1 ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет – УПИ

2 Кафедра «Автоматика и управление в технических системах» направление – Автоматизация и управление специальность – Управление и информатика в технических системах ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ Лекция ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.2. Классификация систем управления Преподаватели: Чесноков Юрий Николаевич, доц., к.т.н., Дружинина Надежда Геннадьевна, доц.

3 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.2. Классификация систем управления Цель изучения материала: ознакомиться с классификацией систем управления; изучить структуры систем автоматического регулирования (САР), АСУ ТП прямого (непосредственного) цифрового управления. Компетенций, формирующиеся в процессе знакомства с материалом: готовность учитывать современные тенденции развития информационных технологий в своей профессиональной деятельности (ОНК-2); способность применять современные информационные компьютерные технологии: самостоятельно работать с СУБД (ИК-1); готовность работать с информацией из различных источников (ИК- 4); способность к приобретению новых знаний, используя современные информационные технологии (СЛК-4); способность составлять техническую документацию на разработку программного обеспечения (ПТД-4).

4 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.2. Классификация систем управления Содержание лекции 2 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.2. Классификация систем управления

5 Управление и информация – понятия, неразрывно связанные между собой [11]. Управление невозможно без достаточной информации: - о цели управления; - о возмущениях (воздействиях) среды; - о состоянии объекта управления; - о характеристиках объекта управления (ОУ). В зависимости от характера и полноты доступной информации реализуют различные принципы управления. 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.2. Классификация систем управления

6 На рис. 1.1 приведена классификация технических систем управления (СУ). Данная классификация не претендует на полноту в части классификации автоматических систем. Они бывают линейными или нелинейными, непрерывными или дискретными, стационарными или нестационарными, с сосредоточенными или с распределенными параметрами и т.д. С информационной точки зрения они во многом подобны. 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.2. Классификация систем управления

7 Рис Классификация систем управления Системы управления Автоматические Логические САР Следящие Автоматизированные АСУ ТП АСУ П Программного управления (ПУ) Замкнутые Разомкнутые

8 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.2. Классификация систем управления Системы программного управления применяются в металлорежущих станках с числовым программным управлением (ЧПУ). Они реализуют движение режущего инструмента по заданной траектории или позиционирование инструмента в требуемых точках. Есть станки, в которых перемещается обрабатываемая деталь по заданной программе.

9 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.2. Классификация систем управления Например, сверлильный станок с ЧПУ имеет неподвижную сверлильную головка и подвижный стол, на котором закреплена деталь (например заготовка печатной платы). По программе стол передвигается, подводя под сверло деталь так, чтобы просверленное отверстие возникло в нужном месте. Системы программного управления имеют свою специфику, которая выходит за рамки нашей специальности.

10 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.2. Классификация систем управления Логические системы управления строятся на базе теории цифровых автоматов. Входная и выходная информации в этих системах представлены двоичными словами. Такие системы изучаются в дисциплине «Проектирование средств управления».

11 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.2. Классификация систем управления Разомкнутые системы управления применимы для устойчивых ОУ при отсутствии возмущающих воздействий. Разомкнутые системы управления с компенсацией возмущений применимы при слабых неконтролируемых возмущениях. Контролируемое возмущение поступает на выход по двум параллельным каналам, что позволяет компенсировать его воздействие на выходе системы.

12 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.2. Классификация систем управления Замкнутые системы автоматического управления (системы с обратной связью) весьма разнообразны. Рассмотрим системы автоматического регулирования (САР). Эти системы предназначены для стабилизации или изменения по программе выходных параметров объекта управления. Обобщенная схема такой системы приведена на рис. 1.2.

13 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.2. Классификация систем управления Рис Структурная схема САР Устройство управления R(s)R(s) wД(s)wД(s) W(s)W(s) WВ(s)WВ(s) f ВН (s) f ВШ (s) y(s)y(s) AН(s)AН(s) g(s)g(s)

14 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.2. Классификация систем управления Информация воспринимается с выходов объекта управления датчиками с вектором передаточных функций w Д (s). Наблюдатель с матрицей A Н формирует координаты пространства состояний (в том числе – выходные координаты), значения которых поступают на алгебраический вход блока регулирования с матрицей передаточных функций R(s).

