Математическое (программное) обеспечение АСУТП
К математическому обеспечению относится комплект программ управляющей ЭВМ, необходимых для работы управляемых объектов и самой системы управления. Рабочие программы можно разделить на три основные группы: стандартные, операционные и технологические.
К стандартным программам относятся блоки, выполняющие операции, часто используемые в других программах. Обращение к стандартным программам осуществляется «передачей управления с возвратом». При этом ЭВМ переходит к выполнению стандартной программы и одновременно фиксирует место в основной программе, откуда произведено обращение. По окончании стандартной программы вычислительная машина автоматически возвращается к основной программе, используя полученные результаты. Примерами стандартных программ могут служить преобразование логарифмического масштаба в линейный, перевод времени в часы и минуты, перевод двоичных чисел в десятичные и обратно. Специфической для вакуумных процессов является, в частности, программа расшифровки масс-спсктра измерителей парциальных давлений.
Операционные программы (их совокупность называется операционной системой)—-служебные программы, необходимые для работы системы. Они организуют работу управляющего комплекса по обслуживанию отдельных объектов управления в реальном масштабе времени. Наиболее простые операционные системы используют синхронный метод обслуживания, когда управляющая система через равные промежутки времени обегает все объекты, последовательно выполняя циклы управления на каждом из них.
Иногда (например, при разнотипных объектах управления) используется асинхронный метод, при котором обращение к отдельным объектам производится по мере необходимости в соответствии с запросами, которые либо формируются специальной программой— диспетчером, либо поступают от самих управляемых установок. Если одновременно поступает несколько запросов, они удовлетворяются в порядке убывания присвоенных им приоритетов.
Применяется также синхронно-приоритетный метод, сочетающий периодическое обслуживание с возможностью внеочередного обращения в случаях, предусмотренных программой, или по запросу объекта (например, при аварийной ситуации).
Технологические программы предназначены для воспроизведения определенных процессов на конкретном оборудовании. В отличие от ранее описанных программ, технологические программы узко специализированы и их приходится разрабатывать применительно к отдельным процессам. В связи с этим возникает проблема снижения трудоемкости составления и отладки этих программ, которая становится все более острой по мере расширения масштабов применения АСУТП.
Эта проблема решается двумя путями:
Первый путь — создание типовых программных блоков для отдельных этапов, повторяющихся в различных процессах. Несмотря на большое разнообразие технологических режимов, во многих вакуумно-технологических процессах используются этапы первичной откачки, удаление газов прогревом и т. п. Как правило, эти участки в разных процессах различаются лишь параметрами (температура, вакуум и т. д.). Для таких этапов могут быть разработаны типовые программы, в которые потребителю достаточно подставить необходимые константы, характеризующие датчики и исполнительные элементы, а также граничные условия (предельный вакуум, температуру и т. и.).
Второй путь — использование методов автоматического программирования с помощью алгоритмического языка высокого уровня. Эта задача выполняется с помощью специальной программы— транслятора, осуществляющей перевод с условного языка, на котором описывается исходная технологическая программа, в последовательность команд ЭВМ. Алгоритмический язык представляет собой условный метод записи алгоритмов управления с помощью логических и математических соотношений. Язык позволяет в компактной форме, а следовательно, с малой вероятностью ошибки, описывать технологические процессы.
Кроме рабочих программ, в АСУТП широко используются «тесты»—специальные испытательные программы, предназначеные для автоматической проверки аппаратуры и системы управления в целом. Тесты могут быть частью основной программы, тогда в надлежащий момент они включаются операционной системой и в ходе процесса проверяют соответствующую аппаратуру перед ее использованием. Для проверки исправности технологического оборудования применяются тесты, которые требуют специальных режимов и не могут быть использованы в технологическом процессе.