Технічне забезпечення

Загальні відомості

Технічне забезпечення

Загальні відомості

Тема: ВИДИ І СКЛАД ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ АСУ

ЛЕКЦІЯ 8

Етапи побудови математичної моделі АСУТП

При побудові математичної моделі АСУТП, можна виділити такі:

1). Постановка задачі - визначається об'єкт, формуються мета і задачі досліджень;

2). Обрис меж досліджуваної системи, визначення її структури;

3). Вивід і упорядкування математичних моделей досліджуваного об'єкта;

4) Аналіз отриманої математичної моделі, визначення екстремальних умов з метою оптимізації процесів. Формулювання виводів.

Для апарату системного аналізу розроблені специфічні методи якісного аналізу: метод сценаріїв, експертних оцінок, мозкової атаки й ін.

Для інших кількісних досліджень використовуються методи: математичного програмування, теорії розкладів, теорія масового обслуговування, теорія ігор і ін.

У процесі проведення системного аналізу поряд із визначенням екстремальних умов функціонування досліджуваних об'єктів, виявляють і інші закономірності в їхньому поводженні, обумовлені метою досліджень.

Для виконання функцій АСУТП необхідна взаємодія її складових частин, основу яких складають такі види забезпечення, як: технічне, інформаційне, математичне, програмне лінгвістичне, правове та організаційне.

Кожна АСУТП у цілому і її складові частини повинні відповідати загальним технічним вимогам, встановленим ГОСТ 17195-76, а також вимогам, що приводяться в технічному завданні.

Структура і склад всіх видів забезпечення повинні бути розраховані на реалізацію запланованих функцій АСУТП даного виду із можливістю модернізації і розвитку системи.

Одним з основних елементів АСУТП є технічне забезпечення або комплекс технічних засобів (КТЗ), котрі забезпечують виконання усіх функцій АСУТП.

Технічні засоби АСУТП можна умовно розділити на чотири основні групи. Перша група містить у собі засоби одержання вихідної інформації – вимірювальні перетворювачі (датчики) і устрої ручного вводу, що дозволяє оператору вводити в систему ті або інші дані. До цієї ж групи відносяться перетворювачі, що трансформують вихідні сигнали від первинних перетворювачів в уніфіковані сигнали, аналогові або цифрові. До другої групи відносять устрої, призначені для автоматичної передачі інформації на відстань, а також засоби телевимірювання, телесигналізації і телекерування. Третя група містить пристрої для аналізу й опрацювання інформації. Ця група охоплює широке коло пристроїв, починаючи від найпростішого регулятора і закінчуючи обчислювальним комплексом, що містить одну або декілька ЕОМ До цієї ж групи відносять також різноманітне допоміжне устаткування, за допомогою котрого здійснюється представлення оператору результатів функціонування системи.

Четверта група – це різноманітні дистанційно керовані виконавчі пристрої: крокові двигуни, дросельні і регулюючі органи, дозатори і т.д.

ЕОМ, застосовувані для керування технологічними процесами, називають ще керуючими обчислювальними машинами (КОМ). Як правило, КОМ – це невеличкі зі спрощеною в порівнянні з великими універсальними ЕОМ конструкцією, у яких особливо велику увагу приділяється надійності окремих пристроїв і автоматичного контролю за правильністю функціонування.

Застосування ЕОМ у системі керування не виключає доцільності використання інших засобів автоматизації, що дозволяє побудувати систему керування найбільше доцільним і економічним чином, звільнивши машину від виконання нескладних функцій, які можуть успішно виконуватися місцевими (локальними) пристроями.

