Задачи и функции устройств для обработки данных измерений и управляющих вычислительных устройств


Категория Автоматизация судов

Задачи системы обработки данных измерений с помощью управляющих вычислительных устройств могут быть весьма разнообразными. С известными ограничениями их можно подразделить на две группы.

Первая группа. Сюда относятся преимущественно операции, служащие для разгрузки обслуживающего персонала и охватывающие в основном задачи ведения документации и контроля процессов, расчета обобщенных показателей (средних и текущих значений параметров, составление балансов) и т. д. Для этого нужны лишь минимальные сведения о процессе. Для решения этих задач, как правило, применяется одно управляющее вычислительное устройство, включенное в процесс по разомкнутому контуру.

а) Документирование процесса. Простейшую форму документирования процесса представляет собой автоматическое составление рабочих протоколов или ведение журналов (например, вахтенных журналов машинного отделения, маневренных операций и т. д.). Для этой цели параметры, характеризующие протекание процесса, опрашиваются через равные промежутки времени, в соответствии с их технологическими взаимосвязями, причем результаты опроса сопоставляются в блоках и оказывают воздействие на соответствующие выводные устройства. Таким путем обслуживающий персонал освобождается от необходимости считывания и регистрации данных измерений.

Особую форму документации представляют собой протоколы неисправностей. В них фиксируются нарушения нормального хода эксплуатации с указанием моментов времени их появления и устранения, причем для этой цели нередко применяется отдельное регистрирующее устройство. Это устройство можно переключать на более высокую частоту опрашивания.

б) Контроль за процессом. Здесь производится сравнение значений опрашиваемых параметров с заданными фиксированными или скользящими предельными их значениями, выведенными по результатам обработки данных измерений. При обнаружении отклонений параметров за предельное значение обслуживающему персоналу подается световой и (или) звуковой сигнал и при необходимости включается печатающее устройство для регистрации значения параметров. В зависимости от значения неисправности для процесса в целом часто предусматривается ступенчатое включение аварийных сигналов.

в) Обработка данных измерений.

Данные измерений подвергаются различным операциям для следующих целей:
— пересчета численных значений (с учетом коэффициентов пересчета диапазонов измерения);
— оценки достоверности данных измерений, проверки отсутствия обрыва или короткого замыкания проводов;
— корректировки погрешностей измерительного и передающего устройства (линеаризация, динамическая корректировка);
— корректировки состояния измеряемых величин (например, величин расхода жидкости или газа);
— исключения помех при измерении и передаче данных измерения (фильтрация, образование средних значений) и т. д.

г) Составление балансов. Для оценки лротекания процесса и его прогнозирования важное значение имеют различные балансы расхода материалов и энергии, постоянно уточняемые вычислительным устройством. По ним для экономических целей легко можно рассчитать эксплуатационные расходы.

д) Расчет показателей. Весьма важной функцией обработки данных измерений с помощью управляющих вычислительных устройств является сокращение объема информации. Для этой цели на основании большого количества данных измерений выполняются расчеты сравнительно небольшого числа показателей процесса технологического, технико-экономического или статистического характера. Примером таких показателей являются коэффициенты полезного действия, величины расходов, стоимости и т. д.

Вторая группа. К этой группе относятся такие задачи, в результате решения которых вырабатываются управляющие сигналы для оказания воздействия на процессы. Если на первой стадии использования вычислительных устройств рассчитанные ими установочные величины из соображений надежности передавались сперва инженеру-оператору (работа системы по разомкнутому контуру), то теперь все больше и больше переходят к непосредственному управлению процессами с помощью вычислительного устройства (работа системы по замкнутому контуру). В результате этого человек-оператор освобождается от постоянного участия в процессе и за ним сохраняются только функции наблюдения и контроля.

Кроме того, характерной особенностью второй стадии применения управляющих вычислительных устройств является то, что для определения их функций необходимы точные знания о процессе (построение модели процесса).

При использовании вычислительных устройств для целей управления можно выделить следующие типичные классы задач.

а) Следящее и программное управление техническими процессами. Алгоритмы управления техническими процессами чрезвычайно разнообразны, так как они в значительной мере определяются характером самого управляемого процесса.

В системах автоматизации судов сюда прежде всего относятся процессы автоматического пуска, реверсирования и остановки дизельных или паротурбинных приводов, а также автоматического пуска и остановки агрегатов для генерирования электроэнергии и, при необходимости, парогенераторов.

В зависимости от принятого принципа применяется управление по наперед заданному алгоритму, по заданной временной программе или по заданным условиям обслуживания. Поэтому системы управления этого рода называются обычно программными или следящими (командными).

Несмотря на различия, эти процессы управления часто складываются из элементарных операций следующего вида:
— определения исходного состояния (фиксации первичных критериев);
— формирования управляющей команды;
— ожидания реализации управляющей команды;
— контроля результата реализации управляющей команды (фиксации вторичных критериев).

б) Стабилизация технических процессов. Принцип действия цифровой вычислительной машины в качестве управляющего устройства определяется следующими ее свойствами:
— обработка информации ведется в цифровом виде;
— расчет установочных величин производится дискретно для каждого сочетания входных величин, считающихся постоянными;
— для определения установочных величин требуется конечное расчетное время;
— из экономических соображений вычислительно-регулирующее 1 устройство обслуживает комплект объектов регулирования, так что с каждым из объектов регулирования оно соединяется на входе и выходе лишь кратковременно.

Для характеристики этого принципа действия применяют поня- 1 тие цифрового многократного управления (стабилизации). С точки зрения техники управления здесь речь идет о системе прерывистых цепей управления.

Основная форма цифрового многократного управления — прямое дискретное управление, для которого применяется английский термин direct digital control (сокращенно DDC). Характерным признаком прямого дискретного управления является непосредственное воздействие вычислительного устройства на исполнительные органы.

Использование цифровых вычислительных машин в системах отпет однако, возможность применения значительно более эффекивных алгоритмов стабилизации без дополнительных затрат на Чдства автоматизации. Сюда относятся в первую очередь методы оавления с разверткой, одновременного управления по нескольким параметрам (многомерная система управления) и адаптивного управления.

в) Оптимизация процесса. Внедрение цифровой вычислительной техники позволило практически решить также и проблему автоматической оптимизации процесса. При этом в принципе проблема заключается в том, чтобы при данном состоянии процесса оказывать такое воздействие на его управляемые величины, при котором процесс будет оптимальным относительно определенного критерия качества. Цель оптимизации может заключаться, например, в минимизации продолжительности плавания, расхода топлива, эксплуатационных расходов и т. д.

Ввиду ограничений (расходов материалов, энергии, финансовых затрат), всегда имеющих место в технических системах и обусловленных самой установкой, задача заключается здесь, как „правило, в отыскании относительного экстремума.

Если известна модель процесса, то проблема может быть решена путем применения современных методов неклассического вариационного исчисления. Наиболее известными являются методы принципа максимума и динамического программирования.

Если же модель неизвестна, или ее невозможно построить, то задачу можно решить методом экспериментального поиска (метод проб и ошибок). В этом случае вычислительная машина берет на себя определение эффективной стратегии поиска.


Читать далее:

Категория Автоматизация судов