ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.12.2021
Просмотров: 2961
Скачиваний: 33
108
В АСУ ТП более эффективными, с вычислительной точки
зрения, являются алгебраические методы линеаризации в виде
матрично-векторных
уравнений
состояния,
записанных
в
рекуррентной форме:
X
k
=F
k
(X
i
k
−
,V
i
k
−
,Z
k-j
);
X
n
=X-[K
×
∆t
;
] –
состояние объекта управления в дискретный
момент времени;
∆t
— интервал дискретизации;
V
k-i
—
управление объектом в момент (
k
-
i
)
×
∆t
(величина
i
≥1
характеризует возможное запаздывание по каналу управления);
Z
j
k
−
, —
возмущение в момент
(к - i
)
×
∆t
(величина j≥1 характеризует
возможное запаздывание по каналу возмущения);
F
k
—
вектор-функция связей между переменными.
Вычисляемые ЭВМ значения управляющих воздействий должны
быть найдены как функции от состояния (настоящего и прошлого) и
возмущений (настоящих и будущих):
V
k
= φ
k
(X
k
,……, X
k
p
−
, Z
k
,……., Z
k
+ S)
φ
k
- вектор функция, p ≥ 0, s ≥ 0
Вопросы для самопроверки:
1. Назначение алгоритмов контроля.
2. Особенности в лесном комплексе.
3. АСУТП как система функциональных задач.
4. Что такое градуировка и коррекция показаний датчиков?
5. Назвать и показать случаи фильтрации и сглаживания.
6. Для чего применяют интерполяцию и экстраполяцию?
7. Назвать и показать методы определения функций распределения.
8. Методы определения математического ожидания.
9. Методы определения функций корреляции.
10.Методы определения спектральной плотности.
11.Назначение алгоритмов контроля достоверности исходной
информации и методы их определения.
12.Назначение и методы определения задач характеризации.
10 Архитектура АСУТП
10.1 Задачи проектирования
10.2 Архитектура АСУТП
109
Ключевые
слова:
архитектура:
централизованная,
распределенная,
клиент-сервер,
Citect,
масштабируемая,
многоуровневая, с отдельными серверами.
10.1 Задачи проектирования:
Основная задача, которую должны решать инженеры АСУ на
предприятиях, состоит не только в том, чтобы добиваться
максимальной производительности при минимальной стоимости
системы, но и заложить основы расширения системы в будущем для
удовлетворения возрастающих требований предприятия. Поскольку
производственный процесс и технологии постоянно изменяются,
система мониторинга и управления должна адекватно отслеживать
эти изменения, т. е. легко модифицироваться при изменении задачи
и расти по мере развития предприятия. Это возможно лишь в том
случае, когда архитектура АСУТП является масштабируемой.
10.2 Архитектура АСУТП
В прошлом инженеры должны были выбирать между двумя
взаимоисключающими архитектурами - централизованной или
распределенной. К сожалению, ни одна из них не может
удовлетворять потребностям современного предприятия. В начале
80-х г.г. централизованная архитектура приобрела популярность,
поскольку один большой компьютер мог осуществлять все
управление производственным процессом и хранить данные в
единой БД (рис.10.1). Все операторы в такой системе имели
одинаковый доступ к данным, поскольку они хранились в одном
месте, и только один компьютер нуждался в обновлении при
изменении требований производственного процесса.
к датчикам и исполнительным механизмам
Рис
.
10.1
Централизованная архитектура
Однако эта архитектура имеет ряд серьезных недостатков:
•
начальные инвестиции слишком высоки для небольших
приложений;
110
•
фиксированная
емкость
системы
не
допускает
последовательного увеличения системы при расширении
предприятия или изменении конфигурации;
•
резервирование может быть достигнуто только дублированием
всей системы в целом;
•
требования к технической квалификации обслуживающего
персонала очень высоки и часто требуют дорогостоящего
обучения.
При полностью распределенной архитектуре, популярной в
конце 80-х г.г., задачи управления и сбора данных выполняются на
нескольких небольших компьютерах (как правило, ПК). Каждый
компьютер решает собственную задачу и работает со своей базой
данных (БД), как показано на рис.10.2.
Распределенная система является весьма гибкой при малой
величине начальных инвестиций. Требования к квалификации
операторов невысоки, и специализированное обучение требуется в
ограниченном объеме.
К датчикам и исполнительным механизмам
Рис.10.2 Распределенная архитектура
Резервирование может применяться выборочно к задачам,
критически важным для предприятия.
