Автоматические и автоматизированные системы

Автоматические и автоматизированные системы автоматизированная система управления корректирующий кодирование

Автоматические и автоматизированные системы на базе новейших ЭВМ поднимают оперативное и планово-организационное управление на уровень, соответствующий современной технике и технологии производства в энергетике.

Различают автоматические и автоматизированные системы управления. В системах автоматического управления (САУ), состоящих из объекта управления и управляющего устройства (управляющей части), человек непосредственного участия в процессе управления не принимает. В отличие от САУ в автоматизированных системах управления (АСУ) предполагается обязательное участие людей в процессах управления. Принципиальное отличие АСУ от традиционной системы управления состоит в том, что в АСУ часть управленческих работ, а именно сбор, анализ и преобразование информации, выполняется с помощью вычислительной техники.

Различают автоматические и автоматизированные системы управления. Системы автоматического управления АУ работают без участия человека. Они применяются для управления отдельными машинами, агрегатами, технологическими процессами. Автоматизированные системы управления АСУ предполагают наличие человека в процессе управления и применяются, прежде всего, для организационного управления, объектом которого являются коллективы, предприятия. Автоматизированные системы управления технологическими процессами называют АСУТП.

В автоматических и автоматизированных системах — время с момента подачи сигнала на вход системы до момента, когда она отреагирует на данный сигнал.

Принято различать автоматические и автоматизированные системы управления. Их различие состоит, прежде всего, в том, что автоматические системы могут работать без участия человека, в то время как в автоматизированных системах часть функций управления объектом выполняется техническими средствами, а часть — людьми. Таким образом, важным признаком АСУ является наличие человека в процессе управления.

Управляющие машины используются в автоматических и автоматизированных системах управления и обеспечивают оптимальное протекание технологического процесса.

Теоретической основой управления и разработки автоматических и автоматизированных систем является кибернетика — наука о наиболее общих законах получения и целенаправленной переработки информации в управляемых системах.

Возникает необходимость в применении для автоматических и автоматизированных систем управления различного назначения ЭВМ с соответственно различными характеристиками.

Кроме формальных и неформальных, различают также ручные, автоматические и автоматизированные системы управления. Если задача управления — выработка и исполнение управленческих решений — выполняется человеком, то говорят о ручном управлении. В автоматических системах процессы управления реализуются без непосредственного участия человека — работу выполняют компьютеры и автоматы.

Автоматизированные системы управления (АСУ) являются человеко-машинными системами, функции управления в которых распределены между человеком — лицом, принимающим решения, и компьютером в соответствии с достигнутым в конкретной системе управления уровнем автоматизации принятия УР и исполнения.

Метрологические характеристики средств измерений, применяемые в автоматических и автоматизированных системах управления.

В публикуемых статьях изложены различные подходы к проектированию автоматических и автоматизированных систем управления, а также предложены удобные для реализации на ЦВМ методы решения типовых задач управления.

Построенные на указанных аппаратно-программных средствах информационно-измерительные системы позволяют создавать особо ответственные автоматические и автоматизированные системы сигнализации, диагностики и управления различной конфигурации и информационной емкости, с достаточно большой скоростью передачи информации, работающие в сложных климатических условиях (от минус 40 до 60 С) или во взрывоопасных зонах на объектах, находящихся под контролем Госгортехнадзора России, что выгодно отличает предлагаемые системы от своих аналогов. Это расширяет функциональные возможности систем. Создаваемые системы на базе современных аппаратно-программных средств широко внедряются в промышленность.

Как уже отмечалось, различают автоматические и автоматизированные системы управления. В отличие от автоматических систем, в которых управление осуществляется без участия человека, в автоматизированных системах часть функций управления выполняется человеком, другая часть — автоматическими устройствами. В автоматизированных системах управления (АСУ) с помощью вычислительной техники наиболее часто выполняются функции сбора, анализа, регистрации информации, а также ее преобразования для выполнения отдельных операций принятия решений. Для реализации этих функций используются экономико-математические методы и модели, позволяющие получить оптимальное или близкое к оптимальному решение.

Применение микро-ЭВМ развивается в двух основных направлениях: в составе автоматических и автоматизированных систем и в качестве персональных компьютеров (ПК) для инженеров и специалистов электроэнергетических систем.

Вследствие большого разнообразия объектов управления в химической промышленности при создании автоматических и автоматизированных систем в каждом случае приходится решать сложные задачи проектирования конкретных систем. Многочисленность объектов и ограниченность ресурсов проектирования и реализации систем делают необходимым типизацию проектных решений и ориентацию на серийную аппаратуру, универсализацию математического обеспечения систем, совершенствование организации и управления разработками.

Применение микро-ЭВМ развивается в двух основных направлениях: в составе автоматических и автоматизированных систем управления и в качестве персональных компьютеров (ПК) для инженеров и специалистов электроэнергетических систем.

