Устройства связи с оперативным персоналом (УСОП)
Тема 1. Введение
Определение и виды систем реального времени (СРВ)
Определение СРВ связано с двумя критериями:
1.Система считается СРВ, если правильность ее функционирования зависит не только от логической корректности вычислений, но и от времени, за которое эти вычисления производятся, т.е. для событий, происходящих в такой системе то, когда эти события происходят также важно, как логическая корректность самих событий.
2.Считается, что система работает в реальном времени (РВ), если ее быстродействие адекватно скорости протекания технических процессов на объектах контроля или управления, т.е. системы управления должны собрать данные, произвести их обработку в соответствии с заданными алгоритмами и выдать управляющие воздействия за такой промежуток времени, который обеспечивает успешное решение поставленных перед системой задач.
Выводы из этих положений:
1.Практически все системы промышленной автоматизации являются СРВ.
2.Принадлежность системы к классу СРВ никак не связано с ее быстродействием, поскольку если система, например, предназначена для контроля уровня грунтовых вод, то, даже выполняя измерения с периодичностью 1 раз за полчаса, она будет работать в РВ.
Принято различать системы «жесткого» и «мягкого» РВ.
1. Системой «жесткого» РВ считается система, в которой неспособность обеспечить должную реакцию на какие-либо события в заданное время является отказом и ведет к невозможности решения поставленной задачи.
|
|
|
Теоретически время реакции в «жестких» системах может составлять секунды, часы и даже недели. Практически считают, что время реакции в системах «жесткого» РВ должно быть все-таки минимальным. Однозначного мнения о том, какое время реакции свойственно «жестким» системам нет. Более того, с увеличением быстродействия вычислительной техники (ВТ) это время имеет тенденцию к уменьшению. Поскольку недавно в качестве границы называлось значение 1 миллисекунда, то сейчас – 100 миллисекунд.
2.Точного определения для «мягкого» РВ привести не возможно, поэтому считают, что к таким системам относятся все СРВ, не попадающие в категорию «жестких».
Технология OLAP как пример СРВ
Технология OLAP определяется как быстрый анализ общедоступной многомерной информации.
Процесс поиска закономерностей и взаимосвязей в накопленной информации протекает на уровне человеческого подсознания (догадки, предположения). Поэтому важно время обработки запроса. Оно должно быть достаточно мало, чтобы в мозгу аналитика не успевали разомкнуться ассоциативные связи, породившие данный запрос. В противном случае при получении ответа аналитик (исследователь) может не вспомнить, что он хотел найти в извлеченной выборке данных.
|
|
|
Тема 2. Комплекс технических средств (КТС) СРВ
Рис. 2.1. КТС СРВ
Принято разделять аппаратные средства СРВ на две группы:
1.Управляющий вычислительный комплекс (УВК)
2.Датчики и исполнительные механизмы (органы)
Наиболее широко применяемые на практике УВК выпускаются специализированными предприятиями в виде законченных констуктивов, которые, как правило, не требуют выделения отдельного помещения. В отличие от средств УВК датчики и исполнительные механизмы чаще всего являются конструктивными элементами технологического оборудования, связанными с УВК с помощью линии передачи в виде двух или более проводов или волоконно-оптических кабелей.
В связи с развитием микропроцессорной техники на нижнем иерархическом уровне СРВ применяются микро-УВК или микроконтроллеры, которые могут встраиваться в технологическое оборудование, для чего они имеют соответствующее конструктивное оборудование.
Деление на микро-УВК и микроконтроллеры довольно условны. Под последними принято понимать специализированные на выполнение в автоматическом режиме определенных функций микро-ЭВМ. Назначение микроконтроллеров не требует использование оперативных устройств связи с оператором.
|
|
|
В общем случае в состав УВК входят одна или несколько ЭВМ, комплектуемых необходимым набором стандартных внешних устройств, а также различные типы устройств связи с объектом (УСО), т.е. устройств связи с датчиками и исполнительными механизмами, и устройства связи с оперативным персоналом (УСОП). УСОП и УСО часто объединяют, называя их устройствами ввода/вывода информации -увви.
