Классы систем реального времени

Практическое занятие №0. Введение в СРВ.

 

Понятие СРВ

В литературных источниках представлено несколько определений системы реального времени (СРВ), что говорит о том, что термин не вполне устоялся. Вот определения, которые дают различные авторы.

 

«СРВ – это параллельные системы с временными ограничениями.»[1]

 

«СРВ принято считать такие системы, которые способны функционировать синхронно с процессами, протекающими в окружающей их среде» [2]

 

«СРВ — это программная система, правильное функционирование которой зависит от результатов ее работы и от периода времени, в течение которого получен результат. «Мягкая» система реального времени — это система, в которой операции удаляются, если в течение определенного интервала времени не выдан результат. «Жесткая» система реального времени — это система, операции которой становятся некорректными, т.е. вырабатывается сигнал об ошибке, если в течение определённого интервала времени результат не выдан.»[3].

 

Некоторые примеры применения СРВ

· Системы управления технологическими процессами (химическое производство, АЭС, технологические линии по сборке автомобилей и т.п.).

· Системы наблюдения за технологическими процессами (мониторинг параметров переработки нефти, система безопасности на базе видеонаблюдения).

· Встраиваемые системы (управление впрыском топлива в автомобилях).

· Робототехника.

 

Структура СРВ

Структура СРВ показана на Рисунок 1.

 

1. Датчики (сенсоры) генерируют периодические сигналы для СРВ о состоянии внешнего окружения системы (датчики температуры, давления, движения, скорости, ускорения и т.п.). В СРВ датчики реализованы полностью аппаратно.

2. Система реального времени в ответ на показания датчиков вырабатывает управляющий сигнал (отклик). Такой отклик должен быть выработан в заданный интервал времени. Большинство современных СРВ реализованы программно-аппаратными средствами. На этапе проектирования СРВ должно быть принято решение о способе реализации управляющих алгоритмов либо аппаратными, либо программными компонентами.

3. Исполнительный механизм. Реализует команду, выработанную СРВ.

 

Рисунок 1. Обобщённая структура системы реального времени.

 

Классы систем реального времени

Существует несколько классов СРВ. Каждому классу систем соответствует своя архитектура приложения. В данной работе мы рассмотрим три наиболее часто встречающихся класса систем реального времени: системы управления, системы мониторинга (наблюдения) и системы сбора данных.

Системы управления (Рисунок 2) строятся по классическим принципам управления с использованием петли обратной связи. СРВ на входе получает заданную команду (U₁) и показатели датчика (B). Команда и возвратный сигнал (BU₂) со сменой знака поступают на сумматор. Сигнал ошибки E = U₁ - BU₂. Для сигнала ошибки, СРВ вырабатывает ответный сигнал (CE), поступающий на исполнительный механизм (A). Результат (CAE) поступает на объект управления (P). Системы управления непрерывно управляют аппаратными исполнительными механизмами для реализации заданной функции, например, система слежения за целью, система ориентации космического корабля, система управления температурой печи.

 

Рисунок 2 Автоматическая система управления на базе СРВ.

 

Системы мониторинга (наблюдения) отличаются тем, что система выдаёт команду на исполнительный механизм только после регистрации определённого значения датчика (Рисунок 3). Примером такой системы может служить система автоматического пожаротушения, срабатывающая при регистрации задымления датчиком задымлённости.

Рисунок 3 Система наблюдения (мониторинга)

 

Системы сбора данных (Рисунок 4) предназначены для оперативного сбора данных для последующей их обработки и анализа. В этих системах конечным звеном выступает оператор, который на основе полученных данных должен приять решения по управлению наблюдаемым процессом. Примером таких систем служат системы мониторинга технологических процессов, например оперативные журналы диспетчеров при транспортировке нефти или газа.

 

Рисунок 4 Система сбора данных на базе СРВ.