Управляющие ЭВМ. Обзор

Е. Н. Филинов

Проблема разработки теории, принципов построения и применения управляющих машин была поставлена в СССР членом-корреспондентом АН СССР И. С. Бруком в 1957-1958 гг.

Главное отличие управляющих машин от универсальных электронных вычислительных машин состоит в особенности их связи с внешним миром (управляемым объектом). Исходные данные поступают в машину, минуя человека, непосредственно от измерительных приборов или других устройств, фиксирующих характерные параметры объекта, сигналы управления также выдаются машиной непосредственно на объект. Для этого в составе управляющей машины следует предусмотреть специальные устройства связи с объектом. Кроме того, управляющие машины должны обеспечить работу в реальном масштабе времени, что предъявляет специфические требования к их прикладному и системному программному обеспечению. А это, в свою очередь, предопределяет аппаратную архитектуру и структуру машины.

К управляющим машинам предъявляются более высокие требования по надежности, чем к вычислительным машинам. Даже повторение вычислений, позволяющее исключить ошибки при проведении расчетов на вычислительных машинах, как правило, невозможно в системах реального времени.

Для задач управления технологическими процессами и объектами в большинстве случаев достаточно точности вычислений порядка 0,1% (реже 0,01%), так как исходные данные измеряются все равно с определенной погрешностью. Поэтому представление данных может быть ограничено машинным словом длиной 15-32 двоичных разрядов, а не 32, 48, 64 разряда, как в универсальных ЭВМ.

Эти принципиальные отличия обусловили выделение управляющих машин в самостоятельный класс средств вычислительной техники наряду с классом универсальных ЭВМ, предназначенных для решения вычислительных задач и обработки данных. В англоязычной терминологии класс управляющих ЭВМ определен как control computers.

Универсальные ЭВМ разрабатывались и выпускались в СССР в шестидесятых-восьмидесятых годах предприятиями Минрадиопрома СССР, например серии ЭВМ “Минск”, “Урал”, ЕС ЭВМ.

Управляющие ЭВМ разрабатывались и выпускались предприятиями Минприбора СССР и других министерств, занимавшихся промышленной автоматизацией.

В автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУТП) управляющие машины и управляющие вычислительные комплексы (УВК) на их базе сопрягались с датчиками, регуляторами, исполнительными механизмами и другими средствами промышленной автоматики. Эти средства промышленной автоматики в СССР были объединены Государственной системой промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП).

Для систем, требующих совместного использования управляющих и универсальных вычислительных машин, Минприбором СССР предусматривались соответствующие аппаратные и программные средства их сопряжения.

ГСП, созданная Минприбором СССР в шестидесятых-семидесятых годах, явилась основной технической базой для построения автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП) и производствами (АСУП) в различных отраслях промышленности. Системотехнические основы и принципы построения ГСП в виде унифицированных агрегатных комплексов формировались головными организациями по классам средств автоматики и вычислительной техники под руководством Технического управления Минприбора СССР, возглавляемого в разные годы Ю. Я. Базилевским, Г. И. Кавалеровым, М. С. Шкабардней, Н. И. Гореликовым.

Большой вклад в формирование научных основ идеологии ГСП был сделан академиком В. А. Трапезниковым и членом-корреспондентом АН СССР Б. С. Сотсковым.

В этом разделе Музея представлены сведения об управляющих ЭВМ народно-хозяйственного назначения и УВК на их базе, созданных в СССР в 1960-1980 гг.:

УМ-1 (разработчик — НИИ УВМ, Северодонецк);
УМ1-НХ (разработчик — КБ2, Ленинград; изготовитель — Ленинградский электромеханический завод, ЛЭМЗ);
УМШН “Днепр” (разработчик — Институт кибернетики АН УССР, Киев; изготовители — завод “Радиоприбор” и затем Киевский завод ВУМ);
М7 (разработчик — ИНЭУМ; изготовитель — Московский опытный завод “Энергоприбор”);
УВК М-6000/М-7000 (разработчик — НИИ УВМ, Северодонецк; изготовители — Северодонецкий приборостроительный завод НПО “Импульс”, Киевский завод ВУМ, Тбилисский завод УВМ);
УВК М-400 (разработчик — ИНЭУМ, Москва; изготовитель — Киевский завод ВУМ);
УВК СМ1, СМ2, СМ 1210 (разработчик — НИИ УВМ, Северодонецк; изготовители — Северодонецкий приборостроительный завод НПО “Импульс”, ПО “Орловский завод УВМ им К. Н. Руднева);
УВК СМ3, СМ4, СМ 1420 (разработчик — ИНЭУМ, Москва; изготовители — Киевский завод ВУМ, Московский опытный завод “Энергоприбор”);
УВК СМ 1800 (СМ 1810, СМ 1814, СМ 1820, СМ 1820М) (разработчик — ИНЭУМ, Москва; изготовители — Киевский завод ВУМ, Тбилисский завод УВМ НПО “ЭЛВА”, Орловский завод УВМ им. К. Н. Руднева, Черновицкое ПО “Электронмаш”);
управляющие ЭВМ серии ВНИИЭМ (разработчик — ВНИИЭМ, Москва).

В 1960-1980-х гг. в СССР научно-техническая политика в области промышленной автоматизации оформлялась в виде государственных и отраслевых стандартов ГСП и СМ ЭВМ.

К настоящему времени в сфере промышленной автоматизации в мире сложился новый подход к созданию распределенных систем комплексной автоматизации производства. В них должен быть обеспечен сквозной сетевой доступ от мощных компьютеров на уровне “супервизорного” контроля производства и управления, многофункциональных контроллеров производственных процессов до пассивных элементов (датчики, регуляторы и т. п.)

Перспективным решением признаны промышленные цифровые сети, получившие за рубежом название Fieldbus-сети. Такие сети приходят на смену устаревшей централизованной аналоговой технологии, основанной на стандартных сигналах 4-20 мA.

Открытые системы, базирующиеся на стандартах цифровых промышленных сетей, позволяют снизить затраты на нижний уровень АСУТП до 40% за счет уменьшения стоимости оборудования, проектирования и монтажа.

Протоколы Fieldbus-сетей охватывают в соответствии с эталонной моделью OSI/ISO физический уровень (базирующийся на модифицированной версии стандарта IEC 1158-2), сетевой уровень (построенный на элементах проекта IEC/ISA SP 50) и прикладной уровень (содержащий элементы спецификации PROFIBUS — Process Field BUS), принятой в ФРГ как национальный стандарт.

В 1996 г. принят Европейский стандарт промышленной сети European Fieldbus Standard EN 50170, в который включены три национальных стандарта PROFIBUS (ФРГ), FIP (Франция) и P-NET (Дания). Сходные решения готовятся в Северной Америке ассоциацией Fieldbus Foundation.

Выход в системы представления (визуализации) данных, административные и коммерческие системы, входящие в интегрированную информационную систему предприятия, от цифровой сети нижнего уровня может осуществляться через соответствующие межпротокольные мосты между протоколами Fieldbus и стандартными протоколами локальных сетей типа Ethernet, TCP/IP.

В России уже есть центры “кристаллизации” в области Fieldbus — технологий — НИИ “Теплоприбор”, ассоциация VERA+. ИНЭУМ, разрабатывающий управляющий вычислительный комплекс в промышленном исполнении СМ 1820М, предусматривает его сопряжение с интерфейсом PROFIBUS.