МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт/
Факультет – ЭНИН _________________________________________
Направление – Теплоэнергетика и теплотехника __________________
Кафедра – Автоматизация теплоэнергетических процессов ______
Автоматизированные системы управления
по курсу «УНИРС»
Выполнил студент гр. 5Б13 _____ Кунеев.Е.А
Подпись Дата Фамилия И.О.
Проверил ______ _______ Яковенко П. Г.
должность Подпись Дата Фамилия И.О.
Томск – 2012
Содержание
1. Основные понятия об АСУ.................................................................................. 3
2. Классификация АСУ............................................................................................. 6
2.1. Информационные системы................................................................................ 6
2.2. Управляющие системы...................................................................................... 8
3. Информационное обеспечение и его состав. Информационные потоки............ 9
4. Распределение функции между оператором и ЭВМ ……………………...........17
5. Заключение......................................................................................................... 20
6. Список использованной литературы................................................................. 22
Основные понятия об АСУ
Интенсивное усложнение и увеличение масштабов промышленного производства, развитие экономико-математических методов управления, внедрение ЭВМ во все сферы производственной деятельности человека, обладающих большим быстродействием, гибкостью логики, значительным объёмом памяти, послужили основой для разработки автоматизированных систем управления (АСУ), которые качественно изменили формулу управления, значительно повысили его эффективность. Достоинства компьютерной техники проявляются в наиболее яркой форме при сборе и обработке большого количества информации, реализации сложных законов управления.
АСУ – это, как правило, система «человек-машина», призванная обеспечивать автоматизированный сбор и обработку информации, необходимый для оптимизации процесса управления. В отличие от автоматических систем, где человек полностью исключён из контура управления, АСУ предполагает активное участие человека в контуре управления, который обеспечивает необходимую гибкость и адаптивность АСУ.
Рассмотрим упрощённую структурную схему переработки данных в АСУ (рис. 1). Цифрами обозначены этапы переработки данных. Из анализа схемы видно, что этапы 1, 2, 3, 4, 8, 9 в своём составе могут содержать много операций, которые не требуют творческого участия человека и, следовательно, могут быть выполнены техническими средствами. Этапы же 5, 6, 7 требуют творческого подхода к решению поставленных задач, этап 7 вообще не может быть осуществлён без участия человека, т.к. несёт в себе элемент правовой ответственности.
Рис. 1. Упрощённая схема переработки информации в АСУ
Поэтому следует говорить не о вытеснении человека из контура управления сложными системами, а о рациональном распределении функций управления между человеком и техническими средствами, освобождающем человека от решения рутинных задач и возлагающем на него задачи, решение которых требует творчества.
Существенными признаками АСУ является наличие больших потоков информации, сложной информационной структуры, достаточно сложных алгоритмов переработки информации. Общими свойствами и отличительными особенностями АСУ как сложных систем являются следующие:
· наличие большого числа взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, причём изменение в характере функционирования какого-либо из элементов отражается на характере функционирования другого и всей системы в целом;
· система и входящие в неё разнообразные элементы в подавляющем большинстве являются многофункциональными;
· взаимодействие элементов в системе может происходить по каналам обмена информацией, энергией, материала и др.;
· наличие у всей системы общей цели, общего назначения, определяющего единство сложности и организованности, несмотря на всё разнообразие входящих в неё элементов;
· переменность структуры (связей и состава системы), обеспечивающий многорежимный характер функционирования;
· взаимодействие элементов в системе и с внешней средой в большинстве случаев носит стохастический характер;
· автоматизация имеет высокую степень, в частности широкое применение средств автоматики и вычислительной техники для гибкого управления и механизации умственного и ручного труда человека, работающего в системе;
· управление в подавляющем большинстве систем носит иерархический характер, предусматривающий сочетание централизованного управления или контроля с автономностью её частей.
Классификация АСУ
В зависимости от роли человека в процессе управления, форм связи и функционирования звена «человек-машина», оператором и ЭВМ, между ЭВМ и средствами контроля и управления все системы можно разделить на два класса:
1. Информационные системы, обеспечивающие сбор и выдачу в удобном виде информацию о ходе технологического или производственного процесса. В результате соответствующих расчётов определяют, какие управляющие воздействия следует произвести, чтобы управляемый процесс протекал наилучшим образом. Основная роль принадлежит человеку, а машина играет вспомогательную роль, выдавая для него необходимую информацию.
