Определение и классификация УВМ

Лекция № 1. Определение и классификация УВМ

План лекции:

1.1. Предмет и разделы курса. Литература.

1.2. Источники информации для УВМ. Отличие УВМ от ЭВМ.

1.3. Область применения.

1.4. Необходимость применения УВМ.

1.5. Классификация УВМ.

1.6. Распределение УВМ по областям применения. Темпы развития.

Предмет и разделы курса

Рекомендуемые материалы

         Современные интегрированные промышленные комплексы строятся исключительно с применением УВМ.

         УВМ – вычислительная машина, предназначенная для автоматизированного приема информации, ее обработки  и выдачи управляющих сигналов на микроконтроллеры,  исполнительные органы или человеку-оператору.

Предметом курса являются автоматизированные системы управления современными интегрированными промышленными комплексами, построенные на базе управляющих вычислительных машин (УВМ) и контроллеров.

Разделы курса:

- основные понятия об УВМ и автоматизированных системах управления технологическими процессами (АСУ ТП);

- реализация алгоритмов цифрового управления на УВМ;

- SCADA система Trace Mode 5;

- разработка проектов АСУ ТП на базе SCADA системы;

- техническое обеспечение УВМ;

- примеры применения УВМ.

Литература

1. Строганов Р.П. управляющие машины и их применение. – М.: Высшая школа, 1986. – 240 с.

2. Микропроцессорное управление технологическим оборудованием микроэлектроники. Учеб. Пособие. / А.А. Сазонов, Р.В.Корнилов, Н.П.Кохан и др.; - М.: Радио и связь, 1988. – 264 с.

3. Прангишвили И.В. Микропроцессоры и локальные сети микро-ЭВМ в распределенных системах управления. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 272 с.

4. Прангишвили И.В. Основы построения АСУ сложными технологическими процессами. – М.: Энергоатомиздат, 1994. – 304 с.

5. Гостев В.И. Системы управления с цифровыми регуляторами. Справочник.- Киев.: Техника, 1990. – 280 с.

6. Изерман Р. Цифровые системы управления. Пер. с англ. – М.: Мир,1984.–541 с.

7. Рей У. Методы управления технологическими процессами. Пер. с англ. – М.: Мир, 1983. – 368 с.

8. Руководство пользователя. ТРЕЙС МОУД. Графическая инструментальная система для разработки АСУ. Версия 5.0. Москва, 2000. AdAstra Research Group, Ltd.

9. Острем К. , Виттермак Б. Системы управления с ЭВМ. Пер. с англ. – М.: Мир, 1984. – 480 с.

10. Балакирев В.С. и др. Экспериментальное определение динамических характеристик промышленных объектов управления. М.: Энергия, 1967. – 232 с.

 

Источники информации для УВМ

УВМ получает информацию от следующих источников:

- от датчиков технологического процесса (в виде логических и непрерывных сигналов);

- от терминалов оператора (команды либо запросы);

- от выше или ниже стоящих УВМ и контроллеров;

- от удаленных источников (по сетевым каналам связи).

Отличие УВМ от ЭВМ

         УВМ от ЭВМ различают по двум факторам: по технической оснащенности и по характеру работы.

Отличие по технической оснащенности: наличие в УВМ устройства связи с объектом (УСО) (рис.1.1), предназначенного для непрерывного и автоматического ввода и вывода информации в машину. Однако в некоторых УВМ верхнего уровня платы УСО могут отсутствовать. В остальном, промышленные УВМ строятся на базе тех же элементов и блоков, что и персональные ЭВМ, но повышенной надежности.

Рисунок 1.1

         Отличие по характеру работы: для УВМ характерно наличие режима реального времени, когда большинство вычислительных процессов машины синхронизированы по времени с процессами, протекающими в объекте управления (ОУ). Алгоритмическое и программное обеспечение УВМ в отличии от ЭВМ характеризуется наличием большого числа алгоритмов цифрового управления в реальном времени и наличие развитых режимов прерывания.

Область применения

         Выделяют два вида ОУ:

1. управление технологическими процессами и объектами (АСУ ТП);

2. управление организационно – экономическими процессами (АСУП).

АСУ ТП характеризуется значительно меньшей инерционностью в сравнении с АСУП, что позволяет для АСУП осуществлять передачу информации медленнее с использованием бумажных носителей (приказы).

В данном курсе будем рассматривать область применения – АСУ ТП.

Разновидностями систем, где используются УВМ, являются

а) гибкие автоматизированные производства (автосборочник). Там УВМ используется для управления роботами и автоматическими линиями.

Б) системы автоматизированного проектирования (САПР);

в) автоматизированная система научных исследований (АСНИ). Используется для сбора и обработки информации.

