Системы автоматического управления на основе цифровых средств обработки информации (ЦСОИ)

Наряду с АСУТП, в которых функции контроля и управления выполняют частично оператор, а частично вычислительный комплекс, в настоящее время существуют автоматические системы управления с центральным органом управления в виде ЦСОИ (МПС, микроконтроллер, промышленный контроллер и т.д.).

В таких САУ все функции реализуются без участия человека:

· сбор и обработка информации;

· контроль состояния объекта;

· стабилизация параметров объекта в заданных пределах;

· логико-программное управление.

Рис.2.5.1. Обобщённая структура САУ

 

Она применима в том случае, если объект 1) автономный и 2) с хорошо изученными процессами. Характерной особенностью таких систем является наличие адекватного математического описания объектов, наличие апробированных алгоритмов и программ управления, приемлемые требования к надёжности аппаратных ресурсов, отсутствие оператора, а обслуживание персоналом заключается только в устранении неполадок и неисправностей.

Следует отметить, что ЦСОИ дают возможность реализовать не только вышеуказанные функции, но и решать более сложные задачи, такие как каскадное регулирование, взаимосвязанное регулирование, адаптивное и оптимальное управление.

Если объект управления состоит из ряда технических агрегатов, то ЦСОИ так же дают определённые возможности и позволяют управлять или создавать САУ для такого класса объектов.

Рис. 2.5.2. Структурная схема централизованной САУ с ЦСОИ.

Такого рода САУ кроме перечисленных ранее функций могут выполнять дополнительно такие функции, как:

1. Координация работы отдельных технических агрегатов с целью согласования (синхронизации) их производительности.

2. Оптимизация работы всего технологического оборудования.

Для реализации такой САУ необходимы:

1. Высокая надёжность аппаратных средств.

2. Высокое быстродействие ЦСОИ, т.к. необходимо реализовать целый комплекс задач по управлению отдельными агрегатами и объектов в целом за ограниченный интервал времени.

Выход из строя какого – либо элемента ЦСОИ приводит к потере управления над ТОУ. В связи с этим такого рода САУ мало распространены. В качестве альтернативы      рассмотрим вариант, так называемой, децентрализованной САУ (ДСАУ):

 

Рис. 2.5.3. Обобщённая схема ДСАУ.

 

Данный вариант ДСАУ предъявляет менее высокие требования к надёжности и быстродействию аппаратных средств. При этом ЦСОИ САУ нижнего уровня реализует следующий набор функций:

· сбор и первичная обработка информации.

· контроль состояния объекта.

· стабилизация параметров соответствующего технического агрегата.

· логико-программное управление при пусках и остановках соответствующего технического агрегата.

А ЦСОИ верхнего уровня обеспечивает скоординированность работы отдельных технических агрегатов и систем управления ими, о также оптимизацию режимов работы объекта в целом. В таком варианте выход из строя ЦСОИ верхнего уровня не приводит к прекращению работы в целом, но может быть снижена его производительность. При этом обычно более высока стоимость аппаратных средств всей САУ.

В том случае, если объект был создан ранее, и использовались аналоговые средства для управления отдельными технологическими аппаратами, то ДСАУ, позволяющую скоординировать работу отдельных агрегатов и оптимизировать работу в целом, можно реализовать в соответствии с представленной структурой (рис.2.5.4).

Рис. 2.5.4. Обобщённая схема ДСАУ с использованием ЛАР на нижнем уровне.

Требования к АИУС. Состав обеспечивающих подсистем АИУС. Этапы создания АИУС

Любая АИУС должна разрабатываться так, чтобы она соответствовала целому комплексу требований, изложенных либо в руководящих технических материалах, либо в документации по разработке системы - техническом задании. К наиболее существенным требованиям можно отнести:

1. Система должна реализовывать весь набор функций по управлению объектом.

2. Система должна обеспечить оптимизацию режимов работы объекта в соответствии с принятым критерием эффективности.

3. Система должна иметь соответствующие: быстродействие, точность алгоритмов, надёжность, габариты, стоимость, энергопотребление и т.д.

4. Система должна отвечать эргономическим требованиям по способам и форме представления информации оператору, по конструкции и формам пульта управления и др. средств, а также по способу размещения аппаратных средств на центральном щите и местных щитах.

5. Система должна быть приспособлена к взаимосвязанному функционированию с другими системами, т.е. обладать свойствами информационной и технической совместимости с другими системами, а также допускать возможность расширения функций и развитие.

Поскольку АИУС сама по себе является сложной системой, к которой предъявляется целый комплекс требований, то стандартами определён состав, так называемых, обеспечивающих подсистем АИУС. Т.е. АИУС строится из отдельных специальных подсистем:

· подсистема МО;

· подсистема АО;

· подсистема ПО;

· подсистема ТО;

· подсистема ИО.

Данный набор подсистем может варьироваться в зависимости от сложности объекта управления, но для крупных объектов обычно создаются все обеспечивающие подсистемы, т.е. в полном наборе.

Для создания АИУС руководящими материалами регламентированы этапы, которые можно представить следующим образом:

1) На стадии технического задания осуществляется предпроектное исследование объекта, оценка возможных функций ситемы, их реализация и формирование требований к системе, оценка возможного экономического эффекта. После первого этапа должен быть решён вопрос о целесообразности продолжения работ.

2) На стадии эскизного проекта осуществляется предварительная разработка функциональной структуры, предварительная разработка алгоритмической структуры, предварительный выбор технических средств.

3) На стадии технического проекта осуществляется:

· системно-технический синтез АИУС;

· аппаратурно-технический синтез АИУС;

· расчёт технико-экономической эффективности АИУС.

4) На стадии рабочего проект осуществляется:

· разработка рабочей документации на системы локальной автоматики;

· разработка рабочей документации на вычислительный комплекс ЦСОИ АИУС;

· составление документации на все виды технических средств, ПО, и ИО АИУС.

5) На стадии 5 осуществляется:

· наладка АИУС;

· приёмо-сдаточные испытания;

· сдача АИУС комиссии.