Особенности систем цифрового управления

Существует ряд свойств, которые необходимо учитывать в системах управления. Управляемый технологический процесс представляет только часть проблемы, другая ее часть – это управляющий компьютер. Система управления используется не только для регулирования и определения последовательности технологических операций, но должна выполнять и ряд дополнительных операций, например, распознавать нештатные ситуации и адекватно на них 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, представлены на рис. 1.9.

Рис. 1.9. Задачи, решаемые компьютером при управлении процессом.

При разработке проекта, включая определение необходимых вычислительных ресурсов, необходимо исходить из требований, предъявляемых ко всей системе, т.е. совокупности технологического процесса и системы управления.

Отображение развития процесса во времени

Данные, полученные в результате измерений, должны с требуемой точностью отображать динамику процесса. Особую важность при этом имеет частота выборки, т.е. периодичность измерения новых данных.

Высокая частота выборки влечет за собой большую загрузку компьютера, так как он должен обрабатывать больше данных. С другой стороны частота должна быть достаточно высокой для обнаружения важных изменений в контролируемых параметрах процесса.

Сбор данных измерений и обработка сигналов

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

Для того, чтобы из поступающего сигнала извлекать полезную информацию в соответствии с заданным критерием, используется специальное устройство – фильтр. Фильтры могут быть выполнены как по аналоговой, так и по цифровой технологии.

Уровень сложности системы

Уровень сложности технологического процесса отражается на конфигурации управляющего компьютера. Количество датчиков и исполнительных механизмов определяет число портов ввода – вывода и в целом требует более мощного процессора, большего объема оперативной и внешней памяти и т.д. Связь между внутренними переменными процесса и его входными и выходными данными определяет сложность программного обеспечения регулятора.

Интерфейс оператора

Хотя теоретически управляющая система может функционировать без вмешательства человека, на сегодняшний день всегда необходимо взаимодействие с оператором, который должен получать информацию и иметь возможность вводить команды.

Для этого используются графические интерфейсы, например современные дисплеи могут отображать сложно организованные данные, включая цветовые палитры с миллионами оттенков, разнообразную графику, даже мультипликацию и видео. Однако все это требует больших вычислительных ресурсов, за которые программы интерфейса будут конкурировать с модулем обработки данных, и поэтому оператор может получать информацию с задержкой. С другой стороны, не вся информация может ждать, например, сигналы тревоги и другие важные сообщения должны отображаться немедленно. Поэтому при проектировании интерфейса необходимо тщательно отбирать информацию и сопоставлять способ отображения со степенью ее важности в текущий момент.