15 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.2. Классификация систем управления На выходе блока регулирования с учетом сигналов уставок g(s) формируются сигналы управления, которые вместе с внутренними возмущениями f ВН (s) поступают на регулирующие входы объекта управления с матрицей передаточных функций W(s). На выходе объекта управления вектор выходных сигналов y(s) определяется помимо сигнала управления внешними воздействиями f ВШ, для которых объект управления имеет матрицу передаточных функций W В (s).

16 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.2. Классификация систем управления Обработка информации в таких системах происходит в блоке регулирования и наблюдателе. Алгоритмы этой обработки строят на основе теории автоматического управления. В САР отсутствует этап отображения информации. Этап хранения имеется, если блок регулирования цифровой, так как в этом случае необходимо хранить информацию, полученную на предыдущих тактах. Однако в таких системах организация хранения информации не вызывает теоретических проблем.

17 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.2. Классификация систем управления В автоматических СУ (САР, следящих системах, системах логического управления) понятие «информационное обеспечение» не используется. В этих системах возникают проблемы измерения состояния объекта и преобразования сигналов в управляющие сигналы.

18 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.2. Классификация систем управления Автоматизированные системы управления (АСУ) – это человеко-машинные комплексы. За человеком в АСУ остаются задачи по принятию решения, которые плохо поддаются формализации, следовательно и автоматизации. АСУ повышают качество управления за счет значительного ускорения процессов переработки информации. Характерный признак АСУ – наличие вычислительных средств и разделение функций управления между человеком и вычислительными машинами.

19 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.2. Классификация систем управления Рассмотрим два типа АСУ: автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) и автоматизированные системы управления предприятием или производством (АСУП).

20 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.2. Классификация систем управления АСУ ТП служат для: - повышения качества управления технологическим объектом, - оптимизации технологических процессов при большом числе контролируемых, измеряемых (более 2500) и управляемых параметров, - оптимизации сложных алгоритмах управления.

21 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.2. Классификация систем управления Цели внедрения АСУ ТП могут быть следующие: экономия топлива, сырья, материалов; обеспечение безопасности ТОУ; повышение качества выходного продукта; снижение затрат живого труда; достижение оптимальной загрузки оборудования; оптимизация режимов работы ТОУ.

22 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.2. Классификация систем управления Эти системы выполняют : информационные, управляющие, вспомогательные функции. Эти функции являются совокупностью действий системы, направленных на достижение частной цели управления.

23 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.2. Классификация систем управления Основные информационные функции АСУ ТП: централизованный контроль и измерение технологических параметров; косвенные измерения (вычисления технико- экономических показателей, внутренних переменных и т.п.) параметров процесса; формирование и выдача данных оперативному персоналу; подготовки и передача информации в смежные системы управления; обобщенная оценка и прогноз состояния ТОУ и АСУ ТП и их оборудования.

24 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.2. Классификация систем управления Основные управляющие функции АСУ ТП : регулирование отдельных технологических параметров; однотактное логическое управление технологическими операциями или агрегатами; программное логическое управление группой оборудования; оптимальное управление установившимися или переходными технологическими режимами или отдельными стадиями ТП; адаптивное управление технологическим объектом в целом.

25 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.2. Классификация систем управления Информационные и управляющие функции являются основными, они направлены на конкретного потребителя (ТОУ, оперативный персонал, смежные АСУ и т.п.). АСУ ТП могут содержать сотни контуров САР, множество систем логического управления, которые реализуются управляющим вычислительным комплексом (УВК).

26 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.2. Классификация систем управления Структура централизованной АСУ ТП прямого (непосредственного) цифрового управления (практически – цифровая система автоматического управления) показана на рис. 1.3.

