АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Электромеханические системы автоматизации и электропривод.1996-

Читайте также:
  1. A) на этапе разработки концепций системы и защиты
  2. L.1.1. Однокомпонентные системы.
  3. L.1.2.Многокомпонентные системы (растворы).
  4. V1: Экосистемы. Экология сообществ.
  5. V2: Женская половая система. Особенности женской половой системы новорожденной. Промежность.
  6. V2: Мужская половая система. Особенности мужской половой системы новорожденного.
  7. а занятие Центральные органы эндокринной системы
  8. А) Обычные средства (системы) поражения
  9. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ОРГАНОВ ЮСТИЦИИ
  10. Анализ реализации функций системы самоменеджмента на предприятии (на примере ООО «ХХХ»)
  11. Анализ текущей ситуации – предпосылки создания системы повышения финансовой грамотности
  12. Анализ эволюционных процессов семейной системы (семейная история, семейный мир, семейная легенда, семейный сценарий, жизненный цикл семьи).

Л Е К Ц И Я 1

Предмет и содержание курса

Названия специальности:

Электропривод и автоматизация промышленных установок.1958-1990

Электропривод промышленных установок и технологических комплексов.1991-1995

Электромеханические системы автоматизации и электропривод.1996-

Охватываемая область: технологические процессы и объекты, связанные с изменением формы продукта и транспортировкой, – т.е. имеются потоки энергии с преобразованием электрической в механическую с помощью электродвигателей.

Решаемая задача – замена ручного труда - механическим (механизация процесса) и снижение количества функций человека в процессе управления (автоматизация процесса).

 

Система, состоящая из управляемого объекта и автоматического управляющего устройства, взаимодействующих между собой в соответствии с алгоритмом управления, называется системой автоматического управления.

Если управляющее воздействие вырабатывается с участием человека, то такое управление называется полуавтоматическим, а система автоматизированной.

 

Цифровой системой управления называется такая система, в которой информация о величинах, характеризующих процесс управления выражается в цифровой форме.

Аналоговой системой управления называется такая система, в которой информация о величинах, характеризующих процесс управления выражается в форме непрерывных физических величин (ток, напряжение).

Дискретной системой управления называется такая система, в которой информация о величинах, характеризующих процесс управления выражается в форме дискретных по уровню и по времени сигналов.

Эти все определения даны относительно формы представления информации о управляемых величинах, т.е. по обратной связи. В свою очередь по форме представления управляющего сигнала сиcтемы также могут быть цифровыми, аналоговыми и дискретными.

 

[Теория автоматического управления и регулирования. Зайцев Г.Ф. «Вища школа», 1975, 424 с. C. 9].

 

Таким образом, курс «Цифровые системы управления и автоматизации» тесно связан с такой наукой как КИБЕРНЕТИКА.

КИБЕРНЕТИКА (от греч. kybernetike — искусство управления), наука об управлении, связи и переработке информации. Основной объект исследования — т. н. кибернетические системы, рассматриваемые абстрактно, вне зависимости от их материальной природы. Примеры кибернетических систем — автоматические регуляторы в технике, ЭВМ, человеческий мозг, биологические популяции, человеческое общество. Каждая такая система представляет собой множество взаимосвязанных объектов (элементов системы), способных воспринимать, запоминать и перерабатывать информацию, а также обмениваться ею.

 

ЦСУА 1.2

Современная кибернетика состоит из ряда разделов, представляющих собой самостоятельные научные направления. Теоретическое ядро кибернетики составляют информации теория, теория алгоритмов, теория автоматов, исследование операций, теория оптимального управления, теория распознавания образов. Кибернетика разрабатывает общие принципы создания систем управления и систем для автоматизации умственного труда. Основные технические средства для решения задач кибернетики — ЭВМ. Поэтому возникновение кибернетики как самостоятельной науки (Н. Винер, 1948) связано с созданием в 40-х гг. 20 в. этих машин, а развитие кибернетики в теоретических и практических аспектах — с прогрессом электронной вычислительной техники.

К сожалению, в Советском Союзе в период ее возникновения на Западе было очень негативное отношение:

КИБЕРНЕТИКА – реакционная лженаука, возникшая в США после второй мировой войны и получившая широкое распространение в других капиталистических странах; форма современного механицизма... Эта механистическая метафизическая лженаука отлично уживается с идеализмом в философии, психологии, социологии. Поджигатели новой мировой войны используют кибернетику в своих грязных практических делах.

Краткий философский словарь под ред. М.М.Розенталя

Госполитиздат, 1954 г.

Такой подход привел сначала к полному подавлению всех исследований в этой области, а затем к недостаточному вниманию, уделявшемуся развитию вычислительной техники и внедрению в промышленность, науку и сферу управления. Это вылилось к качественному отставанию СССР, а после 1991 года России и Украины в проведении самостоятельных разработок в области вычислительной техники в целом и персональных компьютеров в частности. На сегодняшний день все страны СНГ являются крупнейшими в мире импортерами техники и технологии в указанных отраслях.

