CC BY
14
ISSN 1994-7836 (print) ISSN 2519-2477 (online)
УДК 681.325 Article info Received 18.02.2017
МОДЕЛЬ ОРГАШЗАЦН ОБМ1НУ ТА ЗБЕРЕЖЕННЯ ДАНИХ У БАГАТОР1ВНЕВИХ СИСТЕМАХ УПРАВЛ1ННЯ ТЕХНОЛОГ1ЧНИМИ ПРОЦЕСАМИ
I. Г. Цмоць, Т. В. Теслюк, М. В. Машевська, В. М. Теслюк
НУ "Львiвська полтехнжа", м. Львiв, Украша Розроблено структуру системи багаторiвневого управлшня технолопчними процесами з оргаш-защею обмiну даними через багатопортову пам'ять, яка грунтуеться на модульному принциш. Сформовано вимоги до засобiв обм^ та збереження даних, розроблено структуру пристрою збереження та обмшу даними i синтезовано контролер багатопортово'1 пам'ятi. Вдосконалено метод безконфлк-тного паралельного обм^ з використанням багатопортово'1 пам'ятi шляхом узгодження штенсив-носп доступу до нього з штенсивнютю надходження даних, що дае змогу визначити потрiбну швид-кодiю оперативного запам'ятовувального пристрою.
Ключоег слова: система багаторiвневого управлiння, пристрiй, контролер, багатопортова пам'ять, реальний час.
Постановка задача Сучасна система управлшня технолопчними процесами е багаторiвневою, яка пе-реважно складаеться з таких р1вн1в: збирання даних та управлшня виконавчими механiзмами, контролю та управлшня технолопчними процесами, операторского контролю та формування управлшських рiшень. Специфiка кожного рiвня визначаеться апаратно-програмними компонентами та задачами, як розв'язу-ються. На ргвш збирання даних та управлiння виконавчими мехашзмами формуеться первинна шформа-цiя, яка попередньо опрацьовуеться, нагромаджуеться та надходить на засоби контролю. З використанням ще! шформаци формуються сигнали для управлiння виконавчими мехатзмами та технологiчними процесами. Задач^ якi розв'язуються на рiвнi контролю та управлшня технолопчним процесом, висувають жорсткi вимоги на час формування управляючих сиг-налiв. Загалом, управлшня на цих рiвнях мае ввдбува-тися у реальному часi, тобто гарантовано ввдклика-тись на зовшшш поди за визначений час.
Ефективна робота багаторiвневих систем управлшня технологiчними процесами (БСУТП) на ргвш збирання даних i управлiння виконавчими мехашзмами та рiвнi контролю i управлiння технологiчними процесами, забезпечуеться використанням розподше-них мiкроконтролерних систем, як для збирання даних i управлiння використовують промисловi мережi. Приближенно мiкроконтролерiв до сенсорiв та об'екта управлшня забезпечуе скорочення затрат на кабельш комушкаци та шдвищуе живучiсть системи. Для ефективно! взаемодп мiж компонентами (сенсорами, виконавчими механзмами, промисловими контролерами, мiкроконтролерами) БСУТП широко застосову-ють промисловi мереж^ якi використовують технологию польових шин. Перевагою промислових мереж е: збшьшення вiддалей мiж компонентами системи, можливкть дистанцiйного налаштовування сенсорiв, наближення засобiв опрацювання до сенсор1в та вико-навчих механiзмiв.
Однiею iз основних задач БСУТП е формування у реальному чаи единого шформацшного простору з
Тому актуальною задачею для БСУТП з промисло-вою мережею е забезпечення безконфлiктного паралельного обмшу та збирання даних у реальному чаа.
Аналiз останнгх дослщжень та публiкацiй. Проведений аналiз публiкацiй (Groover, 2007; Rehg, & Henry, 2012; Leitao, 2009; Panetto, & Arturo, 2008) свщчить, що у сучасних БСУТП для збирання даних i управлшня технолопчними процесами використовують розподшеш мшроконтролерш системи (Tsmots, Teslyuk, & Vavruk, 2013), якi зв'язуються мiж собою промисловими мережами на базi технологи польових шин. Основною перевагою таких систем е наближення засобiв опрацювання до сенсорiв та виконавчих мехашзм1в, що пiдвищуе живучiсть таких систем. У цих роботах мало уваги придшено питанням оргашза-ци обмiну даними у реальному час мiж компонентами систем управлшня.
