Компьютерные СУ

1. Компьютерные системы управления

Информационное
обеспечение
систем
Компьютерные системы управления

2. ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМ

Это совокупность данных, способов их
передачи, методов преобразования и форм
представления, а также программного
обеспечения системы управления.
В информационное обеспечение также могут
входить
нормативная,
справочная
и
директивная информация, динамические
модели.
Данные
- технологические переменные,
диагностические
характеристики,
управляющие сигналы, сигналы аварийных
режимов и др.

3.

Все сигналы в технологическом комплексе разделяются
на:
входные и выходные;
аналоговые и дискретные.
Источники входных аналоговых сигналов: датчики
скорости, положения, температуры и др.
Источники входных дискретных сигналов: концевые
выключатели и другие сигнализаторы состояния
технологического оборудования объекта, а также
клавиши и кнопки пультов управления.
Вся информация с датчиков поступает на различные модули ввода
технологического контроллера. Контроллер, обработав входную
информацию, вырабатывает управляющее воздействие, которое
посредством модуля вывода поступает на управляемый
преобразователь.
Надежность
систем
управления
обеспечивается
комплексом мер, к которым относятся контроль
обрыва датчиков, контроль целостности цепей
исполнительных механизмов, резервирование и др.

4. Компьютерные системы управления

Компьютерные
системы
управления
электроприводами,
механизмами,
технологическими
агрегатами и комплексами выполняются по единой
идеологии с гибким варьированием аппаратных и
программных средств. В общем случае в состав систем
входят:
Программируемые конт роллеры
Модули инт еллект уальной периферии
Сист емы визуализации и обслуживания,
средст ва коммут аций
Сравнение программируемых контроллеров и
промышленных компьютеров

5. Программируемые контроллеры

Контроллеры могут иметь разную конструкцию, но всегда
предусматривается возможность варьирования их конфигурации
благодаря применению устройств расширения и периферийных
модулей. Основой контроллера является центральный блок,
содержащий центральный процессор и блок питания. В
зависимости от задач автоматизации на системной шине
контроллера могут монтироваться различные периферийные
модули:
цифровых
и
аналоговых
вводов/выводов,
предварительной
обработки
сигналов,
коммуникационных
процессоров. Предусматривается возможность варьирования
разных типов центральных процессоров, блоков питания,
периферийных модулей. Для объектов, требующих повышенной
надежности работы, используются контроллеры, состоящие из
двух или трех центральных блоков с процессорами резервного
действия. Программа пользователя для таких контроллеров
такая же, как и для обычных.

6. Модули интеллектуальной периферии

Модули
интеллектуальной
периферии
решают
специальные задачи пользователя по измерению, оценке,
регулированию, стабилизации, позиционированию и др.
Они «интеллектуальны», так как обладают собственными
процессорами и решают самостоятельно в реальном
времени специализированные задачи управления. Их
периферийность определяется тем, что с управляемым
процессом
они
непосредственно
связаны
через
собственные вводы/выводы, благодаря чему центральный
процессор не перегружается и за необходимое время
выполняет собственные задачи.

7. Системы визуализации и обслуживания, средства коммутаций

Системы визуализации и обслуживания включают в себя
средства от простых дисплеев до информационных систем.
Получили распространение следующие системы:
панели операт ора, предназначенные для отображения
управляемого процесса, ввода и вывода данных и наладки;
содержат дисплеи и клавиатуру, конструктивно размещенные в
одном корпусе;
программируемые т ерминалы, представляющие собой
электролюминесцентные графические терминалы с активным
экраном, на котором можно гибко менять клавиатуру;
локальные сист емы визуализации и обслуживания с
различными функциональными возможностями (от
кратковременного или долговременного архивирования
измеряемых величин до полнографических систем с объектноориентированными оболочками проектирования и обслуживания)
и интегрированные в другие системы; представляют собой
автоматизированные рабочие места (АРМ) на базе ПК;
цент ральные сист емы визуализации и обслуживания с
высокими функциональными возможностями, представляют собой
скоординированные многопользовательские и многотерминальные
системы.

8.

Сравнение контроллеров и промышленных
компьютеров
Контроллеры и ПК используются в системах визуализации
и обслуживания, а также для подготовки, отладки и записи
программ. В соответствии с задачами программнологического и непрерывного управления, диагностирования,
контроля состояния функциональных узлов оборудования,
отображения информации об управляемом процессе имеется
стандартное
программное
обеспечение
в
виде
функциональных блоков, обеспечивающих решение частных
задач, органично встраиваемое в программы пользователя.
Имеются
программы-драйверы,
решающие
задачу
сопряжения контроллеров со стандартной периферией,
другими контроллерами и компьютерными средствами
автоматизации в коммуникационной сети.
Для написания программного обеспечения контроллеров
имеются экономичные технологии с использованием ПК
(стандартных, совместимых с PC/AT) или программаторов.

9.

