Первые БЦВМ космического применения и кое-что из постоянной памяти
Шрифт:
В ТЗ на КДУ ПК было записано требование о том, что разработка КДУ должна вестись с учетом перспективного развития этого направления, в том числе должны были быть сделаны проработки по беспроводной линии связи (радиоуправление), автоматического программного управления комбайном с возможностью гибкой и оперативной перенастройки программ проходки и режимов работы исполнительного органа.
Первоначально, в связи с очень сжатыми сроками работы и новизной для нас тематики, в нашем проекте не предполагалось широкое использование вычислительной техники универсального типа. Но по мере проработки аппаратной реализации КДУ, особенностей режимов работы ПК, требований по обеспечению диагностики и надежности,
Как технический руководитель работы, я познакомился с некоторыми зарубежными разработками проходческой техники Австрии, Германии, США и еще более убедился, что в состав КДУ нашего ПК вводить универсальные вычислительные средства необходимо. Причем эти средства надо было вводить как в бортовую часть ПК (опять пришел к бортовым ЦВМ!), так и в наземную часть. Встал вопрос: какие средства?
Коллективно решили, что попытаемся ответить на этот вопрос, взявшись за работу по созданию ЦВС КДУ ПК.
Надо было за короткое время определиться с задачами ЦВС, начать разработку ТЗ и понять, на какую технику ориентироваться. И все это надо было делать почти одновременно.
ЦВС КДУ ПК, включающая бортовую и наземные части, должна была обеспечить решение следующих основных задач:
— сбор и обработку в реальном масштабе времени данных с датчиков, приборов, исполнительных гидроприводов и исполнительного органа;
— реализацию алгоритмов управления движением комбайна и формирования команд управления исполнительным органом в соответствии с заданным профилем выработки породы;
— оперативный контроль работы ПК и реализацию алгоритмов диагностики с отображением информации на дисплее стационарного рабочего места управления ПК и на выносном пульте;
— хранение эталонных профилей выработки и характеристик породы для конкретных условий применения;
— обработку сигналов об аварийных и нештатных ситуациях, возникающих на комбайне, с выдачей рекомендаций на средства отображения по выходу из них;
— обеспечение оперативного ввода и коррекцию данных стандартных профилей в библиотеку профилей забоя и предельных границ выработки;
— хранение данных по работе ПК и его устройств для передачи на поверхность для последующей обработки.
Проведенный анализ существующей и разрабатываемой отечественной и зарубежной вычислительной техники применительно к использованию в условиях угольных шахт как на борту ПК, так и на поверхности показал следующее состояние.
1. Из имеющихся отечественных разработок бортовых ЦВМ космического применения наиболее подходящих, как нам казалось, для использования в проходческом комбайне по своим массово-габаритным и функциональным характеристикам, ни одна не могла быть применена целиком. Отдельные блоки БЦВМ разработки НПО «ЭЛАС» могли быть заимствованы, но потребовали бы конструктивных специальных доработок, а также дополнительных работ по комплексированию с другими элементами ЦВС. И даже тогда получение характеристик, необходимых для ПК, на существующей отечественной элементной базе обеспечить в заданные сроки не представлялось возможным. К тому же стоял и вопрос организации серийного производства этой техники в определенном исполнении.
2. Немногочисленные факты применения ЦВМ на российских угольных шахтах и в близких к ним условиях (газодобыча, горные выработки, нефтедобыча) базировались на устаревшей отечественной элементной базе и аппаратуре, и то при менее жестких ограничениях по массе и конструктивному исполнению.
3. Довольно широкое применение вычислительной техники в угольной промышленности за рубежом как на борту проходческой техники,
Широкое распространение получили за рубежом высокопроизводительные вычислительные средства, основанные на промышленном стандарте открытых модульных систем на основе шины VME, получившей к этому времени признание, сертификацию и очень широкое применение в военной и гражданской продукции различного назначения. С таким подходом уже были созданы проходческие комбайны в США, Германии, Швеции. Австрии. Наша страна фактически этой вычислительной техники не знала в основном потому, что она подпадала под существующий контроль на распространение в нашу страну стратегических товаров и новых технологий, который осуществлялся в рамках так называемой системы КОКОМ — международной организации стран НАТО и Японии, созданной с целью экспортного контроля над товарами и технологиями, запрещаемыми к ввозу в СССР и другие социалистические страны.
КОКОМ разработал стратегию «контролируемого технологического отставания», согласно которой техника и технологии могли продаваться в социалистические страны не раньше чем через четыре года после их серийного выпуска. КОКОМ составлял и регулярно обновлял специальные списки товаров для предотвращения продаж передовой техники и технологии в указанные страны.
При разработке ТЗ на ЦВС КДУ ПК была выработана концепция, в основе которой были следующие положения.
1. Создание ЦВС на основе открытой модульной системы, решающей поставленные в ТЗ на ПК задачи, включая и управление в реальном масштабе времени с возможностью расширения функций системы за счет наращивания аппаратных и программных модулей без доработок базовой конструкции.
2. Устойчивость аппаратных средств к физическому и моральному старению элементной базы путем блочной замены при переходе к новой элементной базе.
3. Возможность качественного увеличения производительности и функций ЦВС за счет превращения системы в многопроцессорную или сетевую структуру без изменения технических и программных принципов ее организации.
4. Обеспечение ремонтопригодности на уровне модулей непосредственно в местах эксплуатации ПК.
5. Минимальный вес аппаратуры, устанавливаемой на борту ПК с электрической мощностью, не превышающей допустимого уровня, с целью обеспечения взрывозащищенности типа «искробезопасная цепь».
6. Минимальные сроки приобретения технических и базовых программных средств системы из состава зарубежной серийной аппаратуры и программного обеспечения.
Проработка требований показала, что реализация изложенной концепции построения ЦВС обеспечивалась применением одноплатных компьютеров на базе процессоров Intel или Motorola и набора модулей, объединенных шиной VME с использованием операционной системы реального времени OS-9 (в развитии OS-9000). Сокращение VME (Versa Module Eurokard bus) обозначает «Еврокарта с Versa-модулем» — стандарт на компьютерную шину, первоначально разработанный для семейства процессоров Motorola 68000, а в дальнейшем расширенный на процессоры Intel и другие.
Этому решению способствовало и то, что в период проектирования КДУ ПК подход КОКОМ к экспорту товаров в страны СНГ и Восточной Европы смягчился, в том числе и на продукцию открытых вычислительных систем.
При проектировании системы и в процессе ознакомления с техникой открытых систем поражало многообразие существующих в рамках VME-bus технических средств, на которых можно было строить цифровые структуры и системы практически для любой конкретной реализации.
Причем большинство аппаратных средств имело квалификацию на применение в военной и гражданской технике и выпускалось по открытому международному стандарту магистрально-модульных систем VME-bus.