Лекція 2. Автоматизовані системи управління технологічними процесами

Виробничі автоматизовані системи управління (СУ) бувають двох типів:

1. організаційні СУ документообігом (АСУ)

2. технічні СУ технологічним обладнанням (АСУТП)

В АСУТП об’єктом управління є технологічний об’єкт, а системою управління – комплекс технічних засобів (на відміну від АСУ6 людина-документ)

В залежності від складності задач, що вирішують системи АСУТП бувають:

1. одно процесорні та багатопроцесорні;

2. одно рівневі та багаторівневі (ієрархічні);

Узагальнена структурна схема ієрархічної АСУТП наведена на рис.2.1.

Рис.2.1. Узагальнена структурна схема ієрархічної АСУТП

Локальні системи управління часто виконуються у вигляді вбудованих СУ.

Вбудовані СУ – такі системи, в яких в одному корпусі (разом з обладнанням) інтегровані такі моделі: сенсори, пристрій управління, силовий перетворювач, робочий орган механізму, система переривань та інтерфейс на система.

Задачі локальних систем управління поділяються на два класи:

1. управління подіями в реальному часі;

2. управління потоками даних.

Для першого типу задач використовуються системи реального часу, де здійснюється швидка реакція мікропроцесорної системи на зміну зовнішніх умов (спрацьовування сенсорів, зміна параметрів: системи управління приводами, енергоустаткуванням, роботами). Для реалізації алгоритмів управління необхідний невеликий обсяг постійної і великий обсяг оперативної пам’яті.

Для другого типу задач використовуються системи управління базами даних (системи підтримки комп’ютерної мережі, СУ літаками, потягами, СУ обробки відеоінформації). Для реалізації алгоритмів управління необхідний невеликий обсяг постійної і великий обсяг оперативної пам’яті.

Для задач першого типу, які є найбільш актуальними для управління технологічними процесами в житлово-комунальному господарстві, користуються такою мікропроцесорною технікою:

1. 8-бітні багатокристальні мікроконтролери 80-серії Кр580, Intel 8080;

2. 8-бітні однокристальні мікроконтролери 1816BE51, Intel MCSR-51, MCSR-251;

3. 16-розрядні мікроконтролери для управління в реальному часі: Intel MCSR-96, 196, 296;

4. вбудовані 16, 32 – розрядні мікропроцесори PC-подібної архітектури: 80С186, 486DХ;

5. високопродуктивні RISC – процесори (і960) локальні СУ.

Лекції 3-4. Елементи загальної теорії систем

Визначення систем:

1. Система – сукупність деяких об’єктів та зв’язків між ними (визначення сформулював біолог Берталампфі у 1920р.)

2. Система – сукупність взаємопов’язаних елементів, що розглядається як єдина структура, має певні властивості та розвивається за деякими законами.

3. Система-формальний взаємозв’язок між ознаками, що спостерігаються, і властивостями (М.Месарович).

4. Системою називається деяка власна підмножина власних висловлювань (вербальне визначення системи за М.Месаровичем).

5. Визначення системи в теорії множин (М. Месарович)

Загальною системою називається відношення на непустих (абстрактних) множинах

S {V_i : і є І} , де

• – декартовий добуток;

І – множина індексів;

V_i – об’єкт системи (властивості або стани).

Якщо І скінчена, тоді система представляється у вигляді :

S V₁ V₂ V₃ ……. V_n

Визначення «чорної скриньки».

Нехай І _х І (І _х - підмножина І) та І_Y утворюють розбиття множини І, тобто нехай І _х ∩ І _у= ø та І _х І_Y = І , тоді:

множина Х = { V _i : і є І_x } – вхідний об’єкт

множина Y = { V _i : і є І_Y} – вихідний об’єкт системи.

Тоді система S визначається відношенням:

S X Y

Такі системи називаються системами «вхід-вихід» або «чорними скриньками».

Для нас неважливі процеси, що проходять усередині системи, ми розглядаємо її як об’єкт, що має деякі входи і деякі виходи, ігноруючи внутрішню структуру.

Приклад: Прикладом системи «чорна скринька» може служити S – деяка мікросхема, що має один вхід і один вихід:

Х ={0,1}

Y ={0,1}

X Y= {00,01,10,11}

_{Error: Reference source not found}

Системи поділяються на 2 класи.

1. Функціональні (системи однозначної відповідності).

де f – функція, яка кожному елементу множини Х за деяким законом ставить у відповідність один і тільки один елемент множини Y.

2. Динамічні системи.

Визначення М.Месаровича:

Система S X Y називається динамічною тоді і тільки тоді, коли знайдуться два таких сімейства відображень

та

таких, що:

1. сімейство узгоджується з S, тобто є сімейством реакції цієї системи.

2. усі функції з сімейства задовольняють таким умовам:

де - сімейство функцій переходів станів.

При визначенні динамічної системи існують 3 основні кроки:

1. Задаються X,Y,Z, де

X – простір входів;

Y – простір виходів;

Z – простір станів.

Система в любий час знаходиться в деякому стані (властивість системи):

2. Задається ; функція переходів з одного стану в інший :

Таким чином, наступний стан залежить від попереднього та вхідного сигналу.

3. Задається функція виходів :

Таким чином, вихідний сигнал залежить від стану системи та вхідного сигналу.

Приклад динамічної системи – система регулювання рівня води (система з гістерезісом) наведена на рис.3.1.

Рис.3.1. Система регулювання рівня води

В стані L₂ можливі два значення виходу – тобто наведена залежність між сигналом управління і рівнем води не є функцією, а, навпаки, являє собою приклад найпростішої динамічної системи.