Цифровой электронике принадлежит важнейшая роль в деле обеспечения высокой надежности создаваемых автоматических и автоматизированных систем, управляющих объектами, процессами и производственными системами. Решать эту задачу на качественно новом уровне предстоит и нынешнему поколению студентов самых различных специальностей. Токхейма ориентирована в первую очередь на них. Она может послужить хорошим учебным пособием, удачно сочетающим предельно доходчивое изложение теоретических основ цифровой электроники с разнообразием тематики лабораторных работ и коллоквиумов, для организации которых могут быть использованы завершающие каждую главу задания для самопроверки.

Книга предназначена для инженерно-технических работников, занимающихся разработкой эксплуатацией автоматических и автоматизированных систем управления. Она может быть использована также студентами, аспирантами и преподавателями вузов соответствующих специальностей.

Практика развития и опыт создания систем управления позволяют утверждать, что в будущих автоматических и автоматизированных системах роль человека в управлении не только не будет уменьшаться, а наоборот, будет возрастать, так как человек будет в них главнейшим командным звеном. Вследствие этого одной из центральных проблем взаимодействия человек — техника становится такая организация потоков информации к человеку и командной информации от него, чтобы обеспечивалось оптимальное использование всех его, чрезвычайно богатых, творческих возможностей. Под информацией принято понимать любые изменения в обслуживаемом объекте, отображаемые средствами представления информации или воспринимаемые оператором непосредственно от объекта, а также команды, указания о необходимости осуществления тех или иных воздействий на процесс. Всякое сообщение информативно, если в нем содержатся ранее неизвестные сведения.

В предлагаемой книге ставится задача — рассмотреть ряд вопросов, встречающихся при разработке и внедрении автоматических и автоматизированных систем управления химическими производствами.

Как указывалось во введении, объекты управления в химической промышленности довольно разнообразны, поэтому при создании автоматических и автоматизированных систем каждый раз приходится решать сложные конкретные задачи. Громадное число объектов, ограниченность проектных возможностей и ресурсов для конкретного выполнения систем делают необходимыми типизацию проектных решений, ориентацию на серийную аппаратуру, универсализацию математического обеспечения систем.

Государственная система приборов и средств автоматизации представляет собой совокупность стандартизованных заводских изделий, предназначенных для использования их в качестве технических средств автоматических и автоматизированных систем контроля, регулирования и управления технологическими процессами. ГСП обеспечивает эксплуатационную и конструктивную совместимость изделий, их целесообразную точность, заданные надежность и долговечность.

Данная система представляет собой метрологически, информационно, энергетически, конструктивно и эксплуатационно-организованную совокупность изделий, предназначенную для использования в промышленности в качестве технических средств автоматических и автоматизированных систем контроля, измерения, регулирования и управления.

Государственная система промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП) представляет собой эксплуатационно, информационно, метрологически и конструктивно организованную совокупность изделий, предназначенных для использования в промышленности в качестве технических средств автоматических и автоматизированных систем контроля, измерения, регулирования и управления технологическими процессами.

Автоматические и автоматизированные системы управления осуществляют сбор, хранение, передачу и переработку информации, отражающей состояние регулируемых объектов. Информация, выработанная системой, используется для оперативного воздействия на управляемый объект (процесс) с целью поддержания нужного состояния. Основу подобных систем управления составляют вычислительные машины.

Необходимость в своевременной и качественной обработке всевозможной информации приводит в настоящее время к широкому использованию вычислительных машин для управления процессами и объектами в различных областях промышленности, транспорта, в военном деле.

Математические ЭВМ используются для производства расчетов во всех областях науки и техники. Управляющие ЭВМ используются в автоматических и автоматизированных системах управления.

Однако применение вычислительной техники не ограничивается ее использованием лишь для механизации и автоматизации вычислительных работ. В настоящее время вычислительная техника также широко применяется при создании различных автоматических и автоматизированных систем управления. В таких системах осуществляется сбор, хранение, передача и переработка информации, отражающей состояние того или иного объекта управления. Основу подобных систем управления составляют электронные вычислительные машины. Именно с помощью вычислительных машин системой вырабатывается необходимая информация, используемая для воздействия на объект управления с целью поддержания требуемого состояния.

Успешно была решена одна из первых экономических задач принятия решений — управление запасами на складах военного снаряжения, продовольствия, горючего и других материалов военных баз США, разбросанных после второй мировой войны по всему миру. Были решены задачи по принятию решений управления перевозками (так называемая транспортная задача), задачи навигации и др. Наконец, появились автоматические и автоматизированные системы управления производством, в которых вычислительные машины принимали решения по управлению технологическими процессами, либо работали в режиме советчика.

Микропроцессор и микро-ЭВМ являются сложными логическими устройствами, работу которых описать простейшими средствами, например передаточными функциями, часто не удается. Поэтому естествен поиск других методов. Тенденция развития автоматических и автоматизированных систем управления — это появление все более сложных соподчиненных систем со сложной иерархией и управлением, интеграция того, что по нынешней терминологии называется АСУ ТП и АСУП.

