и участками; оперативно распределяют вспомогательные механизмы и ре-
монтные средства; оперативно корректируют суточные и сменные плановые
задания по выпуску продукции.
Перечисленные функции могут быть реализованы, как правило, при
использовании ЭВМ. Поэтому наличие ЭВМ в контуре управления процессом
считается одной из отличительных черт АСУТП. В зависимости от способа
включения ЭВМ в контур управления можно выделить пять разных типов
структур АСУТП, различающихся характером функций управления.
1. ЭВМ в режиме сбора информации. Параметры технологических про-
цессов, измеренные датчиками, преобразуются в цифровую форму средства-
ми сопряжения и вводятся в ЭВМ. После обработки в ЭВМ оперативная ин-
формация о ходе процесса поступает на средства отображения технологи-
ческих параметров; статистическая информация, предназначенная для ре-
гистрации, а также вычисленные экономические и технологические показа-
тели печатаются в виде документа. Системы сбора и обработки данных вы-
полняют в основном те же функции, что и систем централизованного конт-
роля, и являются более высокой ступенью их организации. Такие системы
используются при управлении технологическими и производственными про-
цессами в тех случаях, когда существуют причины, по которым определе-
ние технологического режима и формирование управляющих воздействий
должны выполнять люди.
2. ЭВМ в режиме советчика. В таких системах кроме сбора и обра-
ботки информации выполняются следующие функции: определение рациональ-
ного технологического режима по отдельным технологическим параметрам
или всему процессу в целом; определение управляющих воздействий по
всем или отдельным управляемым переменным процесса; определение значе-
ний уставок локальных регуляторов. В системах-советчиках данные о тех-
нологическом режиме и управляющих воздействиях поступают через средс-
тва отображения информации в форме рекомендаций оператору, который мо-
жет принять или отвергнуть их. Решение оператора основывается на собс-
твенном понимании хода технологического процесса и опыте управления
им. В одних случаях вычисления управляющих воздействий производятся
всякий раз, когда фиксируется отклонение параметров процесса от задан-
ного технологического режима. Процесс вычисления инициируется програм-
мой-диспетчером, которая содержит подпрограмму анализа состояния про-
цесса. В других случаях вычисления инициируются оператором в форме
запроса. Системы-советчики применяются в тех случаях, когда требуется
осторожный подход к решениям, выработанным формальными методами, что
связано с неопределенностью в математическом описании управляемого
процесса. Неопределенность может выражаться в следующем:
- математическая модель недостаточно полно описывает процесс,
т.к. связывает лишь часть управляющих и управляемых переменных процес-
са;
- математическая модель адекватна процессу лишь в узком интервале
изменения технологических параметров;
- математическая модель процесса слишком сложна для реализации в
составе АСУТП;
- расчеты по математической модели не могут быть выполнены в ре-
альном времени;
- критерии управления носят качественный характер и существенно
изменяются в зависимости от большого числа внешних факторов.
Неопределенность описаний может быть вынужденной, отражающей пло-
- 34 -
хую изученность сложного процесса, так и преднамеренной, вызванной
тем, что реализация полной и адекватной модели требует применения
крупной дорогостоящей ЭВМ, что в данном случае экономически не оправ-
дывается.
3. ЭВМ в режиме супервизорного управления. АСУТП, функционирующая
в режиме супервизорного управления, представляет собой двухуровневую
иерархическую систему. Нижний уровень, непосредственно связанный с
процессом, образуют локальные регуляторы отдельных технологических па-
раметров. На верхнем уровне управления установлена ЭВМ, основной функ-
цией которой является определение оптимального технологического режима
и вычисление на его основе значений уставок локальных регуляторов.
Входной информацией для вычисления уставок являются значения некоторых
управляемых параметров, измеряемые датчиками регуляторов и контролиру-
емые параметры состояния процесса, измеряемые датчиками. Оператор с
пульта управления имеет возможность вводить дополнительную информацию,
в частности, изменять ограничения на управляемые и управляющие пере-
менные, уточнять критерий управления в зависимости от внешних факто-
ров. Возможны два варианта реализации супервизорного управления: с ма-
тематической моделью и без нее. Если имеются достаточно адекватная и
простая модель процесса и критерий управления (целевая функция), то
вычисление уставок регуляторов может быть организовано как решение за-
дачи оптимального управления. В тех случаях, когда из-за сложности
процесса не ставится задача оптимального управления, управление можно
организовать как процесс экспериментального поиска экстремума целевой
функции управления, когда оптимальный технологический режим ищется ме-
тодом проб и ошибок. Супервизорный режим позволяет осуществлять авто-
матическое управление процессом. Роль оператора сводится к наблюдению
за процессом и, в случае необходимости, к корректировке цели управле-
ния и ограничений на переменные.
