Густав Олссон, Джангуидо Пиани - Цифровые системы автоматизации и управления (1087169), страница 13
Текст из файла (страница 13)
вязь между внутренними переменными процесса и его нходными или выходными а~иными оп е р деляет сложность программного обеспечения регулятора. Программы р~~льного времени гораздо труднее тестировать по сравнению с обычными, поэтому их код должен быть д должен быть настолько хорошо структурирован, чтобы ошибки можно было выяить как можно раньше. В главе 10 описывается структура программы, языки программирован ия и операционные системы для Решения задач реального времени. Глава 2.
Особенности цифрового управления процеосаи Топология информационных потоков Сложные системы управления и мониторинга обычно представляют собой иерар хическую структуру на базе соединенных между собой цифровых устройств Разно;; класса. Такой подход называется распределенным прямым цифровым управление и обсуждается в главе 12.
Организация взаимодействия между этими устройствами является центральна задачей проектирования современных систем управления процессом. Для Рацац нального использования имеющихся ресурсов необходимо определить вид и коли ц ство информации, которой обмениваются компьютеры, — информационные потохр Не все компьютеры должны получать подробную информацию об управляемом теч ническом процессе. Особую роль играет надежность передачи информации — неь1 ходимо принимать такие решения, побы данные всегда достигали своего назначь пня без искажения и потерь.
Передача информации тесно связана со стандартизацией, Очевидно, что кабеля ~ разьемы должны соответствовать друг другу, уровни сигналов должны быль соизгм римы, а программное обеспечение должно одинаково интерпретировать передаваемц сообщения и сигналы. Организация передачи информации между устройствами ра~ смотрена в главе 9, в главе 10 обсуждаются методы межпрограммного взаимодействи Интерфейс оператора Хотя теоретически управляющая система или компьютер могут функционирь вать без вмешательства человека, на сегодняшний день всегда необходимо взаимо действие с оператором, который должен получать информацию и иметь возможною взодить команды.
Графические интерфейсы компьютерных терминалов становятся все более ив лее изощренными. Современные дисплеи обладают фантастическими возможносп ми отображения сложно организованных данных, включая цветовые палитры с мат лионами оттенков, разнообразную графику, даже мультипликацию и видео. Однзк все это требует болыпих вычислительных ресурсов, за которые программы инте фейса будут конкурировать с модулем обработки данных, и поэтому оператор мове получать информапию с задержкой.
С другой стороны, не вся информация мозг ждать, например, сигналы тревоги и другие важные сообщения должны отображзз ап ся немедленно. Поэтому при проектировании интерфейса необходимо тщательно ы бирать информацию и сопоставлять способ отображения со степенью ее важно ' юсв езп в текущий момент, человеческими возможностями воспринимать и адекватно Резг ровать на нее и имеющимися ресурсами.
Эта тема обсуждается в главе 11. Системная интеграция и надежность управления ивы Ключевым вопросом любой системы управления является надежность. !1ифр вые системы — не исключение, и, как отмечалось в Разделе 1.2, эта проблема воз нга г ла уже в первые годы их применения.
Один из основн |х недостатков принципа пр мого цифрового управления — зто низкая надежность. Хотя общее качест" О~ вычислительной техники существенно возросло с 19бО-х годов, проблема надежвз ти таких систем остается тем не менее одной из ~данных, так как центральный ком~Ф 2 д Модельные примеры ер по-пРежнемУ пРедставлЯет собой кРитическУю точкУ (зппп-Ратг Тадиге) узел, „выход которого из.строя приводит к остановке всей систелиы. Очевидное реше„„этой проблемы — децентрализация вычислительных ресурсов, при которой небо ьшие локальные вычислительные устройства управляют отдельными частями ложного процесса.
Децентрализация и системная интеграция сложных систем упавления процессами рассматриваются в главе 12 Надежность программного обеспечения крупных систем не менее важна, чем наежность аппаратных средств. В январе 1990 года в течение почти 9 часов телефонная сеть США обеспечивала прохождение лишь около 50 % трафика.
Причина заключалась в невыявленной ошибке в очень сложной программе. Практический подход к повышению надежности систем предполагает, с одной стороны, применение отказоустойчивых конфигураций аппаратных средств, рассмотренных в главе 12, а с другой — специальные методы проектирования структуры программного обеспечения, программирования и отладки, позволяющие исключить с самого начала наиболее вероятные ошибки. 2.4.