Розроблення компонент збирання та збереження даних детально розглянуто в роботах (Medykovskyj et al., 2015; Harazov, 2009; Pupena et al., 2011; Rashke-vych, Tsmots, & Demyda, 1998; Tsmots, & Podolskyj, 2009; Pjavchenko, 2007). З аналiзу публшацш (Medykovskyj et al., 2015; Solvang, Sziebig, & Korondi, 2008) можна зробити висновок, що збшьшити множи-ну ведучих пристрогв, якi реашзують режим звертан-ня багатьох до багатьох, можна шляхом використання багатоканальних пристро!в обмшу з буферизащею даних, як забезпечують розпаралелення процесу збирання даних у мережi та управлшня виконавчими мехашзмами. Недолшом наявних засобiв збирання та збереження даних е: складшсть формування единого шформацшного простору з достовiрною, повною та оперативною шформащею; синхронiзацiя процес1в обмiну; адаптацiя iнтенсивностi доступу до засоб1в збирання та збереження даних з штенсившстю надхо-дження даних.
Метою роботи е вдосконалення методу безкон-флiктного паралельного обмiну, формулювання вимог до засоб1в обмiну та збереження даних, розроблення структури пристрою збереження й обмiну та синтезi контролера багатопортово! пам'яп.
Розв'язання задачi. Багаторiвнева система управлшня технолопчними процесами. Основними задача-
noBHoro onepaTHBHoro rn^opMa^ero.
Citation APA: Tsmots, I., Teslyuk, T., Mashevska, M., & Teslyuk, V. (2017). The Model of Data Exchange and Data Storage in MultiLevel Technological Process Control Systems. Scientific Bulletin of UNFU, 27(1), 197-202. Retrieved from http://nv.nltu.edu.ua/index.php/journal/article/view/197
Scientific Bulletin of UNFU, 2017, vol. 27, no 1 197
ми сучасних БСУТП е: збiр даних; створення единого шформацшного простору з достов]рною, повною та оперативною iнформацi€ю; контроль виконавчих ме-ханiзмiв; опрацювання даних; формування сигналiв управлiння для технологiчних процесiв i виконавчих механiзмiв. Структуру БСУТП з використанням пристрою збереження та збирання даних наведено на рис. 1.
Промислова
Рис. 1. Структура БСУТП з пристроем збереження та збирання
Структура БСУТП складаеться i3 трьох piBHiB: збирання даних та управлшня виконавчими мехашзмами; контролю та упpавлiння технологiчними процесами; операторського контролю та формування управлшсь-ких piшень. Особливiстю кожного piвня БСУТП е апаpатно-пpогpамнi компоненти та задач^ яю ними розв'язуються.
Р1вень збирання даних та упpавлiння виконавчими мехашзмами. На цьому piвнi здшснюеться збip, наг-ромадження даних iз сенсоpiв i Тх опрацювання. За результатами опрацювання формуються сигнали для уп-равлшня виконавчими механiзмами та технолопчни-ми процесами. На цьому piвнi використовують апа-pатно-пpогpамнi засоби на базi мiкpоконтpолеpiв ri-мейства STM8. До таких апаратно-програмних засобiв висуваються жоpсткi вимоги за надшшстю, часом ре-акцп на даш, що надходять вiд сенсоpiв.
Рiвень контролю та упpавлiння технологiчним процесом. На цьому piвнi здiйсню€ться збip, нагрома-дження даних про технолопчний процес, оперативне опрацювання даних, прогнозування поведiнки проце-сiв i об'ектв упpавлiння. Опрацювання даних на цьому piвнi зменшуе обсяги даних, як потpiбно пере-давати на верхнш piвень i цим самим забезпечуе зни-ження вимог до пропускноТ здатностi каналiв зв'язку. Цей piвень БСУТП е достатньо автономний, який за вiдсутностi зв'язку з верхшм piвнем здатний тривалий час працювати автономно. На цьому piвнi для контролю та управлшня технолопчним процесом використовують апаратно-програмш засоби на базi мжрокон-тролерних систем Raspberry Pi та AVR, програмова-них логiчних контpолеpiв Mitsubishi Melsec FX3U. Апаpатно-пpогpамнi засоби цього piвня повиннi працювати у реальному чаш, тобто гарантовано вщклика-тись на зовшшш подГТ за час, визначений для кожноТ такоТ поди.
