Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Автоматизированные системы управления3
Классификация элементов автоматических систем4
Жизненный цикл автоматической системы5
Функции автоматической системы управления7
Классы структур автоматической системы управления7
Виды автоматической системы управления10
Управляемый объект11
Управляющие и управляемые элементы системы11
Жесткие и гибкие системы управления12
Список литературы15
Автоматизированные системы управления.
Автоматизированная система управления (сокращённо АСУ) — комплекс аппаратных и программных средств, предназначенный для управления различными процессами в рамках технологического процесса, производства, предприятия. АСУ применяются в различных отраслях промышленности, энергетике, транспорте и т. п. Термин "автоматизированная", в отличие от термина "автоматическая" подчёркивает сохранение за человеком-оператором некоторых функций, либо наиболее общего, целеполагающего характера, либо не поддающихся автоматизации. АСУ с Системой поддержки принятия решений (СППР), являются основным инструментом повышения обоснованности управленческих решений.
Создателем первых АСУ в СССР является доктор экономических наук, профессор, член-корреспондент Национальной академии наук Белоруссии, основоположник научной школы стратегического планирования Николай Иванович Ведута (1913—1998). В 1962—1967 гг. в должности директора Центрального научно-исследовательского института технического управления (ЦНИИТУ), являясь также членом коллегии Министерства приборостроения СССР, он руководил внедрением первых в стране автоматизированных систем управления производством на машиностроительных предприятиях. Активно боролся против идеологических PR-акций по внедрению дорогостоящих ЭВМ, вместо создания настоящих АСУ для повышения эффективности управления производством.
Важнейшая задача АСУ — повышение эффективности управления объектом на основе роста производительности труда и совершенствования методов планирования процесса управления. Различают автоматизированные системы управления объектами (технологическими процессами — АСУТП, предприятием — АСУП, отраслью — ОАСУ) и функциональные автоматизированные системы, например, проектирование плановых расчётов, материально-технического снабжения и т.д.
Цели автоматизации управления
В общем случае, систему управления можно рассматривать в виде совокупности взаимосвязанных управленческих процессов и объектов. Обобщенной целью автоматизации управления является повышение эффективности использования потенциальных возможностей объекта управления. Таким образом, можно выделить ряд целей:
1) Предоставление лицу, принимающему решение (ЛПР) релевантных данных для принятия решений
2) Ускорение выполнения отдельных операций по сбору и обработке данных
3) Снижение количества решений, которые должно принимать ЛПР
4) Повышение уровня контроля и исполнительской дисциплины
5) Повышение оперативности управления
6) Снижение затрат ЛПР на выполнение вспомогательных процессов
7) Повышение степени обоснованности принимаемых решений
Классификация элементов автоматических систем.
1. По функциональному назначению:
-измерительные,
-усилительно-преобразовательные,
-исполнительные,
-корректирующие.
2. По виду энергии, используемой для работы:
-электрические,
-гидравлические,
-пневматические,
-механические,
-комбинированные.
3. По наличию или отсутствию вспомогательного источника энергии:
-активные (с источником энергии),
-пассивные (без источника).
4. По характеру математических соотношений:
-линейные
-нелинейные.
5. По поведению в статическом режиме:
-статические, у которых имеется однозначная зависимость между входным и выходным воздействиями (состояние статики). Примером является любой тепловой объект.
-астатические - у которых эта зависимость отсутствует. Пример: Зависимость угла поворота ротора электродвигателя от приложенного напряжения. При подаче напряжения угла поворота будет постоянно возрастать, поэтому однозначной зависимости у него нет.
Жизненный цикл АС
Стандарт ГОСТ 34.601-90 предусматривает следующие стадии и этапы создания автоматизированной системы:
1. Формирование требований к АС
1.1 Обследование объекта и обоснование необходимости создания АС
1.2 Формирование требований пользователя к АС
1.3 Оформление отчета о выполнении работ и заявки на разработку АС
2. Разработка концепции АС
2.1 Изучение объекта
2.2 Проведение необходимых научно-исследовательских работ
2.3 Разработка вариантов концепции АС и выбор варианта концепции АС, удовлетворяющего требованиям пользователей
2.4 Оформление отчета о проделанной работе
3.Техническое задание
3.1 Разработка и утверждение технического задания на создание АС
4. Эскизный проект
4.1 Разработка предварительных проектных решений по системе и ее частям
4.2 Разработка документации на АС и ее части
5. Технический проект
5.1 Разработка проектных решений по системе и ее частям
5.2 Разработка документации на АС и ее части
5.3 Разработка и оформление документации на поставку комплектующих изделий
5.4 Разработка заданий на проектирование в смежных частях проекта
6. Рабочая документация
6.1 Разработка рабочей документации на АС и ее части
6.2 Разработка и адаптация программ
7. Ввод в действие
7.1 Подготовка объекта автоматизации
7.2 Подготовка персонала
7.3 Комплектация АС поставляемыми изделиями (программными и техническими средствами, программно-техническими комплексами, информационными изделиями)
7.4 Строительно-монтажные работы
7.5 Пусконаладочные работы
7.6 Проведение предварительных испытаний
7.7 Проведение опытной эксплуатации
7.8 Проведение приемочных испытаний
8. Сопровождение АС.