В функциональные блоки входят программные пакеты,
реализующие типовые функции:
арифметические, тригонометрические, логарифмические,
показательные,
обработки
логических
цепей,
преобразования массивов данных и др.;
регулирования
электромагнитных,
механических
и
технологических
переменных;
реализации
стабилизирующего, следящего, каскадного, модального и
адаптивного управления; коррекции и компенсации
нелинейностей; сглаживания; реализации непрерывных,
шаговых и импульсных регуляторов;
наблюдения, отображения и обслуживания для локальных и
центральных систем; выдачи важных сообщений о процессе
и об ошибках; группирования сообщений и отображения
обобщенных сообщений; включения прерывистой и
непрерывной световой и звуковой сигнализации;
предварительной обработки сигналов в виде подготовки
данных, обработки сообщений и прерываний, счета,
дозирования, измерения скорости, пути, температуры и др.;
служебные для обмена данными между центральным
процессором контроллера и модулями коммутационного
процессора; предварительной обработки сигналов и памяти;
имитации объекта управления и обработки алгоритмов
управления.

10.

Проникновение ПК во все сферы современной жизни
повлекло за собой постепенное стирание различий между
бытовым и промышленным программным обеспечением.
Персональные компьютеры решают не только все задачи
управления верхнего уровня иерархии, но и заняли прочное
место в реализации некоторых подсистем управления
производством (например, подсистемы визуализации и
обслуживания). В настоящее время ПК активно используют
в
управлении
технологическими
процессами,
что
объясняется
возросшей
необходимостью
снижения
затратности
производства.
Реализация
систем
автоматизированного управления на базе ПК позволяет
сэкономить немалые денежные средства.
Однако выбор между гибко программируемым
контроллером и ПК зависит не только от технических
характеристик оборудования или граничных условий
решаемой задачи. Основную роль в таком выборе играют
личные предпочтения и опыт пользователей. Поэтому
особое внимание производители средств автоматизации
уделяют широте функций предлагаемых ими систем, что
способствует свободе выбора потребителем оборудования.

11.

Невозможно дать общие рекомендации о том, в каких
случаях
нужно
применять
гибко
программируемые
контроллеры, а в каких — отдать предпочтение ПК.
Учитываются такие критерии, как стоимость системы,
вычислительная
мощность
и
сложность
сервисного
обслуживания. Применение зависит также от конкретной
постановки задачи, особенностей приложения и требований
пользователей.
Наиболее важную роль играют работоспособность
системы в реальном режиме времени и ее надежность —
качества, которыми до сих пор системы на базе ПК не
обладали,
но
без
которых
система
управления
технологическим процессом невозможна.
Персональный компьютер не рассчитан на то, чтобы
реагировать на какие-либо события в управляемом
процессе в течение предопределенных промежутков
времени, что является его основным недостатком. При
работе ПК возможна ситуация, когда операционная система
или части пользовательских приложений блокируют
центральный процессор на достаточно продолжительные
промежутки времени. Например, обработка прерывания
может
исключить
на
некоторое
время
обработку
последующих прерываний. Такое поведение системы не
приемлемо для технологических процессов, требующих
строго определенного времени реакции.

12.

Гибко программируемые контроллеры работают таким
образом, что следующие друг за другом алгоритмические
шаги и процедуры исполняются за строго определенное
время. Такая концепция позволяет легко оценить или
измерить
максимальное
время
реакции
системы
управления. Превышение времени цикла исполнения
программы управления (максимальное время реакции
системы) является одним из самых важных событий, на
которые контроллер должен непременно реагировать.
ПК также можно сделать способным работать в
реальном
режиме
времени.
Выбор
подходящей
операционной
системы
и
грамотное
написание
программного обеспечения позволят и при использовании
персональных компьютеров достичь гарантированного
времени исполнения программного цикла и обработки
прерываний.

13.

Однако эти преимущества имеют и некоторые недостатки: чем
больше функций работы в реальном режиме времени встроено
в персональный компьютер, тем сильнее это конкретное
решение отличается от общепринятых стандартов и таких
связанных с ними качеств, как открытость и совместимость с
другими системами.
Возможность работы системы в реальном режиме времени
является не единственным фактором при выборе между гибко
программируемыми контроллерами и ПК. Возможность
подключения системы к информационной сети, функции
обработки данных и визуализации, качество графического
интерфейса играют также важную роль.
В тех случаях, когда дополнительные функции начинают
существенно превалировать над функциями управления и
требуется использование всего спектра возможностей ПК,
предпочтительно применять программные решения на базе
персональных компьютеров.

14.

Если решаемая задача управления требует полноценной
работы в режиме реального времени (это значит, что система
при всех обстоятельствах в 100 % случаев реагирует на все
события в управляемом процессе в строго определенные
промежутки
времени),
без
использования
гибко
программируемых контроллеров трудно обойтись. Замена
решений на базе малых программируемых контроллеров на
системы, выполненные на базе ПК, невыгодна с точки зрения
цены. Однако в тех случаях, когда нарушение строгих
временных рамок допустимо, применение открытых систем на
базе персональных компьютеров не представляет сложности.
Для обеспечения абсолютной предсказуемости времени
реакции
операционная
система
должна
быть
соответствующим образом расширена.
Подобные
расширения
всегда
специфичны
для
определенных производителей, поскольку на международном
рынке
не
существует
общепризнанных
стандартов
операционных систем (или расширений операционных
систем) реального времени. Эта необходимость создания
нестандартных расширений влечет за собой потерю самого
главного преимущества решений на базе ПК — их открытости,
а
решение
становится
зависимым
от
конкретного
производителя, осложняется последующий переход на новую
версию операционной системы.

15. Системы визуализации и обслуживания, средства коммутаций

Сист емы визуализации и обслуживания,
средст ва коммут аций