Автоматическое регулирование и оперативное управление на основе программно-технических комплексов
Покупка
Тематика:
Автоматика
Год издания: 2007
Кол-во страниц: 88
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-7038-2957-8
Артикул: 803591.01.99
Рассмотрены вопросы проектирования и реализации автоматизированных систем управления на основе программно-технических комплексов, включающих программируемые промышленные контроллеры и инструментальные программные средства. Основное внимание уделено системам двух уровней: нижнего, обеспечивающего решение задач автоматического регулирования, и верхнего, обеспечивающего возможность оперативного управления.
Учебное пособие ориентировано на студентов МГТУ им. Н.Э. Баумана, изучающих дисциплины "Управление в технических системах" и "Управляющие ЭВМ и комплексы". Однако оно будет полезным и более широкому кругу читателей, в том числе студентам других вузов. Ознакомившись с содержанием пособия, они получат представление о возможностях современных средств автоматизации и создании интегрированных систем управления в различных отраслях промышленности.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 15.03.04: Автоматизация технологических процессов и производств
- 27.03.04: Управление в технических системах
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана В.А. Суханов АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ И ОПЕРАТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ НА ОСНОВЕ ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ Рекомендовано редсоветом МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия по курсам «Управление в технических системах» и «Управляющие ЭВМ и комплексы» М о с к в а Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 2 0 0 7
УДК 62-52(075.8) ББК 32.965.7 С911 Рецензенты: В.М. Недашковский, В.И. Попов Суханов В.А. Автоматическое регулирование и оперативное управление на основе программно-технических комплексов: Учеб. пособие. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. – 88 с.: ил. ISBN 978-5-7038-2957-8 Рассмотрены вопросы проектирования и реализации автоматизированных систем управления на основе программно-технических комплексов, включающих программируемые промышленные контроллеры и инструментальные программные средства. Основное внимание уделено системам двух уровней: нижнего, обеспечивающего решение задач автоматического регулирования, и верхнего, обеспечивающего возможность оперативного управления. Учебное пособие ориентировано на студентов МГТУ им. Н.Э. Баумана, изучающих дисциплины «Управление в технических системах» и «Управляющие ЭВМ и комплексы». Однако оно будет полезным и более широкому кругу читателей, в том числе студентам других вузов. Ознакомившись с содержанием пособия, они получат представление о возможностях современных средств автоматизации и создании интегрированных систем управления в различных отраслях промышленности. Ил. 14. Табл. 2. Библиогр. 6 назв. УДК 62-52(075.8) ББК 32.965.7 ISBN 978-5-7038-2957-8 © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007 С911
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ АРМ АСУ АЦП ДЧ ИМ ИПС ЛВС ЛС МРВ МЭК ОС ОСРВ ОУ ПК ПО ПРК ПТК САР САУ УВК УСО ФБ ТО ТП ЦАП – автоматизированное рабочее место – автоматизированная система управления – аналого-цифровой преобразователь – датчик – исполнительный механизм – инструментальная программная система – локальная вычислительная сеть – локальная система – монитор реального времени – Международная электротехническая комиссия (IEC) – операционная система – операционная система реального времени – объект управления – персональный компьютер – программное обеспечение – программируемый контроллер – программно-технический комплекс – система автоматического регулирования – система автоматического управления – управляющий вычислительный комплекс – устройство сопряжения с объектом – функциональный блок – технический объект – технологический процесс – цифроаналоговый преобразователь
ПРЕДИСЛОВИЕ Современная концепция построения средств автоматизации заключается в создании интегрированных систем управления [1–4]. Это обусловлено тем, что во многих случаях средства управления и обработки информации представляют собой сложные многоуровневые, разнесенные в пространстве (распределенные) системы. Достаточно часто в процессах принятия решений и оперативном управлении участвует человек: оператор, диспетчер, руководитель того или иного уровня. Далее мы будем использовать обобщенный термин «лицо, принимающее решение – ЛПР». В пособии рассмотрены вопросы разработки средств сквозного проектирования и реализации автоматизированных систем управления (АСУ), обеспечивающих как решение задач автоматического регулирования (нижний уровень системы), так и возможность активного участия людей в процессе оперативного управления (верхние уровни системы). В системах подобного типа все большее значение приобретает возможность оперативного доступа к достоверной информации из любой точки управления объектами, поэтому важными являются вопросы организации сетевой структуры систем. Это определяющим образом влияет на эффективность работы системы, к примеру, в промышленных системах повышаются производительность труда, качество и конкурентоспособность выпускаемой продукции и др. Основное внимание уделено программно-техническим комплексам (ПТК), включающим программируемые промышленные контроллеры и инструментальные средства, обеспечивающие разработку, отладку и реализацию в реальном масштабе времени программного обеспечения для АСУ всех уровней. Задачи управления, которые решаются на нижних уровнях системы, позволяют повысить реактивность системы и уменьшить информационную нагрузку вычислительной сети. На верхнем уровне решаются задачи, для выполнения которых вычислительные средства нижних уровней не приспособлены, например ото
бражение текущего состояния автоматизируемого производства и оперативное (диспетчерское) управление. Для ПТК характерны модульный принцип построения систем, распределенное управление и обработка информации, свободное программирование (непрофессиональными программистами) алгоритмов, использование современных электронных компонентов и информационных технологий, таких как структурированный подход к построению систем; сетевые архитектуры систем на основе локальных вычислительных и промышленных сетей; интернет-технологии; SMS-сообщения; сотовая связь и др. В большинстве ПТК используются операционные системы (ОС) реального времени, осуществляется выполнение требований международного стандарта как к аппаратным, так и к программным средствам, что позволяет применять программно-аппаратное обеспечение различных фирм. В основе учебного пособия лежит материал лекций, читаемых автором по курсам «Управление в технических системах», «Управляющие ЭВМ и комплексы», а также лекций по курсу «Управление в технических системах на основе программнотехнических комплексов» для преподавателей на факультете повышения квалификации МГТУ им. Н.Э. Баумана.
1. ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ Для развития и использования новых технологий в области автоматизации производственных процессов требуется соответствующее оснащение и своевременная модификация аппаратнопрограммных средств как на промышленных предприятиях, так и в учебных классах и лабораториях вузов. В настоящее время к таким средствам относят ПТК. Рассмотрим состав и назначение компонентов ПТК (рис. 1.1). Как в аппаратном, так и в программном обеспечении ПТК структурно можно выделить следующие компоненты. Целевая система – это система, которая разрабатывается (далее будет предполагаться, что это автоматизированная система управления – АСУ). Ее аппаратную часть составляют программируемые промышленные контроллеры и промышленные компьютеры (как правило, они объединяются в локальную промышленную сеть), на основе которых разрабатывается нижний уровень АСУ. В контроллеры загружается соответствующее системное программное обеспечение (ПО), с помощью которого выполняются прикладные программы, обеспечивающие непосредственное автоматическое регулирование, контроль, диагностику и выполнение других функций. При этом для непосредственной связи программы с аппаратурой используются специальные программы – драйверы. Инструментальная система – это интегрированная среда разработки ПО нижнего уровня АСУ (для контроллеров). Ее аппаратную часть составляют компьютеры, которые называют инструментальными. Они оснащаются соответствующим ПО: интегрированной программной системой разработки прикладных программ, загружаемых в контроллеры; программой-отладчиком; программой, имитирующей (эмулирующей) функции исполнительной системы, и др. При разработке прикладных программ в основном используются языки программирования, удовлетворяющие требованиям международного стандарта IEC/МЭК 61131-3.
Рис. 1.1. Архитектура программно-технического комплекса
Система оперативного управления – это система разработки, отладки и запуска в реальном времени программного обеспечения верхних уровней АСУ. Она включает в себя интегрированную среду разработки и систему исполнения. Система исполнения и драйверы, которыми оснащаются рабочие станции и автоматизированные рабочие места (АРМ), обеспечивают взаимодействие ЛПР с целевой системой. В качестве программных средств на практике часто используют SCADA-системы – системы сбора данных и оперативного (диспетчерского) управления, позволяющие разрабатывать и реализовывать алгоритмы оперативного управления, а также имитировать (эмулировать) объекты и пульты управления. Они обеспечивают также разработку интерфейса «человек–машина», что позволяет организовать более эффективное оперативное управление. Ее аппаратную основу составляют инструментальный компьютер и компьютеры, выполняющие функции системы исполнения. Таким образом, аппаратную часть ПТК составляют: 1) программируемые промышленные контроллеры (ПРК), возможно, различных типов, в которые загружается соответствующее системное и прикладное ПО: операционная система; программы, осуществляющие связь с инструментальным компьютером (при загрузке задач (программ) и просмотре результатов); программы, реализующие пользовательские функции и функциональные блоки, и др. 2) компьютеры, выполняющие различные функции: а) инструментальной системы для разработки и отладки прикладного ПО для контроллеров; б) инструментальной системы для разработки ПО верхнего уровня; в) исполнительной системы, обеспечивающей возможности оперативного управления (взаимодействие с ЛПР различного уровня) в рамках рабочих станций, архивных станций, автоматизированных рабочих мест и др. Далее рассмотрим некоторые конкретные ПТК. Именно эти средства доступны студентам МГТУ им. Н.Э. Баумана в вычислительном зале № 8 и в лаборатории «Интеллектуальные системы» кафедры ИУ-1. 1.1. Программно-технический комплекс-1 ПТК-1 включает: контроллеры для распределенных открытых систем (КРОСС); инструментальную программную систему разработки для них прикладного программного обеспечения ISaGRAF;
Рис. 1.2. Структурная схема контроллера для распределенных открытых систем