8.1 Выполнение работ в соответствии с гарантийными обязательствами
8.2 Послегарантийное обслуживание
Эскизный, технический проекты и рабочая документация — это последовательное построение все более точных проектных решений. Допускается исключать стадию «Эскизный проект» и отдельные этапы работ на всех стадиях, объединять стадии «Технический проект» и «Рабочая документация» в «Технорабочий проект», параллельно выполнять различные этапы и работы, включать дополнительные.
Данный стандарт не вполне подходит для проведения разработок в настоящее время: многие процессы отражены недостаточно, а некоторые положения устарели.
Состав АСУ
В состав АСУ входят следующие виды обеспечений: информационное, программное, техническое, организационное, метрологическое, правовое и лингвистическое.
Основные классификационные признаки
Основными классификационными признаками, определяющими вид АСУ, являются:
- сфера функционирования объекта управления (промышленность, строительство, транспорт, сельское хозяйство, непромышленная сфера и т.д.)
- вид управляемого процесса (технологический, организационный, экономический и т.д.);
- уровень в системе государственного управления, включения управление народным хозяйством в соответствии с действующими схемами управления отраслями (для промышленности: отрасль (министерство), всесоюзное объединение, всесоюзное промышленное объединение, научно-производственное объединение, предприятие (организация), производство, цех, участок, технологический агрегат).
Функции АСУ
Функции АСУ устанавливают в техническом задании на создание конкретной АСУ на основе анализа целей управления, заданных ресурсов для их достижения, ожидаемого эффекта от автоматизации и в соответствии со стандартами, распространяющимися на данный вид АСУ. Каждая функция АСУ реализуется совокупностью комплексов задач, отдельных задач и операций.
Функции АСУ в общем случае включают в себя следующие элементы (действия):
- планирование и (или) прогнозирование;
- учет, контроль, анализ;
- координацию и (или) регулирование.
Необходимый состав элементов выбирают в зависимости от вида конкретной АСУ. Функции АСУ можно объединять в подсистемы по функциональному и другим признакам.
Функции при формировании управляющих воздействий
-Функции обработки информации (вычислительные функции) – осуществляют учет, контроль, хранение, поиск, отображение, тиражирование, преобразование формы информации;
-Функции обмена (передачи) информации – связаны с доведением выработанных управляющих воздействий до ОУ и обменом информацией с ЛПР;
-Группа функций принятия решения (преобразование содержания информации) – создание новой информации в ходе анализа, прогнозирования или оперативного управления объектом
Классы структур АСУ
В сфере промышленного производства с позиций управления можно выделить следующие основные классы структур систем управления: децентрализованную, централизованную, централизованную рассредоточенную и иерархическую.
Децентрализованная структура
Построение системы с такой структурой эффективно при автоматизации технологически независимых объектов управления по материальным, энергетическим, информационным и другим ресурсам. Такая система представляет собой совокупность нескольких независимых систем со своей информационной и алгоритмической базой.
Для выработки управляющего воздействия на каждый объект управления необходима информация о состоянии только этого объекта.
Централизованная структура
Централизованная структура осуществляет реализацию всех процессов управления объектами в едином органе управления, который осуществляет сбор и обработку информации об управляемых объектах и на основе их анализа в соответствии с критериями системы вырабатывает управляющие сигналы. Появление этого класса структур связано с увеличением числа контролируемых, регулируемых и управляемых параметров и, как правило, с территориальной рассредоточенностью объекта управления.
Достоинствами централизованной структуры являются достаточно простая реализация процессов информационного взаимодействия; принципиальная возможность оптимального управления системой в целом; достаточно легкая коррекция оперативно изменяемых входных параметров; возможность достижения максимальной эксплуатационной эффективности при минимальной избыточности технических средств управления.
Недостатки централизованной структуры следующие: необходимость высокой надежности и производительности технических средств управления для достижения приемлемого качества управления; высокая суммарная протяженность каналов связи при наличии территориальной рассредоточенности объектов управления.
