Основные понятия и определения
Скачать 345.14 Kb.
|
| Основные понятия и определения. Технологический процесс – это совокупность технологического (производственного) оборудования и процессов, происходящих на этом оборудовании, при выпуске продукции или управлении внешними событиями. Автоматические или автоматизированные системы управления, предназначенные для управления технологическим процессом, называются АСУ ТП. Совокупность технологического процесса и АСУ ТП называется гибкой производственной системой. Автоматическая система управления – это система, в которой все этапы управления производятся без участия человека. Если на каком-либо этапе управления присутствует человек, то система называется автоматизированной.
 Д – датчик; УВМ – управляющая вычислительная машина; ИУ – исполнительное устройство. 2. Автоматизированная система:  ЛПР – лицо, принимающее решение. Структуры систем управления.
Это самая первая система управления. В ней могли и не присутствовать средства вычислительной техники. Основное её назначение – показывать оператору состояние технологического процесса и передавать технологическому процессу команды оператора.  Особенностью этой структуры является большое количество линий связи – каждый датчик и исполнительное устройство связаны со средствами отображения (СО) в отдельные линии связи. Такие системы могут иметь развитые средства отображения (цифровые и шкальные приборы, мнемосхемы, панели отображения информации и т.д.). Для согласования представления информации с датчиков и средств отображения требуются преобразователи (ПР). Датчики (устройства получения информации о состоянии ТП) в такой структуре очень просты, они выдают информацию в виде, способном передаваться по линиям связи (электрический – ток или напряжение, давление – пневматический или гидравлический). Развитие этой структуры шло по 2 путям:
Эти пути во многом пересекались, что привело к появлению нескольких структур. 2. Централизованная структура контроля и управления. Большим недостатком предыдущей структуры является наличие большого количества линий связи и ограничение на длину линий связи. Централизованная система имеет меньшее количество линий связи за счёт применения дополнительных технических средств – коммутаторов и распределителей каналов.  При передаче по линиям связи используется разделение канала передачи – временное или частотное мультиплексирование. Применение этой структуры позволило увеличить число каналов передачи управляющей информации и длину линий связи, тем самым позволив управлять большими объектами из одной точки. Коммутаторы и распределители каналов составляют особый тип устройств, выделяемых в АСУТП, – устройство связи с объектом (УСО). Главным недостатком системы является то, что управляющие решения целиком принимаются оператором, т.е. такие системы не способны управлять сложными быстрыми объектами по сложным алгоритмам.
Эти системы предназначены для управления по несложным алгоритмам с применением логического и логико-командного механизма управления. В логических системах управляющие воздействия вырабатываются как логическая функция от параметров технологического процесса и команд управления. Логико-командное управление использует управление по жёстко заданной программе, а команды оператора и сигналы состояния технологического процесса являются условиями выбора следующей команды программы. Структуры систем управления, использующих в вычислительной технике. Автоматизированные системы строятся по одному из двух принципов: 1.Супервизорные; 2. Системы прямого цифрового управления. Супервизорные системы. Они являются иерархическими, двухуровневыми системами управления. Нижний уровень состоит из локального регулятора, способного осуществлять управление по простому алгоритму (логический, логическо-командный, механический). Верхний уровень – управление локальными регуляторами.  Недостатком супервизорных систем является их сложность. При наличии в локальных регуляторах средств вычислительной техники или логическо-командных устройств появляется возможность осуществлять управление динамическими процессами (пуск, останов и т.д.). Главным достоинством таких систем является их надёжность, т.к. локальные регуляторы не требуют управления со второго уровня в супервизорной системе. При необходимости может иметься возможность прямого управления устройствами или ручного управления. Системы прямого цифрового управления. Это одноуровневая система управления, в которой выработка управляющих воздействий осуществляется вычислительной машиной (УВМ).  Главным достоинством является простота системы и возможность управления с использованием алгоритмов любой сложности. Недостатком является низкая надёжность, т.е. высокие требования к надёжности элементов системы, в частности устройств связи с объектами линий связи. Математическая модель процесса управления. Состояние технологического объекта управления рассматривается как функция от предыдущего состояния объекта, управляющих воздействий и внешних факторов. Внешние факторы можно разделить на измеряемые (температура окружающей среды, количество, качество материалов и т.д.) и неизмеряемые (помехи и др.). Неизмеряемые факторы обычно разделяют на медленные – факторы, которые не изменяются или изменяются незначительно в течение нескольких циклов управления, и быстрые, которые значительно изменяются во времени одного цикла управления. Функция состояния объекта может иметь любую сложность. Обычно принимают управляющую функцию как комбинацию функций, зависящих от рассмотренных выше параметров (пропорциональная часть), от изменения параметров (дифференциальная часть) и от предыстории параметров (интегральная часть). Иногда, кроме предыстории, отдельно учитывают состояние параметров в конкретно заданный интервал времени (функция задержки).  