Московского государственного института стали и сплавов

(технологического университета)

Кафедра АиПЭ

 

 

В.В. Антонов

 

Интегрированные системы проектирования и управления

 

Учебное пособие

для студентов специальностей

140604 – Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов

230105 – Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем

(очная, очно-заочная формы обучения)

 

Одобрено редакционно-издательским советом института

 

Старый Оскол

УДК

ББК

Рецензент:

Зам. начальника РДО по автоматизации Старооскольского ГоРПТУС Овчаров К.Л.

Антонов В.В. Интегрированные системы проектирования и управления. Учебное пособие. Старый Оскол, СТИ МИСиС, 2006. – 92 с.

Учебное пособие по курсу «Интегрированные системы проектирования и управления» для студентов специальностей: 140604 – «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов», 230105 – «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем», очной, очно-заочной форм обучения содержит курс лекций.

 

© Антонов В.В.

 

© СТИ МИСиС

Содержание

Аннотация

 

Изучение основ теории и построения интегрированных систем проектирования и управления производствами отрасли. Основные понятия интегрированной системы, взаимосвязь процессов проектирования, подготовки производства и управления производством.

Изучение вопросов построения информационного, математического, методического и организационного обеспечений интегрированных систем проектирования и управления. Использование стандартных пакетов для проектирования автоматизированных систем управления, документирования, контроля и управления сложными производствами.

Примеры применяемых на предприятиях города систем управления.

 

Основные понятия АСУ

Предпосылки создания АСУ

Одна из важнейших предпосылок лежит в сфере военного противоборства. Времена, когда управляет боем командир, прошли. Человек уже не в состоянии достаточно быстро оценить обстановку с учетом всех известных данных. В качестве примера можно привести войну Аргентины с Англией за Мальвийские о-ва в 70-х годах. В этой войне был случай когда по флагману Английской эскадры под прикрытием истребителей с самолета была выпущена крылатая ракета которую практически невозможно засечь из-за того что она очень низко летит, а если ее и замечают, то человек в течении секунд которые у него есть не успевает принять решение. Но радары корабля, заметив в последний момент ракету, сообщили об этом в вычислительный центр, и компьютер принял верное решение о развороте судна. Правда двигательная установка на корабле тогда частично отказала, и ракета попала в вычислительный центр. Но этот случай показывает то, что тот, кто имеет лучше компьютеры и систему АСУ в целом, тот и побеждает в войне.

Другая предпосылка лежит в сфере экономического развития страны. Дело в том, что экономическая развитость страны зависит от множества факторов и далеко не последним из них является качество управления. В других странах уже давно все изменения в экономике и переходы между экономическими моделями сначала моделируются, благодаря чему удается избежать грубых ошибок в управлении страной. (Не следует это понимать как то, что внедрение АСУ очень выгодная вещь. Дело в том, что его внедрение может обойтись очень дорого, а существенного увеличения прибыли не будет. Но АСУ всегда внедряется прежде всего потому, что это удобно заказчику).

Еще одна предпосылка внедрения АСУ лежит в сфере культуры.

В нашей стране необходимость внедрения АСУ заметил академик Глушков В.М., и ему удалось добиться постановления съезда о внедрении АСУ. В принципе, он является основателем науки в нашей стране.

 

Основные понятия ИСПиУ

ИСПиУ - это интегрированные системы проектирования и управления. Разберем эти понятия.

Автоматизированная система - это человеко-машинная система, т.е. человек - соавтор в выборе решений. Данная система создается и внедряется при невозможности иметь в данном случае автоматическую систему. То есть, автоматическая система не может отследить все возможные состояния объекта или присутствуют какие-либо помехи, которые данная система не в состоянии обработать.

Вообще, под системой понимают совокупность взаимосвязанных элементов обладающих некоторыми свойствами единства и целостности.

Система всегда существует и при введении или исчезновении хотя бы одного из элементов система умирает или появляется новая система, - в этом заключается свойство единства. А свойство целостности заключается в том, что свойства системы в принципе не сводятся к совокупности свойств объектов.

Под управлением понимают целенаправленное воздействие на объект для достижения им желаемого состояния (характеристик).

Под объектом понимаем все что угодно. Те воздействия, которые заставляют объект менять состояние называют входными, а те переменные, которые характеризуют состояние объекта, называют выходными. Часть воздействий на объект играют роль целенаправленных воздействий, - эту часть называют управлением. Часть воздействий мешают управлению, - их называют возмущающими воздействиями. Часть переменных мы можем наблюдать, - они называются наблюдаемыми. На основании наблюдаемых переменных (Y) и желаемых результатов (Y`) вырабатывается управляющее воздействие (dY = Y`-Y).

Иногда говорят про Интегрированные Системы Автоматизированного Управления (ИСАУ). Здесь нераскрытым словом является интеграция. Под интеграцией понимают взаимосвязанную деятельность разнородных подсистем.

 

Интеграция

 

по вертикали по горизонтали (уровню)

 

Пример: ИНТЕГРАЦИЯ ПО ВЕРТИКАЛИ:

ОГАС

АСУ Отрасли

АСУ Производства

АСУ Цеха

АСУ Участка

АСУ Процесса

Принципы управления.

1. Управление по отклонению.

Управляющее воздействие вырабатывается на основе анализа отклонения от заданной траектории.

Различают два вида управления по отклонению, - это так называемые алгоритм мягкой и жесткой посадки.

Алгоритм жесткой посадки состоит в том, что при каждом отклонении рассчитывается такое воздействие, чтобы систему вернуть на первоначальную расчетную траекторию.

Рис. 1

Алгоритм мягкой посадки состоит в том, что при каждом отклонении происходит расчет новой траектории для достижения заданной цели.

Рис. 2

Применение того или иного алгоритма оправдано в разных случаях. Например, когда корабль движется в море, он естественно откланяется от первоначальной траектории. Применение в таком случае алгоритма жесткой посадки крайне нецелесообразно (смотри рис. 1). Красным цветом на этом рисунке покарана траектория корабля при применении алгоритма жесткой посадки (корабль возвращаясь на траекторию, - проскакивает ее в силу инертности). Синим цветом на том же рисунке показана траектория корабля при применении алгоритма мягкой посадки. Как видно в данном случае применение алгоритма мягкой посадки позволяет сократить время движения, расход топлива и т.п. В другом случае когда самолет заходит на посадку применение алгоритма мягкой посадки (постоянный перерасчет траектории) может привести к тому что самолет должен будет садится по вертикали вниз (смотри рис.2). В данном случае необходимо использовать алгоритм жесткой посадки.

 

2. Управление по возмущению.

Иногда, управляя по возмущению, мы выигрываем во времени и можем избежать отклонения. Например, если человека кусает ядовитая змея и дав пострадавшему противоядие (не дожидаясь отклонения), мы тем самым можем избежать этого отклонения.

 

Функции управления

1. Планирование. Сводится к расчету заданной траектории (плана). Существует два ранее рассмотренных варианта движения объекта к заданной цели. Это алгоритм мягкой и жесткой посадки.

2. Учет. Это измерение фактического состояния объекта управления.

3. Контроль. Сопоставление фактического состояния объекта с заданным и вычисление отклонений.

4. Анализ. Под анализом понимается исследование отклонений в поведении объекта и выработка вариантов управляющих воздействий.

5. Регулирование.

· выбор управленческого решения;

· принятие решения;

· реализация управляющего воздействия.

Автоматизированной системой - называется человеко-машинная система, в которой на основе равноправного соавторства человек и компьютер выполняют функции управления.