Функции по переработке информации возлагаются на вычислительный комплекс, который в простейшем случае представляет собой одиночную ЭВМ, а в сложных АСУ РВ - многомашинную или многопроцессорную вычислительную систему. Можно выделить следующие виды средств переработки информации в АСУ реального времени.

1.  Контроллер на базе персонального компьютера. Основные сферы использования - небольшие специализированные системы автоматизации в медицине, научных лабораториях, средствах коммуникации и для АСУТП небольших объектов с числом входов/ выходов порядка нескольких десятков. Выполняемые функции - обработка измерительной информации.

2.  Локальный контроллер. Используются два типа таких контроллеров: 1) встраиваемый в оборудование и являющийся его неотъемлемой частью (станки с числовым программным управлением, автомашинисты, аналитические приборы); 2) автономные, реализующие функции контроля и управления небольшим изолированным объектом. Локальные контроллеры рассчитаны на десятки входов/выходов, они имеют интерфейсы для связи с другими средствами автоматизации.

3.  Сетевой комплекс контроллеров. Это наиболее распространенный тип. Его минимальный состав - набор контроллеров, дисплейные пульты операторов, промышленная сеть для передачи коротких сообщений. Функции этих контроллеров - контроль и управление с числом входов/выходов порядка тысяч.

4.  Распределенные системы управления малого масштаба. Основное отличие от предыдущего типа - большее разнообразие модификаций, блоков ввода/вывода, панелей оператора; большая мощность центральных процессоров контроллеров, позволяющая им обрабатывать более 10000 входных/выходных сигналов; выделение отдельных конструктивов удаленных блоков ввода/вывода, рассчитанных на работу в различных условиях окружающей среды. Эти контроллеры могут поддерживать несколько уровней сетей - полевые сети для связи с датчиками, сети первого уровня для связи контроллеров между собой и сети второго уровня для связи с оператором всего участка производства.

5. Полномасштабные распределенные системы управления. Этот тип контроллеров практически не имеет ограничений ни по выполняемым функциям, ни по объему автоматизируемого объекта. Дополнительно к рассмотренным ранее возможностям эти контроллеры имеют следующие свойства:

-  наличие промышленных сетей, позволяющих подсоединять к одной шине сотни узлов (контроллеров и пультов);

- использование информационных сетей для связи пультов операторов друг с другом, для связи с серверами, с корпоративной сетью предприятия;

-  взаимодействие пультов управления в клиент-серверном режиме;

-  наличие в составе программного комплекса пакетов, реализующих функции эффективного управления отдельными агрегатами (многосвязное регулирование, оптимизация и т.п.), диспетчерского управления участками производства (поддержка принятия управленческих решений), технического учета и планирования производства в целом.

Одиночные ЭВМ могут представлять собой микроконтроллеры, скалярные, суперскалярные и векторные процессоры с системами памяти, устройствами управления и средствами ввода/вывода.

Индустриальная рабочая станция — это системный блок, дисплей и клавиатура в одном конструктиве.

Скалярный процессор - это программно-управляемое устройство для обработки цифровой информации и управления процессом обработки, содержащее минимально необходимый набор устройств для выполнения этих операций: операционное (арифметико-логическое) устройство с устройством управления, внутреннюю сверхоперативную память и внутреннюю шину для обмена информацией.

Суперскалярный процессор имеет несколько операционных устройств, что позволяет ему вести параллельную обработку информации.

Векторный процессор имеет структуру и систему команд, обеспечивающие возможность выполнения векторных операций.

Многомашинная система состоит из нескольких машин, каждая из которых имеет свою внутреннюю память и работает под управлением своей операционной системы, и средства обмена информацией между машинами.

Мультипроцессорные системы имеют следующие отличительные особенности: наличие единой операционной системы и общих периферийных устройств; возможность перераспределения программ между процессорами; возможность прерывания работы одних процессоров в зависимости от работы других.

Микроконтроллеры

Микроконтроллер - это законченная микропроцессорная система обработки информации, реализованная в виде БИС и объединяющая в пределах одного полупроводникового кристалла центральный процессор, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), основную память - оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и устройства ввода/вывода информации.

Однокристальному микроконтроллеру (ОМК) присущи следующие особенности:

-  система команд ориентирована на выполнение задач управления и регулирования;

-  алгоритмы, которые реализуются на ОМК, могут иметь много разветвлений в зависимости от внешних сигналов;

-  данные, с которыми оперируют ОМК, имеют небольшую разрядность;

-  схемная реализация систем управления на базе ОМК является несложной и имеет невысокую стоимость;

-  универсальность и возможность расширения функций управления значительно ниже, чем в системах с однокристальными микропроцессорами.

Все ОМК одного семейства содержат в себе одинаковый базовый функциональный блок и различные изменяемые функциональные блоки. Базовый блок принято называть процессорным ядром ОМК.

В состав процессорного ядра входят:

-  центральный процессор;

-  внутренние шины адреса, данных и управления;

-  схемы синхронизации, формирующие многофазные импульсные последовательности для тактирования центрального процессора и шин;

-  схема управления режимами работы ОМК.

Ядро современных ОМК реализуют как на основе CISC-, так и на основе RISC-архитектуры.

ОМК с CISC-архитектурой имеют однобайтовый, двухбайтовый и трехбайтовый (реже четырехбайтовый) формат команд. Выборка команды из памяти осуществляется побайтно в течение нескольких машинных циклов. Время выполнения каждой команды с учетом времени выборки в большинстве случаев составляет от 1 до 10 циклов.

ОМК с RISC-архитектурой имеет фиксированный формат команды (12, 14 или 16 бит). Выборка из памяти и исполнение подавляющего большинства команд осуществляется за один машинный цикл.

Модульная структура ОМК показана на рис. 13.1. Изменяемый функциональный блок включает модули основной и постоянной (ОЗУ и ПЗУ) памяти, генератор схемы синхронизации (Г) и модули внешних устройств. К внешним устройствам обычно относятся: порты ввода/вывода, таймеры, аналого-цифровые преобразователи (АЦП), контроллеры последовательного ввода/вывода (К).

Рисунок 13.1

В последних разработках в состав изменяемых модулей включают модули контроля за напряжением питания и ходом выполнения программы и модули внутрисхемной отладки и программирования.

Каждый модуль имеет выводы для подключения его к шинам адреса (ША) и данных (ШД) процессорного ядра.