Классы структур АСУ

В сфере промышленного производства с позиций управления можно выделить следующие основные классы струк­тур систем управления: децентрализованную, централизованную, централизованную рассредоточенную и иерархическую.

Децентрализованная структура (рис. 76, а). Построение си­стемы с та­кой структурой эффективно при автоматизации техно­логически независимых объектов управления по материальным, энергетическим, информационным и другим ресурсам. Такая система представляет собой совокупность несколь­ких независи­мых систем со своей информационной и алгоритмической ба­зой. Для выработки управляющего воздействия на каждый объект управле­ния необходима инфор­мация о состоянии только этого объекта.

Централизованная структура (рис. 76, б)осуществляет реа­лизацию всех процессов уп­равления объектами в едином органе управления, который осу­ществляет сбор и обработку информации об управляемых объектах и на ос­нове их анали­за в соответствии с критериями системы вырабатывает управ­ляющие сигналы. Появление этого класса структур связано с увеличением числа контроли­руемых, регулируемых и уп­равляемых параметров и, как пра­вило, с территориальной рассредоточенностью объекта управления.

Достоинствами централизованной структуры являются доста­точно про­стая реализация процессов информационного взаимодей­ствия; принципиаль­ная возможность оптимального управления системой в целом; достаточно легкая коррекция оперативно изменяемых входных параметров; возможность достижения макси­мальной эксплуатационной эффективности при минималь­ной избы­точности технических средств управления.

Недостатки централизованной структуры следующие: необхо­димость высокой надежности и производительности технических средств управления для достижения приемлемого качества упра­вления; высокая суммарная про­тяженность каналов связи при наличии территориальной рассредоточенности объектов упра­вления.

Централизованная рассредоточенная структура (рис. 76, в).Основная особенность данной структуры – сохранение принципа централизованного управления, т.е. выработка управляющих воздействий на каждый объект управления на основе информации о состояниях всей совокупности объектов управления. Некоторые функциональные устройства системы управления яв­ляются об­щими для всех каналов системы и с помощью коммутатоторов под­ключаются к индивидуальным устройствам канала, образуя замкнутый кон­тур управления.

а) б)

в)

г)

Рис. 76. Основные классы структур систем управления:

а – децентрализованная; б – централизованная; в – централизованная

рассредоточенная; г – иерархическая; УУ – устройство управления;

ОУ – объект управления

Алгоритм управления в этом случае состоит из совокупности взаимосвя­занных алгоритмов управления объектами, которые реализуются совокупно­стью взаимно связанных органов упра­вления. В процессе функционирования каждый управляющий орган производит прием и обработку соответствую­щей информа­ции, а также выдачу управляющих сигналов на подчиненные объекты. Для реализации функций управления каждый локальный орган по мере необходимости вступает в процесс информационного взаимодействия с другими органами управления. До­стоинства такой структуры: снижение тре­бований к производи­тельности и надежности каждого центра обработки и управления без ущерба для качества управления; снижение суммарной про­тяженности каналов связи.

Недостатки системы в следующем: усложнение информацион­ных про­цессов в системе управления из-за необходимости обмена данными между центрами обработки и управления, а также корректировка хранимой инфор­мации; избыточность техниче­ских средств, предназначенных для обработки информации; сложность синхронизации процессов обмена информа­цией.

Иерархическая структура (рис. 76, г). С ростом числа задач управления в сложных системах значительно увеличивается объем переработанной ин­формации н повышается сложность алгоритмов управления. В результате осуществлять управление централизо­ванно невозможно, так как имеет место несоответствие между сложностью управляемого объекта и способностью любого упра­вляющего органа получать и перерабатывать информацию.

Кроме того, в таких системах можно выделить следующие группы задач, каждая из которых характеризуется соответству­ющими требованиями по времени реакции на события, происхо­дящие в управляемом процессе: задачи сбора данных с объекта управления и прямого цифрового управления (время реакции – секунды, доли секунды); задачи экстремального управления, свя­занные с расчетами желаемых параметров управляемого процесса и требуе­мых значений уставок регуляторов, с логиче­скими задачами пуска и оста­новки агрегатов и др. (время реак­ции – секунды, минуты); задачи оптимиза­ции и адаптивного управления процессами, технико-экономические задачи (время реакции – несколько секунд); информационные задачи для адми­ни­стративного управления, задачи диспетчеризации и координа­ции в масшта­бах цеха, предприятия, задачи планирования и др. (время реакции – часы).

