В соответствии с
ГОСТ 20.003—84 автоматизированные
системы управления технологическими
процессами предназначены для выработки
и реализации управляющих воздействий
на технологический объект управления
и представляют собой человекомашинные
системы, обеспечивающие автоматизированный
сбор и обработку информации, необходимой
для оптимизации управления технологическим
объектом в соответствии с принятым
критерием.
Технологический
объект управления (ТОУ)
– это совокупность технологического
оборудования и реализованного на нем
по соответствующим инструкциям или
регламентам технологического процесса
производства. В зависимости от уровня
АСУ ТП в качестве ТОУ можно рассматривать:
технологические агрегаты и установки,
группы станков, отдельные производства
(цехи, участки), реализующие самостоятельный
технологический процесс; производственный
процесс всего промышленного предприятия,
если управление им заключается в
рациональном выборе и согласовании
режимов работы агрегатов, участков
и производств.
Совместно
функционирующие ТОУ и управляющая им
АСУ ТП образуют автоматизированный
технологический комплекс (АТК).
АСУ
ТП являются частным видом систем
управления, которые представляют, в
свою очередь, особый класс систем,
характеризующихся наличием самостоятельных
функций и целей управления и необходимой
для реализации этого специальной
системной организацией. Степень
достижения поставленных целей принято
характеризовать с помощью критерия
управления. Критерием
может быть технико-экономический
показатель, например себестоимость
выходного продукта при заданном качестве,
производительность ТОУ при заданном
качестве выходного продукта, технологические
показатели — параметры процесса,
характеристики выходного продукта и
т. п.
Сформулированное
выше определение подчеркивает, во-первых,
наличие в составе АСУ ТП современных
автоматических средств сбора и переработки
информации (в первую очередь средств
вычислительной техники); во-вторых, роль
человека в системе как субъекта труда,
принимающего содержательное участие
в выработке решений по управлению;
в-третьих, что АСУ ТП — это система,
осуществляющая переработку технологической
и другой информации.
Еще
один важный признак АСУ ТП – это
осуществление управления в темпе
протекания технологического процесса,
т. е. в
реальном масштабе времени.
Рис.
2.1. Обобщенная блок-схема АСУ ТП
АСУ
ТП как компонент общей системы управления
промышленным предприятием (АСУП)
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 автоматизированных систем
управления производством.
Перечень,
форма представления и режим обмена
информацией между АСУ ТП и другими
взаимосвязанными с ней системами
управления определяется в каждом
конкретном случае в зависимости от
специфики производства, его организации
и структуры управления им.
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.
Функции
АСУ ТП подразделяются на управляющие,
информационные и вспомогательные.
Управляющие
функции
АСУ ТП — это функции, результатами
которых является выработка и реализация
управляющих воздействий на объект
управления. К управляющим функциям АСУ
ТП относятся: регулирование (стабилизация)
отдельных технологических переменных;
однотактное логическое управление
операциями или аппаратами; программное
логическое управление группой
оборудования; оптимальное управление
установившимися или переходными режимами
или отдельными стадиями процесса;
адаптивное управление объектом в целом,
например управление участком станков
с ЧПУ.
Информационные
функции
АСУ ТП – это функции системы, содержанием
которых является сбор, обработка и
представление информации о состоянии
АТК оперативному персоналу или передача
этой информации для последующей
обработки. К информационным функциям
АСУ ТП относятся: централизованный
контроль и измерение технологических
параметров; косвенное измерение;
вычисление параметров процесса
(технико-экономических, внутренних
переменных); формирование и выдача
данных оперативному персоналу АСУ
ТП или АТК; подготовка и передача
информации в смежные системы управления;
обобщенная оценка и проверка состояния
АТК и его оборудования.
Отличительная
особенность управляющих и информационных
функций АСУ ТП — их направленность на
конкретного потребителя (объект
управления, оперативный персонал,
смежные системы управления).
Вспомогательные
функции АСУ
ТП состоят в обеспечении контроля за
состоянием функционирования технических
и программных средств системы.
Соседние файлы в папке Учебное пособие
- Автоматизированная система управления
уличным освещением («АСУ УО») — предназначена
для организации автоматизации централизованного
управления уличным освещением. - Автоматизированная система управления
наружного освещения («АСУНО») — предназначена для организации автоматизации централизованного управления наружным освещением. - Автоматизированная система управления
дорожным движением или АСУ ДД — предназначена для управления транспортных
средств и пешеходных потоков на дорожной
сети города или автомагистрали - Автоматизированная система управления
предприятием или АСУП — Для решения этих задач применяются MRP,MRP II и ERP-системы. В случае, если предприятием является учебное заведение, применяются системы управления обучением.
