Густав Олссон, Джангуидо Пиани - Цифровые системы автоматизации и управления (1087169), страница 6
Текст из файла (страница 6)
В таких приложениях, как бухгалтерский учет или редактирование текста, и вход, и выход представляют собой данные в чистом виде, т. е, их можно хранить или передавать с помощью любого носителя информации. В этом случае время обработки зависит только от производительности компьютера, а результат будет всегда один и тот же. Ситуация меняется в случае управляющих компьютеров. Здесь обработка данных зависит не от компьютера и его производительности, а, напротив, следует за событиями во внешнем мире, т. е. процессом.
Компьютерная система управления должна достаточно быстро реагировать на внешние события и постоянно обрабатывать поток входных данных, чаще всего не имея возможности изменить их количество или скорость поступления. Одновременно может потребоваться и выполнение других операций, например обмен информацией с оператором, вывод данных на экран и реакция на определенные сигналы. Этот режим обработки данных оказался настолько важным, что получил специальное название — режим реального времени (геа1-рте глоде), 1.2.
Исторический обзор Первый пример практического применения управляющей ЭВМ относится к 1959 году; он связан с работой нефтехимического завода компании "Техасо" в городе Порт. Артур, штат Техас. Компания "Техасо" выполнила эту пионерскую работу совместно с производителем ЭВМ вЂ” компанией Тпошзоп Като ъуоо!гЫ6е.
Компьютер К а'900, построенный на электронных лампах, следил за расходом, температурой, давлением н концентрацией на нефтеперегонном производстве, а также рассчитывал необходимы~ упр и авляюшие воздействия на основе обработки входной информации и затем либо са. мостоятельно изменял опорные значения для аналоговых регуляторов, либо указывая оператору, какие управляющие воздействия пужно выполнить вручную Эта ЭВМ по сравнению с современными компьютерами имела очень скромные возможности: время 1 2, Исторический обзоР сло ложення составляло 1 мс, а умножения — около 20 мс. Кроме того, она имела очень „высокую надежность — среднее время между отказами (раздел 12 З 2) в лучшем случае составляло от нескольких часов до нескольких дней Вначале все факторы были против применения управляющих компьютеров Чтобы оправдать стоимость системы управления в несколько миллионов долларов, пита овложе ия в производство должны были бь ь по крайней мере а прядок больше.
Это означало, что сам процесс должен был бы гь очень сложным, как, например, в случае химического завода. Другим ключевым фактором было — и остается— структурирование проблемы управления как необходимое предварительное условие внедрения компьютерного управления. Экономическая эффективность была не единственной проблемой. Надежность аппаРапюй части ЭВМ была низкой из-за использования электронных ламп. Программы создавались в машинном коде и использовали скромный об ьем памяти до последнего бита. И все же эти новаторские усилия были полдержаны многими производителями компьютеров, которые увидели огромный потенциальный рынок для новых приложений. Компьютерное управление — это область, в которой с самого начала существовало необычайно конструктивное взаимодействие между теорией и практикой.
Как описано далее, компьютерное управление имеет свои специфические черты, Известные математические методы, базирующиеся на анализе непрерывных функций, напрямую не применимы для проектирования систем управления на базе цифровых компьютеров. Поэтому потребовалось создать специальную теорию дискретного управления. Счастливым совпадением стало развитие в 1960-е годы американской космической программы и особенно проекта "Аполлон", который послужил катализатором для теоретических и практических разработок в области компьютерного управления. Важный шаг был сделан в 1962 году, когда английская компания !С! !!шрег!а! Спеппса! !пдпзгпез) представила концепцию прямого цифрового управления (раздел 12аСЗ).
Первоначально идея заключалась в замене нескольких аналоговых контуров Управления центральным компьютером. Огромная и дорогостояп1ая панель упРавления с сотнями аналоговых регуляторов и самописцев заменялась несколькнмите м терминалами. Компьютер численно моделировал аналоговые регуляторы способом,к . м, который мало отличался от сегодняшних решений. П ин Ринцип пРямого цифрового управления применяется во многих современных промьппл Р * шленных компьютерных системах, Причина его успеха в том, что задачи управления я уже были описаны и структурированы для аналоговой техники. Поэтому для таких и х приложений риск был меньше, чем для инновационных разработок, где цели компью ьютерного управления пе полностью осмыслены и не определены должным об азом.