Как показывает отечественный и зарубежный опыт, подсистемы связи с датчиками и исполнительными механизмами в СРВ, особенно в АСУТП, составляют большую часть аппаратуры нижнего уровня УВК и во многих случаях превышают по объему и стоимости электронное оборудование для обработки информации, т.е. микро- ЭВМ.
Разнообразие технических процессов, для управления которыми создаются СРВ, обусловлено наличием обширной номенклатуры датчиков и исполнительных механизмов, что повлекло за собой разработку соответствующей (тоже широкой) номенклатуры устройств, обеспечивающих автоматический обмен информацией с микро- ЭВМ.
Количество датчиков и исполнительных механизмов для сложного объекта управления может исчисляться сотнями и даже тысячами, а номенклатура – десятками. В этой связи возникает задача агрегирования УСО в виде электронных модулей, наиболее экономичным способом удовлетворяющие системные требования.
|
|
|
Всю номенклатуру операционных модулей УСО по обобщенному схемно-функциональному принципу можно разделить на следующие группы:
1.Преобразователи «аналог – код» и «код – аналог»;
2.Устройства обмена цифровой информацией с преобразователем формата или без него;
3.Дешифраторы адресов и коммутаторы линий связи;
4.Буферные запоминающие устройства (ЗУ) с функциями счета или без них;
5.Устройства локального управления обмена информации (локальные контроллеры);
6.Устройство коммутации усиления и преобразования аналоговых сигналов.
К устройствам первой группы относят следующие основные типы преобразователей:
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП): «напряжение – код» и «ток – код» постоянных и переменных напряжений;
Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП): «код – напряжение» и «код – ток»;
«Перемещение – код» и «код – перемещение»
«Пневматический сигнал – код» и «код – пневматический сигнал»;
«Частота – код» и «код – частота».
Особо следует отметить преобразователи «перемещение – код» и «код – перемещение», представляющие собой цифровые датчики и исполнительные органы. Они находят все большее применение в СРВ (в частности, в АСУТП). Например, широкое распространение получили преобразователи «код – перемещение» на базе шаговых двигателей. Такие устройства состоят из схемы преобразования выходного кода ЭВМ в пропорциональное количество импульсов исполнительного механизма (шагового двигателя). В отличие от АЦП и ЦАП остальные операционные модули подсистем связи с объектами строятся обычно на основе стандартных логических и запоминающих элементов и выполняет функции автоматического обмена цифровой информацией между ЭВМ, с одной стороны, и датчиками и исполнительными механизмами, с другой.
Устройства связи с оперативным персоналом (УСОП)
Несомненно, высока роль входящих в УВК УСОП. В сложных СРВ, в частности, в АСУТП, охватывающие производственные подразделения, на оперативный персонал возлагается весьма важная часть функций принятия решений в процессе управления.
При иерархическом построении УВК режим взаимодействия с оперативным персоналом имеет тенденцию эволюционировать от информационно-справочного и информационно-советующего на верхнем уровне к информационно-директивному на нижнем уровне, в частности, в созданных гибких автоматизированных производствах (ГАП) традиционная схема управления производственным процессом: ЭВМ ↔ Диспетчер ↔ Мастер ↔ Рабочий, имеет тенденцию к преобразованию в схему: ЭВМ ↔ Оператор ГАП.
В отечественной и зарубежной практике создания СРВ, в частности, АСУТП сложными технологическими комплексами, например, энергетики, химии, известно немало разработок УСОП с ЭВМ и через нее – с объектом управления.
Принято классифицировать УСОП и функции, выполняемые ими в СРВ, в виде следующих основных типов устройств:
1.Специализированные пульты ввода/вывода информации индивидуального пользования;
2.Специализированные пульты группового пользования;
3.Специализированные мнемонические схемы;
4.Цифровые табло группового пользования;
5.Стандартные устройства регистрации информации;
6.Устройства вывода звуковой информации;
7.Устройства ввода/вывода на основе видиотерминалов индивидуального или группового пользования.
