Типы автоматизированных систем управления Исполнитель

Типы автоматизированных систем управления

Цель: Изучение управле­ние организационно-экономическими процессами и управление техно­логическими процессами, автоматизированные системы организационно-экономического (административного) управления (АСУП); автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП).

План:

1. Автоматизированные системы организационно-экономического (административного) управления (АСУП);

      2.  Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП).

{spoiler=Подробнее}

Управление производством можно разделить на две области: управле­ние организационно-экономическими процессами и управление техно­логическими процессами. Эти области различаются характером объектов управления: если в первой области объектом управления являются коллек­тивы людей, занятых в сфере материального производства и обслуживания, то во второй — технологические процессы. Соответственно различают два основных типа АСУ: автоматизированные системы организационно-экономического (административного) управления (АСУП); автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП).

Области использования ЭВМ существенно влияют на режимы работы ЭВМ в системе управления, что обусловлено не только различием в классах решаемых задач, но и различием динамических характеристик систем в каждой из областей.

Как правило, в АСУП процессы управления весьма инертны. Задержка выдачи управляющих воздействий, обусловленная затратами времени на обработку информации в управляющем устройстве (ЭВМ), мало или совсем не влияет на качество работы. Инерционность АСУП позволяет использовать документную форму представления входной информации и дискретный ее ввод в машину. В документной форме оформляются И результаты обработки информации, которые затем направляются в соответствующие подразделения и службы. Документный дискретный характер информации, вводимой в машину и получаемой на ее выходе, определяет

то что режимы работы ЭВМ в таких системах практически не отличаются -режимов работы универсальных ЭВМ и структура построения также подобна структуре построения универсальных ЭВМ.

К АСУП относятся различные отраслевые, территориальные АСУ, АСУ производственными объединениями, предприятиями и др.

К АСУ ТП относятся такие системы, которым свойственно управление объектами, быстро меняющими свое состояние (управление процессом резания, управление плавкой металла, управление производственным процессом в ГПС и др.). Для получения необходимых динамических харак­теристик дискретный документный ввод и вывод информации в АСУ ТП в большинстве случаев неприемлем. Кроме того, сложность современных технических систем обусловливает невозможность в ограниченный срок охватить их во всех деталях (измерять, наблюдать и воздействовать на все переменные одновременно).

Эти задачи целесообразно возложить также на ЭВМ, для чего необ­ходимо обеспечить непосредственную физическую связь ее с объектом управления. Связь может быть как двусторонней, так и односторонней. Для осуществления связи с объектом в ЭВМ включают специальные аппа­ратные средства, обеспечивающие получение, преобразование и передачу информации объекта к машине и обратно.

На практике часто приходится иметь дело с системами, где комбиниру­ются функции, характерные как для АСУП, так и для АСУ ТП. В последние годы наметилась тенденция слияния АСУП и АСУ ТП в единые интегри­рованные системы управления, позволяющие обрабатывать всю имеющу­юся на предприятии информацию, т. е. организовать производственный процесс, полностью управляемый вычислительным комплексом.

Автоматизированные системы управления предприятием. АСУП орга­нически включает в себя интегрированные системы обработки данных, главной целью которых является автоматизация информационных про­цессов на предприятии и усовершенствование формы и организации их выполнения. Объектом управления является совокупность процессов, свойственных данному предприятию, по преобразованию ресурсов (материалов, полуфабрикатов, инструмента, оснастки, оборудования, энергетических, трудовых и финансовых и др. ресурсов) в готовую продукцию. Сложность управления в АСУП обусловлена следующими при­чинами: большим числом разнородных элементов; высокой степенью их взаимосвязи в процессе производства; неопределенностью результатов выполнения многих процессов (брак, сбои, несвоевременные поставки, нерегулярность спроса и др.); объектами и субъектами управления на предприятии являются люди, а управление их поведением не столь оче­видно и прямолинейно; предприятие постоянно изменяется, т. е. является нестационарным.

