Лекция 2 ТСАУ по шаблону

1.

Для служебного пользования
(п. 85 Перечня сведений ВС)
Экз.№ 1
Дисциплина: «Технические средства
автоматизации и управления»
Лекция № 2
Типовая структура систем автоматизации и управления
Руководитель занятия: начальник кафедры, к.т.н.,
доцент Кабанович С.Г.

2.

Учебные цели:
1. Уяснить содержание управления процессами и системами в
реальном времени.
2. Обосновать и разъяснить особенности систем цифрового
управления.
Учебные вопросы:
1. Общая структура систем автоматизации и управления.
2. Особенности систем цифрового управления.
Литература:
1.Кабанович
С.Г.,
Джелаухян
А.Ю.
«Технические
средства
автоматизации и управления». Учебное пособие. Серпухов. 2020. Раздел
«Типовая структура систем автоматизации и управления».

3.

Учебный вопрос № 1
Общая структура систем автоматизации и
управления.

4.

4
Общая структура систем автоматизации и управления
аналоговые
сигналы
Датчики и
Исполнительные
механизмы
цифровые
сигналы
АЦП и ЦАП
Сетевой
интерфейс
цифровые сигналы
Сеть передачи
данных или
системная шина
физический/
технический
процесс
Управляющая
ЭВМ
Рис.2.1 Типовая структура системы цифрового
управления процессом

5.

5
Общая структура систем автоматизации и управления
Датчики - устройства преобразующие физические параметры процесса
(температуру, давление или координаты) в электрические
величины,
которые
можно
непосредственно
измерить
(сопротивление, ток или разность потенциалов).
Примеры датчиков: термисторы (датчики температуры),
концевые выключатели, ультразвуковые микрофонные зонды.
Исполнительные механизмы - преобразуют электрические сигналы в
физические
воздействия,
главным
образом
движение,
перемещение и вращение.
Примеры
исполнительных
механизмов:
сервомоторы,
гидроклапаны, пневматические позиционирующие устройства .
ЗАДАЧИ центрального управляющего компьютера:
•интерпретирует все поступающие от физического процесса данные; 1
•принимает решения в соответствии с алгоритмами программ
обработки; 2
•посылает управляющие сигналы; 3
•обменивается информацией с человеком-оператором и реагирует на его
команды. 4

6.

6
Общая структура систем автоматизации и управления
внешняя среда
оператор
компьютер,
работающий в
режиме
«реального времени»
физический/
технический
процесс
Рис.2.2 Применение компьютера в управлении процессом
реального времени
Компьютеры, управляющие процессами и системами, имеют другие
задачи, нежели компьютеры, используемые для «классической» обработки
информации.
1 особеность
Основное ОТЛИЧИЕ: управляющий компьютер должен
работать со скоростью, соответствующей скорости процесса (рис. 2.2).
Само понятие «реальное время» указывает на то, что в реакции
компьютерной системы на внешние события не должно быть
запаздывания.

7.

7
Общая структура систем автоматизации и управления
2 особеность
Ход исполнения программы нельзя
определить заранее. Внешние сигналы могут прерывать
или
изменять
последовательность
исполнения
операторов программы, причем для каждого нового
прогона по-разному.
3 особеность
Проблема эффективного
использования ресурсов компьютерной системы с
учетом временных ограничений .
4 особеность
Параллельность - одно из важных
свойств реального мира. Следовательно компьютер
должен уметь управлять параллельными задачами.

8.

8
Общая структура систем автоматизации и управления
управляющий компьютер
оператор
пользовательский
интерфейс
вычисление опорного
значения
контроллеры
реакция на нештатные
ситуации
технический
процесс
последовательное
управление
бинарные сигналы
индикация нештатных ситуаций
результаты измерения аналоговых величин
Рис.2.3 Задачи, решаемые компьютером при
управлении процессом

9.

Учебный вопрос № 2
Особенности систем цифрового управления.

10.

10
Особенности систем цифрового управления
Основное
требование
к
системе
управления
заключается в том, что ее ресурсы должны
соответствовать целям управления и параметрам
управляемой системы.
ОСОБЕННОСТИ СИСТЕМ ЦИФРОВОГО УПРАВЛЕНИЯ
•отображение развития процесса (системы)
времени;
•сбор данных измерений и обработка сигналов;
•уровень сложности процесса (системы);
•топология информационных потоков;
•интерфейс пользователя;
•системная интеграция и надежность управления.
во

11.

11
Особенности систем цифрового управления
Отображение развития процесса (системы) во времени:
данные, полученные в результате измерений, должны с
требуемой точностью отображать динамику процесса. Особую
важность имеет частота выборки, (периодичность измерения
новых данных).
Сбор данных измерений и обработка сигналов:
сигналы измерений содержат как полезную информацию, так
и помехи. Измерения всегда приблизительны из-за ошибок
калибровки, неточности датчиков или наличия шума.
Уровень сложности системы:
уровень сложности технического процесса отражается на
конфигурации управляющего компьютера. Количество датчиков
и исполнительных механизмов определяет необходимое число
портов ввода/вывода и требует более мощного процессора,
большего объема оперативной и внешней памяти и т.д.

12.

12
Особенности систем цифрового управления
Топология информационных потоков:
Организация взаимодействия между устройствами является
центральной задачей проектирования современных систем
управления процессом. Для рационального использования
имеющихся ресурсов необходимо определить вид и количество
информации,
которой
обмениваются
компьютеры,
информационные потоки.
Передача информации тесно связана со стандартизацией. кабели и
разъемы должны соответствовать друг другу, уровни сигналов должны
быть соизмеримы, а программное обеспечение должно одинаково
интерпретировать передаваемые сообщения и сигналы.
Интерфейс оператора:
взаимодействие с оператором, который должен
информацию и иметь возможность вводить команды.
получать

13.

13
Особенности систем цифрового управления
Системная интеграция и надежность управления:
центральный компьютер представляет собой критическую точку узел, выход которого из строя приводит к остановке всей системы.
Решение этой проблемы - децентрализация вычислительных ресурсов,
при которой небольшие локальные вычислительные устройства
управляют отдельными частями сложного процесса.

14.

15.

15
Задание на самостоятельную работу
Тема следующего занятия (Групповое занятие 1)
«Основные задачи при управлении технологическими процессами»
Задание на самостоятельную работу
1. Используя дополнительную литературу, периодические печатные и
электронные источники, записать в конспектах примеры цифрового
управления технологическими процессами

16.

English Русский Правила