Р' ом. Очевидный недостаток прямого цифрового управления — существенная зависим системы от ценз рад об полнительн г становить втоРой '9 о еспечивал работоспособность системы в случае отказа первого. Выпущенный в ' 62 год п У управляющий компьютер Реггапо-Агдпз был гораздо совершеннее моделей 1959 го а1 тель на да — время сложения и умножения уменьшилось в десятки раз, а показагадежпости возрос не менее чем на порядок. гэпи-Лгяээ была куплена э 1969 году объединением "Электросила" и экспл а- ЭВМ к и1шэвл ась на на испытательном стенде завода до 1989 гола. Оиа до снх пор находится э рабочем 'эстояняя Глава 1.
Введение Зб 37 1 Э Понятие системы Изобретение в 1960-х годах транзистора дало заметный толчок развитию компьютерных приложений. Стоимость единицы вычислительной мощности миникомпьютера на транзисторной элементной базе была на порядок меньше, чем у больших ЭВМ (тат~~вше), хотя стоимость самого мини-компьютера все еще превышала 100 000 долларов.
Так или иначе, компьютерное управление стало экономически целесообразным для небольших и не очень сложных производств. Появилась возможность разместить мини-компьютер поблизости от производственных помещений, и поэтому такие ЭВМ стали популярными для автоматизации технологических процессов и испытательных установок. Согласованное влияние трех главных факторов — совершенствование технической базы компьютеров, экономическая целесообразность их применения в управлении относительно простыми процессами и развитие теории управления — привело к широкому распространению компьютерного управления.
Практически каждое десятилетие появлялись новые техно логии, которые приводили к значительному увеличению производительности и снижению цены компьютеров по сравнению с предшествующим поколением. Мощные одноплатные микрокомпьютеры появились на рынке в середине 1970-х годов, и сегодня даже простейший регулятор экономически выгодно создавать на основе цифровых устройств. Современные персональные компьютеры намного превосходят мини-компьютеры 1960-х и 1970-х годов — типичная конфигурация, как правило, включает 16- или 32-разрядный центральный процессор (ЦП), несколько мегабайт оперативной памяти (оперативное запоминающее устройство — ОЗУ), гигабайты дисковой памяти, — а стоят несравнимо дешевле первых моделей ЭВМ. В настоящее время в промышленном управлении популярны компьютерные системы, использующие так называемую открытую шинную архитектуру, где акцент сделан не на конкретные аппаратные компоненты, а на организацию интерфейса, который в этом случае позволяет подбирать их исходя из требований приложения и максимальной эффективности использования ресурсов компьютера (глава 8).
С другой стороны, производительность компьютера — это еще не все. Эффективность системы зависит не только от управляющего компьютера. Бортовая ЭВМ корабля первой лунной экспедиции "АроПо-11" (1969 год) имела только 64 Кбайт оперативной памяти, а о жестких дисках не могло быть и речи. Сегодня никто не воспримет такую машину всерьез, но если вспомнить результат, достигнутый с помощью этой ЭВМ, то напрашивается очевидный вывод — основное внимание нужно уделять главной цели технического процесса, а не мощности компьютера. Высокая производительность не может быть аргументом сама по себе, напротив, она должна рассматриваться в свете динамики и сложности контролируемого процесса.
Медлен. ный компьютер прекрасно справится с управлением медленным процессом, напри мер химическим или биологическим. В системах цифрового управления сравнительно легко вводятся новые стратегии, поскольку можно полностью изменить образ лействий компьютера, заменив программу, без перепроектирования и переоснащения всей системы. Поэтому системы цифрового управления представляют собой ие про'то новый способ применения отработанных принципов, но и совершенно нову'о "х"ологию, обладающую большой гибкостью и новыми возможностями. Пониман~~ природы процесса, динамических свойств системыитеорииуправления — это нес димыеслагаемыеуспехакомпьюо необходимы терного управления, но они представляют едв е ва ли палов э "вину картины.
Главная труд- ность — структурировать все решения в терминах аппаратного и программного обеспечения и обмена информацией, Необходимо иметь в виду, что чрезмерное и одностороннее увлечение компьютерными технологиями может заслонить собой фундаментальные проблемы Сегодня, после сорока лет применения компьютеров, существует достаточный „ыт, чтобы задаться вопросом о реальных преимуществах, которые они принесли в промышленность и административное управление.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
