- •1. Введение: предпосылки создания аиус. Эволюция систем автоматизации
- •1.1. Эволюция систем автоматизации
- •1.2. Цели и задачи курса
- •2. Автоматизированные информационно – управляющие системы
- •2.1 Общие понятия
- •2.2 Иерархия автоматизированных информационно – управляющих систем
- •Асутп. Определения и функции
- •Классификация аиус
- •Разновидности аиус по характеру объекта управления (оу)
- •2.4.1.1. Объекты с непрерывным характером процесса
- •2.4.1.2. Объекты управления с дискретным характером процесса
- •2.4.5.2 Асутп с цсои, выполняющим информационные функции
- •2.4.5.3. Асутп с цсои, выполняющим управляемые функции в режиме советника
- •2.4.5.4. Асутп с цсои, выполняющим супервизорное управление
- •2.4.5.5. Асутп с цсои, выполняющим непосредственное управление
- •2.5. Системы автоматического управления на основе цифровых средств обработки информации (цсои)
- •2.6 Требования к аиус. Состав обеспечивающих подсистем аиус. Этапы создания аиус
- •3. Математическое обеспечение аиус
- •3.1 Математическая модель. Общие понятия о математической модели
- •3.2 Понятия об идентификации объекта управления
- •3.2.1. Параметрическая идентификация
- •3.2.2. Полная идентификация
- •Разработка моделей динамических процессов обобщенным экспериментальным методом (методом Калмана)
- •Проведение эксперимента. (этап 1)
- •Выбор модели. (этап 2)
- •Группировка данных. (этап 3)
- •Вычисление коэффициентов а0 и в0. (этап 4)
- •Проверка полученной математической модели на адекватность (этап 5)
- •Выбор модели объекта в виде разностного уравнения более высокого порядка. (Этап 6)
- •Разработка неформальных математических моделей
- •4. Алгоритмическое обеспечение аиус
- •Общие вопросы алгоритмизации
- •4.2. Алгоритмы сбора, первичной обработки данных и контроля состояния объекта
- •4.3. Алгоритмы плу
- •4.4 Алгоритмы цифрового двухпозиционного регулирования
- •4.5 Алгоритмы цифрового регулирования по рассогласованию
- •4.6 Алгоритм оптимального управления
- •4.6.1 Общие сведения о методах оптимизации
- •4.6.2 Построение линейной операционной модели для решения задач оперативного планирования производства
- •4.6.3. Сведения о решении задачи линейного программирования
- •4.6.4. Алгоритм симплексного метода
- •4.6.5 Пример поиска оптимального плана
- •4.7 Алгоритм календарного планирования и оперативное управление в аиус
- •4.7.1 Дискретное производство и планирование производственных процессов
- •4.7.2 Математическое моделирование и методы планирования дискретного производства
- •4.7.3 Математическая постановка задачи оперативного календарного планирования
- •4.7.3.1. Формализация характеристик технологических операций
- •4.7.3.2. Математическая постановка задачи оперативно-календарного планирования
- •4.7.3.3. Пример: построения оптимального двухоперационного плана (календарного плана)
2.2 Иерархия автоматизированных информационно – управляющих систем
Рис.2.2.1. Структурная схема АСУ для непрерывного производства.
Обозначения:
АСУТП – автоматизированная система управления технологическим процессом;
АСУП – АСУ предприятия;
ОАСУ – отраслевая АСУ.
Рис. 2.2.2. Структурная схема АСУ для дискретного производства на первом уровне.
Обозначения:
АС – автоматизированный склад;
АТС – автоматизированные транспортные средства;
ГПМ – гибкий производственный модуль.
-
Асутп. Определения и функции
АСУТП – разновидность АИУС, предназначенная для выработки и реализации управляющих воздействий на технические объекты управления в соответствии с принятым критерием эффективности с целью его оптимизации.
Задача АСУТП аналогична вышеуказанной постановке задачи (§2.2) оптимального управления. Для реальных технических объектов модели, критерий эффективности, ограничения определяются спецификой процессов в этих объектах.
Для АСУТП в качестве критерия эффективности обычно используются такие критерии эффективности, как:
-
себестоимость выпускаемой продукции,
-
производительность технического (технологического) оборудования,
-
качество выпускаемой продукции,
-
критерий экономической эффективности, который можно записать в виде:
W=D – 3э – К*3к → max
К = 1/Ток,
где D – доходы от реализации готовой продукции полученные за счет АСУП;
Зэ – затраты годовые эксплуатационные;
Зк – затраты капитальные на внедрение АСУТП;
K – коэффициент;
Ток – срок окупаемости.
Чтобы добиться оптимального управления в АСУТП обычно реализуется множество (группа) функций или задач. Каждая функция АСУТП – это совокупность действий системы, направленных на достижение промежуточных и конечных целей. При этом следует различать 2 разновидности функций:
– информационные;
– управляющие.
К информационным функциям относятся те функции, которые обеспечивают представление информации об объекте управления в нужные моменты времени и соответствующей форме, во-первых, оператору; во-вторых, тем средствам, которые формируют управляющее воздействие; в-третьих, внешним потребителям:
-
Сбор и первичная обработка информации о технологических и технических параметрах объектов управления.
-
Контроль за основными параметрами объекта, т.е. непрерывная проверка соответствия фактических параметров объекта регламентным пределам и немедленное сообщение персоналу в случае выявления несоответствия.
-
Регистрация параметров объекта в случае выхода их за регламентные пределы, а также регистрация времени, в которое такая ситуация существует.
-
Информирование оператора по его запросу о состоянии объекта.
-
Регистрация значения параметров объекта по запросу оператора.
-
Вычисление, в том числе и по заданию оператора, некоторых параметров, которые не поддаются непосредственному измерению (косвенные измерения).
-
Периодическая регистрация и вычисление технико-экономических показателей.
-
Обнаружение аварийных и предаварийных ситуаций на объекте и сигнализация.
-
Прием информации от других систем управления или выдачи им информации
Управляющие функции:
Это такие функции, которые обеспечивают требуемое состояние объекта путём анализа этого состояния и выдачи соответствующих воздействий в случае необходимости.
К таким функциям относятся:
-
Стабилизация параметров объекта в рамках регламентных пределов путём регулирования их по различным законам.
-
Программное изменение состояния или режима объекта по заранее заданному графику или заранее заданному закону.
-
Регулирование комплекса параметров объекта по заданному закону (каскадное регулирование, взаимосвязанное регулирование).
-
Оптимальное управление объектом в установившемся режиме (для объектов с непрерывным характером процесса).
-
Оптимальное управление объектом в переходных (динамических) режимах (для объектов с непрерывным характером процесса).
-
Распределение материальных потоков между оборудованием объекта и координация работы оборудования объекта с целью обеспечения оптимального управления (для объектов с дискретным характером процессов).
-
Управление пусками и остановками объекта.
-
Защита объекта от аварий путём прекращения подачи аварийно - опасных потоков, либо путём подачи на объект материальных потоков, препятствующих возникновению аварии.
Комплекс функций, которые выполняются в той или иной АСУТП, называют функциональной структурой АСУТП. И она должна входить в комплект проектной документации на АСУТП.
Пример фрагмент функциональной структуры (рис. 2.3.1.):
Рис.2.3.1. Фрагмент функциональной структуры АСУТП.
Обозначения:
ФССУ — функциональная структура системы управления.
Д — датчик.
ИУ — исполнительное устройство.