- «Система управления гостиницей». Наряду с
этим названием употребляется PMS Property Management System - «Автоматизированная система
управления операционным риском» – это программное
обеспечение, содержащее комплекс средств,
необходимых для решения задач управления
операционными рисками предприятий: от
сбора данных до предоставления отчетности
и построения прогнозов.
Система управления — систематизированный
(строго определённый) набор средств сбора
сведений о подконтрольном объекте и средств
воздействия на его поведение, предназначенный
для достижения определённых целей. Объектом
системы управления могут быть как технические объекты,
так и люди. Объект системы управления
может состоять из других объектов, которые
могут иметь постоянную структуру взаимосвязей.
Системы управления с участием людей
как объектов управления зачастую называют системами менеджмента.
Техническая структура управления — устройство или набор устройств для манипулирования
поведением других устройств или систем.
Централизованная структура осуществляет
реализацию всех процессов управления
объектами в едином органе управления,
который осуществляет сбор и обработку
информации об управляемых объектах и
на основе их анализа в соответствии с
критериями системы вырабатывает управляющие
сигналы. Появление этого класса структур
связано с увеличением числа контролируемых,
регулируемых и управляемых параметров
и, как правило, с территориальной рассредоточенностью
объекта управления.
Достоинствами централизованной структуры
являются достаточно простая реализация
процессов информационного взаимодействия;
принципиальная возможность оптимального
управления системой в целом; достаточно
легкая коррекция оперативно изменяемых
входных параметров; возможность достижения
максимальной эксплуатационной эффективности
при минимальной избыточности технических
средств управления.
Недостатки централизованной структуры
следующие: необходимость высокой надежности
и производительности технических средств
управления для достижения приемлемого
качества управления; высокая суммарная
протяженность каналов связи при наличии
территориальной рассредоточенности
объектов управления.
Централизованная
рассредоточенная структура
Основная особенность данной структуры
— сохранение принципа централизованного
управления, т.е. выработка управляющих
воздействий на каждый объект управления
на основе информации о состояниях всей
совокупности объектов управления. Некоторые
функциональные устройства системы управления
являются общими для всех каналов системы
и с помощью коммутаторов подключаются
к индивидуальным устройствам канала,
образуя замкнутый контур управления.
Алгоритм управления в этом случае состоит
из совокупности взаимосвязанных алгоритмов
управления объектами, которые реализуются
совокупностью взаимно связанных органов
управления. В процессе функционирования
каждый управляющий орган производит
прием и обработку соответствующей информации,
а также выдачу управляющих сигналов на
подчиненные объекты. Для реализации функций
управления каждый локальный орган по
мере необходимости вступает в процесс
информационного взаимодействия с другими
органами управления. Достоинства такой
структуры: снижение требований, к производительности
и надежности каждого центра обработки
и управления без ущерба для качества
управления; снижение суммарной протяженности
каналов связи.
Недостатки системы в следующем: усложнение
информационных процессов в системе управления
из-за необходимости обмена данными между
центрами обработки и управления, а также
корректировка хранимой информации; избыточность
технических средств, предназначенных
для обработки информации; сложность синхронизации
процессов обмена информацией.
Иерархическая
структура
С ростом числа задач управления в сложных
системах значительно увеличивается объем
переработанной информации и повышается
сложность алгоритмов управления. В результате
осуществлять управление централизованно
невозможно, так как имеет место несоответствие
между сложностью управляемого объекта
и способностью любого управляющего органа
получать и перерабатывать информацию.
Кроме того, в таких системах можно выделить,
следующие, группы задач, каждая из которых
характеризуется соответствующими требованиями
по времени реакции на события, происходящие
в управляемом процессе:
задачи сбора данных с объекта управления
и прямого цифрового управления (время
реакции , секунды, доли секунды);
задачи экстремального управления, связанные
с расчётами желаемых параметров управляемого
процесса и требуемых значений уставок
регуляторов, с логическими задачами пуска
и остановки агрегатов и др. (время реакции
— секунды, минуты);
задачи оптимизации и адаптивного управления
процессами, технико-экономические задачи
(время реакции — несколько секунд);
информационные задачи для административного
управления, задачи диспетчеризации и
координации в масштабах цеха, предприятия,
задачи планирования и др. (время реакции
— часы).
Очевидно, что иерархия задач управления
приводит к необходимости создания иерархической
системы средств управления. Такое разделение,
позволяя справиться с информационными
трудностями для каждого местного органа
управления, порождает необходимость
согласования принимаемых этими органами
решений, т. е. создания над ними нового
управляющего органа. На каждом уровне
должно быть обеспечено максимальное
соответствие характеристик технических
средств заданному классу задач.
