Иерархическая структура автоматизации.

Общие понятия об АСУ

АСУ — это, как правило, система «человек—машина», призванная обеспечивать автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации процесса управления. В отличие от автоматических систем, где человек полностью ис­ключен из контура управления, АСУ предполагает активное участие человека в контуре управления, который обеспечивает необходимую гибкость и адаптивность АСУ.

Рассмотрим упрощённую структурную схему переработки данных в АСУ (Рис. 2). Цифрами обозначены этапы переработки данных. Из анализа схемы видно, что этапы 1, 2, 3,4, 8, 9 в своем составе могут содержать много операций, которые не требуют твор­ческого участия человека и, следовательно, могут быть выпол­нены техническими средствами. Этапы же 5, 6, 7 требуют творческого подхода к решению поставленных задач, этап 7 вообще не может быть осуществлен без участия человека, так как несет в себе элемент правовой ответственности.

Поэтому следует говорить не о вытеснении человека из контура управления сложными системами, а о рациональном распределении функций управления между человеком и техническими средствами, освобождающем человека от решения рутинных задач и возлагающем на него задачи, решение которых требует творчества.

Объект управления

Сбор текущих данных о состоянии объекта

Первичная обработка данных (сортировка, преобразование и т.п.)

Расчет параметров управляемого объекта с учетом влияния возмущения

Сравнение фактических значений параметров объекта с требуемыми

Исполнение решения органами управления

Расчет возможных вариантов решения задачи управления

Принятие решения (выбор варианта)

Выработка управляющего воздействия

Оценка значений отклонений

Признаки АСУ: Наличие потоков информации, Сложная информационная структура, Сложные алгоритмы переработки информации.

Общие свойства и особенности АСУ: Наличие большого числа взаимодействующих элементов, Система и входящие в нее элементы являются многофункциональными, Взаимодействие элементов может проходить по каналам обмена информацией энергией и материалом, Наличие у всей системы общей цели, Переменность структуры, Часть функций всегда выполняется автоматически, а часть человеком, Высокая степень автоматизации.

Классификация АСУ

В зависимости от роли человека в процессе управления, форм связи и функционирования звена «человек—машина», распределения информационных и управляющих функций между оператором и ЭВМ, между ЭВМ и средствами контроля и управления все системы можно разделить на два класса.

Информационные системы, обеспечивающие сбор и выдачу в удобном для обозрения виде измерительную информацию о ходе технологического или производственного процесса. В результате соответствующих расчетов определяют, какие управляющие воздействия следует произвести, чтобы управляемый процесс протекал наилучшим образом. Выработанная управляющая информация служит рекомендацией оператору, причем основная роль принадлежит человеку, а машина играет вспомогательную роль, выдавая для него необходимую информацию.

Управляющие системы, которые обеспечивают наряду со сбором информации выдачу непосредственно. команд исполнителям или исполнительным механизмам. Управляющие системы работают обычно в реальном масштабе времени, т. е. в темпе технологических или производственных операций. В управляющих системах важнейшая роль принадлежит машине, а человек контролирует и решает наиболее сложные вопросы, которые по тем или иным причинам не могут решить вычислительные средства системы.

Классы структур АСУ.

В сфере промышленного производства с позиций управления можно выделить следующие основные классы структур систем управления: децентрализованную, централизованную, централизованную рассредоточенную и иерархическую.

Децентрализованная структура (Рис. 3, а). Построение системы с такой структурой эффективно при автоматизации технологически независимых объектов управления по материальным, энергетическим, информационным и другим ресурсам. Такая система представляет собой совокупность нескольких независимых систем со своей информационной и алгоритмической базой.

Для выработки управляющего воздействия на каждый объект управления необходима информация о состоянии только этого объекта.

УУ1

УУ2

УУn

ОУ1

ОУ2

ОУn

Централизованная структура (Рис. 3, б) осуществляет реализацию всех процессов уп­равления объектами в едином органе управления, который осуществляет сбор и обработку информации об управляемых объектах и на основе их анализа в соответствии с критериями системы вырабатывает управляющие сигналы.

УУ

ОУ1

ОУ2

ОУn

Централизованная рассредоточенная структура (Рис. 3, в). Основная особенность данной структуры — сохранение принципа централизованного управления, т, е. выработка управляющих воздействий на каждый объект управления на основе информации о состояниях всей совокупности объектов управления. Некоторые функциональные устройства системы управления являются общими для всех каналов системы и с помощью коммутаторов подключаются к индивидуальным устройствам канала, образуя замкнутый контур управления.

