Алгоритмическое обеспечение АСУ

Важной составной частью АСУ, во многом опреде­ляющей ее функциональные возможности, является математиче­ское обеспечение (МО), которое можно разделить на общесистемное и функциональное (рис. 83). Общесистемное МО в сочетании со специальными аппаратными средствами позволяет управлять ресурсами ЭВМ, осуществлять общение оператора и ЭВМ, исполь­зовать стандартные программы при решении функциональных задач, выполнять диагностирование элементов ЭВМ и др.

Рис. 83. Структурная схема математического обеспечения АСУ

В современной терминологии общесистемное МО принято назы­вать операционной системой (ОС), компонентами которой являются управление ресурсами, программные средства общения оператора и ЭВМ, диагностические и стандартные программы. Базо­вый состав общесистемного обеспечения УВМ следующий: опера­ционная система – комплекс алгоритмов, служебных программ и аппаратных средств, предназначенных для управления процес­сом решения задач на ЭВМ без вмешательства оператора; про­грамма-диспетчер, обеспечивающая мультипрограммный режим работы в реальном времени, координирующая процесс выполнения отдельных программ в соответствии с их приоритетами; программы обмена, предназначенные для выполнения обмена информацией между УВМ и периферийными устройствами; трансляторы с алго­ритмических языков, переводящих программу, написанную на алгоритмическом языке, в машинный код, упрощающий отладку и компоновку программы из заранее отлаженных программ; библиотека научных программ; тестовые программы.

Функциональное МО образуется комплексом программ, непосредственно выполняющих функции управления данным процес­сом. Функциональное МО УВМ образует алгоритмы и программы, реализующие задачи сбора и переработки информации, формирова­ния управляющих воздействий, решения задач оптимизации в конкретной системе управления. Функциональные программы либо разрабатывают индивидуально для конкретного процесса, либо используются типовые.

Несмотря на то что функциональное МО существенно зависит от назначения системы, его структура, достаточно общая для раз­личных систем, характеризуется иерархичностью построения. Типовая функциональная схема представлена на рис. 84.Управляющая система ГПС состоит из следующих уровней управ­ления: автономные управляющие устройства технологического и вспомогательного оборудования; синтез программ функционирования оборудования; координация работы технологического и вспо­могательного оборудования; оперативно-календарное планирова­ние и контроль; координация работы ГПС.

Следует иметь в виду, что с точки зрения синтеза отдельных уровней управления такие системы можно рассматривать и как многоуровневые.

Например, системы управления отдельными станками с ЧПУ часто сами являются иерархическими.

Рис. 84. Типовая функциональная схема системы управления ГПС

Уровень I управления образуют автономные управляющие устройства отдельными единицами оборудования. В большинстве случаев этот уровень реализуется на основе числового программ­ного управления и включает в себя каналы связи с оборудованием и верхними уровнями, устройства сбора и преобразования инфор­мации. Вопросы реализации данного уровня в настоящее время достаточно освоены на примерах управляющих устройств промыш­ленных роботов и станков с ЧПУ.

На уровне II выбираются или формируются программы работы уровня I управления на основе требуемого типа операции в зависи­мости от вида детали. Входной информацией для уровня II управ­ления является информация подсистемы планирования сменно-суточных заданий работы оборудования.

На уровне III осуществляется координация работы технологически автономных групп оборудования. Этот уровень управления реализуется, как правило, на основе микроЭВМ. Организация уровня координации работы технологического и вспомогательного оборудования позволяет снять часть функций с центральной ЭВМ, что очень важно, так как быстродействие современных управляющих ЭВМ часто недостаточно для выполне­ния ими функций прямого управления оборудованием ГПС от центральной ЭВМ. Вместе с тем этот уровень управления позво­ляет существенно повысить надежность ГПС, так как в случае выхода из строя верхних уровней управления он может осущест­влять аварийное управление оборудованием автономно. Смену заданий уровня III управления в этом случае должен осуществлять дежурный оператор. Входной информацией для уровня координации является последовательность работы оборудования и типы деталей. Эта информация задается уровнем IV.