Кроме того, многие производственные
системы имеют собственную иерархию, возникающую
под влиянием объективных тенденций научно-технического
прогресса, концентрации и специализации
производства, способствующих повышению
эффективности общественного производства.
Чаще всего иерархическая структура объекта
управления не совпадает с иерархией системы
управления. Следовательно, по мере роста
сложности систем выстраивается иерархическая
пирамида управления. Управляемые процессы
в сложном объекте управления требуют
своевременного формирования правильных
решений, которые приводили бы к поставленным
целям, принимались бы своевременно, были
бы взаимно согласованы. Каждое такое
решение требует постановки соответствующей
задачи управления. Их совокупность образует
иерархию задач управления, которая в
ряде случаев значительно сложнее иерархии
объекта управления.
В настоящее время АСУ представляют собой
объект активных теоретических исследований.
Исследователи, используя новый технологический
уровень, вернулись к созданию моделей
комплексной автоматизации процессов,
производств и производственных структур.
Единые открытые вычислительные системы
позволяют управлять распределенными
децентрализованными эволюционирующими
структурами с ограниченным взаимодействием,
способными поддерживать по мере потребностей
механизм налаживания новых связей или
углублять их взаимодействие. Все необходимые
аппаратные средства для таких систем
уже созданы или легко могут быть созданы.
Активно разрабатывается для этих целей
системо-независимое программное обеспечение.
Главная проблема состоит в создании системы
протоколов функционирования сети. Что
касается ПО непосредственно для АСУ ТП,
то для создания автоматизированных технологических
процессов существуют и успешно применяются
пакеты, называемые в технической литературе
SCADA-программами (Supervisory Control and Data Acquisition
– диспетчерское управление и сбор данных). В настоящее время создание АСУ ТП, особенно
небольших, не является чем-то исключительным.
Наработаны типовые схемы, схемные и программные
решения, используя которые разработчики
даже не акцентируют внимание на том, что
они создают АСУ ТП, – просто решаются текущие
задачи управления оборудованием или
процессом. Это свидетельствует о том,
что автоматизация уже достигла той степени
обыденности, что и, например, электрификация.
Тем не менее, новые применения или новые
решения в этой области всегда привлекают
внимание.
Министерство
образования и науки Республики Казахстан
Карагандинский
государственный технический университет
им. проф. Бырьки В.Ф.
по автоматизации технологических комплексов
тема:
Типовые структуры автоматизированных
систем управления
1.Автоматизированная
система управления
2. Типовая структура АСУ ТП
Структурная ТПР
5. Централизованная рассредоточенная
структура
6. Иерархическая
структура
Автоматизированные системы управления
технологическим процессом появились
в нашей жизни уже давно. За длительное
время своего существования информационные
системы претерпевали существенные изменения,
но стабильно и надежно выполняли возложенные
на них функции. Это позволило создавать
автоматизированные системы для различного
рода производств. Каждая автоматизированная
система управления технологическим процессом
уникальна, однако существует так называемая
типовая структура, которая позволяет
описать любую информационную систему.
Автоматизированные системы управления
технологическим процессом принято рассматривать
на трех уровнях: нижнем, среднем и верхнем.
Нижний уровень любой системы реализуется
при помощи считывателей и датчиков. На
среднем уровне реализуется программные
и логические операции, а компоненты
верхнего уровня автоматизированной системы
отвечают за анализ и хранение полученной
информации. Чем современнее информационная
система, тем сложнее провести четкую
грань между упомянутыми уровнями, тем
не менее указанные компоненты обязательны
для любой автоматизированной системы.
Автоматизированная система управления
Автоматизированная система управления (сокращённо АСУ) — комплекс аппаратных и программных
средств, предназначенный для управления
различными процессами в рамках технологического
процесса, производства, предприятия.
АСУ применяются в различных отраслях
промышленности, энергетике, транспорте
и т. п. Термин “автоматизированная”,
в отличие от термина “автоматическая”
подчёркивает сохранение за человеком-оператором
некоторых функций, либо наиболее общего,
целеполагающего характера, либо не поддающихся
автоматизации. АСУ с Системой поддержки принятия
решений (СППР), являются основным инструментом
повышения обоснованности управленческих
решений.
Создателем первых АСУ в СССР является
доктор экономических наук, профессор,
член-корреспондент Национальной академии
наук Белоруссии, основоположник научной
школы стратегического планирования Николай Иванович Ведута (1913—1998).
