- •1. Введение: предпосылки создания аиус. Эволюция систем автоматизации
- •1.1. Эволюция систем автоматизации
- •1.2. Цели и задачи курса
- •2. Автоматизированные информационно – управляющие системы
- •2.1 Общие понятия
- •2.2 Иерархия автоматизированных информационно – управляющих систем
- •Асутп. Определения и функции
- •Классификация аиус
- •Разновидности аиус по характеру объекта управления (оу)
- •2.4.1.1. Объекты с непрерывным характером процесса
- •2.4.1.2. Объекты управления с дискретным характером процесса
- •2.4.5.2 Асутп с цсои, выполняющим информационные функции
- •2.4.5.3. Асутп с цсои, выполняющим управляемые функции в режиме советника
- •2.4.5.4. Асутп с цсои, выполняющим супервизорное управление
- •2.4.5.5. Асутп с цсои, выполняющим непосредственное управление
- •2.5. Системы автоматического управления на основе цифровых средств обработки информации (цсои)
- •2.6 Требования к аиус. Состав обеспечивающих подсистем аиус. Этапы создания аиус
- •3. Математическое обеспечение аиус
- •3.1 Математическая модель. Общие понятия о математической модели
- •3.2 Понятия об идентификации объекта управления
- •3.2.1. Параметрическая идентификация
- •3.2.2. Полная идентификация
- •Разработка моделей динамических процессов обобщенным экспериментальным методом (методом Калмана)
- •Проведение эксперимента. (этап 1)
- •Выбор модели. (этап 2)
- •Группировка данных. (этап 3)
- •Вычисление коэффициентов а0 и в0. (этап 4)
- •Проверка полученной математической модели на адекватность (этап 5)
- •Выбор модели объекта в виде разностного уравнения более высокого порядка. (Этап 6)
- •Разработка неформальных математических моделей
- •4. Алгоритмическое обеспечение аиус
- •Общие вопросы алгоритмизации
- •4.2. Алгоритмы сбора, первичной обработки данных и контроля состояния объекта
- •4.3. Алгоритмы плу
- •4.4 Алгоритмы цифрового двухпозиционного регулирования
- •4.5 Алгоритмы цифрового регулирования по рассогласованию
- •4.6 Алгоритм оптимального управления
- •4.6.1 Общие сведения о методах оптимизации
- •4.6.2 Построение линейной операционной модели для решения задач оперативного планирования производства
- •4.6.3. Сведения о решении задачи линейного программирования
- •4.6.4. Алгоритм симплексного метода
- •4.6.5 Пример поиска оптимального плана
- •4.7 Алгоритм календарного планирования и оперативное управление в аиус
- •4.7.1 Дискретное производство и планирование производственных процессов
- •4.7.2 Математическое моделирование и методы планирования дискретного производства
- •4.7.3 Математическая постановка задачи оперативного календарного планирования
- •4.7.3.1. Формализация характеристик технологических операций
- •4.7.3.2. Математическая постановка задачи оперативно-календарного планирования
- •4.7.3.3. Пример: построения оптимального двухоперационного плана (календарного плана)
1. Введение: предпосылки создания аиус. Эволюция систем автоматизации
Современный этап развития производства характеризуется тем, что владельцы того или иного производственного объекта стараются добиться максимально высоких эксплуатационных характеристик технологического оборудования (максимизации производительности оборудования, снижения себестоимости и минимизации бракованных изделий). Достижение этих характеристик возможно только при условии наличия эффективных систем управления техническим или производственным объектом. Повышение эффективности систем управления возможно лишь при использовании, во – первых, современных методов и алгоритмов управления, а во – вторых, при использовании цифровых средств обработки информации (ЦСОИ). Такие системы, причём с участием человека в контуре управления называются автоматизированными информационно – управляющими системами (АИУС). Схема взаимодействия ЦСОИ, оператора и объекта управления приведена на рис.1.1.
Рис.1.1. Структура АТК.
Обозначения:
АИУС — автоматизированная информационно – управляющая система;
ТО (ПО) — техническое (производственное) оборудование;
ЦСОИ — цифровое средство обработки информации;
АТК – автоматизированный технологический (производственный) процесс.
1.1. Эволюция систем автоматизации
Рассмотрим в качестве объекта управления помещение, в котором необходимо поддерживать температуру в заданных пределах.
I этап: Создание производственного или технического объекта обуславливала необходимость решения и задач управления этим объектом. Первоначально эту задачу полностью решал человек (рис. 1.1.1). При этом он выполнял следующие функции:
Рис.1.1.1 Схема управления системой отопления помещения.
-
Получение информации о состоянии объекта.
-
Анализ информации о фактическом состоянии объекта и требуемом состоянии объекта, и принятие решения по управлению объектом.
-
Оказание управляющего воздействия на объект.
II этап: Для получения более объективной и качественной информации о состоянии объекта стали создаваться всевозможные датчики и преобразователи, которые позволяли без участия человека реализовать 1-ю функцию.
III этап: Для облегчения выполнения 3-й функции или для полного устранения человека при реализации 3-й функции, стали создаваться всевозможные исполнительные устройства и механизмы различных типов.
IV этап: Характеризуется тем, что стали создаваться локальные автоматические регуляторы (ЛАР) или локальные устройства программного управления (ЛУПУ), которые позволили либо поддерживать параметры в заданных пределах либо реализовывать требуемую последовательность изменения состояния объектов.
Рис.1.1.2 АСУ ТП с использованием ЛСУ.
Обозначения:
ТА — технологический агрегат;
ЛСУ — локальная система управления;
ЦСУ — центральная система управления;
V этап: Поскольку создавались более сложные технологические объекты или технологические процессы, которые часто связывались в технологическую цепочку, то потребовалось кроме ЛСУ, создания, так называемых, централизованных систем управления (ЦСУ) или систем управления верхнего уровня (рис.1.1.2).
Первоначально в ЦСУ использовались машины централизованного контроля и регулирования (МЦКР). Для таких систем характерно то, что реализуется ограниченный набор функций управления (централизованный контроль, централизованная регистрация и отображение ряда параметров комплекса).
VI этап: Для обеспечения управления сложными производственными объектами с использованием современных методов управления стали применять ЦСОИ, которые способны реализовывать современные методы управления совместно с персоналом (оператором, технологом). Всё это в комплексе получило название АИУС.