- АСУ и АСУТП как системы управления
3. АСУ И АСУТП КАК СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
§1. Функции управления
Функции управления - это наиболее общие задачи, которые приходится решать управляющему любой системы управления. Все функции управления подразделяются на два класса: планирование и оперативное управление.
Планирование представляет собой деятельность по первоначальному проектированию системы управления, она осуществляется до начала жизненного цикла данной системы. Различают стратегическое и тактическое планирование. Стратегическое планирование включает следующие основные функции: выбор цели (см. раздел 1, § 13), постановку задачи управления (раздел 1, § 14), проектирование системы управления (раздел 2, § 9). В отличие от тактического планирования стратегическое является более укрупненным, оно проводится без декомпозиции цели и, как правило, без проектирования технологии управления. Тактическое планирование предусматривает уточненное проектирование системы управления, проектирование траектории ее движения и технологии управления (раздел 2, § 10).
Оперативное управление осуществляется в течение жизненного цикла системы управления, который, как уже известно, складывается из отдельных циклов управления. На каждом из этих циклов управляющий может выполнять следующие функции:
1. Учет или обработка информации о текущем состоянии системы управления (перечень задач, относящихся к обработке информации, см. раздел 1, § 5). В результате выполнения этой функции (решения этой задачи) формируются данные, несущие информацию о текущих состояниях всех элементов системы управления и в первую очередь - о текущем состоянии объекта управления (обычно в виде набора текущих значений параметров).
2. Контроль достижения цели (подцелей). В ходе решения этой задачи текущие значения параметров сравниваются с целевыми, выявляются отклонения. Если отклонения отсутствуют, то это означает, что цель или подцель, предусмотренная технологией управления, достигнута и осуществляется переход к решению следующей задачи (подзадачи) управления, предусматривающей выдачу определенного набора управляющих воздействий (см. ниже функцию 4). Если же имеются отклонения текущих значений параметров от целевых, то это означает, что система управления перешла в новое состояние, не предусмотренное технологией управления, и требуется принятие решений (функция 3).
3. Принятие решений. В процессе принятия решений (раздел 2, § 14) управляющий анализирует текущие значения параметров, отклонения их от целевых, и, согласно принципу управления по отклонениям (раздел 2, § 8), намечает управляющие воздействия, которые нужно осуществить для возврата на заданную траекторию и в соответствии с которыми он затем перепроектирует систему управления и реализуемую ей технологию.
Рекомендуемые материалы
4. Регулирование или подготовка и выдача управляющих воздействий. В результате выполнения данной функции на объект управления системы выдаются управляющие воздействия, переводящие объект в новое состояние, и управление данным объектом, как и всей системой управления, переходит в новый цикл, включающий те же вышеперечисленные функции оперативного управления 1-4.
Отметим, что разбиение оперативного управления на выделенные четыре функции также достаточно условно, как и деление его на основное и дополнительное (раздел 2, § 15): четкая граница между этими функциями отсутствует. Например, принятие решений можно рассматривать и как обработку информации (управляющий получает одну информацию в виде сводки и выдает другую в виде приказа), и как подготовку управляющих воздействий. Такое разбиение, однако, подчеркивает особую роль управляющего в системе управления и особую трудность решаемых им задач по перепроектированию данной системы.
§ 2. Неоднозначность понятия "система управления"
Принятый в кибернетике подход (раздел 2, § 1) рассматривает систему управления как систему из трех взаимосвязанных элементов: объекта управления, управляющего объекта и цели управления. Однако на практике термин "система управления" стали применять для обозначения одного лишь управляющего объекта, чтобы подчеркнуть его сложность - большое число внутренних объектов, иерархичность структуры. Название объекта управления при этом стали "автоматически" присоединять к названию управляющего объекта, например, "система управления прокатным станом".
К сожалению, такой подход, приведший к неоднозначности толкования понятия "система управления", оказался зафиксированным в стандартах на различные разновидности систем управления, что привело к дополнительной путанице. Указанная неоднозначность устраняется, если для обозначения сложных управляющих объектов пользоваться введенным в разделе 2, § 1 термином "управляющая система".
§3 Классификация систем управления по степени автоматизации управляющего объекта
В соответствии с указанным в заголовке признаком различают ручные системы управления, автоматизированные системы управления (АСУ) и системы автоматического управления (САУ). Рассмотрим сначала вопрос об определении АСУ.
Чаще всего термин АСУ используется в литературе без определения. В некоторых случаях цитируется ГОСТ 19675-74, согласно которому АСУ - это "человеко-машинная система, обеспечивающая автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления в различных сферах человеческой деятельности". Главный недостаток данного определения состоит в том, что термин АСУ в нем никак не соотносится с более общим понятием - "система управления". Кроме того, определение относится скорее к автоматизированным информационным системам (см. далее), представляющим собой лишь частный случай АСУ, и под него не подходят, например, системы, в которых сбор и обработка информации осуществляются вручную, а автоматизируется процесс выдачи управляющих воздействий - как в системе управления, связанной с работой экскаватора. Заметим также, что сбор и обработка информации в АСУ осуществляется прежде всего не для оптимизации, а для реализации управления объектом, оптимизация же происходит в результате автоматизации управляющего объекта системы управления (см. раздел 1, §12) при ее развитии.
