5. Обработка и отображение информации средствами вычислительной техники

5.1. Основные характеристики и функции микроЭвм в аскуэ

МикроЭВМ строятся на базе микропроцессора (Central Processing Unit – CPU) – программного управляемого устройства, осуществляющего прием, логико-арифметическую обработку и выдачу цифровой информации, построенного на одной или нескольких интегральных микросхемах [86-89]. Основные термины и особенности функционирования элементов и устройств вычислительной техники приведены в прил. 6. По назначению микроЭВМ можно разделить на три группы: универсальные (общего назначения), проблемно-ориентированные и специализированные (рис. 5.1). Универсальные микроЭВМ предназначены для решения самых различных инженерно-технических задач.

Р и с. 5.1. Классификация ЭВМ

Проблемно-ориентированные микроЭВМ служат для решения узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами; регистрацией, накоплением и обработкой относительно небольших объемов данных; выполнением расчетов по относительно несложным алгоритмам.

Специализированные микроЭВМ используются для решения узкого круга задач или реализации строго определенной группы функций. Узкая ориентация микроЭВМ позволяет четко специализировать их структуру, существенно снизить их сложность и стоимость при сохранении высокой производительности и надежности их работы.

Функциональные возможности микроЭВМ обусловливают важнейшие технико-эксплуатационные характеристики: быстродействие, разрядность и формы представления чисел, с которыми оперирует машина; емкость и быстродействие всех запоминающих устройств; наличие и функциональные возможности программного обеспечения; программную совместимость с другими типами ЭВМ и др.

Многопользовательские микроЭВМ оборудуются несколькими видеотерминалами и функционируют в режиме разделения времени.

Однопользовательские микроЭВМ рассчитаны на одного или несколько посменно работающих пользователей. Например, персональные компьютеры (ПК) – однопользовательские микроЭВМ, удовлетворяющие требованиям общедоступности и универсальности применения.

Рабочие станции (work station) представляют собой однопользовательские, мощные микроЭВМ, специализированные для выполнения определенного вида работ (графических, инженерных, издательских и др.). Серверы (server) – многопользовательские, мощные микроЭВМ в вычислительных сетях, выделенные для обработки запросов от всех станций сети.

Контроллер (controller – регулятор) – специализированный микропроцессор с устройствами ввода, преобразования и вывода информации, предназначенный для выполнения специфических функций, которые определяются производителем (сбор информации, управление исполнительными устройствами и др.). Как правило, контроллеры оснащены операционной системой, позволяющей программировать их на решение заданного круга задач, отсюда другие названия: программируемые контроллеры и программируемые логические контроллеры (PLC). Современный контроллер может обладать достаточно мощным процессором (класса Pentium) обычно с небольшим энергопотреблением.

Микроконтроллер – контроллер с более простой системной структурой и меньшей производительностью.

В АСКУЭ находят применение микроЭВМ различных классов, мощность и функциональные возможности которых предопределяются решаемыми задачами и местом расположения. Контроллеры и устройства на их основе, как правило, используются на среднем уровне для сбора, дополнительной обработки и передачи измерительной информации на верхний уровень. На базе персональных компьютеров создаются автоматизированные рабочие места (АРМ) на диспетчерских пунктах энергоучета, на серверах АСКУЭ территориальных и производственных объединений. При выборе средств вычислительной техники необходимо учитывать предполагаемую степень интеграции АСКУЭ, т.е. степень взаимодействия различных уровней программного обеспечения. Это означает, что различные программные системы, созданные с помощью различных средств, которые установлены на различных платформах, работающих на разных компьютерах, должны быть совместимыми с точки зрения распознавания информации и управляющих сигналов.

В двухуровневой системе (датчики и микроЭВМ), а также в локальной автономной АСКУЭ, заканчивающейся ПК, проблема интеграции неактуальна. Трудности возникают на этапе появления таких элементов интегрированной системы, как локальная сеть, серверы баз данных, большое количество потенциальных потребителей информации. Установившегося единого стандарта или соглашения у производителей АСКУЭ и других сетей нет, поэтому создание информационной системы, состоящей из выпускаемых различными фирмами микроЭВМ, часто вызывает существенные проблемы.

Особое место в АСКУЭ занимают промышленные компьютеры и контроллеры – специализированные микроЭВМ, отличающиеся высокими показателями надежности, времени непрерывной работы, устойчивости к внешним дестабилизирующим факторам, ремонтопригодности. Благодаря модульности и эргономичности конструкции время восстановления полной работоспособности занимает единицы минут без отключения прибора от смежного оборудования. Характерной особенностью контроллеров является очень низкое энергопотребление при достаточно высокой производительности процессора и многочисленных функциональных возможностях. В связи с низким потреблением энергии процессор, установленный на плате, как правило, не нуждается в активном охлаждении.

Различают мобильные и стационарные приборы (рис. 5.2).

а б в

г д

Р и с. 5.2. Промышленные компьютеры и контроллеры: а – панельный компьютер SIMATIC Panel PC IL 70, б – полевая рабочая станция FieldWorks 8500; в – компьютер IGS IBOX-650; г – контроллер Микконт-180; д – измерительный контроллер МС8

Модели для мобильных применений (Front Portable, FieldWorks 8500 и др.) предназначены для сбора и обработки данных в непосредственной близости от удаленного объекта контроля и в условиях, где применение обычных стационарных рабочих станций или компьютеров типа Notebook неудобно или невозможно. Стационарные промышленные компьютеры выпускаются в настольном и панельном (горизонтальном и вертикальном) исполнении. Оснащаются встроенным или выносным дисплеем. Производители промышленных компьютеров и контроллеров – Allen-Braidly, Siemens, Texas Microsystems, Advantech, Kontron Embedded Computers, IEI Technology, VMIC, ICOP Technology, «Индустриальные компьютерные системы» (ИКОС), ПЛКСистемы, ABB, Modicon, «Ломиконт», «Ремиконт», «Микродат», «Эмикон» и др. [86-92].

Основные функциональные составляющие микроЭВМ: системный блок, интерфейсы (монитор, клавиатура, «мышь» и т.д.) и соединительные шнуры. Системный блок включает материнскую плату, процессор (микропроцессор), запоминающие устройства, системную шину (СШ) со слотами для модулей, устройства ввода/вывода, адаптеры, блок питания.

Основу системных блоков составляют микропроцессоры, которые различаются быстродействием центрального процессора и системной шины, набором команд, разрядностью полей данных и адреса, габаритами, потреблением энергии и другими параметрами, которые учитывают при создании АСКУЭ, телеметрических, информационных и коммуникационных систем. Немаловажное значение придается количеству вводов/выводов для связи с периферийным и смежным оборудованием.

В качестве примера в табл. 5.1 приведен ряд сравнительных характеристик линейки промышленных компьютеров Rokcwell Automation.

Таблица 5.1