Модельные примеры Системы, описанные вэтом разделе, — электропривод и станция биологической очистки сточных вод, — будут использоваться в дальнейшем изложении в качестве примеров двух различных типов процесса. Эти системы существенно отлича|отся как масштабом времени, так и технической конструкцией и понтом у служат хорошей иллюстрацией мнопих проблем, характерных для приложений цифрового управления. 2.4.1. Модельный пример 1 — управление системой электропривода Такая популярность объясняется их функцией — преобразование электрической энергии, кот Р, оторая легко передается на расстояния, в механическую работу, без кото- рой не обхо и дится практически ни один процесс.
Электрические двигатели играют важнейш ю о у роль в современной жизни — без них не может обойтись ни промышлен- ность, ть ни домашнее хозяйство. Двигатели быва бывают постоя нного тока и однофазные или многофазные переменного тока. Рабочий еж . й режим двигателя зависит не только от тока, но и от "истории" намагни- чивания, на1 зки, 'рузки, потерь на трение и т. д, Не вдаваясь в подробности теории двигателей, достаточно отметить, метить, что оптимальный режим переноса энергии, т. е.
преобразования электрической эне г минимальными потерями олучнтьподби ая вел Р величину амплитуды, частоты и фазы входного напряжения. с требуемыми характеристиками осуществляется с помощьго операция сигнала с т е пов и р ки. Поскольку питание можно подавать от различных тиремешюго или постоянного тока, то обеспечивается болыпая гибис~очников пе в выборе типа двигателя Комбинация двигателя силовои электроники и блока л "ния называется системой электропривода (е1есГНса1ЙЫе зузГет); схематичр . 2.13. Выпускаемыесистемыэлектропривода охватывают "апредставленана ис. 2.
Ыпирокий Р ий диапазон значений мощности, скорости и момента. так онструи ов и инжене ов- Р ание системы электропривода — задача как инженеров-злект и р ков, ров-механиков. Фактически для получения хороших результатов необ- 24 о Ьгодельные пРимеРы взвешенные микроорганнзмьз и субстрат (активированный отстой) неочищенные отстой на нврвработку рвциркуляцня микроорганизмов Заг шз1 Глава 2. Особенности цифрового управлениЯ процессац ходимо тесное взаимодействие специалистов в области электротехники, электрол,„ ки, вычислительной техники, управления и, конечно, в области конкретных прил, жений (например, транспорта или робототехники). Рис.
2.13. Главные элементы системы электропривода В этой книге система электропривода служит для иллюстрации ситуаций, коггз необходимы очень быстрые управляющие воздействия. 2.4.2. Модельный пример 2 — биологическая очистка сточных вод (процесс активированного отстоя) В современном обзцестве потребляется большое количество воды, поэтому пере работка сточных вод становится одной из главных природоохранных задач. Дт уничтожения или снижения количества содержащихся в пих загрязнений сточныг воды можно перерабатывать механическими, химическими и биологическими мети дами — на большинстве современных предприятий по переработке сточных вод ви они используются одновременно. Ниже мы кратко рассмотрим управление биологи ческим процессом, получившим широкое распространение для переработки как прз.
мышленных, так и бытовых сточных вод. Процесс активированного отстоя (асгзззагег(з1ифе ргосввв) заключается в том, чзг взвешенные в аэраторе микроорганизмы взаимодействуют с органическими веже ствами, содержащимися в сточных водах, и растворенным кислородом (Вззво(эгг Окуявн — Г) О). В результате этого процесса увеличивается масса микроорганизмов ' вырабатывается двуокись углерода и вода. Другими словами, микрооргшзизмы Рг' множаются, питаясь органическими компонентами сточных вод, и высвобождагз' двуокись углерода и воду.
Установка для переработки сточных вод содержит две основные части — аэратв1 и устройство осаждения (рис. 2.14). Аэратор представляет собой биологический Р' актор, содержащий микроорганизмы, — в нем происходит реакция со сточными в и вв дами и кислородом воздуха. В устройстве осаждения активированный отстой, соств ящий из живых или погибших организмов и другой инертной массы, отделяется ется вз остальной жидкости. Часть концентрированного отстоя регенерируется и снова апв ступает в аэратор для того, чтобы поддерживать массу живых микрооргшзизмо мовз процессе постоянной; соотношение между объемом сточных вод и массой микроор Я ганизмов должно сохраняться в определеннои п1)опорции.
Остальной отстой удал ется из устройства осаждения для последующего захоронения. Выход процесса — з в ток очищенной воды и кон центрированный отстой — менее опасны для окружаюзце~ среды и легче перерабатываются, чем неочищенные сточные в Временной масштаб биологического процесса обычно составляет эеличи пв яка часов или дней и поэтому ие является огРаничением для у равляющ а зто совсем не означает, что биологическими процессами управлять проще, пыотер посколь ку в этой области существуют свои проблемы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