В 1962—1967 гг. в должности директора Центрального
научно-исследовательского института
технического управления (ЦНИИТУ), являясь
также членом коллегии Министерства приборостроения
СССР, он руководил внедрением первых
в стране автоматизированных систем управления
производством на машиностроительных
предприятиях. Активно боролся против
идеологических PR-акций по внедрению дорогостоящих
ЭВМ, вместо создания настоящих АСУ для
повышения эффективности управления производством.
Важнейшая задача АСУ — повышение эффективности
управления объектом на основе роста производительности
труда и совершенствования методов планирования
процесса управления. Различают автоматизированные
системы управления объектами (технологическими
процессами — АСУТП, предприятием — АСУП,
отраслью — ОАСУ) и функциональные автоматизированные
системы, например, проектирование плановых
расчётов, материально-технического снабжения
и т.д.
В общем случае, систему управления можно
рассматривать в виде совокупности взаимосвязанных
управленческих процессов и объектов.
Обобщенной целью автоматизации управления
является повышение эффективности использования
потенциальных возможностей объекта управления.
Таким образом, можно выделить ряд целей:
1.Предоставление
лицу, принимающему решение (ЛПР) релевантных
данных для принятия решений
Стандарт ГОСТ 34.601-90 предусматривает следующие стадии
и этапы создания автоматизированной
системы:
5)Разработка
документации на АС и ее части
8)Разработка
документации на АС и ее части
Разработка
и оформление документации на поставку
комплектующих изделий
Разработка
заданий на проектирование в смежных частях
проекта
Разработка
рабочей документации на АС и ее части
Разработка
и адаптация программ
Ввод в действие
Подготовка
объекта автоматизации
Комплектация
АС поставляемыми изделиями (программными
и техническими средствами, программно-техническими
комплексами, информационными изделиями)
Проведение
предварительных испытаний
Проведение
опытной эксплуатации
Проведение
приемочных испытаний
Выполнение
работ в соответствии с гарантийными обязательствами
Эскизный, технический проекты и рабочая
документация — это последовательное
построение все более точных проектных
решений. Допускается исключать стадию
«Эскизный проект» и отдельные этапы работ
на всех стадиях, объединять стадии «Технический
проект» и «Рабочая документация» в «Технорабочий
проект», параллельно выполнять различные
этапы и работы, включать дополнительные.
Данный стандарт не вполне подходит для
проведения разработок в настоящее время:
многие процессы отражены недостаточно,
а некоторые положения устарели.
В состав АСУ входят следующие виды обеспечений:
информационное, программное, техническое,
организационное, метрологическое, правовое
и лингвистическое.
Основными классификационными признаками ,
определяющими вид АСУ, являются:
- сфера функционирования объекта управления
(промышленность, строительство, транспорт,
сельское хозяйство, непромышленная сфера
и т.д.) - вид управляемого процесса (технологический,
организационный, экономический и т.д.); - уровень в системе государственного
управления, включения управление народным
хозяйством в соответствии с действующими
схемами управления отраслями (для промышленности:
отрасль (министерство), всесоюзное объединение,
всесоюзное промышленное объединение,
научно-производственное объединение,
предприятие (организация), производство,
цех, участок, технологический агрегат).
Функции АСУ устанавливают в техническом задании
на создание конкретной АСУ на основе
анализа целей управления, заданных ресурсов
для их достижения, ожидаемого эффекта
от автоматизации и в соответствии со
стандартами, распространяющимися на
данный вид АСУ. Каждая функция АСУ реализуется
совокупностью комплексов задач, отдельных
задач и операций. Функции АСУ в общем
случае включают в себя следующие элементы
(действия):
- планирование и (или) прогнозирование;
- учет, контроль, анализ;
- координацию и (или) регулирование.
Необходимый состав элементов выбирают
в зависимости от вида конкретной АСУ.
Функции АСУ можно объединять в подсистемы
по функциональному и другим признакам.
В сфере промышленного производства
с позиций управления можно выделить следующие
основные классы структур систем управления:
децентрализованную, централизованную,
централизованную рассредоточенную и
иерархическую.
Автоматизированными
системами управления технологическими
процессами — АСУ ТП — называют разнообразные
компьютерные устройства, которые управляют
различными действиями на производстве.
Современные АСУ ТП начинали производиться
и применяться на производстве, однако
с развитием таких систем стало возможным
их использование и в других сферах деятельности
— в управлении транспортом, инженерными
системами зданий, оборонными сооружениями,
и так далее. Принцип действиями программно-аппаратных
комплексов всегда един: они собирают
данные о происходящих процессах и своевременно
управляют деятельностью объекта. Существует
трехуровневая система, типичная для всех
АСУ ТП. Согласно этой структуре, программно-аппаратный
комплекс состоит из нижнего, среднего
и верхнего уровней.
