Этот раздел должен дать представление об устройствах для обработки данных измерений и элементах управляющих вычислительных машин.
Общая структура. На рис. 1 показана принципиальная структура централизованной системы контроля и управления процессом с цифровой обработкой информации.
Как видно из схемы, систему можно разделить на три разных части: центральное устройство обработки информации (центральную часть), так называемую периферию процесса и периферию системы человек —машина.
Связь центрального устройства ЦУ с процессом на стороне входа осуществляется с помощью измерительных устройств ИУП и устройств первичной обработки информации УПОИ, на стороне выхода — через устройство выдачи параметров управления УВПУ 11 различные исполнительные устройства ИУ.
Связь с обслуживающим персоналом происходит, с одной стороны, через периферийные устройства обработки данных, т. е. через устройства ввода и вывода ВВУ данных измерений, численных установочных величин и программ. Устройства обработки данных измерений с управляющим воздействием имеют, кроме того, пульт обслуживания (панель оператора) ПО с элементами контроля состояния процесса и воздействия на него. В специальных случаях могут присоединяться внешние накопители ВН.
Устройства, указанные здесь в виде укрупненных комплексов, состоят в принципе из перечисленных в гл. 3.4. функциональных узлов. Поэтому дальнейшее рассмотрение может ограничиться построением структуры центральной установки, устройства первичной обработки информации и устройства выдачи параметров управления.
Рис. 1. Основа структуры централизованной системы контроля и управления.
ПО — пульт обслуживания; ВВУ — устройство ввода и вывода информации; УПОИ — устройство первичной обработки информации; ВН — внешние накопители; ЦУ — центральная установка; УВПУ — устройство выдачи сигналов управления; ИУП — измерительные устройства процесса; каналы передачи сигналов;
Центральная установка. Для решения простых задач обработки данных измерений она может представлять собой устройство с постоянной структурой. При этом она, как правило, состоит из определенного количества функциональных узлов, соответствующих отдельным функциям обработки данных,как, например, сравнение предельных значений, корректировка измеренных величий, проведение балансов и т. д., взаимодействие которых обеспечивается центральным управлением.
Для более сложных задач применяются, однако, цифровые вычислительные машины с программируемой памятью.
Основная структура классической цифровой вычислительной машины представлена на рис. 3.12. Исходные цифровые данные и программа поступают в запоминающее устройство вычислительной машины через устройства ввода. Для выполнения операций цифровые данные переводятся-в арифметическое устройство и там увязываются между собой. Промежуточные и конечные результаты вычислений накапливаются в запоминающем устройстве. В конце операции окончательный результат поступает в выводное устройство. Для управления и координации всех операций служит управляющее устройство.
При централизованной обработке информации в управляющей яшине надежность имеет, естественно, первостепенное значение и определяет во многих случаях, наряду со стоимостью, возможность применения таких машин. Потребители управляющих машин требуют для целей контроля и оптимизации процессов степени готовности 99,9%. Это означает, что при непрерывной эксплуатации продолжительность допустимых выходов установки из строя составляет максимально 9 ч в год. Для вычислительных машин, работающих в режиме прямого дискретного управления (DDC), требуется даже величина 99,95%.
Устройство регистрации данных измерений. Принципиальная структурная схема типизированного устройства однократной обработки данных измерений представлена на рис. 3.
Ввиду преимущественно непрерывного протекания процесса большинство измеряемых величин регистрируется и воспроизводится
в аналоговом виде. Среди них большую часть составляют результаты измерения температуры. Аналоговые сигналы направляются, как правило, через согласующие и фильтрующие элементы в устройство регистрации данных измерений. Ввиду возрастающего применения цифровой обработки сигналов все большее распространение приобретают измерительные приборы с цифровым выходом.
Величины сигналов двоичных разрядов, являющиеся результатом цифровых измерений или сводкой команд и сообщений (например, от инициаторов), накапливаются в вводных буферных блйках.
Импульсы могут с помощью счетчиков сводиться к цифровым величинам.
За исключением входных сигналов, служащих для приоритетного управления, аналоговые и цифровые сигналы передаются на переключатель мест измерения (мультиплексор). Снятые аналоговые сигналы при необходимости еще усиливаются и переводятся посредством аналого-цифровых преобразователей в цифровую форму.
Дляи построения структуры устройств регистрации данных измерений сформировались два типовых решения:
а) Централизованное решение. Характерным для этого решения является применение общего переключателя мест измерений, цен-грального усилителя и аналого-цифрового преобразователя для всех измерительных каналов.
Рис. 2. Принципиальная структура цифровой вычислительной машины.
К преимуществам этой структуры относится то, что здесь требуется только по одному устройству каждого вида, которые могут я быть расположены в наиболее благоприятных условиях (пост управления).
Рис. 3. Структура типового централизованного устройства обработки информации системы «ursamat».
По этому принципу комплектуются наиболее часто применяемые на грузовых судах ГДР устройства системы «ursadat ZME» с системой аппаратуры «ursamat».
б) Децентрализованное решение. Здесь применяются несколько устройств регистрации информации (local scanning «е its») „ расположенных в пунктах концентрации поступления информации вблизи от измерительных устройств. Главные аргументы в пользу этого решения заключаются прежде сего в значительном снижении стоимости кабельного монтажа. Так, например, фирма «Decca» (система ISIS 300; ISIS — Integrated Ship Instrumentation System), которая является главным представителем этого направления, утверждает, что при таком решении стоимость системы может быть снижена на 50% по сравнению с прежними системами. Кроме того, ввиду более высокого уровня сигналов обеспечивается повышенная надежность их передачи. С Другой стороны, недостатком решения является то, что устройствам регистрации данных измерений, ввиду их расположения в местах концентрации информации приходится работать в значительно менее благоприятных условиях.
Рис. 4. Структура децентрализованного устройства обработки информации ISIS 300.
Устройство выдачи параметров управления. На рис. 5 иллюстрируются некоторые возможности преобразования кодированных
сигналов, полученных управляющей вычислительной машиной, в физические величины. В этой схеме не изображены необходимые в большинстве случаев усилители мощности, а также многочисленные возможности для возврата в исходные положения.
По виду использования различают системы с подачей управляющих параметров для воздействия на последовательно включенные обычные регуляторы (RGR — система, управляемая вычислительным устройством), а также исполнительных воздействий для непосредственного управления квазиустойчивыми исполнительными органами (DDC — прямое цифровое управление), с одной стороны, и двухпозиционными исполнительными устройствами (системами управления), с другой стороны.
Рис. 5. Возможные варианты выдачи сигналов управления.
Для преобразования в аналоговые электрические или пневматические унифицированные сигналы могут применяться цифро-аналоговые преобразователи в сочетании с аналоговыми удерживающими (фиксирующими) звеньями. Другая возможность заключается в применении шаговых двигателей с электрическими или пневматическими датчиками. Для управляющих воздействий на шаговый двигатель необходимы преобразователи импульсов, а также переключательная логика.
В некоторых случаях применяется также преобразование кодированного сигнала в сигнал с широтно-импульсной модуляцией, которое может быть использовано для управляющих воздействий на двухходовые исполнительные органы. Непосредственное управляющее воздействие имеет место при применении цифровых исполнительных органов.
Далее, как правило, используется значительное количество двух-позиционных исполнительных органов (выключателей), управление которыми связано с меньшими техническими затратами..