4.7.1 Основные понятия
Основой любого аппаратно-программного комплекса, в том числе работающего в режиме реального времени, является операционная система (ОС). Операционной системой называют комплекс программ, обеспечивающий управление ресурсами аппаратно-программного комплекса (вычислительной системы) и процессами, использующими эти ресурсы при вычислении. Ресурсом в данном контексте является любой логический или физический (и в совокупности) компонент вычислительной системы или аппаратно-программного комплекса и представляемые им возможности.
Основными ресурсами являются процессор (процессорное время), оперативная память и периферийные устройства.
Управление ресурсами сводится к выполнению следующих задач: упрощение доступа к ресурсам; распределение их между процессами.
Реализация первой функции позволяет «спрятать» аппаратные особенности вычислительной системы и тем самым предоставить в распоряжение пользователю или программисту виртуальную машину с существенно облегченным управлением.
Таким образом, ОС поддерживает следующие интерфейсы: пользовательский (командный язык для управления функционированием системы и набор сервисных услуг); программный (набор услуг, освобождающий программиста от кодирования рутинных операций).
Функция распределения ресурсов является одной из наиболее важных задач, решаемых ОС, однако она присуща не всем ОС, а только тем, которые обеспечивают одновременное выполнение нескольких программ (процессов).
Процессом называется последовательность действий, предписанных программой или её логически законченной частью, а также данные, используемые при вычислении. Процесс является минимальной единицей работы, для которой выделяются ресурсы.
Система реального времени (СРВ) – это система, правильность функционирования которой зависит не только от логической корректности вычислений, но и от времени, за которое эти вычисления производятся.
Для событий, происходящих в такой системе, важно время, когда эти события происходят, и их логическая корректность.
Система работает в реальном времени, если её быстродействие адекватно скорости протекания физических процессов на объектах контроля или управления (имеются в виду процессы, непосредственно связанные с функциями, выполняемыми конкретной системой реального времени). Система управления должна собрать данные, произвести их обработку по заданным алгоритмам и выдать управляющее воздействие за такой промежуток времени, который обеспечивает успешное выполнение поставленных задач.
Основные требования к СРВ:
Возможность параллельного выполнения нескольких задач.
Предсказуемость.
Важно максимальное (не среднее) время отклика на событие.
Особые требования в вопросах безопасности.
Возможность безотказной работы в течение длительного времени.
Наиболее характерные особенности, присущие ОСРВ:
Большие и сложные системы.
Распределённые системы.
Жёсткое взаимодействие с аппаратурой.
Выполнение задач зависит от времени.
Сложность тестирования.
ОСРВ должны реагировать на различные типы внутренних и внешних событий (периодических и непериодических). Необходимо отметить, что принадлежность системы к классу СРВ никак не связана с её быстродействием. Исходные требования к времени реакции системы и другим временным параметрам определяются или техническим заданием на систему, или просто логикой её функционирования. Интуитивно понятно, что быстродействие ОСРВ должно быть тем больше, чем больше скорость протекания процессов на объекте контроля и управления.
Принято различать системы жёсткого и мягкого реального времени.
Системой жёсткого реального времени называется система, где неспособность обеспечить реакцию на какие-либо события в заданное время является отказом и ведёт к невозможности решения поставленной задачи. Многие теоретики ставят здесь точку, из чего следует, что время реакции в жёстких системах может составлять секунды, и часы, и недели. Однако большинство практиков считают, что время реакции в системах жёсткого реального времени должно быть все-таки минимальным. Большинство систем жёсткого реального времени являются системами контроля и управления. Такие ОСРВ сложны в реализации, так как к ним предъявляются особые требования в вопросах безопасности.
Точного определения мягкого реального времени не существует, поэтому можно отнести сюда все ОСРВ, не попадающие в категорию жёстких. Так система мягкого реального времени может не успевать всё делать в заданное время, поэтому возникает проблема определения критериев успешности (нормальности) её функционирования.
Кроме того, ОСРВ можно разделить на системы специализированные и универсальные. Специализированная ОСРВ – система, где конкретные временные требования априори определены. Такая система должна быть специально спроектирована для удовлетворения этих требований.