Централизованная рассредоточенная структура
Основная особенность данной структуры — сохранение принципа централизованного управления, т.е. выработка управляющих воздействий на каждый объект управления на основе информации о состояниях всей совокупности объектов управления. Некоторые функциональные устройства системы управления являются общими для всех каналов системы и с помощью коммутаторов подключаются к индивидуальным устройствам канала, образуя замкнутый контур управления.
Алгоритм управления в этом случае состоит из совокупности взаимосвязанных алгоритмов управления объектами, которые реализуются совокупностью взаимно связанных органов управления. В процессе функционирования каждый управляющий орган производит прием и обработку соответствующей информации, а также выдачу управляющих сигналов на подчиненные объекты. Для реализации функций управления каждый локальный орган по мере необходимости вступает в процесс информационного взаимодействия с другими органами управления.
Достоинства такой структуры: снижение требований, к производительности и надежности каждого центра обработки и управления без ущерба для качества управления; снижение суммарной протяженности каналов связи.
Недостатки системы в следующем: усложнение информационных процессов в системе управления из-за необходимости обмена данными между центрами обработки и управления, а также корректировка хранимой информации; избыточность технических средств, предназначенных для обработки информации; сложность синхронизации процессов обмена информацией.
Иерархическая структура
С ростом числа задач управления в сложных системах значительно увеличивается объем переработанной информации и повышается сложность алгоритмов управления. В результате осуществлять управление централизованно невозможно, так как имеет место несоответствие между сложностью управляемого объекта и способностью любого управляющего органа получать и перерабатывать информацию.
Кроме того, в таких системах можно выделить, следующие, группы задач, каждая из которых характеризуется соответствующими требованиями по времени реакции на события, происходящие в управляемом процессе:
1 задачи сбора данных с объекта управления и прямого цифрового управления (время реакции , секунды, доли секунды);
2 задачи экстремального управления, связанные с расчётами желаемых параметров управляемого процесса и требуемых значений уставок регуляторов, с логическими задачами пуска и остановки агрегатов и др. (время реакции — секунды, минуты);
3 задачи оптимизации и адаптивного управления процессами, технико-экономические задачи (время реакции — несколько секунд);
4 информационные задачи для административного управления, задачи диспетчеризации и координации в масштабах цеха, предприятия, задачи планирования и др. (время реакции — часы).
Очевидно, что иерархия задач управления приводит к необходимости создания иерархической системы средств управления. Такое разделение, позволяя справиться с информационными трудностями для каждого местного органа управления, порождает необходимость согласования принимаемых этими органами решений, т. е. создания над ними нового управляющего органа. На каждом уровне должно быть обеспечено максимальное соответствие характеристик технических средств заданному классу задач.
Кроме того, многие производственные системы имеют собственную иерархию, возникающую под влиянием объективных тенденций научно-технического прогресса, концентрации и специализации производства, способствующих повышению эффективности общественного производства. Чаще всего иерархическая структура объекта управления не совпадает с иерархией системы управления. Следовательно, по мере роста сложности систем выстраивается иерархическая пирамида управления. Управляемые процессы в сложном объекте управления требуют своевременного формирования правильных решений, которые приводили бы к поставленным целям, принимались бы своевременно, были бы взаимно согласованы. Каждое такое решение требует постановки соответствующей задачи управления. Их совокупность образует иерархию задач управления, которая в ряде случаев значительно сложнее иерархии объекта управления.
Виды АСУ
Автоматизированная система управления технологическим процессом или АСУ ТП — решает задачи оперативного управления и контроля техническими объектами в промышленности, энергетике, на транспорте
Автоматизированная система управления производством (АСУ П) — решает задачи организации производства, включая основные производственные процессы, входящую и исходящую логистику. Осуществляет краткосрочное планирование выпуска с учётом производственных мощностей, анализ качества продукции, моделирование производственного процесса.
Примеры:
Автоматизированная система управления уличным освещением («АСУ УО») — предназначена для организации автоматизации централизованного управления уличным освещением.
Автоматизированная система управления наружного освещения («АСУНО») — предназначена для организации автоматизации централизованного управления наружным освещением.
Автоматизированная система управления дорожным движением или АСУ ДД — предназначена для управления транспортных средств и пешеходных потоков на дорожной сети города или автомагистрали
Управляемый объект
Система управления — систематизированный (строго определённый) набор средств сбора сведений о подконтрольном объекте и средств воздействия на его поведение, предназначенный для достижения определённых целей. Объектом системы управления могут быть как технические объекты, так и люди. Объект системы управления может состоять из других объектов, которые могут иметь постоянную структуру взаимосвязей.