Рiвень операторського контролю та формування управлшських piшень. На цьому piвнi виконуються такi задачi: збip, збереження та опрацювання даних;
Украши, 2017, т. 27, № 1 опрацювання вщеопотоюв, розпiзнавання зображень i сцен у системах техтчного зору; формування управлшських ршень; синхротзащя единого часу в розпо-дiленiй систему синхротзащя роботи розподiлених пiдсистем; вiзуалiзацiя та вiдображення ходу виконан-ня технологiчного процесу. Окр1м цього, на цьому р1вш використовуеться система БСЛЭЛ, основною функцiею якоТ е створення штерфейсу оператора та збiр даних про технолопчний процес.
Цей р1вень БСУТП характеризуеться високою ш-тенсившстю надходження даних i складнiстю алго-ритм1в опрацювання. На цьому р1вш, для операторського контролю та формування управлшських ршень, використовуються робочi станщТ оператора на ШБС-або Ме1-платформах, якi повиннi працювати у реальному час]
Пристрiй збереження та збирання забезпечуе збiр даних з всiх рiвнiв БСУТП i формування единого ш-формащйного простору з повною оперативною шфор-мащею. Органiзацiя зв'язку мiж зовнiшнiми пристро-ями та апаратними засобами БСУТП (мжроконтро-лернi системи, робочi станцп) здiйснюеться через поштовi скриньки. У багатопортовш пам'ятi для кожного зовшшнього пристрою, мжроконтролерноТ системи та робочоТ станщТ вiдводяться фшсоват областi пам'ятi - поштова скринька стану i поштова скринька повщомлень. Кожний засiб, що пiд'еднаний до пристрою збереження та збирання, передае повщомлення в поштову скриньку про свш стан та адресу початковоТ комiрки пам'ятi першого елемента масиву даних i його розмiр. Перевага зв'язку через поштову скриньку в тому, що адресати отримують дат без учасл пере-даючого засобу.
Вимоги до засобiв обмiну та збереження даних. Управлшня технолопчними процесами вимагае збирання даних i створення единого шформацшного простору з достовiрною, повною та оперативною ш-формащею. Для збереження та обмiну даними на ос-новi багатопортовоТ пам'ят (БПП) потрiбно розробити пристрiй збереження та обмiну. Основним компонентом БПП е швидкод]юча оперативна пам'ять з великим обсягом. В основу побудови БПП пропонуеться покласти принцип часового розподшу ресурсiв пам'ят мiж зовнiшнiми пристроями (iнтелектуальнi сенсори, виконавчi механiзми, мiкропроцесорнi системи), як пiдключаються до неТ. Пiд час реал]зацп методу часового розподшу ресурс]1в оперативно!' пам'ятi потрiбно використовувати таку умову:
Ттп ^ т1ц , (1)
де: Тт1п - найменший з перюд]в звертання зовшшшх пристроТв до БПП; 1ц - цикл доступу до оперативноТ пам'ятi; т - кшьюсть зовшшшх пристроТв, що мають доступ до БПП.
Виконання умови (1) мае забезпечити безконфлш-тний паралельний обмш у реальному часi з т зовшш-шми пристроями. Обмш БПП ]з зовшшшми пристроями повинен здiйснюватися з використанням штер-фейсiв на основ] технологи польовоТ шини. Викорис-тання таких штерфейс]]в вимагае послщовно-пара-лельного перетворення, яке визначае м]ншальний пе-
Науковий вкник НЛТУ рюд Тт1П звертання зовнiшнiх пристро!в до БПП. Час мшмального перiоду Тт1П обчислюють так:
Т ■ - —
де: п - розрядшсть даних; Рй - максимальна частота передачi у промисловi мережi.
