Управление процессами. Автоматические и автоматизированные системы управления

МОСКОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

СВЯЗИ И ИНФОРМАТИКИ

 

 

 

 

ОБЩЕТЕХНИЧЕСКИЙ факультет

Кафедра вычислительной математики и программирования

КУРСОВАЯ РАБОТА

 «Управление процессами. Автоматические и автоматизированные системы управления»

Выполнил: Студент Группы БАП1101 Колесников Денис Научный руководитель Доцент кафедры ВМиП, к.п.н. Гуриков С. Р.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва-2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 2

Глава 1. Теоретическая часть 4

1.1 История автоматического управления 4

1.2 Примеры автоматических систем управления 8

1.3 Автоматизированные системы управления 9

1.4 Функции АСУТП 10

1.5 Пример АСУ 15

Глава 2. Практическая часть 20

2. 1. Теоретическая часть 21

2. 2. Программа тестирования 22

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 34

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 35

ПРИЛОЖЕНИЯ 36

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Эффективное управление предприятием в современных условиях невозможно без использования компьютерных технологий. Правильный выбор программного продукта и фирмы-разработчика - это  первый и определяющий этап автоматизации  или автоматизирования бухгалтерского учета. Виды систем управления: ручные, автоматизированные (человеко-машинные), автоматические (технические). Термин автоматизированная, в отличие от термина автоматическая подчёркивает сохранение за человеком-оператором некоторых функций, либо наиболее общего, целеполагающего характера, либо не поддающихся автоматизации. В настоящее время проблема выбора информационной системы  (ИС) из специфической задачи превращается в стандартную процедуру. Информационные системы - системы, в которых происходят информационные процессы. Если поставляемая информация извлекается из какого-либо процесса (объекта), а выходная применяется для целенаправленного изменения того же самого объекта, то такую информационную систему называют системой управления. Таким образом, российские предприятия сильно уступают зарубежным конкурентам. Между тем, иностранные предприятия, как правило, имеют опыт модернизации и внедрения не одного поколения ИС. В развитых западных странах происходит смена уже четвертого поколения ИС. На российских предприятиях зачастую используют системы первого или второго поколения.

Руководители многих российских предприятий  имеют слабое представление о  современных компьютерных интегрированных  системах и предпочитают содержать  большой штат собственных программистов, которые разрабатывают индивидуальные программы для решения стандартных  управленческих задач.

Процедура принятия решения о выборе наиболее эффективной компьютерной системы управления нова для большинства  отечественных руководителей, а  ее последствия во многом будут оказывать  значительное влияние на предприятие в течение нескольких лет. Т.к. применение интегрированной ИС, которая отвечала бы требованиям предприятия (масштабу, специфике бизнеса и т.д.), позволила бы руководителю минимизировать издержки и повысить оперативность управления предприятием в целом. Автоматизированные системы управления (АСУ) и автоматические СУ применяются в различных отраслях промышленности, энергетике, транспорте и так далее, поэтому острота проблемы автоматических и автоматизированных систем управления приобретают все большую актуальность.

Проблема исследования – устройство и работа АСУ и автоматических СУ.

Объект исследования – системы управления производством.

Предмет исследования – автоматические и автоматизированные СУ.

Цель исследования – понять, в чём различие автоматических и автоматизированных СУ.

Задачи исследования: изучить и сравнить автоматические и автоматизированные СУ, а также создать практическую часть, включающую в себя тестовую программу по данной теме.

Методы исследования:

1. Анализ учебных пособий, научно-методической литературы.
2. Изучение опыта профессионалов по организации автоматизированных и автоматических СУ.

