1. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ 1.1. Автоматические и автоматизированные системы управления
Общая подстановка проблемы создания микропроцессорных средств управления технологическими процессами производства и систем автоматизации любого физического эксперимента требует их структурного анализа и определения возможных уровней автоматизации. Такой анализ позволяет установить перечень типовых задач, решаемых на всех уровнях управления,
Простейшими современными производственными системами являются системы автоматического управления (САУ) процессом, или автономные автоматизированные установки, в том числе установки, ориентированные на выполнение физических экспериментов. САУ работает без участия человека-оператора.
Функциональная схема простейшей САУ приведена на рис. 1.1. Она содержит: УУ - устройство управления; ОУ - объект управления; УіУ2>-~Ут ~ сигналы отклика от объекта управления; х}, х2) ... хп - сигналы управления, вырабатываемые устройством управления.
САУ является простейшим типом автоматизированной системы, работающей без участия оператора - человека. САУ может быть организовано как по замкнутой системе, так и по разомкнутой. При замкну» той системе организации САУ объект управления вырабатывает сигналы отклика, которые служат для коррекции функции управляющего устройства.
При реализации устройств управления могут быть использованы два принципа: принцип схемной логики (ПСЛ) и принцип программируемой логики (ППЛ).
ПСЛ обладает большим быстродействием -- это его достоинство, но ориентирован он на решение только одной задачи - его недостаток. При изменении алгоритма действия автоматизированной уста
новки зачастую требуется замена всей аппаратной части автомата, так как алгоритм его работы определяется логикой работы и последовательностью соединения соответствующих цифровых интегральных микросхем (элементов логики, счетчиков, дешифраторов, регистров и т.д.). Этот принцип называют также принципом жесткой логики.
ППЛ работает по алгоритму, записанному в память системы. При изменении алгоритма работы автомата достаточно заменить микросхему памяти на новую с соответствующей программой или же перепрограммировать имеющуюся. Это - его достоинство. Недостатком является то, что он обладает меньшим быстродействием, чем ПСЛ. ППЛ называют также принципом гибкой логики. Он обладает универсальностью, так как аппаратная часть автомата может быть использована во многих типах автоматизированных систем.
В практических системах управления, в зависимости от сложности их алгоритма работы и схемотехнического решения, может использоваться оба принципа построения УУ
Примером применения САУ могут служить автоматическая регулировка усиления (АРУ), автоматическая подстройка частоты приемной аппаратуры (АПЧ) и т.д. САУ требует минимальный объем памяти и относится к простейшим системам управления. В САУ могут применяться простейшие контроллеры с малым объемом памяти, специализированные МП, а также цифровые и программные автоматы.
Сложные автоматизированные системы, в работе которых могут появляться несанкционированные ситуации, требующие вмешательство оператора (человека), называются автоматизированными системами управления - АСУ. Упрощенная функциональная схема АСУ приведена на рис 1.2, а. Обязательным атрибутом АСУ является пульт оператора.Функциональная схема АСУ (а) и АСУ с ЛПУ (б)
Дальнейшее усложнение АСУ привело к введению в контур управления локальной подсистемы управления (ЛПУ). ЛПУ физически может располагаться как в УУ, так и ПО (рис. 1.2, б). Вектор входных сигналов у определяется не только объектом управления, но и оператором, а исполнительные сигналы х как воздействуют на объект, так и обеспечивают информацией оператора.
Создание АСУ технологическими процессами и группой объектов привело к появлению двухуровневых структур (рис. 1.3). Если ЛПУ содержит достаточно большой объем памяти, а обработка информации в нем осуществляется цифровым автоматом или МПУ, то данная АСУ называется двухуровневым. АСУ, где управление осуществляется непосредственно УУ или же ЛПУ с небольшой памятью, называется одноуровневой системой и этот уровень называется первым уровнем (нижним уровнем) управления.
Рис. КЗ. Двухуровневая автоматизированная система управления
В случае 2-х уровневого управления оператор участвует, в общем случае, как на верхнем так и на нижнем уровнях (связь компьютера с нижним уровнем осуществляется через магистральную шину - МШ). Чем больше емкость памяти нижнего уровня, тем большую часть времени управления он работает как автономная система, независимая от верхнего уровня. При отказе верхнего уровня система продолжает функционировать как независимая одноуровневая система.
Сбои в каналах связи между уровнями выявляются средствами программного контроля как верхнего, так и нижнего уровней. В память нижнего уровня записывается и принимается к исполнению лишь проверенная, достоверная управляющая программа. 2-х уровне-вые АСУ ТП (автоматизированная система управления технологическими процессами) вводят в эксплуатацию «снизу верх», что позволяет добиться постепенного ввода в действие дорогостоящей производственной системы по мере ее готовности.