4. ЭВМ в режиме непосредственного цифрового управления. В отличие
от супервизорного управления при непосредственном цифровом управлении
управляющие воздействия рассчитываются ЭВМ и передаются непосредствен-
но на исполнительные органы. Режим непосредственного цифрового управ-
ления позволяет исключить локальные регуляторы с задаваемой уставкой.
Как в случае с супервизорным управлением, задача оператора заключается
в наблюдении за процессом и его корректировках в случае необходимости.
5. Иерархические системы управления. Если одноуровневая структура
АСУТП не обеспечивает требуемого режима функционирования сложного тех-
нологического объекта, то систему управления можно построить как мно-
гоуровневую - в виде отдельных подсистем, между которыми установлены
отношения соподчинения. Каждая подсистема имеет ЭВМ, работающую в од-
ном из описанных выше режимов. Функции управления могут быть распреде-
лены между уровнями, например, следующим образом. Нижний (первый) уро-
вень управления непосредственно управляет технологическими операциями.
Второй уровень выполняет функции расчета и оперативной корректировки
режимов технологических операций. Третий уровень управления представ-
ляет собой центральную управляющую подсистему, решающую задачи расчета
и оперативной корректировки технологического режима всего процесса в
целом.
Рассмотренные пять типов структур АСУТП различаются способом
включения ЭВМ в контур управления. Три последних типа структур пол-
ностью исключают оператора из основного контура управления, поэтому
системы, построенные на их основе, можно отнести к классу автоматичес-
ких. Для сложных процессов на крупных производственных комплексах
строятся системы управления, сочетающие описанные способы включения
ЭВМ в контур управления. Такая система разделяется на подсистемы, для
каждой из которых в зависимости от возможностей ее математического
описания и экономически целесообразности выбрана определенная структу-
- 35 -
ра. Комплекс подсистем можно реализовать либо на одной ЭВМ, разделяю-
щей время между подсистемами, либо на нескольких ЭВМ, каждая из кото-
рых обслуживает соответствующую подсистему, либо на вычислительной се-
ти, состоящей из большого числа мини- или микро-ЭВМ.
Важной составной частью АСУТП, во многом определяющей ее функцио-
нальные возможности, является математическое обеспечение (МО), которое
можно разделить на функциональное и общесистемное. Функциональное ма-
тематическое обеспечение образуется комплексом программ, непосредс-
твенно выполняющих функции управления данным процессом. Общесистемное
МО в сочетании со специальными аппаратными средствами позволяет управ-
лять ресурсами ЭВМ, осуществлять общение оператора и ЭВМ, использовать
стандартные программы при решении функциональных задач, выполнять ди-
агностирование элементов ЭВМ. В современной терминологии общесистемное
МО принято называть операционной системой (ОС). Компонентами ОС явля-
ются четыре комплекса программ: управление ресурсами; программные
средства общения оператора и ЭВМ; диагностические программы; стандарт-
ные программы.
Управление ресурсами. ЭВМ располагает ресурсами четырех видов:
временем центрального процессора, памятью, внешними устройствами и
программным обеспечением. Время центрального процессора распределяется
между функциональными программами путем переключения с одной программы
на другую, которое выполняется либо по заранее составленному расписа-
нию, либо без него. Расписание строится на основании требований к уп-
равлению технологическим процессом и представляет собой порядок и вре-
мя выполнения функциональных программ. Переключение без расписания
происходит под действием сигналов прерывания, источниками которых мо-
гут быть технологический процесс и оператор. Получив сигнал прерыва-
ния, ОС останавливает выполнение текущей программы, но таким образом,
чтобы в дальнейшем можно было вернуться к ее выполнению в том месте,
где она была прервана. Заметим, что расписание регламентирует лишь вы-
полнение функциональных программ, причем оно может требовать одновре-