Системы управления с участием людей как объектов управления зачастую называют системами менеджмента.
Техническая структура управления — устройство или набор устройств для манипулирования поведением других устройств или систем.
Объектом управления может быть любая динамическая система или её модель. Состояние объекта характеризуется некоторыми количественными величинами, изменяющимися во времени, то есть переменными состояния. В естественных процессах в роли таких переменных может выступать температура, плотность определенного вещества в организме, курс ценных бумаг и т. д. Для технических объектов это механические перемещения (угловые или линейные) и их скорость, электрические переменные, температуры и т. д. Анализ и синтез систем управления проводится методами специального раздела математики — теории управления.
Структуры управления разделяют на два больших класса:
Автоматизированные системы управления (АСУ) — с участием человека в контуре управления;
Система автоматического управления(САУ) — без участия человека в контуре управления.
УПРАВЛЯЮЩИЕ И УПРАВЛЯЕМЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ
Говоря о процессе и этапах управления, определении целей, принятии решений, мы как бы подразумеваем, что в любой системе имеются управляющие и управляемые элементы, которые группируются в:
• подсистему управления - ПУ;
• управляемый объект - УО.
Простейшая схема их взаимодействия приведена на рис. 1.
Рис. 1. Схема взаимодействия подсистемы управления и управляемого объекта системы.
В свою очередь, подсистема управления в общем случае может
включать:
• ПР - программу управления - алгоритм (алгоритмы) управления системой.
• ОУ - орган управления - принимает решение по управлению с учётом программы управления вырабатывает управляющий сигнал (решение) -Xt°.
• ИО - исполнительный орган - воспринимает управляющий сигнал от органа управления ОУ и преобразует его в управляющее воздействие Xt.
• ИС - информационную систему, которая собирает данные о состоянии системы на выходе Y(t). анализирует их и передаёт эту информацию в орган управления.
Рассмотрим два важных свойства больших систем: жесткость и реактивность.
ЖЁСТКИЕ И ГИБКИЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
В зависимости от взаимодействия процессов выработки и реализации программы управления различают жесткое управление и гибкое управление с обратной информационной связью.
При жестком управлении программа управления системой строится
из следующих предположений и условий:
• практически полная определенность будущих воздействий среды и состояния системы;
• несущественность влияния непредвиденных возмущений или
защита объекта управления от них.
Схема жесткой системы управления приведена на рис. 2.
Рис. 2.Схема жесткой системы управления.
Последовательность процесса управления при жёсткой системе.
1) Орган управления (ОУ) на основании имеющейся программы (ПР)
принимает решение, которое в виде сигнала Хг° передаётся в исполнительный орган (ИО).
2) Исполнительный орган преобразует этот сигнал в управляющее
воздействие Xt;- символ преобразования сигнала.
3) Управляющее воздействие Х„ по сути дела, является входом для
управляемого объекта УО.
4) Вход X, обеспечивает получение на выходе заданного программой показателя функционирования системы У,
Таким образом, вход для жёсткой системы управления определяется сигналом, исходящим от программы управления самой системы
Недостатки жёсткой системы - её выходные параметры слабо зависят от изменяющихся внешних условий.
Преимущества: простота и надёжность функционирования.
Примером жесткого управления является работа автоматического
светофора в режиме, не учитывающем фактическое состояние транспортного потока на перекрестке.
В результате вероятность прохождения светофоров даже на магистралях без остановки автомобилей составляет 0.51 (51 %). а вероятность остановки автомобиля именно из-за светофора 0.76 (76 %).
При управлении с обратной информационной связью программа корректируется в зависимости от информации о фактическом состоянии управляемого объекта или обратной связи.
Преимущества системы с обратной связью:
• гибкость - учёт изменения внешних условий;
• стабильность работы системы на выходе при изменяющемся входе.
Недостатки:
• усложнение структуры, появление дополнительных звеньев;
• более сложная программа.
Примеры системы управления с обратной информационной связью:
• автоматическая антиблокировочная система регулирования торможения ABS (фиксируемое отклонение выхода – начало проскальзывания колеса при торможении);
• действия водителя по поддержанию определенных параметров движения автомобиля на маршруте с учётом дорожной обстановки;
• современные компьютерные системы управления рабочими процессами двигателя с учётом нагрузки, скорости и состава отработавших газов;
• регулирование объёмов производства и цены на основе баланса спроса и предложения, например, услуги на сервис и ТО.
Правило. Схемы управления с обратной информационной связью являются более гибкими, адаптивными, особенно для технических, производственных и экономических систем. Именно по такой схеме целесообразно строить управление предприятий и организаций автомобильного транспорта.