Математическое обеспечение АСУ ПС

Математическое обеспечение необходимо для формализации процессов управления (с целью их автоматизации) и реализации алгоритмов управления на ЭВМ. Математическое описание в общем случае включает:

* формализованные описания объектов и процессов управления;

* алгоритмы решения задач управления;

* программное обеспечение средств вычислительной техники, используемой на всех уровнях управления.

Процесс формализованного описания позволяет получить общее описание объекта управления и процесса управления в виде формализованных математических моделей. На базе этих моделей разрабатываются алгоритмы управления.

Алгоритмы управления определяют необходимую последовательность действий при управлении и позволяют формализовать описание процесса управления с целью автоматического его осуществления. Алгоритм является основой для разработки программы управления соответствующим объектом от ЭВМ.

Программное обеспечение (ПО) необходимо для реализации алгоритмов управления на конкретных ЭВМ, входящих в состав АСУ ГПС. Под управлением ПО обеспечивается взаимодействие ЭВМ с оперативным персоналом и оборудованием в процессе управления.

Например, при автоматическом регулировании параметров объекта управления, система управления реализует функции автоматического регулятора:

x (t) = y_з (t) - y (t);

U (t) = A {x (t)},

где x(t) – ошибка объекта управления; y_з(t) – заданное значение управляемого параметра, y(t) – текущее значение управляемого параметра; U(t) – управляющее воздействие; A – оператор, зависящий от закона регулирования.

При автоматическом регулировании можно осуществить пропорциональное регулирование (П-регули-рование), пропорционально-интегральное регулирование (ПИ-регулирование), пропорционально-интегрально-дифференциальное регулирование (ПИД-регулирование), оптимальное управление, экстремальное управление и адаптивное управление. Выбранный вид управления будет определять оператор «А», в соответствии с которым по величине ошибки находится величина управляющего воздействия.

Обобщенный алгоритм, реализующий выполнение задачи автоматического регулирования параметра Y на ЭВМ, показан на рис. 206. При запуске задачи программа начинает отсчет времени и опрашивает объект управления. В результате опроса объекта происходит ввод текущего значения управляемого параметра Y(t).

Текущее значение управляемого параметра сравнивается с заданным и определяется рассогласование (ошибка), по величине которого вычисляется необходимая величина управления. Это управление выводится из ЭВМ и, воздействуя на исполнительный механизм объекта, изменяет его выходной параметр нужным образом.

Описанный алгоритм реализуется в виде управляющей программы для ЭВМ. В качестве ЭВМ в рассматриваемом случае может выступать, например, программируемый микроконтроллер. В этом случае программу можно написать на ассемблере используемого в микроконтроллере микропроцессора. Затем программа транслируется в машинные команды микропроцессора, последовательность которых записывается в постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) микроконтроллера.

Разработка программного обеспечения на машинных и алгоритмических языках программирования требует привлечения для решения задач специалистов-программистов, хотя лучше всего понимают задачу управления специалисты-технологи и управленцы. В результате возникла необходимость в разработке таких автоматизированных систем проектирования программного обеспечения, с которыми могли бы работать пользователи, не являющиеся специалистами в области программирования ЭВМ.

Такие системы рассматриваются как инструмент для разработки программного обеспечения АСУ ТП. В современных АСУ ТП взаимодействие между оператором и технологическим процессом осуществляется с помощью программного обеспечения, получившего общее название SCADA. SCADA-система (Supervisory Control And Data Acquisition System) – система сбора данных и оперативного диспетчерского управления. SCADA-система выполняет следующие основные функции:

· контроль параметров и сбор данных о контролируемом технологическом процессе;

· управление технологическим процессом, реализуемое операторами на основе собранных данных и правил (критериев), выполнение которых обеспечивает требуемую эффективность и безопасность процесса.

SCADA-система автоматизирует сбор информации о технологическом процессе, обеспечивает интерфейс оператора, сохраняет историю процесса и осуществляет автоматическое управление процессом в необходимом объеме.

Инструментальные SCADA-системы являются инструментом для разработки программного обеспечения верхнего уровня АСУ ТП. SCADA-система часто имеет встроенную поддержку устройств ввода-вывода: управляющих контроллеров, датчиков и измерительных устройств, производимых ведущими мировыми фирмами для систем управления и сбора информации. Инструментальные SCADA-системы являются программным продуктом различных фирм, имея как много общих черт, так и существенные отличия.