Швидкодiя оперативно! пам'ятГ, яка використо-вуеться для синтезу БПП, повинна забезпечувати ви-конання тако' умови:
^ п
тГй
де 1Ц - цикл доступу до оперативно! пам'ятГ
Для забезпечення високо! ефективностi викорис-тання обладнання у пристро! збереження та обмiну потрiбно узгодити iнтенсивнiсть надходження даних
т
Рй - Е плГл 3 штенсившстю доступу до БПП
1 -1
т
Рвпп - £ ,
1 -1
де: Рй - iнтенсивнiсть надходження даних; пй1 - роз-ряднiсть г-го каналу надходження даних; - частота надходження даних ввд г-го пристрою; т - кiлькiсть пристрош, що пiд'eднуються до БПП; РБПП - Гнтенсив-нiсть доступу до БПП; п - розряднiсть г-го порту; -частота доступу в г-го порту.
Розроблення засобГв збереження та обмiну даними на базi БПП потрiбно здiйснювати з використанням iнтегрованого пГдходу, який охоплюе: сучасну еле-ментну базу, iнтегральну технологию, iнтерфейси про-мислово! мережi, паралельш методи та засоби обмiну, методи синтезу та структури БПП (Ьейао, 2009). Пристрiй збереження та обмiну повинен бути орГенто-ваний на НВIС-реалiзацiю, мати змiнний склад обладнання, який передбачае наявшсть ядра пристрою та змiнних модулГв, за допомогою яких ядро пГдклю-чаеться до конкретного зовшшнього пристрою.
Для синтезу пристрою збереження та обмшу пот-рiбно знати: кiлькiсть зовшшшх пристрош т; макси-мальну частоту обмiну яка забезпечуеться штер-фейсом; обсяг N i розрядшсть п даних для кожного зовнiшнього пристрою.
Смтсть пам'ятi Q пристрою збереження та обмшу залежить як ввд кiлькостi зовнiшнiх пристро!в т, так вiд розмiрiв N i розрядностi п,- масивiв даних, як ви-користовуються при обмiнi. ОкрГм цього, у пристро! збереження та обмшу потрiбно передбачити певний обсяг пам'ятГ для органiзацií обмiну. Для збереження та обмшу даними в БСУТП емшсть пам'ятГ Q повинна бути:
т
Q > V + X Кп ,
¿-1
де V - кГлькГсть пам'ятi, яка використовуеться для ор-ганГзаци обмiну.
Структура пристрою збереження та обмшу. У пристро! збереження та обмшу нагромаджуеться пер-винна шформащя, яка опрацьовуеться, а результати використовуються для управлшня виконавчими меха-нiзмами та технолопчними процесами. Для з'еднання зовнiшнiх пристро!в iз пристроем збереження та обмь ну використаемо iнтерфейс Я8485, який мае таю ха-
рактеристики (Groover, 2007): е двохпроввдним, нашв-дуплексним i багатоточковим з диференцшною передачею сигнал1в; пiдтримуе шд'еднання до спiльноí шини до 32 вузл1в; мае швидкiсть передачi даних на коротких ввдстанях до 10 M6ix/c, а на максимальнiй довжин кабеля (1200 м) - 100 Кбгг/с; використовуе джерело живлення +5В, а дiапазон напруг спiльного режиму (-7В)-(+12В).
Структура пристрою збереження та обмшу на базi БПП з шдключенням зовнiшнiх пристрош через штер-фейс RS485 наведена на рис. 2, де ВС - вузол синхро-шзаци, ОЗП - оперативний запам'ятовуючий прис-трiй. Пристрiй збереження та обмiну на базi БПП складаеться з ядра пристрою - ОЗП i ВС, який е нез-мiнним для вс1х застосувань i змiнноí частини - кон-тролерiв БПП та адаптерiв штерфейс1в RS485-£nn, якi використовуються для шдключення зовнiшнiх пристрош.
Доступ зовнiшнiх пристрош до ОЗП може здшс-нюватися циклiчно за алгоритмом фiксованих часових iнтервалiв з перiодом Т, який визначаеться так:
Т = (t4 + 1кбпп ) ■ m , де: t4 - час циклу доступу до ОЗП; tKEnn - час затрим-ки на контролерi БПП; m - кшьюсть зовшшшх прис-тро'в. Такий пристрш забезпечуе iнтенсивнiсть доступу до ресурав ОЗП, яка обчислюеться так:
mn T '
Рбпп
де п - розряднiсть даних.
