УПРАВЛЯЮЩИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ КОМПЛЕКСЫ СМ1820М

Анализ областей применения промышленных автоматизированных систем управления, требующих высокой оперативности и надежности при круглосуточной эксплуатации, показывает, что управляющие вычислительные комплексы в подобных системах должны:

• иметь функционально-модульную структуру, легко конфигурироваться и резервироваться, а в случае необходимости — наращиваться по числу процессоров, объему оперативной и внешней памяти, количеству и номенклатуре средств телекоммуникаций и средств отображения информации;

• обеспечивать высокую производительность: предельно высокую реактивность режимов реального времени на нижнем уровне управления при количестве обрабатываемых каналов ввода-вывода, доходящем, как правило, до нескольких тысяч, а также время реакции на запрос оператора с клавиатуры при оперативном диспетчировании до 0,5 с;

• обеспечивать требование отказоустойчивости, не допускающее при непрерывном круглосуточном режиме эксплуатации снижения производительности при возникновении неисправностей (как правило, путем использования мажоритарных структур и непрерывной дистанционной диагностики работоспособности комплекса при времени обнаружения неисправности порядка секунды и времени ее ликвидации не более часа);

• отвечать обобщенным требованиям промышленного исполнения, т.е. обладать устойчивостью в процессе эксплуатации в тяжелых промышленных условиях;

• быть масштабируемыми для построения многоуровневых распределенных иерархических систем на единой аппаратно-программной платформе;

• отвечать стандартам и требованиям открытых систем, обеспечивающим их интеграцию с аппаратными и программным и средствами различных производителей;

• обеспечивать интеграцию в локальных сетях Ethernet, FDDI,ATM, Profibus, Canbus, а также в региональных сетях с протоколами X. 25 и TCP/IP;

• иметь базовое программное обеспечение и инструментальные средства проектирования отказоустойчивых управляющих вычислительных комплексов для АСУ, АСУП и АСУТП в различных операционных средах (MS Windows NT, QNX, UNIX, USIX).

В 1998 г. в ОАО ИНЭУМ было разработано новое семейство управляющих вычислительных комплексов СМ1820М, соединившее в себе лучшие прикладные качества комплексов СМ1420/СМ1702 и CM1810/CM1820 и отвечающее сформулированным выше требованиям. При построении этих машин соблюдался принцип сочетания передовой элементной базы, лучших образцов узлов и блоков, имеющихся на мировом рынке, с максимальным использованием возможностей отечественных производителей.

В состав семейства СМ1820М входят промышленные контроллеры СМ1820М.ПК и управляющие вычислительные комплексы СМ1820М.ВУ, позволяющие строить при едином архитектурно-системном подходе и унифицированном конструкторском исполнении многоуровневые иерархические комплексы для распределенных АСУ.

Характерными особенностями семейства СМ1820М являются:

• унифицированное конструктивное исполнение плат, модулей, стоек и тумб на основе широко распространенного в мире стандарта «Евромеханика»;

• промышленный интерфейс CompactPCI со скоростью 132/264Мбит/с;

• использование современной отечественной и зарубежной элементной базы;

• широкая номенклатура модулей УСО, обеспечивающих сопряжение с датчиками и исполнительными устройствами по каналам ввода-вывода аналоговых и дискретных сигналов, а также с программируемыми измерительными приборами и генераторами;

• обеспечение многопроцессорного и многопользовательского режимов работы;

• набор средств сетевого взаимодействия;

• максимальное использование общесистемного и прикладного программного обеспечения ПЭВМ;

• развитое программное обеспечение реального времени, которое поддерживает функции: сбора, обработки информации и управления в реальном времени; графической визуализации данных в реальном масштабе времени, а также архивных данных; сетевого информационного обмена между отдельными узлами и дистанционного доступа и управления в распределенной системе;

• архитектура, совместимая с архитектурой ПЭВМ IBM PC;

• полное соответствие международным стандартам открытых систем;

• наличие специальных исполнений для промышленных условий.

Выполнение требований международных стандартов обеспечивает возможность использования модулей и программ, разработанных зарубежными фирмами.

В основу построения семейства СМ1820М (как на конструктивном, так и на функциональном уровне) положен модульный принцип, состоящий в том, что ЭВМ выполняются из функционально законченных модулей, изготовленных в виде печатной платы и объединенных системным интерфейсом. Модульность позволяет комплексировать микропроцессорные системы на уровне печатных плат, обеспечивая гибкость при создании управляющих комплексов и открытость вычислительной системы. Открытость системы создает условия для расширения номенклатуры модулей и развития семейства СМ1820М.

В состав комплексов СМ1820М (рис. 7) входят вычислительный блок, набор периферийных устройств в соответствии с требованиями конкретного применения и конструктив для их размещения. Набор и характеристики периферийных устройств могут меняться, так как они подключаются к вычислительному блоку по стандартным программно-аппаратным интерфейсам.