Алгоритм управления в этом случае состоит из совокупности взаимосвязанных алгоритмов управления объектами, которые реализуются совокупностью взаимно связанных органов управления. В процессе функционирования каждый управляющий орган производит прием и обработку соответствующей информации, а также выдачу управляющих сигналов на подчиненные объекты. Для реализации функций управления каждый локальный орган по мере необходимости вступает в процесс информационного взаимодействия с другими органами управления. Достоинства такой структуры: снижение требований к производительности и надежности каждого центра обработки и управления без ущерба для качества управления; снижение суммарной про­тяженности каналов связи.

Недостатки системы в следующем: усложнение информацион­ных процессов в системе управления из-за необходимости обмена данными между центрами обработки и управления, а также корректировка хранимой информации; избыточность техниче­ских средств, предназначенных для обработки информации; сложность синхронизации процессов обмена информацией.

УУ1

УУ2

УУn

ОУ1

ОУm

ОУk

УУf

Иерархическая структура (Рис. 3, г). С ростом числа задач управления в сложных системах значительно увеличивается объем переработанной информации и повышается сложность алгоритмов управления. В результате осуществлять управление централизо­ванно невозможно, так как имеет место несоответствие между сложностью управляемого объекта и способностью любого управляющего органа получать и перерабатывать информацию.

УУab

УУef

УУcd

УУtg

УУkl

УУmn

УУws

УУ11

ОУ1

ОУ2

ОУj

ОУp

ОУs

Типы АСУ

Управление производством можно разделить на две области: управление организационно-экономическими процессами и управление технологическими процессами. Эти области различаются характером объектов управления: если в первой области объектом управления являются коллективы людей, занятых в сфере материального производства и обслуживания, то во второй — технологические процессы. Соответственно различают два основных типа АСУ: автоматизированные системы орга­низационно-экономического или административного управления (АСУП); автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП).

Как правило, в АСУП процессы управления весьма инертны. Задержка выдачи управляющих воздействий, обусловленная затратами времени на обработку информации в управляющем устройстве (ЭВМ), мало или совсем не влияет на качество работы. К АСУ ТП относятся такие системы, которым свойственно управление объектами, быстро меняющими свое состояние (управление процессом резания, управление плавкой металла, управле­ние производственным процессом в ГПС и др.).

Иерархическая структура автоматизации.

Структурная модель требований, предъявляемых к автоматизации, похожа на пирамиду, разделенную на несколько уровней (Рис. 4). Она позволяет отчетливо разделить задачи автоматизации и их решения соответствующими системами, т.е.системами, оптимально настроенными на соответствующее задание. При решении задач автоматизации для каждого уровня действуют следующие принципы:

Получение и обработка информации на каждом уровне должны осуществляться независимо, насколько это возможно;

Время обмена информацией между уровнями должно быть как можно меньшим и не критичным по времени;

Интерфейсы должны быть определены физически и по содержанию.

В частности выделяются следующие признаки:

Независимость уровней насколько возможно;

Принятие решений на рабочем месте насколько это возможно;

Сохранение данных по возможности на месте их возникновения;

Предварительная обработка данных на каждом уровне насколько это возможно.

Существенными свойствами такой иерархической системы являются следующие:

Последовательное вертикальное расположение подсистемы, т.е. декомпозиция функций управления.

Приоритет действий, т.е. право вмешательства подсистемы более высокого уровня по отношению к нижним уровням.

Уровни сверху вниз:

Уровень планирования (ERP). На этом уровне осуществляется расчет и анализ финансово – экономических показателей.

Уровень руководства производством (MES). На этом уровне решаются задачи управления качеством продукции, планирования, контроля, управления человеческими ресурсами и т.д.

Уровень руководства (SCADA). На этом уровне решаются задачи оптимизации, диагностики и т.д.

Уровень управления (Control level). На этом уровне располагаются программируемые логические контроллеры (ПЛК) с устройствами связи с объектом (УСО) а так же панели операторов (ПО). Функции уровня: обработка измерительных величин, управление, регулировка, обслуживание и контроль, а также функция защиты.

Полевой уровень (Input / Output). На уровне I/O располагаются датчики и исполнительные механизмы. Функцией самого нижнего уровня является учет параметров состояния и влияния на параметры тех. процесса. Датчики —это конструкционные элементы или приборы, преобразующие физические величины, как давление и температура, или концентрацию химических веществ в электрические сигналы. Исполнительные механизмы — это приводы, насосы, клапаны или захваты.

Уровни SCADA и Control level объединены в уровень HMI – уровень визуализации технологического процесса. В этом заключается его функция.