Универсальная ОСРВ должна уметь выполнять произвольные (заранее неопределённые) временные задачи без применения специальной техники. Разработка таких систем является самой сложной задачей, хотя обычно требования, предъявляемые к таким системам, мягче, чем требования к специализированным системам.
Таким образом, если рассматривать IXP1200 как систему реального времени, можно сказать о том, что процессор является универсальной ОСРВ, так как он спроектирован только для решения более или менее конкретных задач, но диапазон его применения довольно широк.
Для более детального рассмотрения возможностей ОСРВ представлены ориентировочные цифры, дающие представление о порядке времён реакции и подходящих операционных системах (в соответствии с таблицей 4.7.1). Данная таблица сформирована на основании экспериментальных данных, полученных на базе вычислительных комплексов, построенных на основе процессоров INTEL 80486DX. Безусловно, данный процессор на сегодняшний день является устаревшим, но можно сделать выводы об уровне реакции на внешние события различных ОСРВ.
Таблица 4.7.1 – Результаты тестирования ОСРВ: время реакции и подходящие операционные системы
Время реакции | Использованные ОС |
Менее 10 мкс | Только ОСРВ, но даже они могут быть бессильны – это граница выбора между схемным (аппаратным) и программными решениями |
10-100 мкс | Операционные системы реального времени |
100мкс-1мс | ОСРВ, RTAI, RT LINUX, расширения реального времени для Windows NT,CE |
1мс | Можно пытаться делать что-то с LINUX и Windows NT, но не для систем, где опоздания реакции могут привести к тяжёлым последствиям |
Таким образом, видно, что временные рамки ОСРВ достаточно жёсткие. Среди современных операционных систем есть класс продуктов, разработанных специально для построения систем жёсткого реального времени – Vx Works, OS9, QNX, LynxOS, OSE и другие. Эти системы содержат необходимый набор инструментов и в некоторых случаях являются единственным выбором – на него приходится идти, невзирая на затраты. Однако достаточно часто требования к реальному времени (полная предсказуемость времени реакции) допускают компромиссы, например, необходимо добиться только нужной средней производительности.
Иногда достаточно жёстко контролировать только одно из событий, допуская при этом задержки реакции на остальные. В подобных случаях возможности выбора расширяются и желаемых результатов можно достичь, используя такие широко распространённые операционные системы, как LINUX, Windows NT, Windows CE,дополняя их расширениями реального времени (RTAI, RT LINUX, RTX).
- Глава 1. Основные понятия интегрированной системы 14
- Глава 2. Функции и структуры интегрированных систем 20
- Глава 3. Взаимосвязь процессов проектирования, подготовки производства и управления производством 45
- Глава 4. Математическое, методическое и организационное обеспечение, программно-технические средства для построения интегрированных систем проектирования и управления 73
- Глава 5. Scada-системы, их функции и использование для проектирования автоматизированных систем управления, документирования, контроля и управления сложными производствами отрасли 217
- Глава 6. Примеры применяемых в отрасли scada-систем 335
- Глава 7. Пример проекта системы управления в trace mode 6 346
- Список сокращений
- Введение
- Глава 5. Scada-системы, их функции и использование для проектирования автоматизированных систем управления, документирования, контроля и управления сложными производствами отрасли
- Глава 6. Примеры применяемых в отрасли scada-систем
- Глава 1. Основные понятия интегрированной системы
- 1.1 Управление производством на основе интегрированных систем проектирования и управления
- 1.1.1 Определение интегрированной системы проектирования и управления
- 1.1.2 Принципы построения современных интегрированных систем
- Удобство использования
- Наличие и качество технической поддержки
- Оценка стоимости инструментальных систем
- Открытость систем
- Технологии орс
- Аппаратная реализация связи с устройствами ввода-вывода
- Технологии ActiveX
- 2.1.2 Жесткое реальное время для Windows nt
- 2.1.3 Интеграция многоуровневых систем автоматизации
- 2.1.4 Сравнительный анализ и тестирование scada-систем
- 2.1.5 Выводы
- 2.2 Этапы создания и функциональные характеристики систем управления