X – воздействие, вырабатываемое управляющей системой, управляющее воздействие. Z и F – воздействия, не зависящие от управляющей системы, т.е. возмущения. Z – контролируемое возмущение, т.е. та часть возмущения, которая может быть измерена. F – неконтролируемое возмущение. Обычно число неконтролируемых возмущений неизвестно. Y – контролируемые величины, по которым ведётся управление, управляемые или регулируемые. Система определяет требуемые управляющие воздействия:  в соответствии с определённым законом управления.В связи с тем, что F – параметры неконтролируемые, обычно производится замена F на G, где G – набор искусственно принятых параметров, моделирующих неконтролируемые параметры F.  Количество параметров Y, Z, G может достигать десятков тысяч, следовательно, для реализации функции Ф может потребоваться большое количество вычислительных и других ресурсов. Выбор степени автоматизации. Заключается в распределении функций между человеком и ВТ. Крайние точки – автоматическое и ручное управление. Степень участия человека в процессе определяет степень автоматизации. Алгоритмы работы системы управления можно представить в виде набора состояний процесса и связей между ними – переходов из состояния в состояние, при которых передаются какие-либо сигналы и принимаются решения о переходах. Граф-схему можно представить в виде графа и по нему построить матрицу смежности, где единичные значения показывают наличие перехода между состояниями (вершинами графа), а нули – отсутствие. По матрице смежности можно определить общее количество переходов, т.е. общее количество переходов системы из состояния в состояние. Количество связей состоит из переходов, по которым передаётся информация для автоматического управления (па) и связей операторов ручного управления (пр). Для оценки степени автоматизации используют величину:  – степень автоматизации.Анализ факторов, влияющих на степень автоматизации. На выбор величины γ, в основном, влияют 2 фактора:
Пропускную способность оператора оценивают величиной, обратной полному времени оператора – времени, за которое оператор получит необходимые данные, примет решение и выдаст управляющее воздействие. Соп = 1/ tоп; tоп ≥ 2 ÷ 10сек. На эту величину влияют:
Напряжённость характеризуется:
При ухудшении этих параметров время оператора возрастает из-за быстрой утомляемости. Совокупность этих параметров и эргономичных факторов называют антропометрическими факторами, влияющими на степень автоматизации. Те задачи, которые не попадают под вышеуказанные количественные ограничения, должны быть переданы для автоматического управления.  - n ручное max – количество сигналов, которые могут быть обработаны человеком; - сигналы, которые должны быть обработаны автоматически. - минимальная степень автоматизации.При этом предполагается, что сигналы, доступные для управления человеком, доступны и для управления машиной. Обратное неверно, так как существует  .Выбор оптимальной степени автоматизации определяется экономическими факторами, в котором учитывают:
Затраты на операторов зависят от количества аппаратуры и операторов (иногда вместо операторов используют набор программных средств). Принимают, что число операторов  , где М – число операторов при  .ЫЗатраты на аппаратуру при больших значениях  значительно больше, чем при малых.Обычно считают, что затраты:  , где  , при  .  При расчетах число операторов может быть нецелым. Это число округляется до целого и расчеты уточняются. Возможны 2 случая: 1. Оптимальная степень автоматизации больше минимальной степени автоматизации.  Выберем  .Крайний случай В  ыбираем 1.2.    Необходимо выбрать те сигналы, которые надо передать на автоматическое управление. Эта задача решается перебором с учётом следующих правил: Машине передаются те сигналы, которые ближе к предельным возможностям оператора. Надо стремится уменьшить объём информации, поступающей от машины к человеку и обратно. Надо стремиться к автоматизации алгоритмических подсистем в целом. Выделение алгоритмической подсистемы При группировке задач в подсистемы надо учитывать следующие правила и принципы: Учёт существующей структуры управления. Учитываются традиционные взаимосвязи и отношения в коллективе – наличие различных служб, отношение людей к вычислительной технике. Взаимоподчинённость и единоначалие. Нарушение этого принципа может привести к увеличению срока ввода эксплуатацию и ухудшению качества управления. Обычно этот принцип используется для первичного разбиения на подсистемы. Единое функциональное назначение элементов подсистем, т. е. объединение близких подзадач. Близость требований к аппаратуре, общность технических характеристик. Опыт проектирования и эксплуатации. Минимализация информационных потоков. Для решения первых четырёх принципов надо знать содержательный смысл задачи. Особенности систем реального времени Общие понятия реального времени Важным признаком АСУ ТП является осуществление управления в режиме протекания технологического процесса, т.е. в реальном масштабе времени. Понятие реального времени можно определить следующим образом: 1) время выработки управляющего воздействия меньше или равно времени актуальности этого воздействия; 2) время на обработку запроса ограниченно только внешними условиями, внешние условия не должны противоречить первому пункту. Под влиянием условий понимают занятость передающих устройств и УВМ решением других задач, важность и срочность которых определяется существующей системой приоритетов. 