Создание и внедрение АСУП привело к тому, что информационные процессам, их организации, проектированию, подготовке и выполнению уделяется такое же внимание, как и производственным. В структуре управ­ления предприятием имеет место специальное подразделение — информационно-вычислительный центр (ИВЦ), ответственный за упорядочение, регламентацию и непосредственное выполнение информационных про­цессов на предприятии (рис. 1).

Рис. 1. Структурная схема состава АСУП

В структуре АСУП обычно выделяют функциональные и обеспечи­вающие подсистемы. Подсистемой называют часть АСУ, выделенную по функциональному или структурному признаку, отвечающему конкретным целям и задачам.

Функциональные подсистемы представляют собой комплекс адми­нистративных, организационных и экономико-математических методов, служащих для решения задач планирования, учета и анализа показателей для принятия управленческих решений. Состав и наименование функцио­нальных подсистем не является обязательным даже для однотипных АСУ, а зависит от конкретного объекта управления.

Обеспечивающие подсистемы выполняют все информационные про­цессы в АСУ и ответственны за их подготовку и организацию. Чаще всего выделяют подсистемы информационного, математического, программно­го, технического, организационного обеспечения.

Информационное обеспечение АСУ регламентирует потоки и под­готовку информации, организацию и выполнение информационных процессов в ИВЦ, т. е. представляет собой совокупность единой системы классификации и кодирования технико-экономической информации, унифицированных систем документации и массивов информации, используемых в системах. Определение состава информационного обеспечения является одной из главных задач проектирования конкретной системы. информационное обеспечение АСУ составляют: входная информация, характеризующая состояние ОУ, внешней среды, определяющая дальнейшее поведение системы; выходная информация, представляющая собой продукт решения задач и определяющая дальнейшее поведение ОУ; накапливаемые в процессе работы системы данные, необходимые для расширения круга решаемых задач; нормативные и справочные данные, которые составляют информационный базис системы.

Подсистема информационного обеспечения должна обеспечивать другие подсистемы оптимальным объемом информации в требуемые сро­ки. Поэтому такие понятия информации, как достоверность, точность, полезность, полнота при разработке информационного обеспечения, яв­ляются определяющими. Многократное использование информации при однократном ее вводе является отличительной особенностью АСУ. Это обусловлено необходимостью обеспечения одной и той же информацией различных подсистем. Подсистема информационного обеспечения должна обладать определенной гибкостью, возможностью быстрой перестройки в соответствии с изменившимися условиями работы системы под влиянием внешних возмущений или в связи с аварийными ситуациями.

Так, информационное обеспечение ГПС состоит из пакетов управля­ющих программ для станка с ЧПУ, для транспортных средств и роботов, для накопительных систем заготовок, деталей, инструмента, оснастки, оперативного информационного фонда, содержащего данные о состоянии производственного процесса в ГПС и его технических средств (местона­хождении и состоянии деталей, инструмента, спутников, приспособлений в текущий момент времени и др.).

Математическое обеспечение АСУ представляет собой совокупность математических методов, моделей, алгоритмов для решения задач управ­ления в соответствующих функциональных подсистемах и выполнения соответствующих информационных процессов в АСУ, обработки данных с применением вычислительной техники.

Техническое обеспечение АСУ представляет собой комплекс техниче­ских средств, предназначенных для автоматизации выполнения основных информационных процессов (сбор, передача, обработка информации, вывод и отображение данных), а также инструкции по их эксплуатации и •Обеспечению надежного функционирования. Основу технических средств всякой АСУ составляет ЭВМ. Основные требования к вычислительному комплексу — обработка данных с заданной точностью, требуемой скоростью, выдача результатов в нужные моменты времени. В АСУ применяв как ЭВМ общего назначения, так и специализированные.

Организационное обеспечение регламентирует действие каждого работника управления, каждого рабочего по отношению к системе информации и всей схеме принятия решений в АСУ.

Автоматизированные системы управления технологическими процессами Управление технологическим процессом представляет собой информационный процесс, обеспечивающий выполнение какого-либо материальной процесса. В наиболее общем случае АСУ ТП представляет собой замкнутую сис­тему (рис. 2.), обеспечивающую автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления технологическим объектом в соответствии с принятым критерием, и реализацию управляю­щих воздействий на технологический объект.