2. Управляющие системы, которые обеспечивают наряду со сбором информации выдачу непосредственно команд исполнителям или исполнительным механизмам. Управляющие системы работают обычно в реальном масштабе времени, т.е. в темпе технологических или производственных операций. В управляющих системах важнейшая роль принадлежит машине, а человек контролирует и решает наиболее сложные вопросы, которые по тем или иным причинам не могут решить вычислительные средства системы.
Информационные системы
Цель таких систем – получение оператором информации с высокой достоверностью для эффективного принятия решений. Характерной особенностью для информационных систем является работа ЭВМ в разомкнутой схеме управления. Причём возможны информационные системы различного уровня.
Информационные системы должны, с одной стороны, представлять отчёты о нормальном ходе производственного процесса и, с другой стороны, информацию о ситуациях, вызванных любыми отклонениями от нормального процесса.
Различают два вида информационных систем: информационно-справочные (пассивные), которые поставляют информацию оператору после его связи с системой по соответствующему запросу, и информационно-советующие (активные), которые сами периодически выдают абоненту предназначенную для него информацию.
В информационно справочных системах ЭВМ необходима только для сбора и обработки информации об управляемом объекте. На основе информации, переработанной в ЭВМ и предоставленной в удобной для восприятия форме, оператор принимает решения относительно способа управления объектом.
Системы сбора и обработки данных выполняют в основном те же функции, что и системы централизованного контроля и являются более высокой ступенью их организации. Отличия носят преимущественно качественный характер.
В информационно-советующих системах наряду со сбором и обработкой информации выполняются следующие функции:
· определение рационального технологического режима функционирования по отдельным технологическим параметрам процесса;
· определение управляющих воздействий по всем или отдельным параметрам процесса;
· определение значений (величин) установок локальных регуляторов.
Данные о технологических режимах и управляющих воздействиях поступают через средства отображения информации в форме рекомендаций оператору. Принятие решений оператором основывается на собственном понимании хода технологического процесса и опыта управления им. Схема системы советчика совпадает со схемой системы сбора и обработки информации.
Управляющие системы
Управляющая система осуществляет функции управления по определённым программам, заранее предусматривающим действия, которые должны быть предприняты в той или иной производственной ситуации. За человеком остаётся общий контроль и вмешательство в тех случаях, когда возникают непредвиденные алгоритмами управления обстоятельства. Управляющие системы имеют несколько разновидностей.
Супервизорные системы управления. АСУ, функционирующая в режиме супервизорного управления, предназначена для организации многопрограммного режима работы ЭВМ и представляет собой двухуровневую иерархическую систему, обладающую широкими возможностями и повышенной надёжностью. Управляющая программа определяет очевидность выполнения программ и подпрограмм и руководит загрузкой устройств ЭВМ.
Системы прямого цифрового управления. ЭВМ непосредственно вырабатывает оптимальные управляющие воздействия и с помощью соответствующих преобразователей передаёт команды управления на исполнительные механизмы. Режим прямого цифрового управления позволяет применять более эффективные принципы регулирования и управления и выбирать их оптимальный вариант; реализовать оптимизирующие функции и адаптацию к изменению внешней среды и переменным параметрам объекта управления; снизить расходы на техническое обслуживание и унифицировать средства контроля и управления.
Информационное обеспечение и его состав. Информационные потоки
Важнейшая особенность процесса управления заключается в его информационной природе. В управляющей системе на основе тщательного изучения и анализа информации о задачах, которые ставит перед собой организация, о состоянии управляемого объекта, тенденциях его развития, о смежных производствах, научно-технических разработках о составе коллектива, формах организации его труда и т. д. создается информационная модель будущего состояния объекта и обосновываются условия и этапы ее реализации, т. е. принимаются решения по преобразованию объекта. Организация реализации принятых решений проводится через систему методов воздействия на работников с использованием информации о ходе выполнения принятых решений (обратная информация). Чем точнее и объективнее информация, находящаяся в распоряжении системы управления, чем полнее она отражает действительное состояние и взаимосвязи в объекте управления, тем обоснованнее поставленные цели и реальные меры, направленные на их достижение.