Однако, осознавая полное отставание отечественной науки и технологии в области проектирования и производства средств вычислительной техники, следует учесть, что в стоимости систем управления крупными технологическими объектами, поставляемых западными фирмами (например, Siemens) структура составляющих выглядит примерно следующим образом:

1. Аппаратные средства 15 –25 %

2. Базовое программное обеспечение 15 – 20 %

3. Прикладное программное обеспечение 20 – 30 %

4. Услуги по анализу процессов, наладке и

сопровождению системы (инжиниринг) 30-35 %

ИНЖИНИРИНГ (англ. engineering, от лат. ingenium — изобретательность; выдумка; знания), одна из форм международных коммерческих связей в сфере науки и техники, основное направление которой — предоставление услуг по доведению научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок до стадии производства.

Таким образом, основная доля затрат ложится именно на прикладное программное обеспечение, и услуги по разработке и внедрению. Именно эти задачи целесообразно решать силами квалифицированных отечественных специалистов, закупая зарубежную вычислительную технику как компоненты для создания системы.

Чтобы справиться с этой задачей, надо представлять, каким образом производится анализ технологического процесса, подлежащего автоматизации, формализация задач управления. Важной составной частью разработки системы управления

 

ЦСУА 1.3

является оценка требуемого быстродействия и объемов потоков передаваемой информации. И, наконец, современных средств проектирования, ускоряющих сроки разработки в десятки раз. Все эти моменты на простейших примерах будут затронуты в рамках настоящего курса. В качестве аппаратных средств, на которых будут проводиться практические занятия, будут использованы современные промышленные контроллеры, совместимые с персональными компьютерами, так называемые Micro-PC, производства американской фирмы Octagon.

Надо понимать, что сама по себе вычислительная техника не решает задачи управления и выбираемые средства должны быть адекватны поставленной цели. Без надлежащего структурирования задачи, тщательного планирования и выбора компонентов автоматизация может не только не улучшить, а даже ухудшить результаты технологического процесса. Примером является попытка создания блюминга-автомата на комбинате Криворожсталь в конце 60-х, начале 70-х годов 20 века. Помимо нестабильной работы, производительность блюминга в автоматическом режиме оказалась ниже, чем при ручном управлении.

Если обратиться к истории, то первым примером практического применения управляющей ЭВМ является компьютер RWS300, выполненный в 1959 году на электронных лампах. В городе Порт-Артур он реализовывал управление температурой, давлением и расходами на нефтеперерабатывающем заводе фирмы «Texaco». Время сложения составляло 1 мс, умножения 20 мс, среднее время наработки на отказ составляло десятки часов. Разработчиком компьютера являлась фирма Thomson Ramo Wooldridge.

При низком быстродействии технических средств управления оказались неприемлимы классические подходы, используемые при синтезе аналоговых регуляторов. Поэтому в 60-70-е годы бурно развиваются разделы дискретной теории автоматического управления, в которой синтез регуляторов осуществляется с учетом дискретного представления информации (дискретизация по уровню) и конечного интервала времени в выдаче управляющих воздействий (дискретизация по времени).

Впервые принцип прямого цифрового управления (т. е. без использования аналоговых технических средств) был сформулирован английской компанией ICI (Imperial Chemical Industries) в 1962 году.

Изобретение в 60-х годах транзистора дало заметный толчок развитию компьютерных приложений. Стоимость единицы вычислительной мощности компьютера на транзисторной элементной базе была на порядок ниже, чем для ламповых ЭВМ, хотя стоимость транзисторных мини-компьютеров все равно оставалась на уровне сотен тысяч долларов. Однако миниатюризация компьютеров позволила размещать их вблизи от производственных помещений, и они стали все шире использоваться для автоматизации технологических процессов и на испытательных стендах.

Одновременное воздействие трех факторов – совершенствование технической базы компьютеров, развитие теории управления и экономическая целесообразность применения средств ВТ в управлении процессами привели к быстрому росту парка управляющих ЭВМ.

Появившиеся в середине 70-х годов мощные одноплатные компьютеры вывели аппаратную часть систем управления на современный уровень, когда можно подобрать процессор достаточной мощности для решения практически любой задачи.

Однако сама по себе вычислительная мощность процессора является необходимым, но не достаточным условием для успешного решения поставленной задачи. Бортовая ЭВМ первой лунной экспедиции Appolo-11 (1969 год имела только 64 К байт оперативной памяти, без дисковых накопителей). Сегодня такую ЭВМ никто не примет всерьез, но если вспомнить результат, достигнутый с применением этой ЭВМ, то напрашивается очевидный

 

ЦСУА 1.4

вывод о том, что главным фактором является правильная постановка задачи и целей процесса управления.

