Автоматизированное управление в технических системах (стр. 2 из 6)

· практически во всех отраслях промышленности наблюдается неуклонное возрастание единичной производительности агрегатов; так, за последнее десятилетие мощность создаваемых энергоблоков тепловых электростанций последовательно повышалась до 300, 500 и 800 МВт, а в последнее время превзошла 1 млн. кВт;

· аналогичная картина укрупнения объектов наблюдается на предприятиях нефтеперерабатывающей, металлургической и других отраслей промышленности; как следствие увеличиваются важность и технико-экономическая результативность управления технологическими объектами;

· соответственно интенсивно возрастает необходимая «мощность» применяемых систем контроля и управления; иллюстрацией этой тенденции может служить рис. B.I, на котором показаны кривые изменения числа точек измерения и числа управляющих воздействий на объектах тепловых электростанций за последние 20 лет (по данным 12 зарубежных электростанций); если 6 1965 г. число измеряемых сигналов не превышало в среднем 500, то в 1975 г. оно уже приближалось к 3000; число управляющих сигналов за этот же период времени возросло с 500 до 2000; эти цифры наглядно показывают изменение масштабов управления крупными технологическим объектами;

· в последнее время коренным образом изменяются взгляды на значение энергетических ресурсов, экономию топлива, роль человека в производстве и на защиту окружающей среды; в результате происходит существенное повышение требований к качеству ведения технологических процессов;

· по мере повышения степени автоматизации производства происходит естественный процесс вовлечения все новых и 'новых агрегатов и участков в сферу действия централизованного управления.

Этот процесс диктуется экономическими соображениями: оптимизация работы отдельного агрегата или отдельной установки не гарантирует максимального экономического эффекта для производства в целом; оптимум для него чаще всего достигается при некотором компромиссе между частными критериями оптимизации. В результате этого растет, однако, степень взаимосвязанности отдельных агрегатов и усложняются алгоритмы управления объектом в целом; возникают задачи создания интегрированных систем управления. Все это приводит к резкому усложнению задач управления.

В таких условиях и возникла проблема автоматизации собственно управления, т. е. процесса принятия решений, которая потребовала привлечения современных математических методов и новых технических средств. В результате появились автоматизированные системы управления, т. е. развитые человеко-машинные системы, реализующие такой автоматизированный процесс сбора и переработки информации, который необходим для принятия решений по управлению объектом (процессом, производством) в целом. При этом роль человека в любой АСУ весьма существенна: так как ряд ответственных задач принятия решений в силу их сложности, многогранности и не изученности не поддается формализации, их выполнение не может быть полностью автоматизировано и остается за человеком.

По мере развития отмеченных выше тенденций стало очевидно, что функциональные возможности традиционных средств автоматизации в сфере переработки информации уже недостаточны. И тогда на первый план вышла электронная вычислительная машина (ЭВМ). Она сразу взяла на себя практически все функции сложной первичной обработки данных и централизованного контроля, а также рутинную задачу ведения отчетности (составления протоколов) о работе технологического объекта, ставшую в усложнившемся производстве обязательной. Но это было только начало. Поскольку ЭВМ стоила слишком дорого, разработчики систем управления старались возложить на нее как можно больше функций. В этой ситуации стремление автоматизировать процессы принятия решений помогло быстро осознать значение новых функциональных возможностей ЭВМ во многих направлениях.

В результате средства вычислительной техники стали не только разгружать человека от выполнения рутинной нетворческой работы, связанной с большим числом простых операций по обработке крупных массивов информации, но и оказывать ему помощь в выполнении творческих задач (принятие решений по распределению ограниченных ресурсов, оптимизации технологического процесса и т. п.).

Важно отметить, что по мере повышения степени автоматизации принятия решений, необходимых для управления отдельными технологическими аппаратами и участками, последние теряют значение самостоятельных объектов управления и сливаются во все более крупные производственные комплексы. В результате появились мощные централизованные системы управления, в которых с помощью ЭВМ концентрируются контроль и управление большим числом агретов. Понятно, что в такой системе оператор-технолог как звено, принимающее наиболее ответственные решения по управлению всем объектом в целом, играет исключительно важную роль.