Такая система решает проблемы, присущие централизованным
архитектурам управления.
Однако распределенные системы также имеют свои недостатки:
•
обработка данных происходит на каждом компьютере, что
приводит
к
крайне
неэффективному
использованию
вычислительных мощностей;
•
отсутствует оптимизация запросов к данным производства -
если два оператора запрашивают одни и те же сведения,
запрос повторяется дважды.
Преимущества
централизованной
архитектуры
являются
недостатками распределенной системы и наоборот.
Удалено:
<sp>
111
Осознание того факта, что необходим принципиально иной
подход к построению АСУТП, привело в начале 90-х г.г. к
появлению новых разработок. Автором наиболее известного
решения является фирма CiTechnologies, предложившая в 1992 г.
программный пакет Citect для Windows.
Citect для Windows предлагает инновационный подход в
реализации системной архитектуры, использующий лучшие
свойства централизованной и распределенной обработки данных.
Архитектура Citect является революционной не только по
отношению к АСУТП, но распространяется и на другие приложения,
работающие с распределенными ресурсами, объединенными в сети.
Архитектура
клиент-сервер
Основная проблема таких систем заключается в способе
распределения БД. Когда ПК объединены в локальную сеть (ЛВС),
БД может быть централизована, а данные поступают к
индивидуальным узлам. Если необходимо извлечь определенную
информацию из БД непосредственное обращение к БД и поиск в ней
осуществляются только компьютером, ответственным за управление
этой базой. Такой компьютер, обладающий необходимым
интерфейсом по обработке запросов, функционирует как сервер
информации. Когда узел отображения (или иной клиент) посылает
запрос к БД, он не должен осуществлять поиск в базе
самостоятельно, а лишь запрашивать эти данные у сервера. Это и
составляет основу архитектуры клиент-сервер.
Оптимизация клиент-серверной обработки данных в Citect
Для того чтобы понимать, как Citect использует архитектуру
клиент-сервер, необходимо иметь четкое представление об
основных задачах Citect: ввод/вывод; отображение; тревоги;
графики; отчеты.
Графики Тревоги Дисплей Отчеты
Данные процесса
Рис.10.3 Системная архитектура Citect
Ввод/Вывод
112
Каждая из этих задач управляет собственной БД независимо от
других. Такое разделение БД поддерживается даже тогда, когда все
задачи исполняются на одном и том же компьютере (рис.10.3).
Ввод/вывод
является интерфейсом между системой управления-
контроля и производственным процессом. Он оптимизирует и
управляет процессом обмена данными на предприятии между
физическими устройствами.
Тревоги
отвечают за генерацию сигналов тревог путем анализа
состояния дискретных переменных и сравнения значений
аналоговых переменных с заданным порогом.
Графики
управляют всеми данными, которые необходимо
отображать с течением времени. Собранные и обработанные они
посылаются задаче отображения по запросу последней.
Отчеты.
Задача по обработке отчетов собирает необходимые
данные, в том числе из тревог и графиков, и генерирует отчеты по
заданному критерию. Отчеты могут вырабатываться периодически,
при наступлении некоторого события или инициироваться
оператором.
Отображение
информации является связующим звеном с
оператором, основной составляющей ЧМИ. Этот процесс управляет
всеми данными, предназначенными для отслеживания оператором и
выполнения действий, инициированных оператором. В рамках
отображения осуществляется доступ ко всем тревогам, графикам и
отчетам.
Каждый из описанных выше процессов функционирует
независимо от других. Ввод/вывод, тревоги, графики и отчеты
имеют общую черту - поскольку они нуждаются в доступе к одним и
тем же данным производственного процесса; такие задачи лучше
решаются
в рамках централизованной архитектуры. Задача
отображения больше подходит распределенной архитектуре,
поскольку, как правило, в системе присутствует более одного
оператора.
Клиент-серверная архитектура - с распределенными задачами
как клиентами и общими задачами как серверами - оптимизирует
распределение информации между БД. Citect для Windows может
поддерживать
высокую
производительность
даже
при
распределении задач по многим компьютерам.
Масштабируемая архитектура
Поскольку архитектура клиент-сервер позволяет распределять
подзадачи, конструкторы системы не связаны обычными
аппаратными
ограничениями.
Результатом
является
масштабируемая архитектура, которая, может быть адаптирована к
приложениям любого размера - решения, устраняющего множество