Если необходим ввод в ЭВМ текущих значений аналоговых технологических параметров, таких как температура и давление, то возникает необходимость соответствующего преобразования аналоговых величин в дискретные, поскольку ЭВМ может воспринимать лишь цифровую информацию. Перед вводом во всех случаях следует произвести преобразование аналоговых сигналов в дискретные, так как ЭВМ представляет собой цифровое устройство. При выводе информации для управления технологическим процессом во всех случаях используются ступенчатые функции или дискретные данные, поскольку ЭВМ не может изменять выходной параметр в аналоговом виде. Необходимость аппроксимации при преобразовании данных вследствие использования цифровой ЭВМ является основой, метода аналого-цифрового преобразования и наоборот. Термин аналог используется в управлении технрлогическими процессами, так как физические непрерывные переменные параметры должны быть преобразованы в некоторый электрический аналоговый сигнал (обычно напряжение или ток), до того как они смогут быть интерпретированы и преобразованы с приближением в цифровую форму для ввода в ЭВМ, управляющую технологическим процессом.
Поскольку аналого-цифровое преобразование связано с аппроксимацией, следует установить, с какой точностью это преобразование должно осуществляться. Выбор точности должен быть обоснован, поскольку чем выше точность, тем большее количество двоичных цифр требуется для представления аналоговой величины. Непрерывная аналоговая входная переменная может быть представлена и одной двоичной цифрой. В этом случае эта переменная соответствует дискретной входной переменной, например, «температура выше уставки или ниже уставки», аналогично цифровым входам-выходам, рассмотренным выше. Двоичное приближение к аналоговому значению позволяет произвести выбор одного из четырех уровней дискретных значений, наиболее близкого, по значению к фактическому аналоговому.
Как аналого-цифровое, так и цифроаналоговое преобразование должны выполняться на периодической основе. Для выполнения преобразования требуется ограниченное количество времени. В промежутках между циклами преобразования управляющая ЭВМ выполняет другие функции. При этом следует определить значение переменной, которое должно быть выбрано между циклами преобразования. Очевидный алгоритм предполагает сохранять значение переменной на предварительно вычисленном уровне до завершения следующего цикла преобразования. Однако другим алгоритмом принимается во внимание скорость изменения переменного параметра, особенно в случае, когда скорость изменения велика.
Рассматривая указанную проблему дальше, следует отметить, что аналоговые входные и выходные сигналы не имеют для роботов и автоматизированного производственного оборудования столь большого значения, как цифровые входные и выходные сигналы. Автоматическая коррекция технологических параметров формируется именно на основе анализа сочетания состояний цифровых логических сигналов, характеризующих технологический процесс, а не по уровню изменения аналоговых переменных. Управление промышленным оборудованием производится, как правило, с помощью дискретных логических функциональных выходных сигналов, а не ответных аналоговых сигналов. Действительно, заводы с непрерывными технологическими процессами, как, например, химические, нефтеочистительные и цементные, электростанции имеют множество критических аналоговых технологических параметров, которые подлежат тщательному контролю. Однако в робототехнике и автоматизированном производстве изделия, технологические процессы, а также параметры процесса управления в большинстве случаев являются дискретными.
ЭВМ, функционирующая в реальном времени совместно с программным обеспечением, рассчитана на формирование управляющих сигналов, поступающих на управляемое производственное оборудование, в зависимости от информации от датчиков этого оборудования. Следовательно, ЭВМ может находиться как в рабочем состоянии, так и в состоянии ожидания в зависимости от процесса. В зависимости от значений технологических параметров с отклонением от нормы могут создаться аварийные условия, в то время как ЭВМ решает первые по очередности задачи.
Несмотря на высокое быстродействие ЭВМ может сложиться ситуация, при которой становится затруднительным проанализировать большое количество условий. Отклонение каждого условия от нормы обусловливает прерывание и выдает ЭВМ запрос на реализацию соответствующей функции. Типовой пример может предусматривать потенциальную возможность прерывания работы ЭВМ в любой момент по одному из 50 условий или по всем условиям одновременно, если к этому добавить периодическое таймерное прерывание для опроса других 200 условий работы в интервалы длительностью, например, 5 с. Хотя время, необходимое для обслуживания любого из прерываний, может измеряться в миллисекундах, наличие большого количества условий с отклонением от нормы может обусловить неспособность ЭВМ завершить обслуживание всех прерываний. Эта особенность работы ЭВМ в реальном времени привела к необходимости разработки сложных алгоритмов программного обеспечения, в функции которого входит назначение приоритетов для различного рода прерываний работы.
Подробный анализ приоритетов прерываний дает специалисту по автоматизации очень детальную информацию об управляемом процессе. На основе полученной информации в ряде случаев могут быть улучшены характеристики производственного оборудования. Это является одним из дополнительных преимущеста автоматизации производства. Предположим, например, что управляющая ЭВМ контролирует количество деталей в позициях загрузки на роботизированной сборочной станции. Если количество различных позиций загрузки велико, а размеры буферного накопителя для каждой позиции малы, то может иметь место перегрузка ЭВМ, контролирующей количество деталей и обслуживающей указанные позиции. Улучшение конструктивных характеристик трацспортно-загрузочной системы может быть достигнуто за счет увеличения размеров буферных накопителей.
Как только прерываниям ЭВМ будут присвоены соответствующие приоритетные уровни, ЭВМ сможет игнорировать прерывания с низким приоритетным уровнем во время обслуживания прерываний с более высоким приоритетом. Для описания запрета действия прерываний с низким приоритетом используется термин маскирование прерываний. Система, которая распознает различные уровни приоритетов прерывания, называется многоуровневой системой прерывания.
Назначение соответствующих приоритетных уровней встречается более часто, чем считают некоторые специалисты. Например, рассмотрим следующий список условий прерываний:
1. Низкий уровень давления рабочей жидкости в гидроприводе рабочего органа робота.
2. Пустой загрузочный бункер.
3. Задержка деталей в спускном желобе.
4. Сообщение, передаваемое на экран дисплея.
5. Оператор включает переключатель на пульте управления.
Какое из приведенных выше условий обладает наивысшим приоритетом? Наинизшим приоритетом? Большинство, вероятно, будет считать, что условие 1 по срочности обладает высшим приоритетом, а условие 5 — низшим приоритетом. Действительно, в результате более внимательного анализа границ каждого условия высший приоритет был бы присвоен условию 5, а условию 1 — низший приоритет. При создании критической ситуации оператору может быть дано указание принять на себя ручное управление производственным оборудованием. Представим себе промышленный робот, который не реагирует на команду, выданную оператором, вследствие перегруженности решением множества задач управления и контроля производственного процесса, которые предназначены для реализации в автоматизированном режиме. К сожалению, некоторые специалисты могут предлагать такое же распределение приоритетов.
Если вернуться к списку условий прерывания, условием прерывания с низким приоритетом может оказаться 4. При возникновении такой аварийной ситуации ЭВМ будет настолько перегружена, что не сможет обеспечить вывод на печать сообщений. Тогда какой смысл в определении неисправностей, когда у ЭВМ отсутствует время для вывода соответствующих сообщений на печать? Существует реальная возможность разработки диагностической программы для контроля серьезных аварийных ситуаций, возникающих в производственном процессе, с помощью ЭВМ. Однако при этом у ЭВМ может не хватить времени для устранения создавшейся аварийной ситуации. Разве нельзя здесь провести аналогию с поведением некоторых людей в кризисных ситуациях? По мере накопления опыта в назначении приоритетов при программировании промышленных роботов и управляющих ЭВМ можно получить более' полные данные о поведении людей.