Вузол синхрошзаци. Вузол синхронiзацГí ВС забезпечуе формування неперервно! посладовносп так-тових Гмпульсгв Т/у, Т12р де '=1,..., т, тривалiсть яких дорiвнюе вГдповГдно tц часу циклу доступу до ОЗП (Ыага20У, 2009). Ц тактовi Гмпульси синхронГзують доступ асинхронно працюючих зовнГшнгх пристро!в до магiстралi ОЗП. Вузол синхротзапл ВС може програмно налаштовувати формування тактових гмпульсгв Т/у, Т1у, юльюсть яких дорГвнюе кГлькостГ пГдключених зовшшшх пристрош. Приклад формування тактових Гмпульсгв Т/у, Т/^ для чотирьох зов-нГшнГх пристро!в наведено на рис. 3.
Рис. 2. Структура пристрою збереження та o6MiHy
Науковий вкник НЛТУ Тривалiсть тактових шпульав Т1у, Т1у дорiвнюe, вiдповiдно, часу циклу звертання та часу запису (чи-тання) в ОЗП.
Контролери БПП. Основними компонентами пристрою збереження та обмiну е БПП, контролери яко! повиннi забезпечити: роботу з рiзними за швид-кодiею зовшшнши пристроями; нарощування юль-костi порпв БПП; циклiчний доступ до мапстраш ОЗП.
Т1
11-п
Т1
1 21
Т1
1 * 12
Т1
1 *22
Т1
Т1
Т1
Т1
'!_П_ п п п
П п п п п
п п п п
п п п п
п п п п
И п п п п
п п п п п
-►
Рис. 4. Структура контролера БПП
Вк
лог.0 у лог.1) сигналу управлшня Уп виконуеться переключения або тригера Тг11 в одиницю (тригер ТгУ -в станi лог.0) або тригера Тг21 (тригер ТгУ - в стан лог.1) та змша стану тригера ТгУ на протилежний. Сигнал лог.1 з виходу тригера Тг11 (Тг21) надходить на шформацшний вхiд тригера Тг12 (Тг22) i по передньо-му фронту тактового iмпульсу Т1у записуеться у цей тригер. За наявносп рiвнiв лог. 1 на другому i третьо-му входах елемента 1-НЕ12 (елемента 1-НЕ22) та з приходом тактового iмпульсу Т1у на виходi даного лопч-ного елемента формуеться ввд'емний 1мпульс, який надходить на вихвд формувача. Окрiм цього, цей импульс надходить на другий вхвд елемента 111 (елемент /21) i переднiм фронтом з виходу цього елемента пе-реключае тригер Тг11 (Тг21) у стан лог.0. Шсля приходу наступних сигнал1в управлiния Уп формувач сиг-нaлiв Ф працюе аналопчно.
Рис. 3. Часова дiаграма формування тактових iмпульсiв
Для реашзаци перерахованих функцш розроблено контролер БПП, структуру якого наведено на рис. 4, де: Рг - репстри; ЛА - лiчильник адреси; ШД- шина даних, ЗпА, ЧтА - сигнали, вiдповiдно, запису та чи-тання адреси; ЗпОЗП, ЧтОЗП - сигнали, вщповвдно, запису та читання з ОЗП; Т1у, Т1у - тактовi 1мпульси: ШДОЗП, ШАОЗП - шини ОЗП, вiдповiдно, даних i адреси; Чт / Зп - режим читання або запису для ОЗП; ВК - сигнал вибирання кристала ОЗП.
Основними компонентами контролера БПП е: фор-мувачi сигналiв Ф1, Ф2 i Ф3, лiчильник адреси ЛА, бу-ферш регiстри Рг1 i Рг2 та шинш формувачi. Формува-чi сигналiв Ф1, Ф2 i Ф3 призначеш для фжсацп сигна-лiв вщповвдно ЗпОЗП, ЧтОЗП i ЗпА та формування на виходах ввдповвд у виглядi одиничного 1мпульсу ввд'емно! полярностi. Формувачi Ф1, Ф2 i Ф3 реалiзу-ються однаково, схему формувача сигналiв наведено на рис. 5, де: Тг - тригер; Уп - вхвдний сигнал.