27 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.2. Классификация систем управления Рис Структура АСУ ТП: ОТ – оператор-технолог; ПУ – пульт управления; УНО – устройство наглядного отображения; УД – устройство документирования; УВК – управляющий вычислительный комплекс; ТОУ – технологический объект управления ТОУ Исполнительные механизмы Источники информации УВК ПУУНО, УД ОТ … Сырье Продукция Логическое управление Непрерывное управление

28 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.2. Классификация систем управления Источники информации – первичные измерительные преобразователи или датчики – извлекают информацию о состоянии ТОУ. Эта информация поступает в УВК, где она хранится, преобразуется. На основе этой информации УВК вырабатывает управляющие сигналы, которые подаются на исполнительные механизмы. УВК также формирует советы оператору-технологу, которые поступают на устройство наглядного отображения информации.

29 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.2. Классификация систем управления В УВК хранятся данные, косвенно связанные с управлением (нормативные данные, модель технологического процесса и т.д.). По нормативной документации в составе информационного обеспечения (ИО) выделяют: информацию о состоянии ТОУ; системы классификации и кодирования технической информации; массивы данных, документы, необходимые для выполнения всех функций АСУ ТП, в том числе нормативно справочную информацию.

30 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.2. Классификация систем управления АСУП действуют в производственных объединениях, на крупных предприятиях, в строительных организациях, в торговле и т.д. АСУП относятся к классу систем организационного (административного) управления.

31 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.2. Классификация систем управления АСУП реализуют информационные функции, решают оптимизационные задачи. Для решения этих задач в вычислительном комплексе заложена информационная модель предприятия в виде массивов данных, отражающих производственные процессы, движение кадров и т.д. АСУП – это автоматизированная информационная система, в которой ввод информации выполняется вручную или смежными системами по каналам приема передачи данных. В АСУП информационное обеспечение имеет важный смысл.

32 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.2. Классификация систем управления В АСУП и АСУ ТП информация в виде данных хранится в банках данных (БнД). Таким образом, основа информационного обеспечения систем управления (ИО СУ) – банки данных.

33 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.2. Классификация систем управления Выводы и заключение по лекции: познакомились с классификацией систем управления; изучили структуры систем автоматического регулирования (САР), АСУ ТП прямого (непосредственного) цифрового управления.

34 1. ИНФОРМАЦИЯ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 1.2. Классификация систем управления Перечень источников: Четвериков В.Н. Базы и банки данных/ В.Н. Четвериков, Г.И. Ревунков, Э. Н. Самохвалов; под ред. В.Н. Четверикова. М.: Высшая школа, с. Дейт К. Дж. Руководство по реляционной СУБД DB2/ К. Дж. Дейт. М.: Финансы и статистика, с. Дейт К. Дж. Введение в системы баз данных/ К. Дж. Дейт. М.: Издательский дом «Вильямс», 2001, 1072 с. Дмитриев В.И. Прикладная теория информации/ В.И. Дмитриев. М.: Высшая школа, с. Гайдамакин Н.А. Автоматизированные информационные системы, базы и банки данных/ Н.А. Гайдамакин. М.: Гелиос АРВ, С. Карпова Т.С. Базы данных: модели, разработка, реализация/ Т.С. Карпова. СПб.: Питер, с. Мамаев Е.В. MS SQL Server 7.0. Проектирование и реализация баз данных/ Е.В. Мамаев. СПб.: БХВ- Санкт-Петербург, с. Озкарахан Э. Машины баз данных и управление базами данных/ Э. Озкарахан. М.: Мир, с. Селко Джо. SQL для профессионалов. Программирование/ Джо Селко. М.: «Лори», с. Системы управления базами данных и знаний/ А.Н. Наумов [и др.]; под общ. ред. А.Н. Наумова. М.: Финансы и статистика, с. Теория автоматического управления/ С.Е. Душин [и др.]; под общ. ред. Б. Б. Яковлева. М.: Высшая школа, с. Харрингтон Дж. Л. Проектирование реляционных баз данных. Просто и доступно/ Дж. Л. Харрингтон. М.: «Лори», с. Хендерсен К. Delphi 3 и системы клиент/сервер: руководство разработчика/ К. Хендерсен. Киев: Диалектика, с.