- 2.2.1 Этапы создания системы диспетчерского контроля и управления
- 2.2.2 Функциональные характеристики scada-систем
- 2.2.3 Функциональные возможности
- 2.2.4 Программно-аппаратные платформы scada-систем
- 2.2.5 Средства сетевой поддержки
- 2.2.6 Встроенные командные языки
- 2.2.7 Поддерживаемые базы данных
- 2.2.8 Графические возможности
- 2.2.9 Тренды и архивы в scada-системах
- 2.2.10 Алармы и события в scada-системах
- Глава 3. Взаимосвязь процессов проектирования, подготовки производства и управления производством
- 3.1 Стандарты управления предприятием: mrp, mrp II, erp, csrp
- 3.2 Семейство стандартов на системы качества
- 3.2.2 Тезисное выражение требований iso-9000
- 3.2.3 Общие положения
- 3.2.4 Проблемы внедрения и развития систем качества
- Разработка процедур
- 3.3 Модули для автоматизации финансово-экономических процессов производства: mes, eam, hrm
- Необходимость внедрения mes
- Обзор функций t-factory mes – модуля для управления производством в реальном времени
- Обзор функций t-factory eam – модуля для управления основными фондами, техническим обслуживанием и ремонтами в реальном времени
- Глава 4. Математическое, методическое и организационное обеспечение, программно-технические средства для построения интегрированных систем проектирования и управления
- 4.1 Нижний уровень интегрированных систем управления
- 4.1.1 Классификация устройств нижнего уровня
- 4.1.2 Концевой выключатель Концевой выключатель двухпозиционный квд-600
- Автоматический концевой выключатель vb,vba
- Концевой выключатель ку-701 у1
- 4.1.3 Интеллектуальный датчик
- Коммуникационный протокол hart
- Датчики давления серии «Метран-100»
- 4.1.4 Устройства hart-коммуникации
- Hart-коммуникатор «Метран-650»
- Hart-модем «Метран-681»
- Конфигурационная программа h-master
- Многопараметрический датчик 3095mv
- 4.1.5 Бесконтактный датчик
- Датчики измерения уровня
- Оптические датчики
- Датчик контроля скорости
- 4.1.6 Исполнительные устройства Привода постоянного тока
- Клапаны электромагнитные для автоматики подогревателей
- Реле защиты трансформаторов
- 4.2 Основные технические характеристики контроллеров и программно-технических комплексов
- 4.2.1 Характеристика процессора
- 4.2.2 Характеристика каналов ввода-вывода контроллеров
- 4.2.3 Коммуникационные возможности контроллеров
- 4.2.4 Эксплуатационные характеристики
- 4.2.5 Программное обеспечение
- 4.3 Стандартные языки программирования контроллеров
- 4.3.1 Общие сведения по языкам программирования контроллеров
- 4.3.2 Инструментальные системы программирования контроллеров
- 4.3.3 Этапы программирования плк в среде Unity Pro xl V.4.0
- 4.3.4 Примеры программы на языках fbd, ld, sfc, st, il Описание условия задачи
- Создание программы на языке fbd
- 4.4 Контроллер modicon m340
- 4.4.1 Общие сведения
- 4.4.2 Процессорные модули
- Структура памяти
- 4.4.3 Модули питания
- 4.4.4 Модули дискретного ввода/вывода
- 4.4.5 Модули аналогового ввода/вывода
- 4.4.6 Счетные модули
- 4.4.7 Модули управления перемещением
- 4.4.8 Сеть Ethernet Modbus/tcp
- 4.4.9 Сетевые модули Ethernet Modbus/tcp
- 4.5 Частотный преобразователь altivar 31h
- 4.6 Протоколы, сети и шины
- Описание
- 4.7 Общее описание операционных систем реального времени
- 4.7.1 Основные понятия
- 4.7.2 Требования, предъявляемые к операционным системам реального времени при проектировании
- 4.7.3 Особенности операционных систем реального времени Процессы, потоки, задачи
- Планирование, приоритеты
- 4.7.4 Прерывания
- 4.7.5 Часы и таймеры
- 4.7.6 Стандарты осрв
- Стандарты безопасности
- 4.7.7 Настраиваемость операционных систем
- 4.8 Характеристики наиболее распространенных операционных систем реального времени
- 4.8.6 Расширения реального времени для Windows nt
- 4.9 Базы данных реального времени
- 4.9.1 Введение
- 4.9.2 Поддержка целостности в классических субд
- Пессимистический подход
- Оптимистический подход
- Сравнение подходов
- 4.9.3 Протоколы управления транзакциями в субд реального времени
- Пессимистический подход
- Оптимистический подход
- Сравнение подходов
- 4.9.4 Системы с устаревшими данными
- 4.9.5 Корректность транзакций
- 4.9.6 Выбор периода для сенсорных транзакций
- 4.9.7 Выбор версии непрерывного объекта
- 4.9.8 Как бороться с перегрузкой системы из-за обилия сенсорных транзакций?