Перед початком роботи формувача сигналов Ф тригери Тг11, Тг12, Тг21 i Тг22знаходяться в станi лог.0. По передньому фронту (переходу ршня сигналу з
Рис. 5. Схема формувача сигналiв
У контролерi БПП для оргашзаци конвеерного режиму доступу до ОЗП використовуються буферш ре-гiстри Рг1 i Рг2. Звертання до ОЗП розбиваеться на два етапи: перший - шдготовчий, другий - безпосе-реднього звертання до ОЗП. Використання буферних регiстрiв Рг1 i Рг2 зменшуе час читання (запису) даних. При читанш даних зовшшнш пристроем на першому етапi данi з ОЗП записуються в Рг2, а на другому еташ зчитуються iз Рг2. Запис даних ввд зовнiшнього пристрою здшснюеться у два етапи: на першому еташ даш записуються у Рг1, а на другому еташ - з виходгв Рг1 в ОЗП.
Перед початком доступу у-го зовшшнього пристрою до пам'ятi у лiчильник адреси ЛА у-го контролера БПП сигналом ЗпА записуеться адреса, за якою з ОЗП зчитуються даш у буферний репстр Рг2. Запис (читання) даних у ОЗП може здшснюватися як пословно, так i масивами. При послiвному звертаннi зовшш-нiх пристро!в до ОЗП кожний запис або читання ви-магае попереднього запису адреси у ЛА, а при робот з масивом даних попереднш запис адреси здiйснюеться один раз на початку звертання до масиву. Попереднш запис адреси та попередне читання даних iз ОЗП дае змогу зменшити час вибiрки даних з ОЗП до часу спрацювання репстра.
Розглянемо детальшше роботу БПП у режимах запису i читання даних. При читаннi даних у-м зовнш-н1м пристроем iз ОЗП на вхiд ЧтОЗПу-го контролера БПП надходить 1мпульс вщ'емно! полярностi, який за-
безпечуе передачу даних з виходу регiстра Рг2 на шину даних ШД. О^м цього, передн1м фронтом цього шпульсу зб1льшуеться на одиницю вмiст лiчильник адреси ЛА та виконуеться його фжсащя у формувачi Ф2. З приходом тактового шпульсу Т/у, на виходi формувача Ф2 формуеться ввд'емний 1мпульс, який пiдключае на шину адресу ША ОЗП виходи лiчильни-ка адреси ЛА, та формуе сигнали (Чт / Зп =лог.1 та ВК = лог.0) для читання даних з ОЗП та !х запису у репстр Рг2. На цьому процедура читання одного слова iз ОЗП завершуеться. У випадку, коли зчитуеться ма-сив даних, то читання таких елементав масиву виконуеться аналопчно. Час спрап^вання контролера БПП tКБПП при читаннi даних з ОЗП дор1внюе часу затримки регiстра Рг2.
Запис у'-м зовнiшнiм пристроем даних у ОЗП за ра-шше записаною адресою в лiчильник адреси ЛА здшснюеться наступним чином. Даш, як потрiбно за-писати в ОЗП, подаються на шину даних ШД у-го контролера БПП i переднiм фронтом сигналу ЗпОЗП за-писуються в Рг1 i фiксуються з формувачем Ф3. З приходом тактового iмпульсу Т/у на виходi формувача Ф3 формуеться ввд'емний 1мпульс, який пiдключае адресу з виходiв лiчильника адреси ЛА i данi з виход1в регiстра Рг1 на шини ОЗП, вщповвдно, ШАОЗП i ШДОЗП та формуе сигнали (Чт / Зп =лог.0 та ВК = лог.0) для запису даних у ОЗП. Переднем фронтом импульсу з виходу формувача Ф3 вмкт лiчильника ЛА збiльшуеться на одиницю. На цьому процедура запису одного слова у ОЗП завершуеться. Запис наступних елеменпв масиву даних у ОЗП здшснюеться аналопчно. Час спрацювання контролера БПП 1КБПП при запис даних у ОЗП дор1внюе часу затримки репстра Рг1.