Технологический объект управления (ТОУ) — это совокупность техно­логического оборудования и реализованного на нем по соответствующим алгоритмам и регламентам технологического процесса. В зависимости от уровня АСУ ТП технологическим объектом управления могут быть технологические агрегаты и установки, группы станков, отдельные производства (цехи, участки), реализующие самостоятельный технологический процесс

Рис.2. Информационная структура АСУ ТП

Производственный процесс всего предприятия, если управление им сводится к рациональному выбору и согласованию режимов работы агрегатов, участков и производств. Совместно функционирующие технологический объект управления и управляющая им АСУ ТП образуют ГПС.

Степень достижения поставленных целей в любой системе принято характеризовать с помощью критерия управления. Критерием может быть технико-экономический показатель, например, себестоимость выходного изделия при заданном качестве, производительность технологического объекта управления при заданном качестве выходного изделия, техноло­гические показатели, например, параметры технологического процесса, характеристики выходного изделия и т. п.

В управляемом технологическом процессе можно выделить основные по­токи информации, характеризуемые следующими группами параметров.

1. Измеряемые параметры х = (х_1; х₂, ..., х_п), к которым относятся измеряемые, но неуправляемые параметры, зависящие от внешних факторов (параметры заготовок, характеристики технологического и вспомогательного оборудования, инструмента, оснастки и др.); выходные параметры, характеризующие качество выпускаемых изделий; выходные параметры, по которым непосредственно или путем вычислений определяют эффективность производственного процесса (производительность, экономичность и др.), или ограничения, наложенные на условия его протекания.
2. Управляемые параметры у = (у,, у₂,..., у_т), которые могут изменяться соответствующими исполнительными механизмами, уставками регуляторов и т. п.
3. Неизмеряемые и неуправляемые параметры ƒ= (ƒ₁ , ƒ_{2 ,} … , ƒ_k) — изменяющиеся со временем характеристики технологического оборудования, характеристики сырья, износ инструмента, отказ оборудования и др. Наличие подобных случайных факторов, воздействующих на объект управления, может значительно влиять на управляемую величину у и придают стохастический характер потокам требований на обслуживание.

На вход управляющего вычислительного комплекса (УВК) отдатчиков (термопар, индуктивных датчиков, счетчиков готовой продукции и др.) поступает измерительная информация о текущих значениях параметров х, характеризующих ход технологического процесса (состояние и параметры заготовок, качество обработанных деталей, их количество и др.). УВК обра­батывает эту информацию в соответствии с принятым законом управления (алгоритмом управления), определяет управляющие воздействия и = (и ₁, и₂, … и_т), которые необходимо приложить к исполнительным механизмам для изменения управляемых параметров у, чтобы управляемый процесс протекал оптимальным образом.

Многие измерительные датчики вырабатывают свои сигналы в виде напряжения, силы тока, сопротивления, угла поворота и т. п., т. е. в форме непрерывного (аналогового) сигнала. Подводимые к исполнительным механизмам управляющие воздействия и должны вырабатываться в форме напряжений, т. е. также в аналоговой форме.

Так как УВК оперирует с цифровыми (дискретными) величинами, то поступающие на ее вход величины х должны предварительно быть преобра­зованы в цифровую форму, а вырабатываемые УВК величины управляющих воздействий — из цифровой формы в аналоговую. Некоторые входные сигналы (например, выдаваемые конечными выключателями, фотореле и др.) и некоторые выходные управляющие сигналы (например, включение двигателей, сигнальные транспаранты и др.) имеют релейный характер.

Таким образом, в УВК должны входить преобразователи непрерывных величин в цифровые и обратно. С целью уменьшения объема оборудования преобразователи непрерывных величин в цифровые и обратно обычно выполняют многоканальными. Посредством коммутатора преобразователь поочередно подключается к каждому датчику и осуществляет преобразо­вание соответствующей аналоговой величины в цифровую форму, после чего полученный в результате преобразования цифровой код вводится в память УВК.

