1.2. АИУС. Структура, особенности архитектуры

Под автоматизированной информационно-управляющей системой (АИУС) будем понимать комплекс аппаратных и программных средств, который осуществляет управление каким-либо объектом.

В данной дисциплине рассматриваются технологические объекты управления (ТОУ), входящие в состав производственных систем.

Работа АИУС при управлении реальными объектами в рамках производственных систем связана, как правило, во-первых, с необходимостью обмена информацией с большим числом внешних устройств; во-вторых, с решением многих задач в реальном масштабе времени при их относительной неизменности в течение всего времени эксплуатации; в-третьих, с большой продолжительностью непрерывной работы при сохранении устойчивости к отказам. Это приводит к некоторым особенностям архитектуры (структуры и системного программного обеспечения) АИУС по сравнению с традиционными (универсальными) средствами вычислительной техники.

Из с т р у к т у р н ы х о с о б е н н о с т е й АИУС следует отметить:

1. Развитую систему сопряжения с большим количеством внешних устройств (как правило, датчиков информации);

2. Использование различного рода каналов ввода-вывода и стандартного интерфейса;

3. Развитую систему средств управления и отображения информации;

4. Возможность прерываний АИУС;

5. Специализацию системы команд, ориентированную на выполнение алгоритмов определенного класса;

6. Развитую систему памяти (применение наряду с ОЗУ, ПЗУ и внешней памяти большой информационной емкости и быстродействия);

7. Наличие системы аппаратного контроля;

8. Наличие счетчиков реального времени.

Системное программное обеспечение АИУС должно быть ориентировано на:

1. Выполнение вычислений в реальном масштабе времени;

2. Обеспечение обмена информацией во время решения задач;

3. Большой объем используемых данных и прикладных программ;

4. Большое количество операций логического преобразования, поиска и упорядочения информации;

5.

По назначению АИУС делят на системы для управления технологическими процессами и объектами и системы для управления отраслями производства, предприятиями, городским хозяйством и т.д.[1].

Мы будем рассматривать АИУС первого вида. Их отличительные признаки:

1. Наличие ограниченного набора четко сформулированных задач;

2. Требования оптимизации структуры АИУС для конкретного применения;

3. Работа в реальном масштабе времени, обеспечение минимального времени реакции на изменение внешних условий;

4. Наличие развитой системы внешних устройств, их большое разнообразие;

5. Существенное различие функциональных задач;

6. Высокие требования по надежности с учетом большой

продолжительности непрерывной работы;

7. Сложные условия эксплуатации;

8. Обеспечение различных режимов работы (автоматического или

автоматизированного).

В общем виде структура АИУС может быть представлена следующим образом.

Рис. 1. Структура АИУС

Здесь ОУ - объект управления; ДВИ - датчики входной информации; УСО - устройство сопряжения с объектом; ПУО - пульт управления оператора; СОИ - система отображения информации.

Ядром системы является микроЭВМ. Здесь под микроЭВМ понимаются любые средства вычислительной техники, которые можно использовать для построения системы. То есть здесь могут быть использованы и специализированные (управляющие) вычислительные комплексы и универсальные средства вычислительной техники. Важным элементом структуры является устройство сопряжения с объектом (УСО), назначение которого заключается в согласовании сигналов ОУ и микроЭВМ по форме и уровню. УСО включает в свой состав как стандартные модули (АЦП, ЦАПы и т.п.), так и нестандартные компоненты, которые необходимо разрабатывать и создавать. Необходимость разработки определяется спецификой объекта управления. Специфика объекта управления определяет также и особенности реализации пульта управления оператора и системы отображения информации.

Рассматриваемые системы используются для управления объектами в различных отраслях промышленности и различных сферах человеческой деятельности. Несмотря на большое разнообразие объектов можно выделить конечное (небольшое) число задач, которые должны решать создаваемые АИУС. Перечислим их:

1. Сбор и первичная обработка информации;

2. Задачи прогнозирования и функционального преобразования;

3. Задачи контроля и обнаружения неисправностей;

4. Локальное, программное управление и регулирование, в том числе с использованием принципов адаптивного управления;

5. Задачи оптимизации;

6. Решение задачи принятия решений.

Особенности решения этих задач рассмотрены ниже.