Адаптер iнтерфейсiв Я8485-БПП. Адаптер штер-фейс1в ЯБ485-БПП забезпечуе шдключення зовнiшнiх пристро!в з послвдовним iнтерфейсом ЯБ485 та його адаптацго до iнтерфейсу контролера БПП. Основним вузлом адаптера е перетворювачi: послвдовно-пара-лельнi та паралельно-послiдовнi. Реалiзацiя таких пе-ретворень грунтуеться на виконанш тако! рiвностi:
ПВх^Вх = ПвихРвих ,
де: пВх - розряднiсть даних на входi перетворювача; ¥Вх - частота даних на входi перетворювача; пВих -розряднiсть даних на виходi перетворювача; ¥Вих -частота даних на виходi перетворювача.
Кожне перетворення характеризуеться коефь щентом, який визначаеться так:
Р_ ПВх пВих
Коефiцiент перетворення в може змшюватися у таких межах:
1
ПВи
-<b< n Вх .
(2)
З виразу (2) видно, що коефщент перетворення в забезпечуе 3MiHy параметр1в доступу до БПП у широкому дiапазонi. Значения коефщента в визначае вид перетворення: в<1 (паралельно-послiдовне), р>\ (пос-лiдовно-паралельне).
Висновки. Розроблення пристрою збереження та обмiнy доцiльно здiйснювати з використанням штег-рованого пiдходy, який охоплюе: сучасну елементну базу, iнтегральнy технолопю, iнтерфейси промисло-во! мережi, паралельш методи та засоби обмiнy, мето-ди синтезу та структури БПП.
Вдосконалено метод безконфлiктного паралельно-го обмшу з використанням багатопортово! пам'яп шляхом узгодження iнтенсивностi доступу до пам'яп з iнтенсивнiстю надходження даних, що забезпечуе вибiр потрiбноl швидкодп ОЗП.
Розроблено пристрiй збереження та обмшу в БСУТП з промисловою мережею, в якому завдяки ви-користанню методу часового розподiлy ресурс1в пам'ятi, забезпечено безконфлiктний обмiн даними у реальному чаи та збшьшено множину зовншшх пристро!в, що реалiзyють режим звертання багатьох до багатьох.
Перелiк використаних джерел
Groover, M. P. (2007). Automation, production systems, and computer-integrated manufacturing. Prentice Hall Press, p. 422. Harazov, V. G. (2009). Integrirovannye sistemy upravlenija tehno-logicheskimi procesami. St. Petersburg: Professija, p. 592. [in Russian].
Leitao, P. (2009). Agent-based distributed manufacturing control: A state-of-the-art survey. Engineering Applications of Artificial Intelligence, 22(7), pp. 979-991. Medykovskyj, M. O., Tkachenko, R. O., Tsmots, I. G., Cymbal, Yu. V., Doroshenko, A. V., & Skorohoda, O. V. (2015). Intelektualni komponenty integrovanyh avtomatyzovanyh system upravlinnja: monografija. Lviv: Vydavnyctvo Lvivskoi politehniky, p. 280. [in Ukrainian].
Panetto, H., & Arturo, M. (2008). Enterprise integration and interoperability in manufacturing systems: Trends and issues. Computers in industry, 59(7), pp. 641-646. Pjavchenko, T. A. (2007). Proektirovanie ASUTP v SCADA-siste-me: uchebn. posobie. Taganrog: Tehnologicheskogo in-ta JUFU, p. 84. [in Russian]. Pupena, O. M., Elperin, I. V., Lucka, N. M., & Ladanjuk, A. P. (2011). Promyslovi merezhi ta integracijni tehnologii v avtomatyzovanyh systemah: navch. posibnyk. Kyiv: Lira-k, p. 552. [in Ukrainian].
Rashkevych, Yu. M., Tsmots, I. G., & Demyda, B. A. (1998). Ba-gatoportova pamjat. Patent Ukrainy № 23358A. Bjul. # 4. [in Ukrainian].
Rehg, J. A., & Henry, W. K. (2012). Computer-Integrated Manufacturing. Prentice Hall Press, p. 400. Solvang, B., Sziebig, G., & Korondi, P. (2008). Multilevel Control of Flexible Manufacturing Systems. Int. Conf. on Flexible Manufacturing Systems, pp. 785-790. Krakow, Poland, May 25-27. Tsmots, I. G., & Podolskyj, M. R. (2009). Proektuvannja bagatoka-nalnogo prystroju obminu danymy dlja ASU TP z promyslovoju merezheju. Systemni tehnologii. Regionalnyj mizhvuzivskyj zb. naukovyh prac, 6(65), pp. 131-140 Dnipropetrovsk. [in Ukrainian].
