Введение к работе
Актуальность проблемы. Повышение эффективности и качества производства, управления предприятием во многом определяется своевременным освоением и использованием прогрессивных технических средств на базе электронной вычислительной техники (ЭВТ). Развитие передовой ЭВТ ведет к принципиальным изменениям в структуре вычислительных комплексов, значительному развитию распределенных вычислительных систем (ВС),информационно-управляющих систем (ИУС) и т.д..
Перспективной основой создания прогрессивных унифицированных ИУС, работающих в реальном масштабе времени, является применение промышленных программируемых логических контроллеров (ПЛК) на базе микропроцессоров (МП). Однако, в настоящее время важно, что ИУС на базе ПЖ существенно усложнились, и проблема выбора алгоритмов распределения ресурсов, конфигурации аппаратных средств ПЛК не может быть удовлетворительно разрешена без измерений, анализа и последующей оптимизации параметров вычислительного процесса. Для этих целей требуются измерительные средства, измерительно-вычислительные комплексы (ИВК) и т.п.. которые обеспечивают сбор данных о ходе вычислительного процесса, при заданных характеристиках внешней среды, структуре ИУС (или ее модели) и параметрах ее компонентов, а также измерение характеристик и диагностику технического состояния устройств ПЛК. Последнее выражается в наличии или отсутствии напряжения на определенной шине, состоянием отдельного триггера, регистра и т. д..
Следовательно, есть актуальная необходимость в решении совокупности задач анализа ИУС на базе ПЖ и синтеза. ИВК, начиная с структурного синтеза, выбора и разработки конкретных типов подсистем ИВК для проведения экспериментальных исследований. Указанные факторы приводят к развитию методов и алгоритмического обеспечения измерений, опирающихся на новые технические возможности процессорных измерительных средств (ПрИС), а также метрологического анализа полученных результатов.
Таким образом, разработка структуры, методов измерения и ал-гооитмов построения ИВК для диагностики ГШК является актуальной задачей и результаты работы представляют значительный практический интерес для предприятий, использующих и производящих ПЖ.
- г -
Цель и задачи работы. Конечной целью работы является разработка структуры специализированного ИВК встроенного типа и алгоритмов его- функционирования, обеспечивающих измерение характеристик и диагностику технического состояния устройств ПЛК, реализацию подсистем в ИВК. Для этого необходимо было решить следующие задачи:
исследовать функциональную область ПЛК на физическом уровне, на уровнях иерархии управления и иерархии полномочий (система прерываний), резидентную область памяти ПЛК;
провести анализ механизма аппаратной поддержки і..числения скобочных форм булевых функций, при реализации МП ПЛК логических алгоритмов, анализ системы контроля и диагностики в ПЛК;
провести анализ известных методов и средств контроля параметров программируемых устройств, анализ формирования информационных потоков в структуре ПЛК, информационных параметров контроля и моделей дефектов устройств ПЛК, структурно-функциональный анализ ПЛК;
провести структурный синтез ИВК встроенного типа на уровне подсистем, разработать и исследовать информационные модели для программы пользователя и устройства вычисления скобочных форм булевых функций, метод измерения характеристик функциональных состояний устройства вычисления скобочных форм булевых функций;
разработать и исследовать методы измерения значений функциональных параметров ПЛК и компенсации составляющих инструментальной погрешности при измерениях, метод оперативного контроля процесса выполнения в ПЛК, вычислительные структуры, реализующие предложенные алгоритмы;
- разработать программные средства для подсистем ИВК.
Методы исследования: структурный анализ ПЛК с использованием
методов и аппарата структурного синтеза ПрИС теории сложных измерительных систем; системный анализ ПЛК на основе системного подхода; использование теории статистических измерений и теории вычислительных систем; метода вычислительной и дискретной математики; машинный эксперимент на основе полученных в работе информационных моделей устройств ПЛК и алгоритмов измерения значений функциональных параметров ПЛК.
Новые научные результаты работы заключаются в следующем:
- предложена методология синтеза структуры ИВК встроенного
типа, ориентированного на реализацию в вычислительных структурах ЭВМ и ПЛК. для диагностики устройств ПЛК;
предложен принцип измерения характеристик функциональных состояний устройства булевого вычислителя в ПЛК;
предложен принцип статистических измерений значений функциональных параметров ПЛК;
предложен принцип оперативного контроля правильности функциональных действий МП, в процессе выполнения ПЛК программы пользователя.
Практическая ценность работы заключается:
в результатах исследований и анализа работы устройств ПЛК, резидентного программного обеспечения ПЛК;
разработана методика формирования структуры и определения характеристик функциональных состояний устройства ПЛК, для вычисления скобочных Форм булевых функций:
разработана методика и вычислительные структуры, реализующие статистические измерения значений функциональных параметров ПЛК;
разработана методика и вычислительные структуры, реализующие измерение одномерной интегральной функции распределения вероятности значений Функционального параметра ПЛК, на фиксированном интервале времени;
разработана методика реализации оперативного контроля процесса выполнения программы пользователя в ПЛК, по результатам измерений интегральной функции распределения вероятности значений времени цикла программы ;
реализовано алгоритмическое обеспечение подсистем ИВК. Осн_овные_.научные^олржения. выносимые на защиту:
методология синтеза структуры ИВК встроенного типа;
принцип и метод измерения характеристик функциональных состояний устройства булевого вычислителя в ПЛК;
принцип и метод статистических измерений значений функциональных параметров ПЛК;
результаты количественных исследований работы подсистем ИВК.
Практическая реализация результатов.
Разработанные методики и ИВК реализованы в лаборатории систем автоматического управления Отдела главного технолога и в цехе.
Трансмиссии-І АООТ "Волгоградский тракторный завод" для диагностики технического состояния устройств ПЛК семейства МикроДАТ, .на кафедре "Вычислительная техника" ВолгГТУ (г. Волгоград) в учебном процессе,' и подтверждены соответствующим актом внедрения. Планируется дальнейшее использование подсистем ИВК при сертификации параметров ИУС с разнотипными ПЛК.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались:
на Всероссийской научной конференции ученых Метрологической академии РФ "Менделеевские научные чтения", 18-19 октября 1995г., С- Петербург, ВНИИМ им. Д.И. Менделеева:
на межвузовской научно-практической конференции молодых ученых Волгоградской области "Компьютерное обеспечение и компьютерные технологии", 5-9 декабря 1994г., Волгоград, ВолгГТУ;
на ежегодных научно-технических конференциях преподавателей и аспирантов "Измерительно-вычислительные сети", 1992-1995 гг., Волгоград, ВолгГТУ ;
на семинаре кафедры ИИТ, 20 октября 1995 г., С- Петербург, СПбГЭТУ.
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в пяти печатных работах, из них одна - тезисы доклада на Межвузовской научно-практической конференции, четыре работы депонированы в ВИНИТИ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы, включающего 83 наименования, и пяти приложений. Основная часть работы изложена на 123 страницах машинописного текста. Работа включает 20 рисунков. 14 таблиц и 46 страниц приложений.