклических программ намного меньше, а число обращений к ЗУ при прерывании или при останове основной программы может быть значи­ тельно больше 5. Поэтому при заданных условиях на­ стоящий метод формирования кода времени является неприемлемым.

Возможен и другой программный способ формиро­ вания кода времени, когда в качестве сигналов, от ко­ торых работает программный формирователь кода, ис­ пользуются сигналы генератора тактовой частоты ЭВМ. Однако из-за большой частоты следования сигналов на­ шей гипотетической ЭВМ от такого способа тоже сле­ дует отказаться, поскольку временной интервал (0,1 с) очень велик по сравнению с самой низкой из частот ге­

производительность ЭВМ. Использование внешнего дат­ чика кода времени —• авточасов — будет наилучшим решением при данной ситуации. Такие устройства вхо­ дят в комплектацию некоторых ЭВМ (например, ЭВМ

102