Введем и будем далее пользоваться следующим определением:
АСУ - это система управления, управляющий объект которой является автоматизированным.
Очевидно, что введенное определение основывается на рассмотренных ранее понятиях системы управления, ее управляющего объекта и на понятии автоматизированного объекта. Если проанализировать взаимосвязь всех понятий, использованных при выводе определения АСУ, то можно построить схему, представленную ниже. На схеме знаком (*) изображаются различные понятия, а их взаимосвязи означают:
А * * В - понятия А и В определены совместно;
А * * В - понятие В определяется на основании понятия А;
А * Понятие В определено наложением ограничений на
понятие А (В есть разновидность А).
В *
объект
*
* автомат * сложный
объект * статический * цель
* составной объект 1 и 2
объект видов
динамический * * * состояние
объект процесс
система *цель 3 вида
* *
автомати- динамическая *
зирован- система * управляющий объект
ный объект система *
управления * объект управления
* АСУ
Рис. Взаимосвязь понятий, использованных при определении АСУ
Аналогично АСУ может быть введено понятие автоматизированной информационной системы (АИС):
АИС - это информационная система, управляющий объект которой является автоматизированным.
Заметим, что АИС удовлетворяет определению АСУ и может рассматриваться как ее разновидность. Синонимами являются понятия "автоматизированная система обработки информации" (АСОИ), "автоматизированная система обработки данных" (АСОД).
Помимо АСУ две другие важнейшие разновидности систем управления могут быть введены следующим образом:
САУ - это система управления, управляющий объект которой является автоматическим.
Система управления называется ручной, если ее управляющий объект является неавтоматизированным.
§ 4. Классификация подсистем АСУ
Как правило, АСУ - это сложная система, в которой выделяется большое число внутренних объектов, многие из которых являются подсистемами. Поэтому для облегчения ее рассмотрения как при синтезе (на этапе планирования, а также в ходе перепроектирования на этапе оперативного управления), так и при анализе в ходе функционирования (на этапе оперативного управления) принято выделять типовые подсистемы АСУ, т.е. подсистемы, входящие во многие АСУ. Рассмотрим наиболее общие типовые подсистемы.
Различают функциональную и обеспечивающую части АСУ.
Функциональная часть - это совокупность так называемых функциональных подсистем некоторой АСУ, в каждой из которых решается одна из задач (выполняется одна из функций) технологии управления.
Каждая функциональная подсистема, таким образом, представляет собой некоторую систему управления, являющуюся подсистемой АСУ, хотя данная подсистема сама может и не относиться к классу АСУ, если решаемая в ней задача не требует применения автоматов.
Выделение в АСУ функциональных подсистем напрямую связано с декомпозицией решаемой в системе задачи управления. Поэтому функциональная часть АСУ представляет собой иерархическую систему, элементами которой являются вложенные друг в друга функциональные подсистемы.
Обеспечивающая часть - это совокупность обеспечивающих подсистем некоторой АСУ, которые выделяются независимо от решаемых в АСУ задач, а в соответствии с каким-либо иным системообразующим фактором. Поэтому обеспечивающие подсистемы не являются системами управления, хотя и может быть произведена их декомпозиция по входимости в различные функциональные подсистемы. Каждая обеспечивающая подсистема называется также обеспечением АСУ.
Принято выделять следующие виды обеспечения АСУ:
1. Информационное обеспечение - это одна или несколько информационных баз, хранящих данные для решения всех задач технологии управления, а также для перепроектирования АСУ.
2. Лингвистическое обеспечение - это система научно-технических терминов и других языковых средств, используемых в АСУ.
Лекция "2 Классификация логических микросхем" также может быть Вам полезна.
3. Техническое обеспечение (или комплекс технических средств - КТС АСУ) - это система всех технических устройств (в первую очередь - автоматов (раздел 1, § 11)), применяемых в АСУ.
4. Математическое обеспечение - это система математических методов и моделей (раздел 1, § 7), используемых в АСУ, а также алгоритмов решения задач технологии управления.
5. Программное обеспечение - это система программ для функционирования всех автоматов КТС АСУ.
6. Организационное обеспечение - это система, элементами которой являются люди или коллективы (службы), входящие в управляющий объект АСУ, а связями - производственные отношения между ними, включающие отношения подчиненности. Таким образом, организационное обеспечение АСУ представляет собой иерархическую организационную систему (раздел 2, § 10).
При необходимомти иногда выделяют и другие виды обеспечения АСУ: алгоритмическое, правовое и т.п.
Разработка функциональной и обеспечивающей частей составляет основу проектирования любой АСУ.