3) передача информации в УВМ и ее обработка осуществляются во время работы машины занятой решением другой задачи, и возвращение результатов производится в кратчайшие сроки без ощутимого перевеса в решении других задач. В системе работающей в режиме реального времени информация, приходящая из вне, либо воспринимается и обрабатывается в УВМ непосредственно в момент ее поступления, если УВМ не загружено работает или приоритет не самый высокий, либо фиксируется и поступает на обработку в зависимости от приоритета запроса. Для каждой задачи устанавливается реально необходимый промежуток времени, в течение которого соответствующий запрос должен быть обработан. В зависимости от уровня запрашиваемого абонента в структуре технических средств и важности самого запроса, при одинаковом уровне двух и более запрашиваемых абонентов устанавливаются приоритеты запросов абонентов. Этой системой приоритетов определяется дисциплины очереди при решении любых задач управления. Приоритеты задач определяют времена начала и закрепления выполнения процессов, т. е. определяют режим планирования выполнения задачи. Существует два режима планирования: статическое и динамическое. Статическое планирование задач в системах реального времени. При статической диспетчеризации используется определенное и неизменное в процессе функционирования привязка начала решения задач к определенному интервалу времени и выделение каждой задаче необходимых ресурсов. распределение задач по тактам производится заранее вручную либо с помощью программ, имеющихся в ОС реального времени и системах подготовки систем реального времени. Диспетчеризация, т.е. управление состоянием задач производится простой программой – супервизором, которой передается управление в начале каждого такта времени, а она по полученной ранее таблице запускает либо приостанавливает выполнение других задач. В реальных системах задачи обычно объединяются в пакеты, каждый из которых выполняется в определенное время. Задачи, требующие больших затрат времени и ресурсов, могут разбиваться на части и входить в несколько пакетов. Величина тактов времени определяется исходя из параметров временных диаграмм приема данных, вычислений и выдачи результатов, т.е. определяются динамическими характеристиками объекта управления. Для удобства аппаратной реализации желательно, чтобы длительность такта (τ) была пропорциональна периоду следования меток времени в системе. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Программа по дисциплине «прикладные протоколы интернет и www» Глобальные вычислительные сети: os unix – основные понятия, Internet – структура и основные понятия, аппаратное обеспечение, программное... | | Методические рекомендации по организации самостоятельной работы студентов:... Филиал негосударственного образовательного учреждения высшего профессионального образования |
 | 1. Основные понятия и определения теории анализа и принятия решений... Вводные понятия теории анализа и принятия решений. Области применения. Лицо, принимающее решение (лпр). Альтернативы и критерии в... | | Принципы доступа к данным через ado. Net. Вопросы по темам рефератов Основные понятия и определения корпоративных информационных систем. Классификация кис по характеру использования. Стратегии развития... |
| 5 Закон распределения Пуассона. Биномиальный закон распределения случайной дискретной величины Основные понятия теории вероятностей. Различные определения вероятности события | | Памятка для студентов специальности «Проектирование зданий» по изучению... ... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Информатика как прикладная инженерная дисциплина. Определение информатики и её предмета исследования. Разделы информатики. Основные... | | Лекция №7 Тема: “Элементы молекулярно-кинетической теории и Цель лекции: дать основные понятия и определения молекулярно-кинетической теории газов |
| Опорный конспект лекций Основные понятия, термины, законы, схемы... Л. Н. Блинов, Н. Н. Ролле. Экология: опорный конспект лекций. Основные понятия, термины, законы, схемы. Спб.: Изд. Спбгпу. 2005.... | | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Определения. Основные принципы занятия аэробикой. Структура занятия. Основные базовые шаги и термины |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... «кинематика», основные понятия, основные формулы кинематики, подготовиться к контрольной работе | | Рабочая программа дисциплины административное право Направление подготовки... Знать основные понятия и термины, используемые в административном праве, уметь объяснить их содержание и применить на практике. Знать... |
| Статья Основные понятия, используемые в Законе Современное состояние и тенденции развития фармацевтической технологии. Государственное нормирование производства лекарственных препаратов... | | Рабочая программа дисциплины административное право Направление подготовки... Знать основные понятия и термины, используемые в административном праве, уметь объяснить их содержание и применить на практике. Знать... |
| Темы рефератов. Современные подходы к определению категории «качество»... Сравните представленные в табл. 4 определения понятия «качество», что между ними общего и в чем разница, какие аспекты этой категории... | | Рефераты по витаминологии Учение о витаминах (открытие витаминов, понятия и определения, классификация, номенклатура, общее биологическое значение) |