К основным функциям, выполняемым УСОП следует отнести:
1.Отображение информации ЭВМ для оперативного (немедленного) принятия решения;
2.Отображение общего текущего состояния управляющего процесса (производства), контролируемого ЭВМ;
3.Выдачу ответов на запросы оперативного персонала о состоянии и параметрах процессов или оборудования;
4.Выдача рекомендаций об изменении режима управляющего процесса;
5.УСОП тесно связаны с лингвистическим обеспечением СРВ, являясь аппаратно-программным отображением процессов общения оперативного персонала с техническими средствами СРВ.
Датчики
Датчик является ключевым элементом СРВ. Датчик должен воспроизводить физическую величину максимально быстро и точно.
Чаще всего датчик выбирается исходя из надежности и удобства обслуживания, хотя учитываются и такие важнейшие факторы:
· Точность;
· Стабильность;
· Повторяемость результатов.
Основой работы управляющего компьютера является входная информация, поэтому точные и надежные измерения – необходимые условия качества управления.
Большая часть характеристик датчика, которые приводятся в техническом описании – статические параметры:
1. Чувствительность определяется отношением величины выходного сигнала к единичной входной величине.
2. Разрешения – наименьшее изменение измеряемой величины, которая может быть зафиксирована и точно показана датчиком.
3. Линейность не описывается аналитически, а определяется исходя из градуировочной кривой датчика. Близость этой кривой к прямой линии определяет степень линейности.
4. Рабочий диапазон определяется верхним и нижним пределами значения входной величины.
Динамические (параметры) характеристики датчика:
Время прохождения зоны нечувствительности – время между началом изменения физической величины и моментом реакции датчика.
Запаздывание – время, через которое показания датчика первый раз достигнет 50 % установившегося значения.
Время нарастания – время, за которое выходной сигнал увеличивается от 10 % до 90% установившегося значения.
Время переходного процесса (время установления) – время, начиная с которого отклонения выхода датчика от установившегося значения становится меньше заданной величины, например, ± 5 %.
Рис. 2.2.1. Динамическая реакция датчика (реакция на скачок)
где Т0 – время прохождения зоны нечувствительности;
Тd – запаздывание;
Тр – время достижения первого максимума;
Тs – время установления;
Мр – перерегулирование.
Классификация датчиков:
1.Бинарные;
2.Цифровые;
3.Аналоговые.
1 и 2 можно условно объединить.
1, 2 – бинарные и цифровые датчики:
1 группа: – датчики положения (концевые выключатели);
– реле, которые можно подразделить на нормально разомкнутые переключатели, нормально замкнутые переключатели и переключатели;
– ртутные выключатели;
– герконы (герметические контакты);
2 группа: – пороговые датчики;
3 группа: – индикаторы мощности;
4 группа: – датчики положения вала (кодеры поворота).
3 – аналоговые датчики:
1 группа: датчики движения (перемещения, скорости, ускорения, удара):
– потенциометры (переменные резисторы);
– датчики на основе принципа электромагнитной индукции (дифференциальные трансформаторы, вращающиеся трансформаторы, сельсины);
– емкостные датчики;
– пьезоэлектрические датчики;
– лазерные датчики;
– ультразвуковые датчики;
– тахометр (генератор постоянного тока);
2 группа: датчики силы, момента, давления:
– тензодатчики;
– дифференциальные трансформаторы;
3 группа: датчики приближения:
– индуктивные датчики;
– емкостные датчики;
– магнитные датчики (используют «эффект Холла»);
4 группа: датчики температуры:
– термоэлементы;
– резистивные детекторы температуры;
– термисторы (полупроводниковые резисторы);
5 группа: датчики измерения расхода:
– датчики, основанные на разности давления;
– датчики, основанные на измерении скорости вращения;
– датчики, основанные на распределении ультразвука в жидкости;
6 группа: датчики химических и биохимических измерений (концентрация, проводимость, содержание солей, кислотность PH, уровень растворения кислорода, химический состав).
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 443; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!