Чему вы должны научиться, изучив главу I

• Освоить программное управление одним из учебных графических исполнителей.

• Составлять линейные программы.

• Составлять циклические программы.

• Составлять программы, содержащие ветвления.

• Описывать и использовать вспомогательные алгоритмы (подпрограммы).

• Применять метод последовательной детализации.

Автоматизированные и автоматические системы управления

Основные темы параграфа:

■ что такое АСУ и что такое САУ;

■ простые автоматы;

■ ЦАП-АЦП-преобразование;

■ схема САУ;

■ управление в режиме реального времени;

■ контроллеры и микропроцессоры в САУ.

Что такое АСУ и что такое САУ

Компьютеры помогают решать задачи управления в самых разных масштабах: от управления станком или транспортным средством до управления производственным процессом на предприятии или даже целой отраслью экономики государства.

Конечно, поручать компьютеру полностью, без участия человека, руководить предприятием или отраслью экономики сложно, да и небезопасно. Для управления в таком масштабе создаются компьютерные системы, которые называются автоматизированными системами управления (АСУ). Такие системы работают вместе с человеком.

В АСУ используются самые современные средства информационных технологий: базы данных и экспертные системы, методы математического моделирования, машинная графика и пр.

С распространением персональных компьютеров технической основой АСУ стали компьютерные сети. В рамках одного предприятия это локальные компьютерные сети. Автоматизированные системы управления, работающие в масштабах отрасли, в государственных масштабах, используют глобальные компьютерные сети.

Другим вариантом применения компьютеров в управлении являются системы автоматического управления (САУ). Объектами управления в этом случае чаще всего выступают технические устройства (станок, ракета, химический реактор, ускоритель элементарных частиц).

Простые автоматы

Устройства автоматического управления стали создаваться задолго до появления первых ЭВМ. Как правило, они основаны на использовании каких-либо физических явлений. Например, автоматический регулятор уровня воды в баке основан на выталкивающем действии воды на поплавок регулятора; автоматические предохранители в электрических сетях основаны на тепловом действии электрического тока; система автоматического регулирования освещенности в помещении использует явление фотоэффекта. Существуют и более сложные примеры бескомпьютерного автоматического управления.

Преимущество компьютерных систем автоматического управления перед такими устройствами — в их большей «интеллектуальности», в возможности осуществлять более сложное управление, чем простые автоматы.

ЦАП—АЦП-преобразование

Рассмотрим ситуацию, в которой объектом управления является техническое устройство (лабораторная установка, бытовая техника, транспортное средство или промышленное оборудование), а управляющим объектом — система автоматического управления.

Компьютер работает с двоичной информацией, помещенной в его память. Управляющая команда, выработанная программой, в компьютере имеет форму двоичного кода. Чтобы она превратилась в физическое воздействие на управляемый объект, необходимо преобразование этого кода в электрический сигнал, который приведет в движение «рычаги» управления объектом. Такое преобразование из двоичного кода в электрический сигнал называют цифро-аналоговым преобразованием. Выполняющий такое преобразование прибор называется ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь).

Приборы, которые дают информацию о состоянии объекта управления, называются датчиками. Они могут показывать, например, температуру, давление, деформации, напряженности полей и пр. Эти данные необходимо передать компьютеру по линиям обратной связи. Если показания датчиков имеют аналоговую форму (электрический ток или потенциал), то они должны быть преобразованы в двоичную цифровую форму. Такое преобразование называется аналого-цифровым, а прибор, его выполняющий, — АЦП (аналого- цифровой преобразователь)* (* О ЦАП- и АЦП-преобразованиях речь уже шла в учебнике для 7 класса.).

Схема САУ

Все сказанное отражается в схеме, приведенной на рис. 1.15. Такая система работает автоматически, без участия человека.