2,3. Особенности систем цифрового управления

тать в рамках жестких временных ограничений, подвержена постоянному и.зменению нагрузки и внешних условий, требует очень высокой управляемости и надежности. Обеспечить круглый год без перебоев HajHinne в любой розетке электрической энергии с постоянными значениями напряжения и частоты далеко не просто. Эффективно управлять такими большими системами можно только с помощью компьютеров.

2,3. Особенности систем цифрового управления

Примеры, приведенные в ра,зделе 2.2, отражают ряд свойств, которые необходимо учитывать в системах управления. Управляемый технический процесс представляет лишь только часть проблемы; другая ее часть - это управляющий компьютер. Система управления используется не только для регулирования и определения последовательности технологических операций типа описанных выше, но должна выполнять и ряд дополнительных функций, например распознавать нештатные ситуации и адекватно на inix реагировать. Кроме того, она собирает текущие рабочие данные, рассчитывает статистические параметры, отображает информацию для операторов и исполняет их команды. Наиболее важные задачи, решаемые системой управления тсхгщчески.м процессом, представлены на рис. 2.12.

оператор

управляющий компьютер

пользовательский интерфейс

вычисление опорного значения

контроллеры

реакция на нештатные ситуации

последовательное управление

технический процесс

бинарные сигналы

индикация нештатных ситуаций

результаты измерения аналоговых величин

Рис. 2.12. Задачи, репгаемые ко.мпьютером при управлении процессом

При разработке проекта, включая определение необходимых вычислительных ресурсов, необходимо исходить из требований, предъявляемых ко всей технической системе, т. е. совокупности технического процесса и системы управления (табл. 2.1). Основное требование к системе управления заключается в том, что ее ресурсы должны соответствовать целям управления и параметрам управляемой системы.

Таблица 2.1. Характеристики управляемого технического процесса, влияющие на решения по системе управления

Характеристика технического процесса

Соответствующие компоненты проекта системы управления

Глава

Отображение развития процесса во времени

Данные, полученные в результате измерений, должны с требуемой точностью отображать дина.мику процесса. Особую важность при этом и.меет частота выборки, т. е. периодичность из-мерения новых данных. Ее онределегше обычно является нетривиальной задачей.

Высокая частота выборки влечет за собой больнгую загрузку компьютера, так как он должен обрабатывать больше данных. В ряде случаев речь может идти лаже о финансовых затратах, связанных со сбором данных процесса, например, при измерени-

2.3. Особенности систем цифрового управления 61

ях концентрации, где необходимы химические реагенты. Это означает, что число из-.мерений необходимо минимизировать, однако их частота должна быть достаточно высокой для обнаружения важных изменений в контролируемых параметрах процесса. Другими слова.ми, должен быть найден компромисс между затратами на измерение и ценой последствий, к которым может привести потеря части информации об изменениях в процессе.

На загрузку компьютера влияет не только частота измерений, но и сложность расчетов в промежутках между измерениями. Эта проблема будет рассмотрена более подробно в следующих главах книги.

Сбор данных измерений и обработка сигналов

Все сигналы измерений содержат как полезную информацию, так и помехи. Из-мерсния всегда приблизительны из-за ошибок калибровки, неточности датчиков или наличия щума. Сигнал, передающийся от датчика к компьютеру через электрический провод, может быть искажен электромагнитным шумом.

Из повседневного опыта известно, что фильтрация сигналов и извлечение информации являются важными задачами. Если несколько человек за столом начнут говорить, то микрофон будет фиксировать лишь набор звуков, из которого невозможно получить полезную информацию. Б то же время человеческое ухо способно "отфильтровать" определенные голоса среди прочих и извлечь требуемую информацию. То же самое нужно делать с измерительной информацией с помощью фильтра.

Фильтр в своей основе представляет устройство, обрабатывающее поступающий сигнал и извлекающее из него информацию в соответствии с заданным критерием. Очевидно, что фильтр должен быть спроектирован таким образом, чтобы он пропускал гюлезную информацию и блокировал ненужную. Фильтры могут быть выполнены как по аналоговой, так и по цифровой технологии. Обе разновидности фильтров обсуждаются в главе 5.

Даже если мы используем точный датчик и передаем сигнал без помех, тем пе менее получаемые данные могут не всегда адекватно представлять интересующие параметры процесса. Например, измерение уровня жидкости может быть некорректным из-за зыби, а концентрации - из-за наличия неоднородностей.

Уровень сложности системы

Уровень сложности технического процесса отражается на конфигурации управляющего компьютера. Количество датчиков и исполнительных механизмов определяет необходимое число портов ввода/вывода и в целом требует более мощного процессора, большего объема оперативной и внешней памяти и т. д. Аппаратные средства интерфейса с техническим процессом - датчики, исполнительные .механизмы и системные шины - описаны в главах 4 и 8.

Связь между внутренними переменными процесса и его входными или выходными данными определяет сложность програ-ммного обеспечения pei-улятора. Программы реа-тьпого времени гораздо труднее тестировать по сравнению с обычными, поэтому их Код должен быть настолько хороню структурирован, чтобы ошибки можно было выявить как можно paHbHie. В главе 10 описывается структура программы, языки программирования и операционные системы для репшпия задач реального времени.