Важным признаком АСУ ТП является осуществление управления в темпе протекания технологического процесса, т. е. в реальном масштабе времени. Понятие реального масштаба времени можно определить следу­ющим образом. Если передача информации из исходного пункта в ЭВМ и ее обработка осуществляются во время работы машины, занятой решением другой задачи, и возвращение результатов в исходный пункт производится в минимально короткие сроки по тем же каналам без ощутимого перевеса в решении предыдущей задачи, то говорят, что этот процесс протекает в ре­альном времени. Более коротко можно сказать, что обработка информации идет в реальном времени, если время на запросы, обычно произвольное, ограничивается внешними условиями. Под внешними условиями пони­мают занятость передающих устройств и ЭВМ решением других задач, важность и срочность которых определяется соответствующей системой приоритетов.

В системе, функционирующей в реальном масштабе времени, инфор­мация, приходящая извне, либо воспринимается и обрабатывается на ЭВМ непосредственно в момент ее поступления (если ЭВМ не загружена работой или приоритет запроса самый высокий), либо фиксируется и поступает в обработку в зависимости от приоритета запрашиваемого абонента. В сис­теме обработки информации в реальном масштабе времени для каждой такой задачи устанавливается реально необходимый промежуток времени, в течение которого соответствующий запрос должен быть обязательно выполнен. В зависимости от уровня запрашиваемого абонента в структуре технических средств и важности самого запроса при одинаковом уровне

их или большего числа абонентов устанавливаются приоритеты запросов абонентов. Указанной системой приоритетов определяется дисциплина очереди при решении любых задач управления.

Автоматическое распределение машинного времени открыло новые пути использования ЭВМ; позволяет абоненту вести непрерывный диалог машиной; дает возможность нескольким абонентам «беседовать» друг с другом при посредничестве ЭВМ, использующей большой запас сведений, хранящихся в ее памяти, и высокую степень выполнения арифметических _и логических операций.

Реализация целей в конкретных АСУ ТП достигается выполнением _в них определенной последовательности операций и вычислительных процедур, в значительной степени типовых по своему составу и потому объединяемых в комплекс типовых функций АСУ ТП (рис. 3).

Функции АСУ ТП подразделяют на управляющие, информационные и вспомогательные управляющие. Это функции, результатом которых является выработка и реализация управляющих воздействий на технологический объект управления. К управляющим функциям АСУ ТП относят регулирование (стабилизацию) отдельных технологических переменных; логическое управление операциями или аппаратами; программное ло­гическое управление группой оборудования; оптимальное управление установившимися или переходными режимами, или отдельными стадиями процесса; адаптивное управление объектов в целом, например управление участком станков с ЧПУ; оперативная коррекция суточных и сменных плановых заданий и др.

Рис.3. Обобщенная схема АСУ ТП

Информационные функции АСУТП— это функции системы, содержанием которых является сбор, обработка и представление информации для последующей обработки. К информационным функциям АСУ ТП относят централизованный контроль и измерение технологических параметров, косвенное измерение, вычисление параметров процесса (технико-экономических, внутренних переменных), формирование и выда­ча текущих и обобщающих технологических и экономических показателей оперативному персоналу АСУ ТП, подготовка и передача информации в смежные системы управления, обобщенная оценка и проверка состояния ГПС и его оборудования.

Вспомогательные функции состоят в обеспечении контроля за состоя­нием функционирования технических и программных средств системы.

АСУ ТП как компонент общей системы управления промышленным предприятием предназначена для целенаправленного ведения техно­логических процессов и обеспечения смежных и вышестоящих систем управления оперативной и достоверной технико-экономической инфор­мацией. АСУ ТП, созданные для объектов основного и вспомогательного производства, представляют низовой уровень АСУП.

Контрольные вопросы

1.Перечислите типовые задачи управления в производственном процессе?

2.Какие типы АСУ существуют и в чем их особенности?

3.Перечислите классы структур систем управления?

4.В чем особенности ЭВМ, встраиваемых в контур управления?

{/spoilers}