Автоматическое и автоматизированное управление. Степени автоматизации

В процессе развития техники менялась и роль человека, его участие в технологическом процессе. На первом этапе человек непосредственно с помощью тех или иных инструментов осуществлял обработку материала, являясь при этом одновременно источником энергии. Он ковал металл, обрабатывал древесину, копал землю и т.д., объединяя в одном лице и источник энергии, и систему управления, а зачастую и орудие труда. После появления первых паровых, гидравлических и электрических машин человек взял на себя функции регулятора этих машин, меняющего режим их работы в зависимости от требований момента (управления рулем и парусами на корабле, клапанами и подачей топлива в паровой машине и т.д.) Этот период можно считать периодом отсутствия как автоматического, так и автоматизированного управления.

Затем для достижения требуемых значений параметров технологического процесса в том или ином агрегате без участия человека стали применять устройства автоматического регулирования. Впервые автоматический регулятор был применен в 1765 г. И.В.Ползуновым для поддержания уровня воды в котле паровой машины. Затем в 1785 г. Джеймс Уатт изобрел и применил в паровой машине регулятор частоты вращения. Эти регуляторы обеспечивали поддержание уровня или частоты не точно, а в заданном диапазоне. Применение регуляторов потребовало разработки теории их функционирования. (1877 г.- И.А.Вьшшеградский, 1892 г.- А.М.Ляпунов,, 1898 г.- К.Э.Циолковский, 1909 г. -Н.Е.Жуковский и др.)

Управление с помощью автоматических регуляторов принято называть автоматическим, а такой уровень автоматизации - частичной автоматизации. В таких системах роль человека в управлении данным параметром не является решающей. Он не входит в контур управления, а выдает периодически задания на регуляторы, настраивает их и устанавливает законы управления. Человек перестает быть регулятором, беря на себя функции оператора, координирующего и контролирующего работу нескольких систем автоматического регулирования отдельных параметров, Эти системы принято называть системами локальной автоматики и использовать для их обозначения сокращения АСР - автоматическая система регулирования, САУ - система автоматического управления.

При комплексной автоматизации весь комплекс операций по обработке, транспортировке, управлению энергией осуществляется локальными системами, объединенными общей системой управления. Примером такого управления может являться система автоматического регулирования толщины полосы на непрерывном листовом стане (САРТ), Она поддерживает толщину металла в заданных пределах, изменяя зазор между валками стана, режим работы главных приводов, петлерегуляторов и т.д.

В процессе развития систем комплексной автоматизации они преобразуют­ся в системы полной автоматизации, В этом случае управление локальной автоматикой, согласование и изменение режимов ее работы осуществляется без участия оператора, с помощью управляющей вычислительной машины (УВМ). Именно эти системы носят названия АСУ - автоматизированные системы управления, а такое управление - автоматизированным, Человек вводит в систему задания и критерии, оценивающие процесс и осуществляет контроль за ходом процесса, Роль человека при автоматизированном управлении решающая, т.к. он вырабатывает решения для целенаправленного воздействия на систему в целом, Примером таких систем является АСУ доменной печи № 5 АО "Северсталь", АСУ "Плавка" конверторного цеха, АСУ ТП стана 2000. В этих системах осуществляется работа объектов в целом в автоматизированном режиме без участия оператора в автоматическом решении локальных задач регулирования.

По своей структуре, целям и функциям АСУ относятся к классу больших систем, Их признаками являются иерархичность структуры и управления, адаптивность и возможность самоорганизации, применение ЭВМ для обработки информации и оптимизации управления. Признаками развитой АСУ является:

1. Наличие подсистем, каждая из которых имеет свою цель функционирования, подчиненную общей цели системы. Все подсистемы связаны в единую систему общим алгоритмом управления данным процессом,

2. Иерархичность структуры и наличие нескольких уравнений управления.

3. Наличие в системе относительно большей номенклатуры технических средств, которые отличаются по принципу действия и по выполняемым функциям.

Следует заметить, что функции ЭВМ в АСУ управления технологией (АСУ ТП) и производством в целом (АСУП) различны. В первых ЭВМ выполняют, как правило, функции управляющих машин, а во вторых - информационно- советующих. (Не исключено использование УВМ в АСУ ТП в информационном или информационно-советующем режиме, однако эти режимы в развитых АСУ ТП не являются основными).

Принципиально безразлично, является ли управление техническим комплексом полностью автоматическим или в некоторых (или во всех) контурах управления участвует человек оператор. Термин «АСУ ТП» является наиболее общим, Распределение функций между техническими средствами и персоналом может быть различным для разных систем. С точки зрения автоматизации процесса автоматические системы более современны. В этом смысле автоматизированные СУ можно рассматривать как промежуточную стадию автоматизации, которая со временем должна перерасти в стадию автоматическую, Для этого необходимо развитие технических средств по сбору, обработке и передаче информации, а также методов оптимизации управляющих воздействий. В настоящее время системы управления производством (АСУП) обязательно включают в контур управления человека или группу людей. Технические средства собирают информацию, обрабатывают ее, помогают в выработке решений, однако решающая роль - за персоналом. В АСУ ТП распределение функций может меняться в зависимости от режима работы. АСУ ТП может работать как в режиме советчика, когда принятие решений и их выдача на объект осуществляется человеком, так и без участия оператора, работая как система автоматического управления технологическим процессом. В задачи данного курса не входит подробное рассмотрение структуры, состава, функций и задач, решаемых АСУП, Основное внимание будет уделено управлению технологическими процессами, то есть АСУ ТП, занимающими очень важное место в общей структуре управления производством.

Дополняя, а затем заменяя человека, АСУ ТП в значительной степени копирует его функциональную структуру, Функциональные связи в системе «человек-объект» показаны на рисунке.

В памяти содержатся характеристики процесса и инструкции по управлению, С помощью мышления проводится оценка ситуации и принятие решения. Рецепторы обеспечивают слежение за ходом процесса.

По аналогичному принципу работает любая АСУ ТП и многие более простые САУ.

В процессоре арифметические и логические блоки преобразуют априорную, исходную и текущую информацию в управляющие команды. В блок внешней информации с пульта выдается задание на управление, Модель процесса и алгоритм управления записаны в память в виде комплекса программ, В более простых системах эти задачи решаются датчиками и регуляторами, настроенными соответствующим образом.