Системы цифрового управления представляют собой не просто новый способ применения стандартных решений, но новую технологию, обладающую большой гибкостью и новыми возможностями. Понимание природы процесса, динамических свойств системы, знание теории управления и умение работать с потоками информации, вот главные составляющие для достижения успешного результата при создании таких систем. Границы между компетенцией инженеров-электронщиков, программистов, прикладных специалистов и пользователей в настоящее время постоянно размываются. Нельзя рассматривать сложную систему только с одной точки зрения, а решения принимать, опираясь на знания специалистов только одной области. Чтобы понять или создать сложную систему, состоящую из множества взаимодействующих частей необходим специальный комплексный подход.

 

В связи с тем, что в рамках курса часто будут использоваться термины система, процесс, приведем их определения:

ПРОЦЕСС (от лат. processus — продвижение),

1) последовательная смена явлений, состояний в развитии чего-нибудь.

2) Совокупность последовательных действий для достижения какого-либо результата (напр., производственный процесс).

 

Согласно немецкому техническому стандарту DIN 66201 процесс – “комбинация связанных событий в системе, в результате которых изменяются, перемещаются или накапливаются материя, энергия и информация». Разница между физическим и техническим процессами заключается в том, что физический процесс не обязательно должен управляться извне, а технический процесс включает обработку информации для достижения заданной целевой функции. Т.Е. любой процесс характеризуется входом и выходом в виде

- материальных компонентов;

- энергии;

- информации.

СИСТЕМА (от греч. sysntema — целое, составленное из частей; соединение), множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, образующих определенную целостность, единство. Выделяют материальные и абстрактные системы. Первые разделяются на системы неорганической природы (физические, геологические, химические и др.) и живые системы (простейшие биологические системы, организмы, популяции, виды, экосистемы); особый класс материальных живых систем — социальные системы (от простейших социальных объединений до социально-экономической структуры общества). Абстрактные системы — понятия, гипотезы, теории, научные знания о системах, лингвистические (языковые), формализованные, логические системы и др.

Компьютер это система, основными функциональными элементами которой являются процессор, память и переферийные устройства. Взятые порознь они не могут найти применения. Но если их объединить вместе и добавить программное обеспечение, то получится система, которую можно применить для решения множества задач.

 

ЦСУА 1.5

Если на компьютере вести бухгалтерский учет, или готовить документы, то

мы получим следующую структуру:

 

 

информация компьютер информация

       
   


ввод вывод

 

 

Если мы включаем компьютер в систему управления, то структура получается следующая:

 

Аналоговые цифровые

Сигналы сигналы

       
   

Датчики и АЦП и ЦАП инттерфейс

 


исполнительные

 
 


механизмы цифровые сигналы

               
   
 
   
 
   
 
 

 


сеть передачи

данных или

системная шина

 

 

физический/техническицй управляющая

процесс ЭВМ

 

Физический процесс контролируется с помощью датчиков, т.е. устройств преобразующих физические параметры процесса (температуру, давление..) в электрические величины (сопротивление, ток, напряжение). Непосредственное влияние на процесс осуществляется с помощью исполнительных механизмов. Последние преобразовывают электрические сигналы в физические воздействия, главным образом перемещение и вращение (ЭЛЕКТРОПРИВОД!!), которые обеспечивают перемещение объектов, открытие/закрытие заслонок и т.д. Примером исполнительных механизмов могут служить сервомоторы, гидроклапаны и пневматические позиционирующие устройства.

Цифровые системы работают только с информацией, представленной в цифровой форме, поэтому полученные в результате измерений электрические аналоговые величины необходимо обработать с помощью АЦП.

Информация от удаленных объектов через каналы связи поступает к управляющему компьютеру, который:

- обрабатывает все поступающие от физического процесса данные;

- принимает решения в соответствии с алгоритмами обработки;

- выдает управляющие воздействия;

- обменивается информацией с человеком-оператором и реагирует на его команды.

Принципиальным отличием функционирования схемы 2 от схемы 1 является необходимость обработки входных данных и выдачи управляющих воздействий с частотой, соответствующей изменению параметров физического процесса. Поэтому говорят, что управляющие компьютеры должны работать в режиме РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ (Real-time mode).

ЦСУА 1.6

Литература

 

Перечень рекомендованной литературы

 

1. Денисенко В.В. Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием.-М.:Горячая линия. Телеком, 2009-608 с.

2. Густав Олссон, Джангудио Пиани

Цифровые системы автоматизации и управления.- СПб: Невский Диалект, 2001.- 557 с, 1994. – 450 с.

3. Программируемые контроллеры: руководство для инженера/ Э.Парр; пер. 3-го англ. Изд.-М.:БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007.-516 с.

4. Парк Дж., Маккей С, Райт Э. Передача данных в системах контроля и управления: практическое руководство / Дж. Парк, С. Маккей, Э. Райт; [перевод с англ. В.В. Савельева]. - М.: ООО «Группа ИДТ», 2007. - 480 с: ил., табл

5. http://www.siemens.com

6. www.advantech.com

7. www.octagonsystems.com


Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.011 сек.)