предприятия и конкурептоспособность продукции. Поэтому качество компьютерных систем управления имеет решающее значение.

Электроэнергетические системы относятся к категории наиболее сложных. Они включают первичные источники энергии - ГЭС, ТЭЦ и АЭС, а также крупные передающие и распределительные сети. Чтобы описать объединенную электроэнергетическую систему даже небольшой страны, необходимы тысячи уравнений для генераторов, турбин, линий электропередачи, нагрузок и т. д. Электрическую энергию нельзя запасти в сколь-либо значительных количествах, и поэтому ее приходится производить одномоментно с потреблением. Управление генерацией и передачей электрической энергии должно быть быстрым и точным, чтобы своевременно выявлять и удовлетворять увеличение нагрузки, задействуя либо имеющиеся свободные геиерируюнще мощности, либо мощности других энергосистем. Для этого, кроме многих других факторов, диспетчерские службы должны следить за нагрузкой в часы работы предприятий, а иногда даже учитывать начало и окончание популярной т е л е в и 3 и о н н о й п р о г ра м м ы.

Управление транспортом включает в себя множество задач, решаемых с помощью компьютерного управлет-ш. Методика управления светофорами хорошо известна, однако определение оптимальной стратегии представляет собой далеко не тривиальную задачу. Сколько людей мучается перед красным сигналом и расстраиваегся из-за преимущества, которое (как всегда кажегся) получает другое направление дви-же1Н1я! Управление системой светофоров в городском районе является сверхсложной задачей, поскольку движение через перекрестки достаточно сильно взаимосвязано, в результате возникают сложные эффекты взаимного влияния транспортных потоков.

Однако нельзя забывать и о другом. Автоматизация означает не только фантастические суперсовременные приложения вроде автоматизированных фабрик и роботов. В больпп-пнггве стран эти направления почти не играют никакой роли из-за отсутствия технологической базы и должного общего уровня развития. С другой стороны, автоматизация необходима именно в слабо- и среднеразвитых странах для того, чтобы С1п-1зить потребление всегда ограниченных эйергетических и материальных ресурсов, улучшить безопасность и эффективность промышленных производств, загрязняюии-1Х окружающую среду.

1.5. Руководство для читателя

Цель книги

Авторы поставили перед собой задачу представить читателю обобщен1п>!Й взгляд на колшьютерное управление производственными процессами. Для построения сложных систем необходимо использовать знания из столь многих областей, что все аспекты, конечно же, невозможно детально рассмотреть в рамках одной книги. Из-за пшроты тематики и междисциплинарного характера каждую главу можно легко увеличить до весьма солидного тома (в большинстве случаев такие солидные издания уже существуют). Проблема в том, чтобы ограничить объе.м каждой главы до приемлемых размеров и при это.м дать читателю возможность при разумных усилиях получить на основе комплексного подхода более или менее полную картину компьютерного управлет-ш производственными процесса.ми.

В этой книге нет новых теорий компьютерной архитектуры, программного обеспечения или методов управления - скорее это попытка объединить известные теории в рамках общего подхода. Сведения о компьютерах и программном обеспечении, теоретические положения и практические советы собраны вместе для того, чтобы дать представление о роли каждого из компонентов в компьютерной системе управления. Читателю этой книги ие обязательно быть разработчиком систем реального времени или новых методов управления - он может быть "компетентным заказчиком" или пользователем, достаточно сведущим, чтобы построить работоспособную компьютерную систему управления из соответствующим образом подобранных аппаратных и программных компонентов и оценить ее возможности и ограничения, Авторы, однако, надеются, что разработчики систем и специалисты из смежных областей используют эту книгу, чтобы расширить кругозор и посмотреть на свою специальность с новой точки зрения.

Требования к уровню подготовки

Материал представлен так, чтобы читателю ие требовалось каких-либо специальных знаний по каждой из рассматриваемых областей. Однако предполагается, что читатель обладает некоторой теоретической подготовкой, включая:

- основы математического анализа;

- основы теории электрических цепей;

- основы автоматического регулирования с обратной связью;

- базовые принципы структуры и функционирования компьютеров;

- программирование на алгоритмических языках высокого уровня, например С, FORTRAN, Pascal.

Определенное знакомство с теорией дифференциальных уравнений и матричным анализом будет полезно для более глубокого восприятия ряда утвержде1П-1Й, хотя это необязательно.