Так как руководитель в своей работе опирается на информацию о состоянии объекта и создает в результате своей деятельности новую командную информацию с целью перевода управляемого объекта из фактического состояния в желаемое, то информацию условно считают предметом и продуктом управленческого труда.
Информация как элемент управления и предмет управленческого труда должна обеспечить качественное представление о задачах и состоянии управляемой и управляющей систем и обеспечить разработку идеальных моделей желаемого их состояния.
Информационное обеспечение – это часть системы управления, которая представляет собой совокупность данных о фактическом и возможном состоянии элементов производства и внешних условий функционирования производственного процесса и о логике изменения и преобразования элементов производства. При характеристике информации в системе управления выделяются две ее части:
1. Первичные элементы информации (данные), которые могут быть присущи всем объектам определенного класса и различаются лишь количественным выражением;
2. Схемы классификационных связей, которые отражают логику изменений в производственном процессе и обосновывают направления преобразования информации (информационной модели).
Они в большей мере связаны со спецификой объекта. Это позволяет выделить два уровня характеристик информационного обеспечения:
· элементный, т. е. совокупность данных, характеристик, признаков;
· системный, т.е. воспроизводящий взаимосвязи и зависимости между классификационными группами информации, реализуемый в виде информационных моделей.
При элементной характеристике информации изучаются состав информации, форма и виды носителей, их номенклатура. При характеристике информационной системы исследуются движение информационных потоков, их интенсивность и устойчивость, алгоритмы преобразования информации и соответствующая этим объективным условиям схема документооборота.
Совокупность информации, регистрируемой, передающейся и перерабатывающейся в системе управления, должна отражать все разнообразие фактических и возможных состояний, наблюдаемых и регулируемых системой управления.
Характеризуя информацию как предмет труда в процессе управления, необходимо учесть ряд ее особенностей. Прежде всего, информация—это предмет труда длительного пользования. При использовании она не теряет своих потребительских свойств, хотя и входит в состав готового продукта (управленческого решения), составляя его субстанцию. Такая особенность информации предлагает определенную специфику ее формирования. Наибольший объем работ и затрат связан с первоначальным созданием информационных массивов — банков данных. В последующем данные этих банков периодически обновляются, корректируются, но продолжают использоваться.
Поскольку содержание банков данных может быть использовано для разных подсистем и даже разных объектов управления, они могут быть в значительной мере централизованы.
Информация относится к предметам труда особого рода также потому, что она способна к саморазвитию. Количественное накопление информации дает возможность более четко установить тенденцию развития управляемого объекта и выявить новые связи между отдельными классификационными группами информации. Это позволило в качестве одного из важнейших принципов построения информационной системы сформулировать получение максимума производной при минимуме исходной информации.
Старение информации в ряде случаев связано с потерей ее ценности для конкретных условий и целей, но она может быть омоложена и вновь приобретает ценность с изменением условий. Определенную полезность сохраняет даже ретроспективная информация как база для анализа динамики.
Информация должна быть подготовлена к использованию. В зависимости от степени ее подготовленности может быть выделена:
· первичная информация как набор данных, показателей, описывающих отдельные стороны процесса и его элементов;
· вторичная информация, прошедшая определенное упорядочение и классификацию для получения целесообразной производственной информации;
· информационные модели отдельных элементов и локальных процессов, описывающие статическое состояние объекта;
· информационные модели динамики, характеризующие изменение отдельных элементов и процессов;
· интегрированные информационные модели, описывающие определенные решения и имеющие активную направленность.
Первые две степени являются прерогативой информационной службы; третья и четвертая связаны с деятельностью определенных функциональных подразделений; последняя группа моделей пользуется руководителем.
Решения являются идеальным описанием желаемого состояния объекта и методов достижения этого состояния. Они представляют собой продукт ограниченного применения, так как направлены на конкретный объект в четко описываемых условиях. Качество решения как готового продукта проявляется опосредованно, в деятельности объекта, на который данное решение направлено.
Для анализа информационного обеспечения наибольшее значение имеет выделение следующих разновидностей информации:
· в зависимости от описываемых процессов – производственно-гномическую, технико-технологическую, организационную, социальную, информацию о внешних хозяйственных связях;
· по отношению к управляемому объекту – внешнюю и внутрипроизводственную;
· по роли в процессе управления – директивную, нормативную, плановую, аналитическую;
· по степени обновляемости и порядку поступления – постоянную и переменную, длительного хранения, оперативную, циклическую, периодическую;
· по степени агрегирования – простую, интегрированную, усредненную и т. п.;
· по степени преобразования – первичную, производную, обобщенную;
· по степени обработки – бухгалтерскую, статистическую, оперативно-производственную и т. п.