Вычислительный блок строится по магистрально-модульной системе, традиционной для семейства СМ ЭВМ, но ее реализация существенно отличается от ранее выпускавшихся комплексов. Вместо использовавшегося интерфейса И41 (аналог MultibusI) вычислительные блоки СМ1820М строятся по спецификации CompactPCI, определяющей интерфейс и конструкцию модулей. Спецификация CompactPCI обеспечивает построение открытой системы и взаимозаменяемость модулей различных производителей. На интерфейс CompactPCI устанавливаются модули, требующие высокой скорости обмена по магистрали, такие, как Fast Ethernet, видеоконтроллер, контроллеры накопителей на жестких дисках. Количество модулей, устанавливаемых на CompactPCI, может быть увеличено за счет установки расширителей.

Рис. 7.Структура управляющего вычислительного комплекса СМ1820М

Для непосредственной связи с управляемым объектом, первичной обработки информации, выработки управляющих воздействий и обмена данными с вычислительными комплексами верхних уровней разработаны вычислительные устройства нижнего уровня — промышленные контроллеры. Они предназначены для размещения в производственных помещениях в непосредственной близости к источникам сигналов и приемникам управляющих воздействий. Промышленный контроллер разработан на базе микропроцессора i386EX, имеющего низкую потребляемую мощность и достаточную производительность. Его система команд совместима с системами команд других микропроцессоров компании Intel. Модули ПК обеспечивают ввод и вывод широкого диапазона аналоговых и дискретных сигналов.

Использование модулей УСО может потребоваться не только на нижнем уровне системы управления, но и на верхних уровнях — например, для связи с диспетчерским оборудованием или для скоростного ввода информации от специальных подсистем.

Для подключения модулей УСО к вычислительным блокам с шиной CompactPCI разработан оригинальный программно-аппаратный интерфейс СМ1820М-И1. Этот интерфейс реализован путем установки на магистраль CompactPCI модуля дискретного ввода-вывода с подключением его внешних цепей к специальному блоку коммутации. На выходы интерфейса может подключаться до 64 модулей дискретного и аналогового ввода-вывода и модулей УСО других типов.

Применение двух магистралей позволяет существенно повысить производительность за счет разделения процессов:

• процесса ввода-вывода информации через шину СМ1820М-И1и модули УСО на объекты измерения и исполнительные устройства;

• процессов обработки информации в реальном времени в интеллектуальных модулях, взаимодействующих между собой по магистрали CompactPCI.

Наличие специально разработанных для СМ1820М модулей связи с объектом на интерфейсе СМ 1820М-И1 не исключает возможности использования в комплексах СМ1820М модулей ввода-вывода, выходящих непосредственно на магистраль CompactPCI. Номенклатура модулей CompactPCI, выпускаемых более чем 300 компаниями-производителями различных стран, достаточно разнообразна. Это относится как к основным модулям (системные платы, видеоадаптеры, контроллеры магнитных дисков), так и к модулям для ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов. Количество типов модулей для установки в системы CompactPCI существенно увеличивается за счет использования «мезонинной» технологии: плата-носитель, устанавливаемая на шину CompactPCI, обеспечивает возможность установки от 1 до 4 мезонинных сменных плат ввода-вывода Industry Pack (IP), например, для магистрали VME (Versabus Module Europebus). Таким образом, модули с этими интерфейсами, ранее выпускавшиеся для магистрали VME, могут устанавливаться на магистраль CompactPCI.

Модули УСО, разработанные специально для СМ1820М, одновременно являются кроссовыми модулями. Конструкция блока коммутации и модулей УСО СМ1820М обеспечивает удобство подключения и гибкость при компоновке комплексов. Модули УСО подключаются к блоку коммутации радиальными связями, выполненными ленточными кабелями (до 8 модулей), или радиально-магистральными связями (до 64 модулей).

Конструктивно большинство комплексов СМ1820М выполнено в виде законченного рабочего места оператора, которое состоит из одной или двух тумб-столов. Габаритные размеры комплексов определяются размерами периферийного оборудования и эргономическими требованиями. Объем, занимаемый электронными блоками, невелик. Имеется вариант комплекса СМ1820М.01 в виде пылебрызгозащищенного напольного шкафа, в котором установлены два вычислительных блока с модулями CompactPCI и модулями УСО.

Электропитание комплексов осуществляется через встроенные или внешние источники бесперебойного электропитания (ИБП).

Архитектура комплексов CM 1820M обеспечивает программную совместимость с программным обеспечением ПЭВМ типа IBM PC. Для комплексов верхних уровней можно использовать разработанную в ИНЭУМ операционную систему USIX или такие операционные системы, как MS Windows NT, QNX и Linux.

Основным критерием оценки качества управляющего комплекса необходимо считать надежность. Применение в СМ1820М современной элементной базы с малым потреблением мощности и выбор рациональной конструкции позволили существенно повысить этот показатель.