Необходимость применения УВМ

В любой сфере человеческой деятельности - в науке, технике, производстве - методы и средства вычислительной техники направлены на повышение производительности труда. В связи с этим уровень специалистов в существенной мере определяется их подготовкой в следующих направлениях, связанных с применением средств вычислительной техники:

автоматизированное управление технологическими процессами, включая автоматизированные контроль и диагностику технических средств;

использование ЭВМ для автоматизированного проектирования, научных исследований, административно-организационного управления.

Стремительное совершенствование технологии производства интегральных полупроводниковых компонентов, обеспечившее возможность создания высокоэкономичных цифровых устройств обработки и хранения информации, а также появление эффективных средств программирования оказывают все более существенное влияние не только на развитие техники измерений и управления, но и на подход к автоматизации вообще.

Дальнейшее развитие электронной вычислительной техники привело к ее широкому применению в военном деле, как составной части автоматизированных систем управления войсками и средствами вооружения. Что предопределило повышение требований к квалификации современного командира-инженера, которому необходимо знать основы организации и функционирования универсальных и специализированных управляющих электронных вычислительных машин. Чем же вызвана необходимость применения УВМ?

1. Возрастание сложности современных технологических процессов и комплексов, что приводит к появлению больших потоков информации и к усложнению алгоритмов управления. Современные тенденции проектирования технологических комплексов показывают, что конструирование ОУ с самого начала должно вестись совместно с системой его управления.

Пример:

а) истребитель с управляемым вектором тяги, управление которым без компьютера невозможно;

б) цифровая система управления химическим реактором, работающим в над критическом режиме.

2. При использовании УВМ происходит освобождение человека от монотонной и опасной работы. Известно, что возможности человека - оператора ограничены как по объему так и по скорости обработки получаемой информации, в то же время возможности УВМ практически не ограничены, поэтому одной из задач, решаемых УВМ , является задача ликвидации аварийных ситуаций.

3. Стремление ввести технологические процессы на стабильном уровне, т.е. при минимуме потребляемого сырья и энергии обеспечить требуемую производительность и заданное качество продуктов. Поэтому еще одна задача, решаемая УВМ – оптимизация процессов управления.

4. Бурный прогресс микроэлектроники (особенно с 1971г. – года появления первого микропроцессора) также способствовал широкому внедрению УВМ.

Вывод: установка УВМ на современных объектах управления придает им новое качество, а именно расширяются функциональные возможности таких ОУ. Это очень заметно в оборонной промышленности.

Классификация УВМ

             По назначению:

1. Общепромышленного применения;

2. Аэрокосмические (вибрации, перепады температуры и давления);

3. Корабельные (влажность, соль пар);

4. Мобильные  и  т.д.

Отличие состоит в условии эксплуатации этих машин.

По принципам технической реализации:

1. Цифровые;

2. Аналоговые;

3. Аналогово-цифровые (гибридные).

Доминирующими являются цифровые.

По возможностям применения:

1. Широкого назначения (универсальные) – для управления промышленными ОУ;

2. Узкого назначения (специализированные) – для управления военными объектами (выполняются во встроенном варианте).

Идея построения универсальной УВМ, пригодной для управления различными технологическими процессами впервые была предложена академиком Глушковым в 1959г.

По выполняемым функциям:

1. Централизованный контроль и обработка информации;

2. Машины – советчики, выдающие рекомендации человеку – оператору;

3. Машины непосредственного цифрового управления (НЦУ);

4. Оптимизирующие машины.

Все эти функции могут быть сосредоточены как в одной машине, так и в нескольких, соединенных локальной сетью (по принципу многоуровневости).

Распределение УВМ по областям применения

В литературе приводятся два типа распределения.

I.    1. Управление производственными процессами – 31,4%.

2. Научные и экспериментальные исследования – 7%.

3. Управление предприятиями – 30,5%.

4. Передача данных и связь –20%.

5. Прочие области – 11.1%.

II.  1. Информационно-измерительная техника – 16%.

2. Управление производством – 18%.

3. Авиация и космонавтика – 15%.

4. Системы связи – 14%.

5. Вычислительная техника – 13%.

6. Военная техника – 9%.

7. Бытовая аппаратура – 3%.

8. Медицина – 3%.

9. Транспорт – 2%.

10. Прочие области – 7%.

Темпы развития

         С 70-х годов число УВМ, используемых в АСУ ТП ежегодно возрастает на 20 – 23%  в год (ожидаются темпы роста до 50% ).

         В настоящее время большинство сложных объектов оснащается УВМ.

Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта - 4 Цветовые модели и палитры.

Контрольные вопросы:

1. В чем состоит отличие УВМ от ЭВМ ?

2. Где применяется УВМ ?

3. Назовите причины, приводящие к необходимости использования УВМ.

4. Какие УВМ вам известны ?

5. По каким областям применения распределяется УВМ ?