Очевидно, что иерархия задач управления приводит к необхо­димости создания иерархической системы средств управления. Такое разделение, по­зволяя справиться с информационными трудностями для каждого местного органа управления, порождает необходимость согласования принимаемых этими органами реше­ний, т.е. создания над ними нового управляющего ор­гана. На каждом уровне должно быть обеспечено максимальное соот­ветствие характеристик технических средств заданному классу задач.

Кроме того, многие производственные системы имеют соб­ственную ие­рархию, возникающую под влиянием объективных тенденций научно-техни­ческого прогресса, – концентрации и спе­циализации производства, способ­ствующих повышению эффектив­ности общественного производства. Чаще всего иерархическая структура объекта управления не совпадает с иерархией системы управления. Следовательно, по мере роста сложности систем вы­страивается иерархическая пирамида управления. Управляе­мые процессы в сложном объекте управления требуют своевремен­ного формирования пра­вильных решений, которые приводили бы к поставленным целям, принима­лись бы своевременно, были бы взаимно согласованы. Каждое такое решение требует постановки соответствующей задачи управления. Их совокупность образует иерархию задач управления, которая в ряде случаев значительно сложнее иерархии объекта управления.

В многоуровневой иерархической системе управления выде­ляют обычно три уровня. Например, в системе управления гибкой производственной сис­темой можно выделить следующие уровни управления: уровень управления работой оборудования и технологическими процессами; уровень оперативного управле­ния ходом производственного процесса в ГПС; уровень планиро­вания работы ГПС.

В функции нижнего уровня управления входят сбор и обра­ботка инфор­мации и непосредственное управление технологиче­скими процессами и ра­ботой оборудования с учетом команд, поступающих от вышестоящего уровня; фиксация времени про­стоя оборудования с учетом причин простоя; контроль за состоя­нием режущего инструмента и учет его использования; учет числа обработанных деталей; передача информации и задачи оператив­ного управления ГПС.

Функциями уровня оперативного управления ходом производ­ственного процесса в ГПС являются следующие: анализ наличия ресурсов для выпол­нения сформированных заданий на шаге управления; оперативная корректи­ровка режимов отдельных технологических процессов и выдача коррекции на технические устройства низшего уровня; контроль качества изделий; прием и систематизация информации от управляющих устройств низшего уровня; координация работы всех элементов ГПС в соответствии с получен­ным заданием; передача информации в верхний уровень управления.

Функциями уровня планирования работы ГПС являются: решение комплекса задач, связанных с формированием ежемесяч­ных графиков загрузки обору­дования ГПС; решение комплекса задач, связанных с управлением и контро­лем за работой уровня оперативного управления; управление библиоте­кой управ­ляющих программ для оборудования ГПС; сбор, обработка и выдача информации о ходе производственного процесса.

Функции управления могут быть распределены между уров­нями и по-другому. Однако, как правило, для всех иерархических систем характерно, что по мере продвижения от нижних уровней к верхним информация о со­стоянии технологического объекта обобщается, а управляющие воздейст­вия относятся к более круп­ным частям технологического или производствен­ного процесса.

Для сложных процессов на крупных производственных ком­плексах строят системы управления, сочетающие описанные выше способы вклю­чения ЭВМ в контур управления. Такая си­стема разделяется на подсистемы, для каждой из которых в зави­симости от возможностей ее математического описания и эконо­мической целесообразности выбрана определенная струк­тура. Комплекс подсистем можно реализовать либо на одной ЭВМ, разде­ляющей время между подсистемами, либо на нескольких ЭВМ, каждая из ко­торых обслуживает соответствующую подсистему, либо на вычислительной сети, состоящей из большого числа мини- или микро-ЭВМ.

Иерархическая структура автоматического управления позволяет объе­динить управление различными производственными объектами и согласовать их работу, т.е. подойти к производственному процессу как к единому це­лому, а не как к набору независимых частей. При этом можно автоматизиро­вать весь комплекс производственных процессов, включая транспортные операции и различные организационные задачи.