На нижнем
уровне, который еще называют полевым,
расположены разнообразные датчики и
сенсоры, а также исполнительные механизмы.
Первые фиксируют данные, чтобы потом
передать их в центр управления, вторые
же, наоборот, осуществляют команды информационной
системы.
Средний
уровень — это уровень контроллеров. Он
состоит из программируемых логических
контроллеров, которые принимают данные,
собранные сенсорами, а также выдают указания
исполнительным механизмам. Обработка
информации на этом уровне происходит
по единому алгоритму: прием сведений,
их анализ и обработка и выдача команд
на нижний уровень.
Верхний
уровень — это тот, на котором к работе
подключается человек. Пользователь работает
с системой с помощью визуализации информации
и отображение ее на мониторе — здесь
задействован специально созданный человеко-машинный
интерфейс. Верхний уровень АСУ ТП обеспечивает
сбор и хранение данных, а также архивацию
информации, полученной от контроллеров,
и представление ее в виде визуальных
средств. Таким образом оператор системы
может ознакомиться с параметрами процесса,
протекающего на объекте.
При проектировании
АСУ ТП разработчики всегда уделяют особое
внимание способам передачи информации.
Обычно вместе с тремя уровнями системы
создается сеть, по которой данные поступают
от одних устройств к другим. Компьютеры
на нижнем и среднем уровнях связаны между
собой в единую распределенную систему
управления, работающую в режиме реального
времени, а приложения на верхнем уровне
работают через сетевой кабель.
С помощью
связанных между собой трех уровней автоматизированных
систем управления технологическими процессами
можно контролировать работу объекта
и избегать аварийных ситуаций, которые
могут возникнуть при отсутствии необходимого
надзора. Таким образом, АСУ ТП обеспечивают
наибольшую производительность и безопасность.
Типовая структура АСУ;
В составе большинства АСУ (а для АСУП это обязательно) при-
нято выделять функциональную и обеспечивающую части (рис. 3).
Функциональная часть подразделяется на подсистемы, выпол-
няющие основные функции управления объектом автоматизации (на-
пример предприятия). Необходимость выделения функциональных
подсистем определяется сложностью управления современными про-
Обеспечивающая часть представляет собой комплекс методов,
объединенных в соответствии с их спецификой и обеспечивающих
решение задач во всех функциональных подсистемах АСУ.
Рис. 3. Подсистемы АСУ
Программное обеспечение – совокупность системных и прикладных
программ, реализующих нормальное функционирование АСУ.
Информационное обеспечение – совокупность системно-ори-
ентированных данных, описывающих принятый в системе словарь ба-
зовых описаний (классификаторы, типовые модели, элементы автома-
тизации и т.д.), и актуализируемых данных о состоянии информаци-
онной модели объекта автоматизации (объекта управления) на всех
этапах его жизненного цикла.
Техническое обеспечение – совокупность средств реализации
управляющих воздействий, средств получения, ввода, отображения,
использования и передачи данных.
Математическое обеспечение – совокупность математических ме-
тодов, моделей и алгоритмов обработки информации, используемых
при функционировании системы.
Лингвистическое обеспечение – совокупность языковых средств
для формализации естественного языка, построения и сочетания ин-
формационных единиц, используемых в АС при функционировании
системы для общения с КСА.
Организационное и методическое обеспечение – совокупность до-
кументов, определяющих организационную структуру объекта и сис-
темы автоматизации, необходимые для выполнения конкретных ав-
томатизируемых функций, деятельность в условиях функционирова-
ния системы, а также формы представления результатов деятельности.
Правовое обеспечение – совокупность правовых норм, рег-
ламентирующих правоотношения при функционировании АС и юри-
дический статус результатов ее функционирования.
Эргономическое ____________обеспечение – совокупность взаимосвязанных тре-
бований, направленных на согласование технических характеристик
КСА, параметров рабочей среды на рабочем месте с психологически-
ми, психофизиологическими, антропометрическими, физиологиче-
скими характеристиками и возможностями человека-оператора.
Внутреннее строение АСУ характеризуют при помощи структур,
описывающих устойчивые связи между их элементами. При этом ис-
пользуют следующие виды структур, отличающиеся типами элемен-
тов и связей между ними:
• функциональные (элементы – функции, задачи, процедуры; связи –
• технические (элементы – устройства, компоненты и комплексы;
связи – линии и каналы связи);
• организационные (элементы – коллективы людей и отдельные ис-
полнители; связи – информационные, соподчинения и взаимодействия);
• документальные (элементы – неделимые составные части и до-
кументы АС; связи – взаимодействия);
• алгоритмические (элементы – алгоритмы; связи – информационные);
• программные (элементы – программные модули и изделия; связи –
• информационные (элементы – формы существования и пред-
ставления информации в системе; связи – операции преобразования
информации в системе).
Структура информационной модели объекта управления.
Модель существующей системы управления является основой разработки АСУ, а в случае, когда объект управления– предприятие (в том числе автотранспортное), можно говорить об АСУ предприятием(АСУП). Процесс разработки модели системы управления сводится к изучению и описанию процесса функционирования рассматриваемого предприятия. Получение необходимых сведений и построение модели системы управления осуществляются в результате диагностического анализа функционирования служб предприятия и детального изучения существующей системы обработки данных.
Диагностический анализ– это комплекс исследований, проводимых с целью выявления общих тенденций развития производства и управления, изучения и анализа характеристик типовых задач и модулей, разработки требований и мероприятий по улучшению системы управления предприятием. Основной целью детального анализа этой системы является: изучение существующих алгоритмов принятия решений, системы обработки данных и документооборота. Основными источниками сведений о существующей системе служат нормативно-правовые и другие первичные документы, беседы и опросы специалистов действующей системы.
Основные этапы процесса изучения и анализа существующей системы управления следующие:
Первый этап – изучение структуры, целей и ограничений в существующей системе управления(описание подразделений, структурная схема организации, таблица функций исполнителей, характеристика задач организации, структурная схема каждого подразделения, описание функций подразделения, информационных потоков внутри и между подразделениями, обобщенная структурно-информационная временная схема.
Второй этап – изучение и анализ информационных потоков и алгоритмов переработки данных в существующей системе управления: характеристика документов, описание документов, характеристики массивов и процедур(задач), описание процедур(задач) и схема их детального анализа.
Автоматизация процессов изучения и анализа существующей системы управления предприятием обусловливает необходимость применения формальных моделей процессов обработки данных. В настоящее время наиболее широко используются матричные и графовые модели. В конечном счете, состав и структура ИС обусловливаются:
• параметрами производственного процесса;
• организационной структурой управления предприятием;
• оснащенностью средствами ВТ.
В составе большинства АСУ(а для АСУП это обязательно) принято выделять функциональную и обеспечивающую части (рис. 3).
Функциональная часть подразделяется на подсистемы, выполняющие основные функции управления объектом автоматизации (например предприятия). Необходимость выделения функциональных подсистем определяется сложностью управления современными производственными системами.
Обеспечивающая часть представляет собой комплекс методов, объединенных в соответствии с их спецификой и обеспечивающих решение задач во всех функциональных подсистемах АСУ.
Программное обеспечение – совокупность системных и прикладных программ, реализующих нормальное функционирование АСУ.
Информационное обеспечение – совокупность системно-ориентированных данных, описывающих принятый в системе словарь базовых описаний(классификаторы, типовые модели, элементы автоматизации и т.д.), и актуализируемых данных о состоянии информационной модели объекта автоматизации(объекта управления) на всех этапах его жизненного цикла.
Техническое обеспечение – совокупность средств реализации управляющих воздействий, средств получения, ввода, отображения, использования и передачи данных.
Математическое обеспечение – совокупность математических методов, моделей и алгоритмов обработки информации, используемых при функционировании системы.
Лингвистическое обеспечение – совокупность языковых средств для формализации естественного языка, построения и сочетания информационных единиц, используемых в АС при функционировании системы для общения с КСА.
Организационное и методическое обеспечение – совокупность документов, определяющих организационную структуру объекта и системы автоматизации, необходимые для выполнения конкретных автоматизируемых функций, деятельность в условиях функционирования системы, а также формы представления результатов деятельности.
Правовое обеспечение – совокупность правовых норм, регламентирующих правоотношения при функционировании АС и юридический статус результатов ее функционирования.
Эргономическое обеспечение – совокупность взаимосвязанных требований, направленных на согласование технических характеристик КСА, параметров рабочей среды на рабочем месте с психологическими, психофизиологическими, антропометрическими, физиологическими характеристиками и возможностями человека-оператора.
Внутреннее строение АСУ характеризуют при помощи структур, описывающих устойчивые связи между их элементами. При этом используют следующие виды структур, отличающиеся типами элементов и связей между ними:
• функциональные (элементы– функции, задачи, процедуры; связи–информационные);
• технические(элементы– устройства, компоненты и комплексы; связи– линии и каналы связи);
• организационные(элементы– коллективы людей и отдельные исполнители; связи– информационные, соподчинения и взаимодействия);
• документальные(элементы– неделимые составные части и документы АС; связи– взаимодействия);
• алгоритмические(элементы– алгоритмы; связи– информационные);
• программные(элементы– программные модули и изделия; связи–управляющие);
• информационные(элементы– формы существования и представления информации в системе; связи– операции преобразования информации в системе).
