Структура и алгоритмическое обеспечение систем управления

Структура систем управления

Производственные автоматические системы управления технологическим процессом строятся, как правило, по трехуровневому принципу:

1. Нижний уровень автоматической системы управления представляет собой совокупность исполнительных механизмов и разнообразных сенсоров (датчиков).
2. Средний уровень автоматической системы управления состоит из программируемых логических контроллеров. На данном уровне принимаются полевые данные и выдаются команды управления на нижний уровень системы. Управление в программируемых логических контроллерах осуществляется по разработанному алгоритму, исполняемому циклически: прием данных - обработка - выдача управляющих команд.
3. Верхний уровень. Верхний уровень автоматической системы управления представляет собой уровень визуализации, мониторинга и сбора данных. В работе данного уровня задействован оператор. В том случае, когда им осуществляется контроль локального агрегата, то используется человеко-машинный интерфейс. Если оператором осуществляется контроль за распределенной системой машин, то для обозначения диспетчерской системы применяется термин SCADA. В данных случаях верхний уровень автоматической системы управления обеспечивает сбор и архивацию данных о контроллерах, их визуализацию. При получении данных система сравнивает их с граничными параметрами и в случае выхода за границы уведомляет оператора. У оператора имеется возможность полной или частичной остановки технологического процесса или изменения режима работы агрегатов.

Одним из самых важных элементов автоматической системы управления являются сети, по которым передаются команды управления и данные. Во многих случаях средний и нижний уровни системы объединяются полевой шиной, которая представляет собой сеть с гарантированным временем доставки пакетов, что позволяет создать распределенную систему управления.

Алгоритмическое обеспечение системы управления. Алгоритмы первичной обработки данных. Основные операции вторичной обработки данных.

Все алгоритмы делятся на следующие группы:

1. Алгоритмы первичной обработки данных: фильтрация, учет нелинейности характеристики.
2. Алгоритмы определения показателей процесса или алгоритмы вторичной обработки данных: определение средних и интегральных значений, определение скорости, прогнозирования и т.п.
3. Алгоритмы контроля.
4. Алгоритмы цифрового регулирования и оптимального управления.
5. Алгоритмы логического управления.
6. Алгоритмы расчета технико-экономических показателей.

Первичная обработка информации состоит из фильтрации полезного сигнала, проверки достоверности информации, аналитической градуировки датчиков, учета динамических связей, экстраполяции и интерполяции. Фильтрация заключается в выделении полезного сигнала измерительной информации из его суммы с помехой. В зависимости от помех выделяются полосовые фильтры, фильтры низких частот, режекторные фильтры, которые не пропускают сигналы определенной частоты и высокочастотные фильтры. Недостоверность данных проявляется при отказе информационно-измерительных каналов. Отказы могут быть частичные или полные. Полный отказ появляется в случае повреждения линии связи или выхода из строя измерительного преобразователя. В случае частичного отказа работоспособность сохраняется, но увеличивается погрешность измерения. К алгоритмам, которые обнаруживают полные отказы относятся: алгоритм допускового контроля параметров, алгоритм, основанный на определении скорости изменения определенного параметра, алгоритм аппаратного резервирования, уравнения материального баланса. Под аналитической градуировкой датчиков понимается определение измеряемой величины, которая снимается с датчиков. Самым распространенным методом аналитической градуировки является аппроксимация при помощи степенных полиномов.

Основными операциями вторичной обработки данных являются: прогнозирование значений величин; определение статических характеристик; определение скорости изменения величин; косвенное измерение.