Густав Олссон, Джангуидо Пиани - Цифровые системы автоматизации и управления (1087169), страница 7
Текст из файла (страница 7)
В западных странах в 1950-60-х годах, еще до широкого распространения ЭВМ, один работающий ог содержать целую семью, включая выплату кредита за дом. В типичной современной семье по крайней мере уже двое должны работать, чтобы поддержать стиль жизни, удовлетворяющий средним запросам, уровень которых продолжает повышаться, То, что два десятилетия назад представлялось золотым веком, обусловленным повсеместным внедрением компьютеров и автоматизации, сильно потускнело сегодня благодаря новым проблемам — от безработицы до загрязнения окружающей среды. То же самое может произойти с сегодняшней чрезмерно высокой оценкой Интернета и компаний, основной бизнес которых построен на интернет-технологиях (виртуальные магазины и т.
л.). Нисколько не принижая их достоинства и преимущества, следует отметить, что они не дают надежных и эффективных способов решения реальных проблем. Чрезмерный упор на использование компьютеров, особенно с причудливыми картинками и звуком, может отвлечь внимание от действительно серьезных задач. 1.3. Понятие системы Производственные процессы и управляющие ими системы состоят из многочисленных и разнообразных элементов, сложным образом взаимодействующих друг с другом, Эти элементы связаны между собой так, чтобы обеспечить обмен материей, энергией и информацией для получения определенного конечного результата. Термин "система" имеет много значений, однако в интересующем нас контексте под системой понимается любой обьект, который рассматривается, с одной стороны, как единое целое, а с другой — как совокупность связанных между собой определенным образом составляющих, Это понятие можно охарактеризовать следую- 1 щим образом.
' Понятие системы позволяет проще интерпретировать назначение любой сложной структуры, состоящей из взаимодействующих друг с другом частей. ' Описывая систему, ее можно по-разному разбить на составные части. Каждая из частей в свою очередь может быть разбита на более мелкие составляющие. Важно выбрать правильный уровень детализации. ' Обы бычно нет необходимости знать внутренние механизмы элемента для того, чтобы предвидеть поведение системы в целом.
достаточно знать соотношение вход/выход — принцип "черного ящика". С лово "система" происходит от греческого азЗозцна (" составление" ), через французское зузсееше н латинское зузсееша (Фасмер М. Этимологический словарь русского языка. М., 1987). Т олкозый словарь Ожегова среди прочих лает следующую интерпретацшо: "Нечто целое, пРедставляюшее собой единство закономерно Расположенных и находящихся во взаимосвяа" частей" (Ожегов С.
И. Словарь русского языка. М., 1970). — Примеч. рвд. Глава 1. Введение 1 Л ПРимеР Примеры типичных приложений цифрового управления Цель системы — получить результат, качественно или количественно превосходящий механическую (простую) сумму результатов работы отдельных ее компонентов. Объединение в систему добавляет "нечто большее", что н обьясняет ее назначение, — принцип "синергизма". Это "нечто большее" определяется не наличием тех или иных компонентов системы, а скорее есть результат их взаимодействия.
На практике встречаются системы самых различных типов, например электрические, химические, механические или биологические. Компьютер — зто система, основными функциональными элементами которой являются процессор, память и периферийные устройства. Взятые порознь, этн части не допускают никакого осмысленного применения. Если их объединить и добавить программное обеспечение, то получится система, которую можно использовать для решения многих задач. Человеческий организм представляет собой пример чрезвычайно сложной системы, состоящей из органов, каждый из которых имеет свое назначение. Он способен выполнять основную задачу — поддерживать собственную жизнь — именно потому, что все органы работают вместе Для описания систем н их элементов можно применять разнообразные математические методы.
Как подчеркнуто в большинстве учебников, эти методы можно использовать, только когда все элементы системы и окружающая ее среда описываются количественными соотношениями. В главе 3 будет показано, что математический подход — зто не единственный способ описания систем. Очевидное прсимтШество математических методов в том, что они основаны на формальных доказательствах, и поэтому, как правило, им следует отдавать предпочтение перед другими методами. Важнейшей характеристикой системы является ее динамика, знание которой позволяет предсказать поведение системы и выбрать правильное управляющее воздейстане в соответствии с поставленной целью.
Динамика системы представляет сооой сложный вопрос из-за того, что приходится учитывать многочисленные взаимодействия между различными частями. Часто кажется, что эволюция системы идет "не в том" направлении или по крайней мере не соответствует "интуитивным" ожи- даниям. Любой водитель инстинктивно представляет себе динамику автомобиля. При движении вверх или вниз по склону он увеличивает или уменьшает давление на педаль газа для того, чтобы сохранить скорость.
Нормальное поведение автомобиля хорошо известно и прогнозируемо, однако на мокрой или обледенелой дороге он мо- жет стать неуправляемым. Лналогнчные проблемы возникают ежедневно и в управлении техническими процессами. В крупных технических задачах одной из важнейших проблем является структу- рирование системы. В процессе эксплуатации взаимодействуют множество д жество людей, происходит постепенная замена оборудования и добавление новых функций. Слож- ную систему необходимо рассматривать как с обгцих позиций, так и с позиций всех ее компонентов. Возникающие проблемы обычно нельзя разрешить только на одном уровне — их надо рассматривать под соответствующим у~лом зрения и на соответствующем уров- не.