Повышению надежности способствовало, в частности, то, что в комплексах СМ1820М отсутствуют вентиляторы для продувки воздуха через шкафы или тумбы. В традиционных зарубежных промышленных ЭВМ, совместимых с IBM PC (так же, как и в старых моделях СМ ЭВМ), для охлаждения установлено несколько вентиляторов. Прокачка воздуха через машину приводит к быстрому запылению оборудования. Поэтому требуется периодическое отключение ЭВМ для очистки от пыли. Установка пылеулавливающих фильтров снижает запыленность, но не устраняет ее полностью.

В комплексах СМ1820М потребляемая мощность снижена в несколько раз, а модули размещены вертикально, что способствует хорошему охлаждению путем естественной конвекции. Оборудование размещено в просторных корпусах с большой площадью охлаждающих поверхностей. Все это позволило отказаться от вентиляторов. Удалось практически герметизировать устройства, сохранив при этом комфортный тепловой режим работы электронных компонентов.

Расчетное среднее время наработки на отказ комплекса СМ1820М, без учета принтеров, составляет более 10000 ч, средняя наработка на сбой — не менее 500 ч, коэффициент готовности комплекса - не менее 0,98.

Набор аппаратных средств комплексов СМ1820М обеспечивает также построение резервированных систем повышенной живучести с дублированием или троированием аппаратуры. При этом показатели надежности резко улучшаются: время наработки на отказ не менее 100 000 ч при времени восстановления, равном одному часу, и коэффициенте готовности не менее 0,99999.

Комплексы СМ1820М прошли все виды испытаний, предусмотренные для средств вычислительной техники ГОСТ 21552-84, а также на электромагнитную совместимость (ЭМС) и сейсмостойкость по нормам для атомных электростанций.

Управляющий вычислительный комплекс СМ1820М предназначен для круглосуточной работы в закрытых отапливаемых производственных помещениях. Он устойчив в процессе эксплуатации к воздействию следующих климатических факторов: температура воздуха от 5 до 40°С; относительная влажность воздуха от 40 до 90 % при температуре 30°С; атмосферное давление от 84 до 107 кПа (от 630 до 800 мм рт.ст). Комплекс устойчив к воздействию внешних электрических и магнитных полей напряженностью до 5 кВ/м электрического поля и до 400 А/м постоянного магнитного поля и /или переменного поля промышленной частоты и сейсмоустойчив при максимальном землетрясении 8 баллов при уровне установки над нулевой отметкой не выше 10 м.

Средства СМ1820М ориентированы на применение в АСУ, требующих высокой производительности и надежности, помехозащищенности, сейсмостойкости, пыле- и влагозащищенности. Они выпускаются в промышленном исполнении в соответствии с требованиями стандартов IP54, IP56, т.е. для реализации систем, работающих в тяжелых промышленных условиях с круглосуточным режимом эксплуатации.

В настоящее время образцы комплексов СМ1820М и промышленных контроллеров СМ 1820М.ПК установлены на ряде заводов атомной промышленности для автоматизированных систем контроля и управления производством.

Семейство СМ1820М обеспечивает построение современных многоуровневых распределенных систем управления и информационных систем для крупных промышленных предприятий.

СИСТЕМНЫЙ ИНТЕРФЕЙС

Системный интерфейс Compact PCI (Peripheral Component Interconnection) в последнее время стал международным стандартом для промышленных ЭВМ.

Стандарт CompactPCI определяет интерфейс и конструкцию промышленной ЭВМ. С появлением на системной плате ПЭВМ быстрой магистрали ввода-вывода PCI возникает идея использовать ее в качестве системной магистрали в крейтовых конструкциях ЭВМ аналогично тому, как, например, использовались магистрали Unibus и Q-bus в СМ ЭВМ.

Высокоскоростной интерфейс CompactPCI является развитием системной магистрали ПЭВМ PCI применительно к промышленным ЭВМ. В настоящее время в ассоциацию PICMG входят более 300 компаний — производителей промышленного компьютерного оборудования (среди них такие крупные компании, как Intel, Motorola, IBM, Compaq Computers, Sun Microsystems), разрабатывающих и поддерживающих спецификации систем промышленной автоматизации на базе шины CompactPCI.

Интерфейс CompactPCI имеет ряд особенностей. Это магистраль промышленных ЭВМ, обладающая очень высокой производительностью, электрически и логически совместимая со стандартной локальной шиной PCI для персональных компьютеров. В реализации этой магистрали используются конструктивы стандарта «Евромеханика» и высококачественные разъемы.

Интерфейс CompactPCI разработан для промышленных применений, требующих вычислений с высокой скоростью, — сбора данных в реальном времени, в промышленных автоматизированных системах, компьютерной телефонной связи, системах машинного зрения и т.д.

Поиск по сайту: