11.3 КЛАССИФИКАЦИЯ АСУ

11.3 КЛАССИФИКАЦИЯ АСУ

В зависимости от роли человека в процессе упра­вления, форм связи и функционирования звена “человек—машина”, распределения информационных и управляющих функций между оператором и ЭВМ, между ЭВМ и средствами контроля и упра­вления все системы можно разделить на два класса.

1. Информационные системы, обеспечивающие сбор и выдачу в удобном для обозрения виде измерительную информацию о ходе технологического или производственного процесса. В результате соответствующих расчетов определяют, какие управляющие воз­действия следует произвести, чтобы управляемый процесс проте­кал наилучшим образом. Выработанная управляющая информа­ция служит рекомендацией оператору, причем основная роль принадлежит человеку, а машина играет вспомогательную роль, выдавая для него необходимую информацию.

2. Управляющие системы, которые обеспечивают наряду со сбором информации выдачу непосредственно, команд исполните­лям или исполнительным механизмам. Управляющие системы работают обычно в реальном масштабе времени, т.е. в темпе технологических или производственных операций. В управля­ющих системах важнейшая роль принадлежит машине, а человек контролирует и решает наиболее сложные вопросы, которые по тем или иным причинам не могут решить вычислительные средства системы.

Информационные системы. Цель таких систем — получение оператором ин­формации с высокой достоверностью для эффективного принятия решений. Характерной особенностью для информационных систем является работа ЭВМ в разомкнутой схеме управления. Причем возможны информационные системы различного уровня: от про­стых, в которых данные о состоянии производственного процесса собирают вручную, до встроенных диалоговых систем высокого уровня.

Информационные системы должны, с одной стороны, предста­влять отчеты о нормальном ходе производственного процесса и, с другой стороны, информацию о ситуациях, вызванных лю­быми отклонениями от нормального процесса.

Различают два вида информационных систем: информационно-справочные (пассивные),которые поставляют информацию опе­ратору после его связи с системой по соответствующему запросу, информационно-советующие (активные), которые сами выдают абоненту предназначенную для него информацию периодически или через определенные промежутки времени.

В информационно-справочных системах (рис.11 .3) ЭВМ необходима

только для сбора и обработки информации об управляемом объекте.

На основе информации, переработанной ЭВМ и предста­вленной в удобной для восприятия форме, оператор принимает решения относительно способа управления объектом. Параметры технологических процессов, измеренные датчиками, преобразу­ются в цифровую форму устройствами сопряжения и вводятся в ЭВМ. После обработки в ЭВМ оперативная информация о ходе протекания технологического процесса поступает на устройства отображения технологических параметров (статистическая инфор­мация, предназначенная для регистрации), а вычисленные эко­номические и технологические показатели печатаются в виде отчетов. Данные, которые в дальнейшем могут быть использованы в вычислениях, обычно фиксируются в памяти ЭВМ или на ма­шинных носителях.

Системы сбора и обработки данных выполняют в основном те же функции, что и системы централизованного контроля и являются более высокой ступенью их организации. Отличия носят преимущественно качественный характер.

ЭВМ представляет широкие возможности для математической обработки данных (сравнение текущих значений параметров с их максимально и минимально доступными значениями, прогно­зирование характера изменения контролируемых параметров). На основе прогноза оператор имеет возможность так воздейство­вать на технологический процесс, чтобы не допустить существен­ного изменения параметров.

В математическое обеспечение, ЭВМ входят библиотека рабо­чих программ, каждая из которых выполняет одну или несколько функций централизованного контроля, и программа-диспетчер. Программа-диспетчер по заранее определенному порядку или в зависимости от текущих значений технологических параметров выбирает для выполнения ту или иную рабочую программу. Порядок выполнения рабочих программ может быть нарушен сигналом прерывания, который воспринимается и отрабатывается специальной подпрограммой программы-диспетчера. Сигнал прерывания может поступить от датчиков, установленных на техно­логическом оборудовании (аварийные остановки оборудования, резкое изменение состояния объекта управления), а также от оператора. Общение между оператором и ЭВМ ведется в режиме “запрос—ответ”.