Это не означает, а ачает, что требуется знать все летали каждой конкретной ситуации, а скорее предполагает воз о гает возможность при необхолимостн получить любые подробнос- ти. Решение, выра от н . Р, аботанцое на несоответствующем уровне, чаще всес о вообще не ляется решением и может лаже ухудшить ситуацию, Нет смысла искать ошибки в програ грамме, которая не выполняет предусмотренную печать, если выключен пр~ тер. ажд К ждый инженер имеет собственный набор анекдотов по этому поводу, 1Р ницы между компетенцией инженеров-электронщиков, программистов, п1 клади „ых специалистов и пользователей в настоящее время постоянно размывают Н льзя рассматривать сложную систему только с одной точки зрения, а решен йель прини Р нимать, опираясь на знания специалистов лишь из одной области, Чтобы понт „„„создать сложную систему, состоящую из множества взаимолействующих част еобходим специальный подход.
Далее будут даны некоторые рекомендации л успешного анализа и проектирования автоматизированных систем. 1.4. Примеры типичных приложений цифрового управления ифровые 3 аннъм аналоговые сигналы АДГ1и ЦАП давили и исполнительные мехаяиачы сетевой инлмрфейс цифровые сигналы сеть лередачи дахных или сисиымяия ыияй ФизичегхийГ технический процесс управляющая ЭВМ Рнс. 1.4. Основная структура системы цифрового управления процессом Примеры цифрового управления встречаются везде, начиная от товаров массо~ го спроса и до высокотехнологичной продукции. Сегодня в самом обычном автол биле компьютеры применяются для управления как зажиганием и составом бензит вой смеси, так и температурой в пассажирском салоне.
Даже настройка приемника, доверяется водителю, а управляется микропроцессором, который иногда не упроп ет, а наоборот, усложняет жизнь. На первый взгляд может показаться, что системы управления химическим произв1 ством или движением на крупной железнодорожной станции имеют мало общего с ро~ тами для окраски автомобилей или с бортовым компьютером космического кораб~ Однако во всех этих системах имеются одинаковые функциональные блоки — сбор д1 ных, управляемые таймером или прерываниями функции, контур обратной связи, обм ланными с другими компьютерами и взаимодействие с человеком-оператором.
В общем случае система цифрового управления физическим/техническим п1 цессом состоит из следующих компонентов (рнс. 1.4): — управляющей ЭВМ; — каналов обмена информацией; — аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей (АЦП и ЦАП); — датчиков и исполнительных механизмов; — собственно физического/технического процесса. Глава 1. Введение ао 1 б, Руководство дпя читателя 41 Физический процесс контролируется с помощью датчиков, т. е. устройств, преобразующих физические параметры процесса (температуру, давление или координаты) в электрические величины, которые можно непосредственно измерить (сопротивление, ток или разность потенциалов), Примерами датчиков являются термисторы (датчики температуры), концевые выключатели и ультразвуковые микрофонные зонды.
Непосредственное влияние на процесс осуществляется с помощью исполнительных механизмов. Пос.ледние преобразуют электрические сигналы в физические воздействия, главным образом движение — перемещение и вращение, которые можно использовать для других целей, например для открытия клапана. Примерами исполнительных механизмов могут служить сервомоторы, гидроклапаны и пневматические позиционируюшие устройства. Цифровые системы управления работают только с информацией, представленной в цифровой форме, поэтому полученные в результате измерений электрические аналоговые величины необходимо обработать с помощью АЦП (раздел 5.2.2).
Обратная операция — управление исполнительными механизмами (электромоторами и клапанами) — несколько проще, поскольку компьютер может непосредственно вырабатывать электрические сигналы. Информация от удаленных объектов через каналы связи поступает к центральному управляющему компьютеру, который: — интерпретирует все поступающие от физического процесса данные; — принимает решения в соответствии с алгоритмами программ обработки; — посылает управляющие сигналы; — обменивается информацией с человеком-оператором и реагирует на его команды. Нет ничего неожиданного в том, что поточное производство и машиностроение обеспечивают благоприятную почву для применения ВТ. Станки с числовым программным управлением (ЧПУ, Митепсаl Сопгго) — МС), производя высокоточные механические детали, выполняют строго определенну|о последовательность опеРаций.
Такие станки применяются во многих отраслях; их работа зависит от программ. ного обеспечения, которое можно сравнительно быстро и дешево заменить. Гибкость промышленных роботов и многообразие выполняемых ими операций обеспечивают. ся, главным образом, компьютерным управлением.
Если один станок не может обр» ботать деталь, то гибкая производственная система (Нехй!е Мапи~асгибпд уузгетв РМЯ) обеспечит выполнение необходимых операций другим станком участка или подразделения завода. В такой системе работа каждого станка, их взаимодействие и перемещение деталей управляются компьютерами. Вычислительная техника применяется и в отраслях, имеющих другой харак~~р производства, в частности в химической, металлургической, целлюлозно-бумажной и т. п, Разные технологические процессы обычно взаимосвязаны, и между ними по стоянно перемещаются значительные материальные потоки, Такие производств~ как правило, носят непрерывный характер, поэтому важнейшим фактором является надежность. Кроме того, обычно число измеряемых переменных очень велико, масш таб времени процессов в рамках одного предприятия составляет от нескольких сс кунд до нескольких дней, а территория может иметь значительные размеры.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
