600007 г. Владимир, ул. 16 лет Октября, д. 68А, литер "Ф", этаж 2, помещение 12
+7 (4922) 53-10-31
info@skb-proton.ru

Детерминированное управление в реальном времени: что это на самом деле означает в приложениях управления движением?

Преобразователи частоты

Для описания типа управления, которое может быть достигнуто с помощью промышленных сетей Ethernet, часто используются два термина: детерминированный и в режиме реального времени. Хотя иногда термины «детерминированный» и «в реальном времени» используются взаимозаменяемо, они относятся к разным, но взаимосвязанным характеристикам способности сети передавать данные или реагировать на события. Промышленный Ethernet сети, такие как EtherNet/IP, EtherCAT, и SERCOS III, адаптируют и модифицируют стандартный Ethernet различными способами для обеспечения различных уровней детерминированного управления в реальном времени.

Википедия определяет детерминированная система как тот, “в котором никакая случайность не участвует в развитии будущих состояний системы”. Другими словами, для данного начального состояния детерминированная система всегда будет возвращать один и тот же результат или достигать одного и того же будущего состояния.

В контексте промышленного Ethernet детерминированная связь — это способность сети гарантировать, что событие произойдет (или сообщение будет передано) в определенный, предсказуемый период времени — не быстрее или медленнее. Это иногда называют “ограниченным ответом”. Приложение считается детерминированным, если его время может быть гарантировано в пределах определенной погрешности. Детерминизм обеспечивает меру надежности того, что сообщение или выходные данные будут не только правильными, но и произойдут в указанное время.

Стандартные сети Ethernet являются вероятностными — работа сети основывается на предположении, что узлы (устройства) будут вероятно, нетпередавайте в одно и то же время. Если (или, более правильно, когда) два узла пытаются передать одновременно, это называется столкновением. Для обработки коллизий Ethernet использует CSMA-CD (Carrier Sense Multiple Access-Collision Detection), который возлагает ответственность на каждый узел за обнаружение коллизии и повторную передачу своих данных в случае возникновения коллизии. Прежде чем узел попытается повторно передать свои данные, он делает паузу на случайный период времени, называемый “задержкой возврата”. Это уменьшает, но не устраняет вероятность последующего столкновения.

Чтобы система считалась работающей в режиме реального времени, в ней должно быть указано максимальное время, в течение которого система реагирует на событие или передает сообщение (пакет данных). С другой стороны, система, не работающая в реальном времени, — это та, которая работает с постоянной скоростью, без крайних сроков. Важно отметить, что детерминизм является определяющим качеством системы реального времени.

Связь в реальном времени обычно требуется для реагирования на события и приложений управления движением с замкнутым контуром, но существует два типа управления в реальном времени: жесткий режим реального времени и мягкий режим реального времени, и важно различать их.

Жесткий режим реального времени означает, что ни один крайний срок не может быть пропущен. Существует абсолютное ограничение на время отклика, в противном случае в системе произойдет сбой или исключение. Мягкий режим реального времени менее строг. Существует определенное время цикла, но допускаются случайные нарушения. Обратите внимание, что обозначения жесткого реального времени и мягкого реального времени не зависят от продолжительности ограничения по времени или от последствий пропуска крайнего срока.

Есть два дополнительных термина, с которыми вы должны быть знакомы при обсуждении детерминированного управления в реальном времени: задержка и дрожание.

Задержка относится к промежутку времени между событием и реакцией системы на это событие. В сетях реального времени задержка должна быть нормализована. Другими словами, это должно быть известное, последовательное, предсказуемое количество. Задержка, как правило, также должна быть низкой, но в большинстве случаев более важно иметь известную, постоянную величину задержки, чем иметь абсолютную минимальную задержку.

Дрожание — это показатель того, насколько время отклика (или обновления) отклоняется от верхнего предела при нескольких итерациях события. Другими словами, дрожание — это колебание задержки при последующих появлениях события. Низкий уровень дрожания важен в системах управления движением, где контролируемая мощность имеет решающее значение для процесса, например, при перемещении привода или открытии и закрытии клапана.