Классификация систем управления по алгоритму функционирования

Режимы работы АСУТП, информационные потоки в ИАСУ

Режимы работы АСУТП: 

1) автоматизированные;
2) автоматические.Автоматизированные режимы можно разделить на:1. Режим ручного управления (РУ), когда
оперативный персонал (ОП) непосредственно воздействует на регулирующие органы
(РО), управляя процессом.
Этот режим предусматривается в обязательном порядке
в любой АСУТП и применяется в случае технических отказов средств автоматизации
и при выполнении функции АСУТП запуск и останов оборудования.В этом режиме имеем разновидность АСУТП без
вычислительного комплекса.2. Режим дистанционного управленияАСУТП с ВК, выполняющим информационные функции.
Эта разновидность АСУТП включает в себя локальные системы автоматического
контроля, регулирования, объединенные центральным пультом управления, на
котором работает оператор. В соответствии с технологической инструкцией
оператор осуществляет дистанционное управление отдельными исполнительными
механизмами или изменяет задания регуляторам в локальных системах
регулирования. ВК выполняет информационные функции централизованного контроля,
вычисление некоторых комплексных показателей, а также контроля работы и
состояния оборудования. ВК дает оператору дополнительную информацию, которую он
использует при управлении процессом.3. Режим «совета» — кроме выполнения
информационных функции УВК сам решает задачу управления, т.е. вычисляет
управляющие воздействия и выдаёт рекомендации — «советы» — оперативному
персоналу. Персонал анализирует эти советы, вносит при необходимости какие-то
изменения и выдает задания автоматическим регулятором с пульта управления
вручную.
При реализации режима » совета » имеем
разновидность: советующая АСУТП.4. Режим «диалога» – ОП проводит
оптимизацию технологического процесса, активно используя при этом ЭВМ. Для
этого разрабатывается специальная интерактивная (диалоговая) программа обмена
данными между УВК и персоналом управления.Автоматические режимы работы АСУТП делятся на:1. Режим супервизорного управления (косвенного).Когда УВК решает задачу оптимального управления и
через автоматические задатчики устанавливает задания для локальных регуляторов.
АСУТП с ВК, выполняющим функции центрального управляющего устройства.

2. Режим непосредственного цифрового управления
(НЦУ) – УВК решает задачу оптимизации и берет на себя функцию многоканального
цифрового регулятора.
В этом режиме исчезает такой элемент КТС, как ВП
и АР, вместе с ними и громоздкие щитовые помещения, перечисленные выше.
Наиболее распространенным режимом работы АСУТП
на практике является режим «совета». В АСУТП в данный момент времени могут
реализоваться все режимы одновременно по различным локальным каналам
управления.

Список литературы

1. Анхимюк В.Л., Олейко О.Ф., Михеев Н.Н. «Теория автоматического управления». – М.: Дизайн ПРО, 2002. – 352 с.: ил.

2. Бесекерский В.А., Попов Е.П. «Теория систем автоматического управления. – 4-е изд., перераб. и доп. – СПб.: Профессия, 2003. – 747 с.

3. Гудвин Г.К., С.Ф. Гребе, М.Э. Сальдаго «Проектирование систем управления»; пер. с англ. – М.: БИНОМ, Лаборатория знаний, 2004. – 911 с.

4. Теория автоматического управления: Учеб. для машиностроит. спец. вузов / В.Н. Брюханов, М.Г. Косов, С.П. Протопопов и др.; Под ред. Ю.М. Соломенцева. – 3-е изд., стер. – М.: Высш. шк.; 2000. – 268 с.: ил.

1.1. 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. Причём возможны информационные системы различного уровня.

Информационные системы должны, с одной стороны, представлять отчёты 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, и информационно-советующие (активные), которые сами периодически выдают абоненту предназначенную для него информацию.

В информационно справочных системах ЭВМ необходима только для сбора и обработки информации об управляемом объекте. На основе информации, переработанной в ЭВМ и предоставленной в удобной для восприятия форме, оператор принимает решения относительно способа управления объектом.

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.

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 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 решений оператором основывается на собственном понимании хода технологического процесса и опыта управления им. Схема системы советчика совпадает со схемой системы сбора и обработки информации.

2.1. Критерии классификации

Классификация АСУ существенным образом зависит от критериев классификации.

По виду используемой управляющим устройством информации различают разомкнутые и замкнутые АСУ: в разомкнутых системах отсутствует обратная связь между выходом объекта управления и входом управляющего устройства. В таких системах управляемая величина не контролируется. При наличии обратной связи объект управления и управляющее устройство образуют замкнутый контур, обеспечивающий автоматический контроль за состоянием объекта управления.

По характеру изменения задающего воздействия АСУ можно отнести к следующим видам:

— автоматической стабилизации, задающее воздействие в которых постоянно; эти системы предназначены для поддержания постоянства некоторого физического параметра (температуры, давления, скорости вращения и т.д.);

— программного управления, задающее воздействие в которых изменяется по какому–либо заранее известному закону (например, по определенной программе может осуществляться изменение скорости вращения электропривода, изменение температуры изделия при термической обработке и т.д.);

— следящие, задающее воздействие в которых изменяется по произвольному, заранее неизвестному закону (используются для управления параметрами объектов управления при изменении внешних условий).