Спочатку керуючі ЕОМ проектувались для рішення конкретних задач або для обмеженого класу споріднених задач керування. У таких машинах структура була жорсткою і практично не піддавалася навіть невеличким змінам. Проте незабаром стала очевидною неекономічність такого проектування, тому що воно утруднює подальше удосконалювання і розвиток системи керування, тому в даний час широко застосовується принцип агрегатизації структури. Особливо цей принцип одержав розвиток після розробки мікропроцесорів і створення на їхній базі мікроЕОМ. Агрегатизація структури зводиться до набору автономних функціональних блоків різноманітного призначення, що дають можливість компонувати керуючі машини різноманітної потужності. Кожний блок вирішує одну визначену функціональну задачу і сконструйований таким чином, що легко стикується з іншими блоками даної агрегатної системи засобів обчислювальної техніки. Це дозволяє розширювати можливості КОМ, збільшуючи номенклатуру і кількість функціональних блоків без їхньої реконструкції. При цьому сучасні засоби обчислювальної техніки створюються інформаційно і програмно сумісними. Інформаційна сумісність складається в тому, що для даної агрегатної системи прийнята однакове кодування інформації для всіх блоків, тобто кожний блок має уніфіковані входи і виходи.

Програмна сумісність означає можливість безпосереднього використання програм у машинах різноманітної потужності, розташованих на різних рівнях АСУТП

Складною проблемою при зборі інформації і керуванні є опрацювання сигналів первинних перетворювачів, що посилаються у виконавчі ланцюги регулюючих органів. У сучасних АСУТП число датчиків і виконавчих пристроїв досягає декількох сотень і навіть тисяч. У зв'язку з цим виникає необхідність застосування так званих комутаторів сигналів. По функціональному значенню комутатори діляться на вхідні і вихідні.

Виходячи з їхніх функцій, вхідний комутатор ще називають збірним, а вихідний – розподільним. У комп’ютерних системах ці пристрої більш відомі під назвами відповідно: мультіплексор і демультіплексор.

Вхідній комутатор підключає роздільно у часі виходи декількох датчиків до входу приймача інформації, наприклад до АЦП, що показано нижче на схемі

(рисунок 8.1):

Сигнали керування переключенням сигналів комутатора.

Рисунок 8.1 Структурно-функціональна схема мультіплексора

Вихідний комутатор роздільно в часі підключає вихід одного джерела сигналу, наприклад цифроаналогового перетворювача, до входу одного з декількох приймачів інформації (виконавчих пристроїв), що показано на рисунку 8.2.

Таким чином, мультіплексор – це пристрій, що вибирає дані від одного з двох або більш вхідних інформаційних каналів, яке подає їх на свій вихід. Демультіплексор подає дані, що надходять на його вхід, на один із двох або більш вихідних інформаційних каналів.

Сигнали керування переключенням каналів комутатора.

Рисунок 8.2 Структурно-функціональна схема демультіплексора.

При передачі низкорівневих сигналів поряд із мультіплексуванням необхідно ввести в ланцюг опрацювання додатковий каскад підсилювання. У цьому випадку можливі два варіанти. Перший з них припускає посилення приблизно до

5 В окремо кожного з сигналів, що передаються, за допомогою великого числа підсилювачів (рисунок 8.3).

Рисунок 8.3 Схема попереднього підсилення сигналів

Другий спосіб передбачає попереднє мультиплексування із послідуючим

підсиленням сигналу до рівня 5 В, що показано на рисунку 4.

Рисунок 8.4 Схема попереднього мультіплексування сигналів

Другий засіб є більш економічним, проте він потребує застосування комутатора з низьким рівнем перешкод, для чого застосовуються різноманітні частотні фільтри (нижніх, верхніх частин і смугові, що пропускають сигнали лише в деякому фіксованому діапазоні частот).

Серед пристроїв сполучення ЕОМ з об'єктом керування (УСО) важливе місце займають перетворювачі: аналогово-цифровий (АЦП) і цифро-аналоговий (ЦАП). У результаті перетворення, на виході АЦП виробляється цифровий код, числове значення якого з визначеною точністю відповідає розміру аналогового сигналу, що перетворюється. У системах керування АЦП повинний бути багатоканальным і мати не тільки високу точність перетворення, але і підвищену швидкодію, щоб ЕОМ мала можливість здійснювати автоматичне керування об'єктом у реальному масштабі часу. У процесі перетворення вхідного аналогового сигналу Х, що може приймати довільне значення в діапазоні від Хmin до Xmax, виробляється цифровий код з обмеженим числом розрядів n, що досягається квантуванням сигналу Х за рівнем. При цьому N=(Xmax-Xmin) розділяється на m=n+1 піддиапазонів, межи яких називають рівнями квантування. Рівні квантування відстоять один від одного на розмір кванта (кроку квантування) q=(Xmax-Xmin)/(2n-1)

Основними методами аналогово-цифрового перетворення є методи послідовного рахунку та зчитування.