При выборе тем, представленных в книге, авторы стремились к полноте охвата, хотя, с другой стороны, часто вынуждены были придерживаться определенных границ. Например, было бы бесполезно обсуждать основы цифровой обработки данных или описывать конкретный язык программирования, поскольку эти сведения являются частью базовой подготовки любого инженера и изложены в многочисленных учебниках. Вместо этого включено детальное описание системных шин и программирования в режиме реального времени, поскольку это достаточно новая информация, которая является существенным дополнением к основа.м знаний о компьютерах и программном обеспечении. То же относится к теории авто.матического регулирования, поскольку анализ простейшего регулятора является обязательной частью учебного плана любого инженерного факультета, а соответствующей учебной литературы более чем достаточно. В отиопгении цифровых (дискретных) регуляторов положение несколько иное, поскольку больишиство .монографий могут скорее отпугнуть читателя-неспециалиста, если у него ист необходимости изучать .материал! в полном объеме.

При изложении других тем, оттеории цифровых фильтров до основ !1ередачи информации, авторы старались разумно сочетать теоретическое описание с практическими примерами и иллюстрациями.

Структура КНИГИ

Каждая глава касается только одного аспекта систем компьютерного управления. Главы 2-6 посвящены теории моделирования и управления (при этом содержат практические примеры и ссылки на существующее оборудование). Главы 7-11 описывают современную аппаратуру и методологические основы программного обеспечения, используемые в системах управления процессами.

ГЗ главе 2 определены понятия программирования в режиме реального времени и компьютерного управления процессами. Па простом примере иллюстрируется идея нараллечьных процессов. Различные проблемы компьютерного управления процессами классифицируются по их характеру и сложности. Конкретные вопросы, возшт-кающие при обсуждет-т этих проблем, выступают в качестве указателей на носледу-юпше главы книги.

В главе 3 рассмотрены различные концепции и методы описания систем, причем наибольпгее внимание уделено описанию динамических систем, сначала на основе непрерывных, а затем дискретных моделей. Кроме того, представлены подходы к описанию физических процессов, для которых доступна лишь неполная информация.

Измерения, сбор данных и передача сигналов обсуждаются в главе 4. Основные принципы работы датчиков и исполнительных механизмов описаны наряду с вонро-са.ми, касающимися электрических niy.MOB, возмущений и согласования сигналов.

Глава 5 носвящена обработке сигналов, главным образо.м фильтрации для снижения влияния HiyMOB и возмущений; рассмотрены как аналоговая, так и цифровая фильтрации. Теорема дискретизации, касающаяся преобразования аналоговых сигналов в цифровые и наоборот, составляет основное содержание главы. Дополт-ггель-но рассмотрены некоторые методы проверки сигналов.

В главе 6 онисана ко.\Н1Ьютерная реализация регуляторов. Рассмотрены различные структуры управления и нрипедены примеры программ, реализуюни-ix соответствую-пц1е цифровые риуляторы; проанализированы их возможности и ограничеш-нн

В главе 7 рассмотреть управление носледоватечьностью собьггий и его реализация на основе програм.\п-1руемых логических ко1Ггроллеров, т. е. иростейишх автономных .\ткроко.\пп>ютеров, работающих на основе бинарных измерений и управляющих сигналов. Несмотря на исключительную простоту (или благодаря ей), эти контроллеры играют заметную роль во многих промьпплеи1п>!Х приложет-шх. В главе также paccMOTpein.1 функциональные карты, которые являются мощным сред-ство.м структурирования программ даже для очень сложных задач управления.

Глава 8 носвящена архитектуре системных шин; наибольшее внимание уделено стандарту VME.

Передача дантлх является исключительно важным элементом систем промышленной автоматизации. В главе 9 описание процесса об.мена инфор.мацией опирается на .модель взаи.модействия открытых систе.м (ВОС). Рассмотрены некоторые стан-iiapTbi, часто используемые в иро.мьнплетюсти, в частности протокол авто.матизации производства (MAP) и пиша локального управления (Fieldbus).

Глава 10 является введет-шм в снециалын.1е методы мультипрограм.\п-1рова1Н-1я и програ.м.мироватш для систе.м реального времени -• запила ресурсов, синхронизация и об.мен данными между программ1П>1.ми .модулями. В главе показано, каки.ми Методами онерационная система обеспечивает исполнение нескольких програ.мм в режи.мс реального времени. Дан краткий обзор существующих операционных сис-