Системы сбора и обработки информации используют при управлении технологическими и производственными процессами, чаще всего в случаях, когда имеет место проведение сложных технологических процессов, функционирование которых невозможно удовлетворительно описать его математической моделью и тем самым формально поставить и решить задачу управления.

В информационно-советующих системах наряду со сбором и обработкой информации выполняются следующие функции:

опре­деление рационального технологического режима функциониро­вания по отдельным технологическим параметрам процесса;

определение управляющих воздействий по всем или отдельным управляемым параметрам процесса;

определение значений (вели­чин) установок локальных регуляторов. Данные о технологических режимах и управляющих воздей­ствиях поступают

через средства отображения информации в форме рекомендаций оператору.

Принятие решения оператором осно­вывается на собственном понимании хода технологического про­цесса и опыта управления им.

Схема системы советчика совпадает со схемой системы сбора и обработки информации.

Способы организации функционирования информационно-сове­тующей системы следующие:

вычисление управляющих воздей­ствий производится при отклонениях параметров управляемого процесса от заданных технологических режимов, которые иниции­руются программой-диспетчером, содержащей подпрограмму ана­лиза состояния управляемого процесса;

вычисление управляющих воздействий инициируется оператором в форме запроса, когда оператор имеет возможность ввести необходимые для расчета дополнительные данные, которые невозможно получить путем измерения параметров управляемого процесса или содержать в системе как справочные.

Эти системы применяют в тех случаях, когда требуется осто­рожный подход к решениям, выработанным формальными мето­дами. Это связано с неопределенностью в математическом описа­нии управляемого процесса: математическая модель недостаточно полно описывает технологический (производственный) процесс, так как учитывает лишь часть управляющих и управляемых параметров;

математическая модель адекватна управляемому процессу лишь в узком интервале технологических параметров;

критерии управления носят качественный характер и существенно изменяются в зависимости от большого числа внешних факторов.

Неопределенность описания может быть связана с недостаточ­ной изученностью технологического процесса или реализация адекватной модели потребует применения дорогостоящей ЭВМ.

При большом разнообразии и объеме дополнительных данных общение оператора с ЭВМ строится в форме диалога. Например, в алгоритм вычисления технологического режима включаются альтернативные точки, после которых процесс вычисления может продолжаться по одному из нескольких альтернативных вариан­тов. Если логика алгоритма приводит процесс вычисления к опре­деленной точке, то расчет прерывается и оператору посылается запрос о сообщении дополнительной информации, на основе которой выбирается один из альтернативных путей продолжения расчета. ЭВМ играет в данном случае пассивную роль, связанную с обработкой большого количества информации и ее представле­нием в компактном виде, а функция принятия решений возла­гается на оператора.

Промежуточным классом между информационной и управля­ющей системами можно считать информационно-управляющую систему, которая предоставляет оператору достоверную инфор­мацию о прошлом, настоящем и будущем состоянии производства для эффективного выполнения своих функций в нужное время и в требуемой форме. Следовательно, кроме программ сбора и обработки производственной информации необходима реализация ряда дополнительных программ статистики, прогнозирования, моделирования, планирования и др.

Управляющие системы. Адаптация к изменяющимся условиям управляе­мого процесса осуществляется за счет опробования различных вариантов не на самом процессе, а на его математической модели, хранящейся в памяти ЭВМ. Математическая модель позволяет с помощью ЭВМ получить достаточно полную картину процесса в целом. Разработка модели процесса требует значительных усилий, однако на основе модели можно выполнить расчеты, необходимые для определения управляющих воздействий. Без всестороннего понимания существа процесса и без его описания оптимальное управление невозможно.

Модель процесса, алгоритмы управления, измерения входных и выходных параметров и элементы управления в комбинации с техническими средствами АСУ образуют строительные блоки современных систем управления технологическими процессами.