- 4.9.9 Когда обновлять выводимые объекты?
- 4.9.10 Как понизить количество анормальных завершений?
- 4.9.11 Диспетчеризация транзакций
- 4.9.12 Оптимизация под конкретную систему
- Классификация пользовательских транзакций
- Субд реального времени в оперативной памяти
- 4.9.13 Использование сложных моделей транзакций
- Активные базы данных
- Активные базы данных реального времени
- 4.9.14 Атрибуты транзакции
- 4.9.15 Приоритет «непосредственной» транзакции
- 4.9.16 Приоритет «отложенной» транзакции
- 4.9.17 Заключение
- 4.10 Серверы Введение
- 4.10.1 Виды серверов
- Серверы приложений
- Серверы баз данных
- Файл-серверы
- «Беспроводной» сервер
- Прокси-серверы
- Брандмауэры
- Почтовые серверы
- Серверы dhcp
- Серверы ftp
- Принт-серверы
- Серверы удаленного доступа
- Факс-серверы
- Серверные приставки
- 4.10.2 Особенности современных серверов
- Основные требования
- Масштабируемость
- Готовность
- Надежность
- 4.10.3 Особенности архитектуры
- Оценка производительности
- 4.10.4 Серверы ведущих мировых производителей
- Серверы ibm
- 4.10.5 Серверы российского производства
- 4.10.6 Проекты с участием серверов Структуры власти
- Энергетика
- Энергоснабжение
- Образование
- Промышленность
- Деловые услуги
- Глава 5. Scada-системы, их функции и использование для проектирования автоматизированных систем управления, документирования, контроля и управления сложными производствами отрасли
- 5.1 Функции интегрированных систем проектирования и управления
- 5.1.1 Trace mode 6: Интегрированная среда разработки
- Scada-система
- Softlogic: программирование контроллеров
- Eam: средства разработки eam-приложений
- Mes: средства разработки mes-приложений
- Hrm: средства разработки hrm-приложений
- 5.1.3 Исполнительные модули ис trace mode® 6 Монитор реального времени
- Горячее резервирование
- Сервером документирования
- Сервер архива Регистраторы: серверы субд реального времени siad/sql 6
- Серверы документирования trace mode и t-Factory
- Графическая консоль NetLink Light
- Micro trace mode 6: исполнительный модуль для промышленных контроллеров
- Для mes/eam/hrm-приложений
- 5.2 Математическое обеспечение в программном комплексе Trace Mode 6
- 5.2.1 Принцип работы монитора. Канал trace mode 6
- 5.2.2 Обеспечение работы распределенных асу
- 5.2.3 Резервирование
- 5.2.4 Автопостроение
- 5.2.5 Математическая обработка данных
- 5.2.6 Архивирование каналов узла
- 5.2.7 Архивирование каналов проекта
- 5.2.8 Отчет тревог и генерация сообщений
- 5.2.9 Файл восстановления
- 5.2.10 Графический интерфейс оператора
- 5.2.11 Генерация документов (отчетов)
- 5.2.12 Защита проекта, его конвертирование из предыдущих версий trace mode
- 5.3.1 Технология разработки проекта в ис
- 5.3.2 Пример создания проекта
- Создание нового проекта в ис
- Создание структуры проекта в навигаторе
- Конфигурирование и разработка структурных составляющих
- Конфигурирование информационных потоков
- Выбор аппаратных средств асу
- Создание и конфигурирование узлов в слое «Система»
- Распределение каналов по узлам
- Автопостроение каналов
- Сохранение проекта в файл
- Экспорт узлов
- Запуск проекта
- 5.4 Организационное обеспечение: Классификация объектов структуры проекта в Trace Mode 6
- 5.4.1 Классификация компонентов
- Шаблоны
- Источники/Приемники
- Наборы ресурсов и графические объекты