 

 

 

 

 

 

 

Глава 1. Теоретическая часть

1. История автоматического управления

Использование обратной связи для  целей управления имеет увлекательную  историю. Впервые принцип обратной связи был применен при создании поплавковых регуляторов в Греции за 300 лет до н. э. Такой регулятор  был использован Ктесибиосом  в водяных часах. Благодаря чему, в масляном фонаре, изобретенном Филоном приблизительно в 250 году н. э., поплавковый регулятор позволял поддерживать постоянный уровень масла, игравшего роль горючего. Между тем, Херон из Александрии, живший в первом столетии н. э., написал книгу под названием Пневматика, в которой привел несколько чертежей поплавковых регуляторов уровня воды.

Первой системой с обратной связью, изобретенной в современной Европе, был регулятор температуры Корнелиуса Дреббеля (1572-1633) из Голландии. Дени Папен (1647-1712) в 1681 г. Изобрел первый регулятор давления для паровых котлов, работавший по принципу предохранительного клапана.

Первым автоматическим регулятором  промышленного назначения общепризнанно  считается центробежный регулятор  Джеймса Уатта, разработанный в 1769 г. Для управления скоростью вращения вала паровой машины. С помощью этого полностью механического устройства, изображенного на рис 1 - 1, производилось измерение скорости вращения вала машины. При увеличении скорости металлические шарики за счет центробежной силы расходились, что, в свою очередь, приводило к перемещению втулки вверх по оси регулятора. Это перемещение с помощью рычажного механизма передавалось на клапан, который уменьшал подачу пара в машину и, следовательно, скорость вращения вала. Для приведения регулятора в действие от машины отбиралась некоторая мощность, поэтому измерение скорости проводилось не точно.

Между тем, в России первой в истории системой с обратной связью был поплавковый регулятор уровня воды в паровом котле, изобретенный И. Ползуновым в 1765 г. (рис. 1 - 2). С помощью поплавка измерялся уровень воды, а рычажный механизм воздействовал на клапан, регулировавший подачу воды в котел.

Рисунок 1 - 1. Центробежный регулятор Уатта

Период до 1868 г. Характеризовался появлением систем автоматического управления, главным образом, благодаря интуиции и изобретательству. Попытки увеличить точность управления приводили к медленному затуханию колебаний во время переходных процессов и даже к потере системой устойчивости. Именно тогда и возникла необходимость разработки теории автоматического управления. Дж. Максвелл, используя дифференциальное уравнение как модель регулятора, заложил математические основы теории управления. Его работа была посвящена исследованию влияния изменения параметров системы на ее поведение. Однако, в те же годы И. А. Вышнеградский сформулировал математическую теорию регуляторов.

 

Рисунок 1 - 2. Поплавковый регулятор уровня воды

Перед второй мировой войной развитие теории и практики управления в США и Западной Европе шло по несколько иному пути, нежели в России и Восточной Европе. В США в это время основные усилия были направлены на применение обратной связи в системах телефонии и электронных усилителях. Главные достижения здесь принадлежат Боде, Найквисту и Блэку, которые предложили описывать работу усилителей с обратной связью с помощью частотных характеристик. Напротив, в бывшем Советском Союзе известные математики и механики опережали западных ученых в области собственно теории управления, причем акцент делался на анализ систем во временной области с использованием дифференциальных уравнений.

Большой толчок развитию теории и  практики автоматического управления дала вторая мировая война, когда возникла потребность в создании автопилотов, систем орудийной наводки, станций радарного слежения и других устройств военного назначения, работающих на основе принципа обратной связи. Сложность систем военного назначения и ожидаемые выгоды от их применения побудили расширить круг технических средств и обострили интерес к системам управления и разработке новых методов их синтеза и анализа. До 1940 г. В большинстве случаев синтез систем управления проводился методом проб и ошибок и являлся своего рода искусством. В 40-е годы значительно выросло число аналитических методов синтеза, и теория управления по праву стала настоящей инженерной дисциплиной.

Таким образом, после Второй мировой войны в теории управления по-прежнему преобладали частотные методы, но наряду с этим возросла роль преобразования Лапласа и комплексной 5-шюскости. В 50-е годы акцент в теории управления был сделан на разработку методов, связанных с использованием 5-плоскости, в частности, метода корневого годографа. В 80-е годы обычным делом стало применение цифровых компьютеров в системах управления. В настоящее время в США в системах прямого цифрового управления задействовано более 400000 компьютеров, благодаря чему появилась возможность одновременного измерения и управления многими переменными.