Изучение и математический анализ АСУ существенно облегчаются, если ее предварительно мысленно расчленить на типовые элементы, выявить физические взаимосвязи между ними и отобразить эти взаимосвязи схематично в какой-либо условной форме.
АСУ может быть разделена на части по различным признакам: назначению частей, алгоритмам преобразования информации, конструктивной обособленности. Соответственно различают следующие структуры и структурные схемы АСУ:
При этом понимается, что:
· структура – совокупность связанных между собой частей чего-либо целого;
· структурная схема – графическое изображение структуры.
В теории автоматического управления чаще всего имеют дело с функциональной и алгоритмической структурами (схемами). Поэтому рассмотрим их более подробно. Функциональные и алгоритмические схемы состоят из условных изображений элементов и звеньев (обычно в виде прямоугольников) и различных связей, изображаемых в виде линий со стрелками, показывающих направление передачи воздействий. Каждая линия соответствует обычно одному сигналу или одному воздействию. Около каждой линии указывают физическую величину, характеризующую данное воздействие. Обычно вначале составляют функциональную схему АСУ, а затем – алгоритмическую.
Функциональная структура (схема) – структура (схема), отражающая функции (целевые назначения) отдельных частей АСУ. Такими функциями могут быть:
· получение информации о состоянии объекта управления;
· преобразование сигналов;
· сравнение сигналов и т.п.
В качестве частей функциональной структуры (схемы) АСУ рассматриваются функциональные устройства. Названия устройств указывают на выполнение определенной функции. Например:
· блок сравнения;
· управляющий блок;
· исполнительное устройство и т.п.
Алгоритмическая структура (схема) – структура (схема), представляющая собой совокупность взаимосвязанных алгоритмических звеньев и характеризующая алгоритмы преобразования информации в АСУ.
При этом, алгоритмическое звено – часть алгоритмической структуры АСУ, соответствующая определенному математическому или логическому алгоритму преобразования сигнала. Если алгоритмическое звено выполняет одну простейшую математическую или логическую операцию, то его называют элементарным алгоритмическим звеном.
Различают следующие виды алгоритмических звеньев:
Статическое звено – звено, преобразующее входной сигнал в выходной мгновенно (без инерции). Связь между входным и выходным сигналами статического звена описывается обычно алгебраической функцией.
Динамическое звено – звено, преобразующее входной сигнал в выходной в соответствии с операциями интегрирования и дифференцирования во времени. Связь между входным и выходным сигналами динамического звена описывается обыкновенными дифференциальными уравнениями.
К классу динамических звеньев относятся элементы АСУ, обладающие способностью накапливать какой-либо вид энергии или вещества.
Арифметическое звено – звено, осуществляющее одну из арифметических операций: суммирование, вычитание, умножение, деление. Наиболее часто встречающееся в автоматике арифметическое звено – звено, выполняющее алгебраическое суммирование сигналов, называют сумматором.
Логическое звено – звено, выполняющее какую-либо логическую операцию: логическое умножение («И»), логическое сложение («ИЛИ»), логическое отрицание («НЕ») и т.д. Входной и выходной сигналы логического звена являются обычно дискретными и рассматриваются как логические переменные.
Конструктивная структура (схема) – структура (схема), отражающая конкретное схемное, конструктивное и прочее исполнение АСУ. К конструктивным схемам относятся: кинематические схемы устройств, принципиальные и монтажные схемы электрические соединений и т. д. Так как ТАУ имеет дело с математическими моделями АСУ, поэтому конструктивные схемы интересуют в значительно меньшей степени чем функциональные и алгоритмические.
Классификация АСУ может быть осуществлена по различным принципам и признакам, характеризующим назначение и конструкцию систем, вид применяемой энергии, используемые алгоритмы управления и функционирования и т.д.
Рассмотрим классификацию АСУ по наиболее важным для теории управления признакам, которые характеризуют алгоритм функционирования и алгоритм управления АСУ.
В зависимости от характера изменения задающего воздействия во времени АСУ разделяют на три класса:
Стабилизирующая АСУ – система, алгоритм функционирования которой содержит предписание поддерживать значение управляемой величины постоянным:
x(t) ≈ const.
Знак ≈ означает, что управляемая величина поддерживается на заданном уровне с некоторой ошибкой.
Стабилизирующие АСУ самые распространенные в промышленной автоматике. Их применяют для стабилизации различных физических величин, характеризующих состояние технологических объектов.