Излагаются основные понятия теории автоматического управления. Рассматриваются основные методы анализа и синтеза линейных автоматических систем, а также методы анализа нелинейных автоматических систем; рассматривается влияние случайных воздействий на свойства автоматических систем; излагаются методы оптимального и адаптивного управления. Рассказывается о современных автоматических и автоматизированных системах и математических методах их анализа и синтеза. Приводятся задачи для более глубокого усвоения излагаемого материала. В приложениях даются краткие сведения по преобразованиям Фурье и Лапласа — преобразованию и случайным процессам.

В Советском Союзе накоплен определенный опыт использования ЭВМ в различных автоматизированных и автоматических системах. За 1971 — 1975 гг. значительно возросло производство и использование в народном хозяйстве средств вычислительной техники, улучшилось качество выпускаемых ЭВМ, расширился выпуск вспомогательного и периферийного оборудования. Введено в действие свыше 2300 автоматических и автоматизированных систем управления технологическими процессами, предприятиями, объединениями и отраслями народного хозяйства.

Автор излагает основные положения теории управления на базе линейных конечномерных стационарных моделей, использующих операторно-частотные методы, понятие передаточной функции и временные характеристики. Достоинством такого изложения является доступное студентам освоение информационно-алгоритмического подхода принятого в теории управления, отражающего причинно-следственный характер взаимодействия элементов и подсистем в сложных системах управления. В дальнейшем это существенно облегчает структурный анализ и синтез при проектировании автоматических и автоматизированных систем с элементами искусственного интеллекта, а также позволяет выбирать варианты действий при отказах и авариях в процессе эксплуатации.

Приборостроение является одной из отраслей машиностроительного комплекса и наиболее емко определяет уровень научно-технического прогресса народного хозяйства страны. Машиностроительный комплекс России, возглавляемый в настоящее время Комитетом Российской Федерации по машиностроению (Роскоммашем), состоит из следующих отраслей: приборостроительная промышленность; тяжелое, энергетическое и транспортное машиностроение; станкостроительная и инструментальная промышленность; электротехническая промышленность; химическое и нефтяное машиностроение; автомобильная промышленность; строительное, дорожное и коммунальное машиностроение. Предприятия приборостроения, сосредоточенные до недавнего времени в отраслевом министерстве, выпускают средства измерения, анализа, обработки и предоставления информации, устройства регулирования, автоматические и автоматизированные системы управления.

Любая задача на подобной машине решается таким образом, что в необходимый момент времени на всех устройствах машины, участвующих в ее решении, производятся одновременно все требуемые уравнением математические преобразования, соответствующие текущему значению переменного. Поэтому тип и сложность математических задач, которые могут быть решены на аналоговых вычислительных машинах, ограничены составом оборудования машины. Исходя из этого, при создании таких машин их стараются конструировать достаточно гибкими, позволяющими решать сравнительно широкий круг инженерно-технических, научных и исследовательских задач Машины этого класса, работая в реальном масштабе времени, широко применяются в автоматических и автоматизированных системах управления.

При корректирующем кодировании для повышения верности передачи информации воздействуют как на способ передачи, так и на способ приема. Применяют его в тех случаях, когда возможности других способов повышения верности исчерпаны. Это обусловлено усложнением систем связи при введении корректирующих устройств, ростом материальных затрат, а в ряде случаев и снижением надежности аппаратуры.

Развитие корректирующего кодирования в значительной мере связано с внедрением автоматических и автоматизированных систем обработки информации, построенных на ЦВМ. Эти системы обычно являются важной составной частью иерархических систем более высокого ранга, таких, как автоматизированные системы управления воздушным движением, системы бронирования и продажи билетов, системы управления предприятиями и технологическими процессами. Допустимая вероятность ошибки при передаче одного бита информации в современных автоматизированных системах не должна превышать 10 — 6 — 10 — 9, что на 3 — 4 порядка меньше той, которая наблюдается в реальных каналах связи.

Корректирующее кодирование направлено на согласование высоких требований к верности передачи данных и низкого качества реальных каналов, плохо приспособленных для передачи данных. Применению кодирования благоприятствует то, что большинство алгоритмов кодирования и декодирования может быть реализовано не аппаратурным, а программным способом в ЦВМ.

Информационно-вычислительная сеть (ИВС) — коммуникационная сеть, в которой продуктом генерирования, переработки, хранения и использования является информация, а узлами сети служит вычислительное оборудование. Компонентами ИВС могут быть ЭВМ и периферийные устройства, являющиеся источниками и приемниками данных, передаваемых по сети. Эти компоненты составляют оконечное оборудование данных. В качестве оконечного оборудования данных могут выступать ЭВМ, принтеры, плоттеры и другое вычислительное, измерительное и исполнительное оборудование автоматических и автоматизированных систем. Собственно пересылка данных происходит с помощью сред и средств, объединяемых термином среда передачи данных.