Запуск первого искусственного спутника Земли и начало космической  эры дали новый толчок развитию техники управления. Возникла необходимость создания сложных, высокоточных систем управления для ракет и космических зондов, а возросшие требования к точности этих систем и желание минимизировать массу спутников обусловили повышенный интерес к теории оптимального управления. Именно поэтому в последние два десятилетия стали популярными методы анализа и синтеза во временной области, разработанные Ляпуновым, Минорским и другими учеными, в особенности Л. С. Понтрягиным в СССР и Р. Беллманом в США. Теперь не вызывает сомнения, что при решении задач анализа и синтеза систем одновременно должны использоваться как частотные, так и временные методы.

• 1.2 Примеры автоматических систем управления

Для выполнения опасных, однообразных, простых или шаблонных операций при сборке бытового или промышленного  оборудования особую важность приобретают  автоматические устройства. Машины для автоматической погрузки и разгрузки, резки, сварки или отбраковки позволяют повысить точность обработки, безопасность, экономичность и производительность труда. Поэтому, некоторые писатели предвидели создание машин, оснащенных компьютерами и способных действовать наподобие человека-оператора. В своей известной пьесе Р. У.Р., написанной в 1923 г., Карел Чапек назвал таких искусственных рабочих.

Как уже говорилось, робот представляет собой комплекс из механизма и программируемого компьютера, и он часто заменяет труд человека при выполнении простых повторяющихся операций. Некоторые роботы даже имеют антропоморфные механизмы, которые можно рассматривать как механические руки, запястья и кисти. Пример антропоморфного робота приведен на рис. 1 - 3. Робот способен ходить, подниматься по ступенькам и изменять направление движения.

Рисунок 1 - 3. Антропоморфный робот Хонда РЗ.

3. Автоматизированные системы управления

 

Автоматизированная система управления технологических процессов (АСУТП) – организационно-технологическая  система, обеспечивающая:

1. Выработку решений на основе автоматизации информационных процессов.
2. Реализацию управления воздействий на технологический объект управления (ТОУ).

Технологический объект управления –  объект управления, включающий технологическое  оборудование и реализуемый в  нём технологический процесс  по соответствующим инструкциям  или регламентам.

К технологическим объектам управления относятся:

1. Технологические агрегаты и устройства, реализующие самостоятельный технологический процесс (паровой котёл, прокатный станок и т. д.).
2. Отдельные производства (блоки, цехи, участки), которые управляются путём реализации рациональных режимов работы взаимосвязанного технологического оборудования (участки, агрегаты).

Совокупность  современно функционирующих ТОУ  и управляющей им АСУТП представляет из себя автоматизированный технологический  комплекс (АТК).

Технологический процесс – это  комплекс действий по изменению и  последующему определению состояния  предмета производства: изменению подвергаются – местоположение, состояние, свойство, форма сырья, материала или полуфабриката, применяемых в процессе производства готовой продукции.

 

 

 

 

 

 

4. Функции АСУТП

 

Существуют  две функции АСУТП:

1. Информационная функция АСУТП.
2. Управляющая функция АСУТП.

Информационная функция  АСУТП включает получение информации, её обработку, хранение и передачу персоналу АСУТП во вне системы о состоянии ТОУ внешней среды.

Различают 4 степени развитости информационных функций:

1. Параллельные контроль и измерение параметров состояния ТОУ.
2. Централизованные контроль и измерение параметров состояния ТОУ.
3. Косвенное измерение, в том числе путём вычисления отдельных комплексных показателей функционирования ТОУ.
4. Анализ и обобщенная оценка состояния технологического процесса по его модели (распознавание ситуации, диагностика аварийных состояний, прогноз хода процесса).