- Последовательные порты
- Словари сообщений
- 5.4.2 Классификация слоев
- 5.4.3 Классификация узлов
- 5.4.4 Назначение групп источников (приемников)
- Группа «pc-based контроллеры»
- Группа «Распределенные усо»
- Группа «Платы ввода-вывода»
- Платы ввода-вывода
- Группа «Терминалы»
- Группа «plc»
- Группа «Диагностика и сервис»
- Группа «Генераторы»
- Группа «Модели»
- 5.4.5 Назначение группы «com-порты»
- 5.4.6 Назначение группы «Словари сообщений»
- 5.4.7 Назначение групп слоя «Библиотеки компонентов»
- 5.4.8 Назначение групп клемм
- 5.4.9 Назначение прочих групп
- Группы ресурсов
- Группы шаблонов
- Группы каналов
- Дополнительные группы структурирования
- 5.5 Структура проекта Trace Mode 6
- 5.5.1 Редактирование структуры проекта
- Меню и главная панель инструментов навигатора проекта
- Управление внешним видом навигатора проекта
- Создание объектов структуры
- Имена и идентификаторы объектов структуры
- Изменение класса канала после его создания
- Выделение объекта структуры
- Удаление объекта структуры
- Копирование и вставка объекта структуры
- Перепривязка каналов и аргументов при копировании, вставке и перемещении объекта базы каналов
- Взаимодействие с технологической бд
- Примеры синхронизации с бд
- Отображение свойств объектов структуры
- 5.5.2 Окно свойств объекта структуры проекта
- Вкладка «Информация»
- Вкладка «Флаги»
- Вкладка «Аргументы»
- Вкладка «Атрибуты»
- 5.6 Описание редакторов trace mode 6
- 5.6.1 Редакторы объектов структуры проекта
- Редакторы каналов
- Редактор словарей сообщений
- Редактор клемм
- 5.6.2 Редакторы источников (приемников)
- Редактор системных переменных trace mode
- Редактор переменной opc
- Редактор переменной opc hda
- Редактор переменной dde
- 5.6.3 Редактор группы шаблонов экранов
- Базовый редактор группы компонентов
- Групповое редактирование строковых атрибутов с инкрементированием
- Групповое редактирование числовых атрибутов с инкрементированием
- Редактор группы «opc-сервер»
- Редактор группы «opc hda сервер»
- Редактор группы каналов слоев «Технология» и «Топология»
- 5.6.4 Вкладки редактора узла
- Задание параметров узла:
- Вкладка «Основные» редактора узла
- Вкладка «Архивы» редактора узла
- Вкладка «Отчет тревог/Дамп/Параметры» редактора узла
- Вкладка «Таймауты» редактора узла
- Вкладка «Дополнительно» редактора узла
- Глава 6. Примеры применяемых в отрасли scada-систем
- 6.1 Vijeo look – система класса «человеко-машинный интерфейс» (hmi)
- 6.1.1 Представление hmi
- 6.1.2 Совместимость приложений Vijeo Look
- 6.1.3 Установка продукта Vijeo Look Установка Vijeo Look и его различных компонентов
- 6.1.4 Основные инструменты Vijeo Look
- 6.1.5 Панели инструментов в Vijeo Look
- 6.1.6 Описание основных функций меню «Вставка»
- 6.1.8 Настройки ofs Конфигуратора
- Глава 7. Пример проекта системы управления в trace mode 6
- 7.1 Проект «автоматизированный участок получения пара с применением электропарогенератора»
- 7.1.1 Описание технологического процесса
- 7.1.2 Создание проекта
- 7.1.2.1 Описание параметров
- 7.1.2.2 Описание графических экранов и программ
- 7.1.2.3 Заполнение базы данных
- 7.1.2.4 Составление схемы переходов
- Список литературы
- 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1
- 453, Республика Башкортостан, г. Стерлитамак,