На уровне IV составляется для ГПС план по объему и номенкла­туре деталей за смену, сутки, неделю, производится учет выполне­ния плана, учет и анализ простоев оборудования и т.д. Как само­стоятельные в состав уровня IV входят подсистемы контроля и устранения неисправностей и банк данных. Этот уро­вень включает в себя сеть информационных каналов.

Уровень V анализирует задания, поступающие от АСУП, и координирует работу всего ГПС. На этом уровне обраба­тывается информация о ходе производственного процесса и синте­зируются его динамические модели, на основе которых происходит управление ГПС.

Программное обеспечение системы управления ГПС на базе ЭВМ строится по модульному принципу и состоит из системных и функциональных блоков.

Системные блоки, образующие диспетчер системы, подразде­ляют на монитор, блок обработки прерывания, блок временных выдержек и блок работы с библиотекой стандартных программ. Функции диспетчера: организация общего управления линией по заданному алгоритму, обслуживание заказов на временные вы­держки и выполнение стандартных вычислительных программ, организация реакций на сигналы, поступающие от внешнего обору­дования.

Последовательность работы функциональных блоков в соответ­ствии с общим алгоритмом работы ГПС реализуется монитором диспетчера. В его функции входят анализ выполнения алгоритма функционирования ГПС и активизация соответствующего функ­ционального блока системы управления, готового к работе.

Контрольные вопросы

1. Какие общие признаки характерны для производственных процессов?

2. Какую роль выполняет человек, находясь в контуре управления?

3. Какие подходы используются при разработке структуры производственных процессов?

4. В чем состоит принципиальное отличие информационных АСУ от управляющих?

5. Как реализуется принцип оптимального управления?

6. Какие подсистемы входят в структуру ИВЦ?

7. Как осуществляется информационное обеспечение в АСУ?

8. Какое значение имеет математическое обеспечение?

9. Чем обусловлена необходимость разработки специальных программ?

10. Как построена информационная структура управления технологическими процессами?

11. В чем состоит необходимость построения иерархических структур?

12. В каких режимах функционирует УВМ?

13. Какие функции выполняет вычислительный комплекс?

14. Какие функции выполняет интерфейс?

15. Какие уровни управления используются в ГПС?

Заключение

Из материалов, представленных выше, несмотря на весьма ограниченные рамки пособия, следует, что на современном этапе развития автоматизация не только выступает как мощное средство совершенствования производственных и технологических процессов, но и принимает на себя функции управления сложными динамическими системами с использованием различных типов моделей. Самым значительным достижением автоматизации на данном этапе является обеспечение функционирования автоматизированных систем управления в оптимальных режимах.

Изложение материала в представленной последовательности, возможно, нуждается в совершенствовании, но в нем обобщен многолетний опыт чтения лекций студентам машиностроительных специальностей. Принятая последовательность изложения и отбор материала соответствуют вполне определенным целям и задачам курса «Автоматизация технологических процессов и производств», а именно созданию современных эффективных систем управления, обеспечивающих производство конкурентоспособной продукции.

Ключевым моментом в создании систем управления является получение информации. На примерах различных типов динамометрических устройств показано, как информация о выходных параметрах обработки может быть использована для достижения требуемой точности, шероховатости обрабатываемой детали.

Дальнейшее развитие автоматизации, как следует из данного учебного пособия, будет происходить в направлении еще более широкого использования информации на основе совершенствования алгоритмического, математического и программно-аппаратного обеспечения. Поэтому на этапе дипломного проектирования и в дальнейшей практической работе студентам, изучившим настоящее пособие, предстоит перейти на более высокий уровень использования знаний по автоматизации, проявить умение самостоятельно разрабатывать алгоритмы, управляющие программы, грамотно и технически обоснованно выбирать компьютерную и микропроцессорную технику, проектировать системы управления технологическими и производственными процессами.