11.4.КЛАССЫ СТРУКТУР АСУ

11.4.КЛАССЫ СТРУКТУР АСУ

В сфере промышленного производства с позиций управления можно выделить следующие основные классы струк­тур систем управления: децентрализованную, централизованную, централизованную рассредоточенную и иерархическую.

Децентрализованная структура (рис.11.6 а). Построение си­стемы с такой структурой эффективно при автоматизации техно­логически независимых объектов управления по материальным, энергетическим, информационным и другим ресурсам. Такая система представляет собой совокупность нескольких независи­мых систем со своей информационной и алгоритмической базой.

Для выработки управляющего воздействия на каждый объект управления необходима инфор­мация о состоянии только этого объекта.

Централизованная структура (рис.11.6, б) 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 (рис.11.6, в). 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 (рис.11.6, г). 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 многоуровневой иерархической системе управления выде­ляют обычно три уровня. Например, в системе управления гибкой производственной системой (ГПС) можно выделить следующие уровни управления:

уровень управления работой оборудования и технологическими процессами;

уровень оперативного управле­ния ходом производственного процесса в ГПС;

уровень планирования работы ГПС.

В функции нижнего уровня управления входят:

сбор и обра­ботка информации и непосредственное управление технологическими процессами и работой оборудования с учетом команд, поступающих от вышестоящего уровня;

фиксация времени про­стоя оборудования с учетом причин простоя;

контроль за состоя­нием режущего инструмента и учёт его использования;

учет числа обработанных деталей;

передача информации в уровень оператив­ного управления ГПС.

Функциями уровня оперативного управления ходом производ­ственного процесса в ГПС являются следующие:

анализ наличия ресурсов для выполнения сформированных заданий на шаге управления;

оперативная корректировка режимов отдельных технологических процессов и выдача коррекции на технические устройства низшего уровня;

контроль качества изделий;

прием и систематизация информации от управляющих устройств низшего уровня;

координация работы всех элементов ГПС в соответствии с полученным заданием;

передача информации в верхний уровень управления.

Функциями уровня планирования работы ГПС являются:

решение комплекса задач, связанных с формированием ежемесяч­ных графиков загрузки оборудования ГПС;

решение комплекса задач, связанных с управлением и контролем за работой уровня оперативного управления ГПС;

управление библиотекой управ­ляющих программ для оборудования ГПС;

сбор, обработка и выдача информации о ходе производственного процесса в ГПС.

Функции управления могут быть распределены между уров­нями и по-другому. Однако, как правило, для всех иерархических систем характерно, что по мере продвижения от нижних уровней к верхним информация о состоянии технологического объекта обобщается, а управляющие воздействия относятся к более круп­ным частям технологического или производственного процесса.

Для сложных процессов на крупных производственных ком­плексах строятся системы управления, сочетающие описанные выше способы включения ЭВМ в контур управления. Такая си­стема разделяется на подсистемы, для каждой из которых в зави­симости от возможностей ее математического описания и эконо­мической целесообразности выбрана определенная структура. Комплекс подсистем можно реализовать либо на одной ЭВМ, разделяющей время между подсистемами, либо на нескольких ЭВМ, каждая из которых обслуживает соответствующую подсистему, либо на вычислительной сети, состоящей из большого числа мини- или микроЭВМ.

Иерархическая структура автоматического управления позво­ляет объединить управление различными производственными объектами и согласовать их работу, т. е. подойти к производ­ственному процессу как к единому целому, а не как к набору независимых частей. При этом можно автоматизировать весь комплекс производственных процессов, включая транспортные операции и различные организационные задачи.

Таким образом, применение современных средств управления технологическими и производственными процессами позволяет подойти к процессу как к единому целому, а не как, к набору независимых частей; вести процесс с производительностью, ма­ксимально достижимой для данных технических средств, авто­матически учитывая непрерывные изменения технологических параметров, свойств исходных материалов и полуфабрикатов, изменения во внешней среде, ошибки оператора и др.; управлять процессом, постоянно учитывая динамику производственного плана для выпускаемой номенклатуры путем оперативной пере­стройки режимов технологического оборудования, перераспре­деления работ на однотипном оборудовании и т. п.