Принципы построения систем управления и контроля

Любая целенаправленная деятельность возможна только в рамках определенной системы той или иной степени сложности. В данном случае речь идет о технологических системах, состоящих из людей и технических средств. В зависимости от принципов построения и функционирования аппаратной составляющей технологических систем обычно различают технические и кибернетические системы, взаимодействующие с человеком. Системы диспетчерского управления - это технические системы (во всяком случае, на текущий момент), поэтому в данной работе речь будет идти именно о них.

Технические системы создаются для выполнения определенной целевой функции, т.е., для достижения определенного результата/результатов. Процесс формирования целесообразного поведения системы называется управлением. Более узко (применительно к отдельным устройствам, а не к системам) управление может быть определено, как процесс оказания на техническое средство специально организованных воздействий извне, направленных на получение необходимого результата его функционирования. Устройство, на которое оказываются управляющие воздействия, называется управляемым объектом (объектом управления), а устройство, формирующее эти воздействия – управляющим устройством.

Комплекс технических средств, предназначенный для осуществления целенаправленной деятельности относительно каких-либо технологических объектов, называется системой управления.

Выполнение целевых функций любой системы управления достигается, если между ее частями происходит обмен информацией, энергией и веществом. В зависимости от назначения системы и средств ее реализации три вида обмена одновременно могут и не присутствовать, однако информационные и энергетические взаимодействия, как в системах диспетчерского управления, например, являются обязательными. Под информационным взаимодействием в данном случае подразумевается передача команд и контрольных сообщений, под энергетическим – передача энергии для работы исполнительных механизмов: питания ламп светофоров, электродвигателей стрелочных приводов и т.п. Следует отметить, что термины «информационное взаимодействие» и «энергетическое взаимодействие» достаточно условны, поскольку невозможна передача информации без передачи энергии. Тем более, что в ряде случаев процессы передачи информации и электроэнергии (в том контексте, который изложен выше) совмещаются. Поэтому отличия в приведенных терминах, скорее, количественные, чем качественные и имеют отношение только к цели взаимодействия.

Управление, как часть технологического процесса, может быть эффективным лишь в том случае, если оператор, наряду с возможностью оказывать воздействия на объекты управления, получает необходимую для принятия решений контрольную (сигнальную) информацию. Устройства управления-сигнализации применяются для передачи на значительные расстояния различных величин и данных, имеющих распорядительный или контрольный характер. Все эти величины и данные объединяются общим термином «сообщения» и охватывают приказы, команды, извещения о состоянии контролируемых объектов, значения измеряемых величин, то есть все то, что должно быть передано из одного пункта в другой. Применительно к системам ДЦ сообщениями следует считать команды (приказы) на установку тех или иных маршрутов, перевод стрелок, контрольную информацию о состоянии станционных и перегонных устройств.

В большинстве производственных процессов управляющее устройство находится в пункте управления (ПУ), а управляемые объекты – в одном или нескольких контролируемых пунктах (КП), удаленных от пункта управления на некоторое расстояние. В этом случае для организации управления ПУ и КП соединяются линией/линиями связи (ЛС). В системах железнодорожной автоматики наибольшее распространение получили проводные линии связи. Под проводной линией связи обычно понимают технические средства, включающие в себя устройства защиты от перенапряжений, изоляторы, кабель, провода, соединяющие распорядительные и исполнительные пункты (ПУ и КП соответственно). Реальные линии связи при кажущейся простоте являются довольно сложными комплексами устройств с распределенными по длине линии параметрами: активным и индуктивными сопротивлениями проводников, проводимостью изоляции, емкостью между проводниками линии. И хотя в настоящей работе задача исследования их параметров не ставится, напомнить читателю схему замещения проводной линии связи будет не лишним.

Рисунок 2.1 Электрическая схема проводной линии связи

Линия связи элементарной длины dl обладает активным сопротивлением проводников Ra, индуктивностью L, сопротивлением изоляции Rи, емкостью С (см. рис.2.1). Причем, практически все эти параметры нелинейные – их значения могут изменяться от температуры, влажности, частоты тока, протекающего по проводникам ЛС. Даже если принять с некоторой погрешностью неизменность Ra, Rи, L и C становится понятным механизм влияния линии связи на передаваемые по ним сигналы: в общем случае по мере удаления от источника уровень сигнала в линии снижается – сигнал «затухает».

В зависимости от способов передачи управляющих воздействий от ПУ к КП, снабжения исполнительных механизмов энергией для работы различают три основных вида управления удаленными объектами: местный, дистанционный и телемеханический.