ЭВМ для управления производственными процессами в реальном времени сходны с обычными ЭВМ, предназначенными для работы в режиме пакетной обработки с расширенными возможностями. Основными из этих возможностей являются считывание входной информации и «запись» или передача выходной информации, а также ответ на внешние прерывания. Автоматизация технологического процесса с помощью ЭВМ может вестись на нескольких уровнях — от обработки данных не в реальном времени до управления оборудованием с обратной связью.
ЭВМ для, управления производственным процессом в реальном времени может принимать технологическую информацию в двух видах: цифровом и аналоговом. То же самое касается информации, передаваемой с выходов ЭВМ в производственное оборудование. Поскольку ЭВМ представляет собой цифровую машину, то вся аналоговая информация подлежит преобразованию (кодированию) с помощью аналого-цифрового преобразователя в цифровой код. Любое представление аналоговых данных является приближенным. При этом точность преобразования определяется диапазоном представления аналогового параметра и числом двоичных разрядов при цифровом представлении. Преобразование цифровых данных в аналоговый вид называется декодированием.. Несмотря на широкое распространение аналоговой информации, особенно при непрерывных технологических процессах в робототехнике и производственном автоматизированном оборудовании, более существенную роль продолжают играть цифровые входы и выходы.
Опрос датчиков и формирование выходных сигналов на приводы производственного оборудования, а также таймерные прерывания являются существенными функциями программного обеспечения ЭВМ, функционирующей в реальном времени. В кризисной ситуации ЭВМ легко может оказаться перегруженной прерываниями и не сможет выполнять более важные функции. При этом становится необходимым назначение приоритетов различным прерываниям и запрещение или маскирование прерываний с более низкими приоритетами во время обслуживания прерываний с более высокими приоритетами. Анализ и назначение приоритетов прерываний являются важными функциями и в ряде случаев требуют тщательно продуманных решений. Специалист, занимающийся автоматизацией производственного оборудования, должен обладать соответствующими опытом и квалификацией.
На практике программирование ЭВМ в реальном времени сходно с программированием пакетной обработки данных с использованием дополнительных команд прерываний, а также передачи и приема данных через входы-выходы. Требования, предъявляемые к ЭВМ, функционирующим в реальном времени, в части быстродействия и высокой производительности обусловливают в ряде случаев предпочтение использования языков ассемблера, хотя с такими ЭВМ применяются языки как ассемблера, так и компилятора. Специалист по автоматизации, познакомившись с рассмотренными базовыми концепциями и с основами применения ЭВМ, обеспечивающими управление в реальном времени, должен быть подготовлен к изучению специальных языков программирования, предназначенных для пользователей систем управления производственным оборудованием — роботами и автоматизированными производственными установками.
Каковы наиболее характерные особенности микропроцессоров? Ответ на этот вопрос удивительно прост: микропроцессоры обладают характеристиками, сходными с предшествовавшими им вычислительными системами при меньшей стоимости. Чтобы проанализировать экономическую сторону указанной проблемы, сравним микропроцессоры с другой типичной и широко используемой в производстве машиной — вильчатым автопогрузчиком. В 1960 г. стоимость вильчатого автопогрузчика составляла 10 тыс. долл., а стоимость ЭВМ с памятью 64 К слов — около 1 млн. долл., не считая периферийного оборудования. В середине 80-х гг. стоимость вильчатого автопогрузчика, аналогичного по характеристикам автопогрузчику выпуска 1960 г., составляла около 18 тыс. долл., в то время как стоимость микропроцессорной интегральной схемы вместе с памятью 64 К слов не превышала 75 долл. Стоимость вильчатого автопогрузчика возросла. Однако, если бы его стоимость снижалась такими же темпами, как и стоимость ЭВМ с памятью 64 К слов, то в середине 80-х гг. стоимость автопогрузчика упала бы до 75 центов. Представьте теперь, что появилась возможность приобретения нового мощного вильчатого автопогрузчика стоимостью 18 тыс. долл. за 75 центов! Однако это только то, что произошло за последние два-три десятилетия с технологией производства вычислительной техники лишь в части стоимости. В то же время аналогичные снижению стоимости изменения произошли в части уменьшения энергопотребления и повышения быстродействия.
Рассмотрим пример с тяжелыми реактивными самолетами. В 1960 г. тяжелый четырехдвигательный реактивный самолет, рассчитанный на 200 пассажиров (Боинг 707) стоил приблизительно 6 млн. долл., т. е. в 6 раз больше ЭВМ с памятью 64 К слов.
Если бы технология создания реактивных самолетов в последние два-три десятилетия совершенствовалась такими же темпами, как и технология производства вычислительной техники, то каждый из нас оказался бы владельцем персонального реактивного самолета, такого же большого, как самолет № 1 ВВС президента США. Это объясняется тем, что стоимость таких самолетов оказалась бы значительно ниже, чем стоимость личных автомобилей, т. е. примерно на уровне 450 долл. Кроме того, экономия энергозатрат (стоимость топлива) оказалась бы столь велика, что тяжелым реактивным самолетам требовалось бы в расчете на милю меньше топлива, чем на такое же расстояние личному автомобилю. Подобное развитие технологии, авиастроения привело бы к необходимости полного пересмотра транспортных авиалиний, а в нашем обществе произошли бы невероятные изменения. Подобная ситуация сложилась с использованием микропроцессоров, внедрение которых находится лишь на начальном этапе. Результаты сравнения микропроцессоров с самолетами не являются преувеличением, поскольку существуют основания полагать, что последние достижения микропроцессорной технологии в конечном итоге окажут более глубокий эффект на наше общество в целом, и в особенности на промышленные предприятия, чем аналогичные достижения в технологии авиастроения. Основанием для подобного заявления служит уровень универсальности самих микропроцессоров и возможности их широкого применения в робототехнике и автоматизированном производстве.