Компьютерные системы управления производством

Компьютерные системы управления в производстве это в настоящее время микроЭВМ, которые собирают информацию от датчиков, отражающих состояние технологических процессов через аналого-цифровые преобразователи, либо отражающие информацию на пультах и сохраняющие ее на различных запоминающих устройствах. Эти системы в дальнейшем вырабатывают управляющее воздействие, поступающее на исполнительные механизмы через цифро-аналоговые преобразователи. В этом случае говорят об управляющих системах. Цифровые информационные и управляющие системы имеют ряд преимуществ. В них легко учесть и скомпенсировать нелинейность характеристик датчика, а так же преобразователей, усилителей и исполнительных механизмов. Кроме того такие виды управляющих систем как адаптивные и оптимальные в принципе могут быть реализованы только на основе ЭВМ. Кроме этого, ЭВМ является универсальной системой, и переналадка компьютера на другую систему управления заключается либо только в изменении значений коэффициентов, которые на множестве чисел с плавающей точкой могут изменяться в очень широких пределах, либо, в крайнем случае, в загрузке новой программы. В случае же использования аналоговых систем может потребоваться полное перепрограммирование, а значит и разработка всей конструкторской и технологической документации. Еще 10 лет назад цифровые информационные УС были сравнительно мало распространены по следующим причинам:

1) высокая стоимость ЭВМ;

2)низкое быстродействие;

3)необходимость привлечения высококвалифицированных специалистов.

Это объясняется тем, что в это время на управляющих ЭВМ устанавливали очень сложные ОС реального времени и написанные программы под них требовали привлечения специалистов высокого уровня, а сами программы разрабатывались на языке Ассемблера. Процесс написания этих программ и их отладка отнимали очень много времени. По этой причине трудно было организовать взаимодействие между инженерами и программистами таких систем. Дело в том, что для инженера хорошо знающих производство системное программирование было достаточно сложным, а системные программисты таких систем были далеки от реального производства. В настоящее время благодаря успехам технологии микро-ЭВМ, стоят достаточно дешево и имеют высокое быстродействие. Для обычных компьютеров имеется много удобных и простых в использовании систем программирования,используются языки высокого уровня (Паскаль, Си++) с которыми можно работать не только специалист по информатике, но и любой инженер.

Одним из важнейших понятий при использовании цифровых систем являются понятия реального времени. Системой реального времени называется такая система, в которой правильность результатов зависит не только от корректности вычислений, но и от времени затраченного на получение результата. Рассмотрим это на примере. Имеется станок и транспортер, по которому работает манипулятор с цифровой системой управления, которая при помощи фотодатчика наблюдает за транспортером, т.е. фотодатчик фиксирует очередную заготовку. Микро-ЭВМ вычисляет траекторию движения манипулятора, который захватывает заготовку и переносит ее на станок. Если программа вычисления траектории манипулятора содержит ошибку, то манипулятор не выполнит свою функцию. Если процесс вычисления траектории манипулятора занимает слишком много времени, то заготовка уходит из сферы его действия, т.е. и первом и во втором случае система будет работать с ошибкой. Т.о. проблема реального времени имеет 2 аспекта: программный и аппаратный. Программный аспект заключается в том, чтобы в ОС задача, которая срочно запросила управления, получила его в минимально гарантированный интервал времени. Т.к. в ЭВМ имеется только один процессор, то программы выполняются по очереди. Например, одна микро-ЭВМ управляет работой котельного аппарата. В этой ЭВМ одновременно выполняются 3 программы. Одна управляет подачей воды, другая управляет подачей газа в горелку, а третья отслеживает давление в котле и возникновении аварийной ситуации открывает предохранительный клапан. Если от датчика давления поступает сигнал о том, что давление критическое и очень быстро увеличивается, то ОС должна успеть передать управление программе, которая открывает предохранительный клапан. Такие многозадачные ОС, которые при запросе от устройства с высоким приоритетом передают управление подпрограмме, обслуживающей данное устройство гарантированный интервал времени, и, кроме того, данным подпрограммам доступы все системные функции называются ОС реального времени. Такие системы описываются специальным стандартом. Если рассматриваемая задача может быть применена за счет установки на агрегат 3 управляющих микро-ЭВМ. Проблема реального времени имеет только аппаратный аспект, т.е. ЭВМ следит за давлением в котле и в случае необходимости открывает предохранительный клапан. В этом случае система может простой и дешевой. Поскольку в настоящее время микро-ЭВМ стоит дешевле системы реального времени, то второй способ решения проблемы является преобладающим, а многозадачные ОС реального времени устанавливают только на ЭВМ в масштабе цеха или предприятия. Именно этим объясняется тот факт, что практически повсеместно в качестве управляющей ЭВМ используется ОС MS-DOS. Во-первых это достаточно дешевый вариант и обслуживающий персонал знаком с особенностями его структуры. Это система не предназначалась для использования на производстве, не поддерживает функции реального времени в режиме присущей ей ограниченной многозадачности, однако в однозадачном режиме она может решать проблемы реального времени за счет использования мощного процессора.

Интегрирующее звено.

Интегрирующее звено - это звено в котором выходная величина пропорциональна во времени интегралу от вх. величины.

Хвых(t)=(k/T) Хвых dt;

К – коэффициент усиления

t- время интегрирования

Подавая на вход интегрирующего звена возмущающее воздействие в виде ступенчатой функции, получим уравнение, определяющее характер переходного процесса.

Хвых(t)=(k/T) *Хвых t, при Хвых-постоян.=1

Примером такого звена может служить гидравлический исполнительный двигатель, при этом входной величиной является перемещение поршня

Рассмотрим частотные характеристики:

Интегрирующее звено создает при всех положительных частотах отставание выходной величины на 90 градусов по сравнению с входной. Амплитуда выходной величины тем меньше, чем больше частота.

АФХ совпадает с осью мнимых в отрицательной ее части.