При организации информационного обеспечения принципиальное значение имеет распределение информации на прямую, т. е. командную, исходящую от управляющей системы, и обратную, отражающую реакцию управляемого объекта на происходящие изменения и реализуемые решения.
Необходимо отметить, что основным видом информации, циркулирующей на предприятиях (объединениях), является информация, организующая производственные и технологические процессы и реализующая методы управления этими процессами. Разработка конструкторской и технологической документации, создание и поддержание в актуальном состоянии нормативной базы, планирование, учет и оперативное управление производственными процессами создают на предприятиях (объединениях) мощный поток производственно-экономической информации. Она может быть директивной или распорядительной, производственно-экономической или общественно-воспитательной и т. п.
Под экономической информацией понимают информацию, которая возникает при подготовке и в процессе производственно-хозяйственной деятельности предприятия (объединения) и управления этой деятельностью.
Экономическая информация обладает рядом особенностей:
1. В основной массе она имеет дискретную форму преставления; выражается в цифровом или алфавитно-цифровом виде;
2. Отражается на материальных носителях (документах, перфолентах, перфокартах, магнитных лентах, дисках и т.д.);
3. Ее большие объемы обрабатываются в установленных временных пределах, зависящих от ее конкретных функций, чаще всего – это циклическая регулярная обработка;
4. Исходная информация, возникающая в одном месте, находит свое отражение в различных функциях управления и в связи с этим подвергается различной обработке несколько раз, что требует многократной перегруппировки данных;
5. Объемы исходной информации достигают больших размеров при относительно малом числе операций ее обработки;
6. Исходные данные и результаты расчета, а иногда и промежуточные результаты подлежат длительному хранению.
7. Исключительно важными требованиями к экономической информации в системах управления производством являются требования своевременности, полноты и достоверности, которые следует неукоснительно выполнять при организации обработки экономической информации.
При создании информационного обеспечения ориентируются на усредненную, выровненную потребность в информации руководителей и специалистов. Особое место здесь занимает информация об управлении, в которой отражаются прогрессивные приемы и методы организации управления.
В процессе организации информации принципиальное значение имеет расчленение ее на условно-постоянную, играющую роль нормативно-справочной, и переменную. Оба эти вида информации на основе анализа классификационных связей организуются во взаимосвязанные блоки (модели), которые могут быть описывающими, т. е. характеризующими процесс в статике или динамике, компонентами, отражающими определенную типовую ситуацию.
Процесс формирования информационного обеспечения включает несколько этапов:
1) Описание состояния объекта, т. е. физическая фотография. Это предполагает набор технико-экономических показателей и параметров, характеризующих управляющую и управляемую системы, с соответствующей классификацией этих показателей;
2) Моделирование классификационных связей в информационных массивах с выделением причинно-следственных зависимостей, т. е. формирование частных статических моделей;
3) Отражение в информационных моделях динамики отдельных элементов и процессов, т. е. обоснование тенденций количественного и качественного изменения в производстве. При этом количественное изменение предполагает корректировку информации, а качественное изменение — ее частичную или полную перестройку;
4) Интегрированная информационная модель процесса производства, отражающая взаимосвязь и динамику локальных процессов и всего производства.
Порядок формирования определяет подход к анализу состава информации. Организация информации в значительной степени предопределяет порядок ее хранения, регистрации, обновления, передачи и использования. Четкая организация банков данных позволяет более полно обосновать направления движения, интенсивность потоков, закономерности ее преобразования, методику запросов и получения.
Таким образом, система информационного обеспечения — это совокупность данных о целях, состоянии, направлениях развития объекта и окружающей его среды, организованная во взаимосвязанных потоках сведений. Эта система включает методы получения, хранения, поиска, обработки данных и выдачи их пользователю.