Программная АСУ – система, алгоритм функционирования которой содержит предписание изменять управляемую величину в соответствии с заранее заданной функцией времени fп(t):
x(t) ≈ fп(t).
Следящая АСУ –система, алгоритм функционирования которой содержит предписание изменять управляемую величину в соответствии с заранее неизвестной функцией времени fс(t):
x(t) ≈ fс(t).
Примером следящей АСУ является система управления активной мощностью нагрузки синхронного генератора на электрической станции в течение суток. Управляемой величиной в системе служит активная мощность нагрузки Р генератора. Закон изменения задания активной мощности Рз (задающего воздействия) определяется, например, диспетчером энергосистемы и имеет неопределенный характер в течение суток.
В стабилизирующих, программных и следящих АСУ цель управления заключается в обеспечении равенства или близости управляемой величины x(t) к ее заданному значению xз(t). Такое управление, осуществляемое с целью поддержания x(t) ≈ xз(t), называется регулированием.
Управляющее устройство, осуществляющее регулирование, называется регулятором, а сама система – системой регулирования.
В зависимости от конфигурации цепи воздействий различают три вида АСУ:
· с разомкнутой цепью воздействий (разомкнутая система);
· с замкнутой цепью воздействий (замкнутая система);
· с комбинированной цепью воздействий (комбинированная система).
Разомкнутая АСУ – система, в которой не осуществляется контроль управляемой величины, т.е. входными воздействиями ее управляющего устройства являются только внешние (задающее и возмущающее) воздействия.
Замкнутая АСУ (АСУ с обратной связью) – система, в которой входными воздействиями ее управляющего устройства являются как внешнее (задающее), так и внутреннее (контрольное) воздействия.
В зависимости от способа выработки управляющего воздействия замкнутые АСУ разделяют на:
Беспоисковая АСУ – АСУ, в которой управляющее воздействие вырабатывается в результате сравнения истинного значения управляемой величины с заданным значением.
Такие системы применяют для управления сравнительно несложными объектами, характеристики которых достаточно хорошо изучены и для которых заранее известно в каком направлении и на сколько нужно изменить управляющее воздействие при определенном отклонении управляемой величины от заданного значения.
Поисковая АСУ – АСУ, в которой управляющее воздействие формируется с помощью пробных управляющих воздействий и путем анализа результатов этих пробных воздействий.
Такую процедуру поиска правильного управляющего воздействия приходится применять в тех случаях, когда характеристики объекта управления меняются или известны не полностью; например, известен вид зависимости управляемой величины от управляющего воздействия, но неизвестны числовые значения параметров этой зависимости. Поэтому поисковые системы называют еще системами с неполной информацией.
По такому принципу можно, например, строить АСУ режимом тепловой электрической станции в условиях нестабильности теплотворной способности топлива, температуры охлаждающей воды, режима нагрузки и т.д. с целью обеспечения минимума затрат на производство тепловой и электрической энергии.
Особый класс АСУ образуют системы, которые способны автоматически приспосабливаться к изменению внешних условий и свойств объекта управления, обеспечивая при этом необходимое качество управления путем изменения структуры и параметров управляющего устройства. Они называются адаптивными (самоприспосабливающимися) системами. В составе адаптивной АСУ имеется дополнительное автоматическое устройство, которое меняет алгоритм управления основного управляющего устройства таким образом, чтобы АСУ в целом осуществляла заданный алгоритм функционирования. Алгоритм функционирования адаптивной АСУ предписывает обычно максимизацию показателя качества, который характеризует либо свойства процесса управления в АСУ в целом (быстродействие, точность и т.д.), либо свойства процессов, протекающих в объекте управления (производительность, достижение наивысшего коэффициента полезного действия, минимизация затрат и т. д.). Поэтому адаптивные АСУ являются, как правило, еще и оптимальными.
Классификация АСУ по дополнительным признакам АСУ
В зависимости от вида сигналов, действующих в системах, АСУ разделяют на:
Непрерывная АСУ – АСУ, в которой действуют непрерывные (аналоговые), определенные в каждый момент времени сигналы.
Дискретная АСУ – АСУ, в которой действует хотя бы один дискретный, определенный только в некоторые моменты времени сигнал.
К дискретным АСУ относятся, например, АСУ, имеющие в своем составе цифровые вычислительные устройства: микропроцессоры, контроллеры, электронные вычислительные машины.
По виду дифференциальных уравнений, описывающих элементы АСУ они делятся на:
Линейные АСУ – АСУ, все элементы которых описываются линейными дифференциальными и/или алгебраическими уравнениями.
Нелинейные АСУ – АСУ, хотя бы один элемент которой описывается нелинейными дифференциальными и/или алгебраическими уравнениями.