По мере усложнения процессов даже самый квалифицирован­ный оператор перестает справляться с задачами управления. Другой недостаток управления, осуществляемого человеком-оператором, заключается в его неспособности обеспечить непре­рывность управляющего воздействия. Кроме того, при нескольких контурах управления оператор должен принимать решение по управлению и воздействию их между собой.

Управляющая система осуществляет функции управления по определенным программам, заранее предусматривающим, дей­ствия, которые должны быть предприняты в той или иной производственной ситуации. За человеком остается общий контроль и вмешательство в тех случаях, когда возникают непредвиденные алгоритмами управления обстоятельства. Управляющие системы имеют несколько разновидностей.

Супервизорные системы управления. АСУ, функционирующая в режиме супервизорного управления (супервизор — управля­ющая программа или комплекс программ), предназначена для организации многопрограммного режима работы ЭВМ и пред­ставляет собой двухуровневую иерархическую систему, обла­дающую широкими возможностями и повышенной надежностью. Управляющая программа определяет очередность выполнения программ и подпрограмм и руководит загрузкой устройств ЭВМ.

В супервизорной системе управления (рис.11.4) часть параме­тров управляемого процесса и логико-командного управления управляется локальными автоматическими регуляторами (АР) и ЭВМ, обрабатывая измерительную информацию, рассчитывает и устанавливает оптимальные настройки этих регуляторов. Осталь­ной частью параметров управляет ЭВМ в режиме прямого цифро­вого управления. Входной информацией являются значения неко­торых управляемых параметров, измеряемых датчиками Ду локальных регуляторов; контролируемые параметры состояния управляемого процесса, измеряемые датчиками Дк. Нижний уровень, непосредственно связанный с технологиче­ским процессом, образует локальные регуляторы отдельных технологических параметров. По

данным, поступающим от дат­чиков Ду и Дк через устройство связи с объектом, ЭВМ выраба­тывает значения уставок в виде сигналов, поступающих непосред­ственно на входы систем автоматического регулирования.

Основная задача супервизорного управления — автоматиче­ское поддержание управляемого процесса вблизи оптимальной рабочей точки. Кроме того, оператор с пульта управления имеет возможность вводить дополнительную информацию (коррекция уставок, параметров алгоритмов регулирования, уточнение кри­терия управления в зависимости от внешних факторов и др.).

Супервизорный режим позволяет не только автоматически кон­тролировать процесс, но и автоматически управлять им вблизи оптимальной рабочей точки. Функции оператора сводятся к на­блюдению за технологическим процессом и в случае необходимо­сти к корректировке цели управления и ограничений на перемен­ные. При подобном построении системы управления повышается надежность системы, так как ее работоспособность сохраняется и при отказах в работе ЭВМ, в то же время появляется практиче­ская возможность реализации более эффективных алгоритмов оптимизации, требующих большого объема вычислений.

Системы прямого цифрового управления. ЭВМ непосредственно вырабатывает оптимальные управляющие воздействия и с помощью соответствующих преобразователей передает команды управле­ния на исполнительные механизмы (рис.11.5). Режим непосред­ственного цифрового управления позволяет:

исключить локальные регуляторы с задаваемой уставкой;

применять более эффективные принципы регулирования и управления и выбирать их оптималь­ный вариант;

реализовать оптимизирующие функции и адаптацию к изменению внешней среды и переменным параметрам объекта управления;

снизить расходы на техническое обслуживание и унифицировать средства контроля и управления.

Этот принцип управления применяют в стан­ках с ЧПУ. Оператор должен иметь воз­можность изменять уставки, контролировать выходные пара­метры процесса, варьировать диапазоны допустимого измене­ния переменных, изменять па­раметры настройки, иметь дос­туп к управляющей программе в подобных системах упрощается реализация режимов пуска и останова процессов, переключение с ручного управления на автоматическое, операции переключения исполнительных механизмов. Основной недостаток подобных систем заключается в том что надежность всего комплекса определяется надежностью устройств связи с объектом и ЭВМ, и при выходе из строя объект теряет уп­равление, что приводит к аварии. Выходом из этого положения является организация резервирования ЭВМ, замена одной ЭВМ системой машин и др.