Необходимо отметить, что важнейшим направлением является исследование движения информации, то есть анализ информационного потока, обеспечивающего связи, необходимые в производственной системе (между структурными подразделениями аппарата управления), и ее контакты с внешней средой (учреждениями и организациями). Обеспечение рациональных связей между источниками и приемниками информации и путей ее циркулирования является одним из непременных условий эффективного функционирования системы управления. Относительное постоянство взаимозависимостей структурных подразделений позволяет выбирать рациональную структуру путей движения информации и наиболее эффективные технические средства для каждого канала связи.
Таким образом, поток информации – движение информации от источника к получателю, направление которого задается адресами источника и получателя информации.
Потоки характеризуются количеством информации, находящейся в системе и обрабатываемой в единицу времени. Данные могут обрабатываться и перемещаться: поточно, по мере возникновения; с регулярной периодичностью, когда информация накапливается, после чего обрабатывается и перемещается через заранее установленные интервалы времени; нерегулярно по мере возникновения отдельных информационных совокупностей.
Вид движения информации и сроки ее поступления в управляющую систему должны быть согласованы во времени с циклом производства и обеспечивать возможность своевременного вмешательства в ход производства.
Руководители, которым для успешного осуществления управленческой деятельности необходима как информация из внешней среды,так и разнообразная внутрифирменная информация, должны соблюдать принципы систематизации информационных потоков, а именно:
· обеспечение полноты и достоверности учета всех сторон хозяйственной деятельности, достижение неразрывных связей между оперативным, статистическим и бухгалтерским учетом;
· минимизация информационного шума и ограничение информационной избыточности лишь требованиями надежности;
· обеспечение неразрывной связи между внешней и внутренней информацией и принятием решений на всех уровнях иерархии управления.
ЭВМ в режиме советчика.
В таких системах кроме сбора и обработки информации выполняются следующие функции: определение рационального технологического режима по отдельным технологическим параметрам или всему процессу в целом; определение управляющих воздействий по всем или отдельным управляемым переменным процесса; определение значений уставок локальных регуляторов.
В системах-советчиках данные о технологическом режиме и управляющих воздействиях поступают через средства отображения информации в форме рекомендаций оператору, который может принять или отвергнуть их. Решение оператора основывается на собственном понимании хода технологического процесса и опыте управления им. Схема системы-советчика совпадает со схемой системы сбора и обработки информации (рис. 11.6). Существуют разные способы организации функционирования системы-советчика. В одних случаях вычисления управляющих воздействий производятся всякий раз, когда фиксируется отклонение параметров процесса от заданного технологического режима. Процесс вычисления инициируется программой-диспетчером, которая содержит подпрограмму анализа состояния процесса. В других случаях вычисления управляющих воздействий инициируется оператором в форме запроса. При этом оператор имеет возможность ввести необходимые для расчета дополнительные данные — информацию, которую невозможно получить путем измерения параметров процесса или содержать в системе как справочную или нормативную, так как она носит качественный характер. Например, в ходе процесса может возникнуть необходимость либо пожертвовать качеством выходного продукта и при этом выполнить задание по количеству, либо уменьшить количество, но при этом сохранить заданное качество, т. е. требуется выбрать критерий, на основе которого будут определяться технологический режим и воздействия. Делая выбор критерия, оператор может руководствоваться огромным числом различных факторов, часть из которых невозможно выразить формально.
В тех случаях, когда дополнительные данные разнообразны, а объем их достаточно велик, общение оператора с ЭВМ строится в форме диалога, который может быть организован, например, следующим образом. В алгоритм вычисления технологического режима или воздействия включаются альтернативные узлы, т. е. такие точки, после которых процесс вычисления может продолжаться по одному из нескольких различных вариантов. Если логика алгоритма приводит процесс вычисления к альтернативному узлу, расчет прерывается и оператору посылается просьба о сообщении определенной дополнительной информации, на основе которой выбирается один из альтернативных путей продолжения расчета.
Системы-советчики применяются в тех случаях, когда требуется осторожный подход к решениям, выработанным формальными методами, что связано с неопределенностью в математическом описании управляемого процесса. Неопределенность выражается в различных формах. Наиболее часты следующие:
математическая модель недостаточно полно описывает процесс, так как связывает лишь часть управляющих и управляемых переменных процесса;математическая модель адекватна процессу лишь в узком интервале изменения технологических параметров (например, в случае замены существенно нелинейных функциональных зависимостей их линейным приближением);