Как уже отмечалось, основным инструментом для решения современных проблем управления материальным производством служат так называемые АСУ, в которых центральная, главенствующая роль и творческие способности человека сочетаются с широким применением современных математических методов и средств автоматизации, включая вычислительную технику.

В соответствии с государственным стандартом АСУ—это человеко-машинная система, обеспечивающая автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления в различных сферах человеческой деятельности. Процесс оптимизации предполагает выбор такого варианта управления, при котором достигается минимальное или максимальное значение некоторого критерия, характеризующего качество управления.

Как правило, общий критерий экономической эффективности управления технологическим процессом неприменим из-за сложности определения необходимых количественных зависимостей в конкретных условиях; в таких случаях формируют частные критерии оптимальности, учитывающие специфику управляемого объекта и дополненные условными ограничениями. Такими частными критериями, например, могут быть:

· максимальная производительность агрегата при определенных требованиях к качеству продукции, условиях эксплуатации оборудования и т. д.;

· минимальная себестоимость при выпуске продукции в заданном объеме и заданного качества;

· минимальный расход некоторых компонентов, например дорогостоящих присадок или катализатора.

Чтобы добиться желаемого (в том числе оптимального) хода технологического процесса, в системе управления им необходимо в нужном темпе выполнять множество различных взаимосвязанных действий: собирать и анализировать информацию о состоянии процесса, регистрировать значения одних переменных и стабилизировать другие, принимать и реализовывать соответствующие решения по управлению и т. д. Именно эта «деятельность» системы управления была ранее названа функционированием, т. е. выполнением ею установленных функции.

2. Что такое комплексная задача управления и в чем состоит проблема ее декомпозиции?

Функция управления в сложных системах осуществляется управляющей частью А с которой взаимодействует остальная управляемая часть В (рис. 1)

Как видно из структуры система состоитиз управляющих устройств и управляемых объектов. Такое выделение приводит к упрощению исследования системы.

Для управления современными объектами используется большое количество элементов (подсистем). Совокупность элементов, участвующих в управлении называется управляющим комплексом. Типичный управляющий комплекс состоит из элементов следующих типов (рис. 2): D – датчики осведомительной информации; S – средства передачи информации; L- управляющие элементы; O – органы управления;- k, k¹ - различные преобразующие и переходные устройства

Рис. 2

Роль элемента каждого типа в процессе функционирования ясна из его названия.

Управление сложной системой может быть централизованным

и децентрализованным. Централизованное управление предполагает концентрацию функций управления в одном центре сложной системы. Такая структура обладает рядом достоинств: I) позволяет достаточно просто реализовать процессы информационного взаимодействия; 2) создает принципиальную возможность глобально-оптимального управления системой в целом; 3) исключает необходимость в пересылках промежуточных результатов; 4) позволяет легко корректировать оперативно-изменяемые данные; 5) дает возможность достигнуть максимальной эксплуатационной эффективности при минимальной избыточности технических средств.

С системотехнической точки зрения основными недостатками структуры с единым управлением являются: необходимость исключительно высокого объема запоминающих устройств, высокой производительности и надежности средств обработки данных для достижения приемлемого качества управления; высокая суммарная протяженность каналов связи при наличии территориально-рассредоточенных объектов управления.

Децентрализованное управление - распределение функций управления по отдельным элементам системы. Построение системы с такой структурой возможно только в случае независимости объектов управления по материальным, энергетическим, информационным ресурсам. Для выработки управляющего воздействия на каждый объект необходима информация о состоянии только этого объекта. Фактически такая система представляет собой совокупность нескольких независимых систем со своей информационной и алгоритмической базой.

Процесс управления значительно упрощается при использовании системы управления с иерархической структурой. Для управления иерархической структуры характерно наличие нескольких уровней. управления. Типичным примером систем такого рода является административное управление. На рис-3 приведены классы структур.