В последние годы все большее значение приобретают адаптивные АСУ, характеризующиеся действием на объект управления каких–либо абсолютно неизвестных факторов. В результате возникает необходимость решения задачи управления в условиях неопределенности исходных данных для принятия решения об управляющих воздействиях. Эти системы могут приспосабливаться к изменениям внешней среды и самого объекта управления, а также улучшать свою работу по мере накопления опыта, т.е. информации о результатах управления.

В свою очередь адаптивные АСУ делятся на:

— оптимальные, которые обеспечивают автоматическое поддержание в объекте управления наивыгоднейшего режима;

— самонастраивающиеся, параметры объекта управления у которых не остаются неизменными, а преобразуются при изменении внешних условий;

— самоорганизующиеся, алгоритм работы у которых не остается неизменным, а совершенствуется при изменении параметров объекта управления и внешних условий;

— самообучающиеся, которые анализируют накопленный опыт управления объектом и на основании этого автоматически совершенствуют свою структуру и способ управления.

По характеру действия АСУ подразделяют на непрерывные и дискретного действия. В непрерывных АСУ при плавном изменении входного сигнала также плавно изменяется и выходной сигнал. В дискретных АСУ при плавном изменении входного сигнала выходной сигнал изменяется скачкообразно. Методы управления, основанные на применении цифровой техники, всегда приводят к дискретным АСУ.

По характеру изменения параметров сигналов АСУ можно разделить на линейные и нелинейные, стационарные и нестационарные. По количеству самих параметров АСУ являются одномерными или многомерными (многопараметрическими).

Необходимо отметить, что классификацию АСУ можно построить и на основе других критериев, например, можно классифицировать АСУ по физической сущности системы или ее основных звеньев, по мощности исполнительного устройства и т.д. Каждый из упомянутых способов классификации АСУ чаще всего является независимым от остальных. Это означает, что каждый из них можно представить как шкалу в многомерном фазовом пространстве, тогда конкретным АСУ в этом пространстве будут соответствовать точки или определенные области.

Функции ЭВМ в АСУ

1) В простейшем случае вычислительная машина
предназначена лишь для организации сбора, накопления и первичной переработки
информации. Информация обрабатывается и представляется персоналу управления
(оператору, диспетчеру и др.) в виде, удобном для восприятия. На основе этой
информации персонал принимает и реализует решения по управлению производством.
Решения оператора реализуются без участия ЭВМ, хотя в отдельных случаях ЭВМ
используется в качестве средства накопления команд управления, выработанных
персоналом, и передачи этих команд непосредственно на рабочие места. Такой
режим использования ЭВМ в автоматизированных системах управления называют
информационно-вычислительным.2) Вычислительные машины могут быть использованы
в системах для подготовки рекомендаций (советов) по управлению. В этом случае,
кроме выполнения информационных функций, вычислительные машины решают также
различные задачи планирования и управления и выдают персоналу рекомендуемые
решения. Персонал имеет также возможность вводить в машину свои варианты
решений по управлению, как для их оценки, так и для обязательного выполнения.
Такой режим использования ЭВМ в АСУ называется управляющим.3) Характерная особенность использования ЭВМ в
АСУ в настоящее время — решение задач управления на научной основе. Широкое
использование современных ЭВМ в управляющей части АСУ позволяет искать,
подготавливать и рекомендовать не только допустимые, но и наилучшие в некотором
заданном смысле управления. Мы их называем оптимальными. Используя ЭВМ, мы
получаем возможность искать подобное оптимальное управление достаточно строго,
формализованными (математическими) методами.В качестве основных элементов научного
управления в АСУ отметим такие, как:

• системный анализ объекта и задач управления, основанный на многостороннем
  рассмотрении сложных, взаимосвязанных явлений;
• постановка задачи управления, как задачи оптимизации по некоторому
  критерию оценки эффективности функционирования системы;
• построение структуры решения общей задачи управления и структуры системы
  путем достаточно строгой декомпозиции (разложения) общей задачи высокой
  размерности на ряд взаимосвязанных локальных и координирующих задач;
• использование экономико-математических моделей объекта управления для
  прогноза поведения и выбора оптимальных управлений.

Для создания автоматизированных систем
управления необходимо решение, по крайней мере, 3 групп задач:

1. описания механизма функционирования данной системы, критериев и методов
   управления ею;
2. проектирования технической структуры и технических средств получения, передачи
   и переработки информации;
3. организация производства в условиях автоматизации управления.

При разработке современной АСУ можно выделить
следующие ее этапы:

• исследование и описание объекта, постановку
  задачи управления;
• синтез алгоритмической и функциональной структур системы;
• создание информационной и технической структур;
• подготовку математического обеспечения (моделей, алгоритмов, программ);
• синтез системы в целом (ее системная спецификация).