Tsmots, I. G., Teslyuk, V. M., & Vavruk, I. (2013). Hardware and software tools for motion control of mobile robotic system (pp. 168-172). In Proc. of the 12-th International Conference on The Experience of Designing and Application of CAD Systems in Microelectronics, CADSM2013, Lviv-Polyana, Ukraine, Feb. 19-23.
И. Г. Цмоць, Т. В. Теслюк, М. В. Машевская, В. М. Теслюк
МОДЕЛЬ ОРГАНИЗАЦИИ ОБМЕНА И ХРАНЕНИЯ ДАННЫХ В МНОГОУРОВНЕВЫХ СИСТЕМАХ
УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ
Предложена структура системы многоуровневого управления технологическими процессами с организацией обмена данными через многопортовую память, которая базируется на модульном принципе. Сформированы требования к средствам обмена и хранения данных, разработана структура устройства хранения и обмена, а также синтезирован контроллер многопортовой памяти. Усовершенствован метод бесконфликтного параллельного обмена с использованием многопортовой памяти путем согласования интенсивности доступа к нему с интенсивностью поступления данных, что дает возможность определить необходимое быстродействие оперативного запоминающего устройства.
Ключевые слова: система многоуровневого управления, устройство, контроллер, многопортовая память, реальное время.
I. G. Tsmots, T. V. Teslyuk, M. V. Mashevska, V. M. Teslyuk
THE MODEL OF DATA EXCHANGE AND DATA STORAGE IN MULTI-LEVEL TECHNOLOGICAL
PROCESS CONTROL SYSTEMS
The structure of a multilevel process control system (MPCS) with the organization of data exchange via a multiport memory based on a modular principle has been developed in this work. The use of a modular principle enables to effectively organize enhancement and modification of a system designed. The structure of the multilevel system for process control includes three levels: data acquisition and control actuators; supervisory level and process control; operator control and decision-making. The key feature of each MPCS level is its hardware and software components along with the problems to be solved by them. Firstly, the level of data acquisition and control actuators enables performing such functions as data acquisition, data accumulation from the sensors and data processing. This level employs hardware and software tools based on the microcontrollers of STM8 family. Secondly, the supervisory level and process control exhibits data acquisition, accumulation process control data, online data processing, forecasting of a behavior of processes and controlled objects. Data processing of this level reduces the volume of data that have to be transferred to the upper level and thereby lowers bandwidth requirements of communication channels. The hardware and software tools of this level must work in real time. Thirdly, at the level of operator control and decision-making the following tasks are performed: data acquisition, data storage and data processing; processing of video streams, recognition of images and scenes in vision systems; decision-making; synchronization of universal time in a distributed system; synchronization of operation of the distributed subsystems; visualization and representation of the implementation process. In addition, this level contains a SCADA system, the main function of which is to create an operator interface and collect data on process control. As a result of the research requirements for exchanging and storing data were formed, the structure of the device to store and exchange data was designed and multi-port memory controller was synthesized. The method of conflict-free parallel data exchange using multi-port memory was improved by matching the intensity of access to data with the intensity of data flow, which allows determining the necessary performance of the random access memory.
Keywords: multilevel control system; device; controller; multi-port memory; real time.
1нформащя про aBTopiB:
I. Г. Цмоць, д-р. техн. наук, професор, НУ "Льв1вська полиехшка", м. Львiв, УкраТна.
E-mail: [email protected] Т. В. Теслюк, асшрант, НУ "Львiвська полиехшка", м. Львiв, УкраТна.
E-mail: [email protected] М. В. Машевська, канд. техн. наук, ст. викладач, НУ "Львiвська полггехшка", м. Львiв, УкраТна.
E-mail: [email protected] В. М. Теслюк, д-р. техн. наук, професор, НУ "Львiвська полиехшка", м. Львiв, УкраТна.
E-mail: [email protected]