У методі послідовного рахунку необхідна наявність аналогових еталонів, рівних по розміру одному кванту. Перетворення полягає в послідовному підсумовуванні цих еталонів і порівнянні утвореної суми з аналоговою величиною, що перетвориться після кожного чергового додатка еталона. Перетворення закінчується, коли чергова сума стає рівною або більше величини Х.

АЦП (рисунок 8.5) зчитування містить групу пристроїв СП₁,… СП_n, блок еталонних рівнів і шифратор. Еталонні рівні Уе1-Уеn від одного до n-1, (де n-число розрядів у коді результату перетворення). На виходах пристроїв, що порівнюють, для котрих Ux <Уэі, встановлюється нульовий рівень, а для котрих Ux>Uэn – одиичний рівень. Шифратор визначає номери двох сусідніх СП, вихідні сигнали яких різноманітні за рівнем. Ця межа і визначає код результату перетворення АЦП.

Рисунок 8.5 Структурно-функціональнасхема АЦП зчитування

При цифроаналоговому перетворенні (ЦАП) цифровий код однозначно перетвориться у вихідну величину (струм, напруга і т.д.). Найбільше поширення в АСУТП одержали ЦАП, робота яких заснована на методі паралельного підсумовування аналогових величин, значення яких пропорційні вагам розрядів коду, що перетворюється , структурна схема якого подана нижче, на рисунку 8.6.

Регістр служить для прийому і збереження коду числа, що підлягає перетворенню. Вихідні сигнали цього регістра управляють елементами блока підключення еталонних сигналів, за допомогою яких вихідні сигнали блока формування вагових еталонних сигналів, за допомогою яких вихідні сигнали блока формування вагових еталонних сигналів підключається до відповідної схеми. Схема, що сумує, підсумовує підключенні еталони і формує вихідний аналоговий сигнал напруги або току (У), що потім, як правило, посилюється в К раз по потужності (К.У.) і подається на вхід виконавчого пристрою об'єкта керування.

Рисунок 8.6 Структурно-функціональнасхема ЦАП паралельного підсумовування

У загальному випадку варіант комплексу технічних засобів (КТС) АСУТП може бути поданий такою структурно – функціональною схемою, що показана на рисунку 8.7.

У цій схемі виділені пристрої сполучення ЕОМ із керованим об'єктом (УСО): пристрою збору, передача і перетворення інформації, що надходить в обчислювальну машину; пристрої перетворення і видача сигналів з ЕОМ на об'єкт керування (ОК). Як очевидно зі схеми, є два основних потоки інформації: вимірювальної від датчиків до ЕОМ і керуючою (командною) від ЕОМ до виконавчих пристроїв об'єкта. Обмін інформацією між окремими пристроями відбувається через схеми сполучення (інтерфейси), за допомогою яких передаються стандартні формати інформації. Кожний інтерфейс містить загальні інформаційні магістралі для всіх пристроїв, що входять у нього. Інтерфейс П обслуговує процесор, через нього провадиться обмін інформацією між процесором, ОЗУ і каналом введення-виводу. Інтерфейс У призначений для пристрою введення-виводу. До нього при-

єднуються всі пристрої зв'язку ЕОМ з ОУ. Прийом інформації в ЕОМ від датчиків і висновок інформації з машини до виконавчих пристроїв проходить через канал введення-виводу.

Рисунок 8.7 Структурно – функціональна схема КТС АСУТП

Блок зовнішніх переривань процесора по сигналах від датчиків АСУТП пристрій поточного часу (таймер), що формують сигнали для організації різноманітних циклів опрацювання інформації і керування об'єктом, під'єднані безпосередньо до інтерфейсу. Пульт оператора пов'язаний з ЕОМ за допомогою клавіатури і дисплея.