ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭНЦИКЛОПЕДИЯ

Управляющие машины и системы управления

Возросли скорости движения автомобилей, увеличился поток машин на улицах городов. Работа водителя стала напряженной, требующей огромного внимания, и вот уже многие современные автобусы и автомобили оборудованы автоматическим переключателем скоростей.

А как помочь оператору за пультом электростанции или современного прокатного стана? Ведь перед ним бесчисленные рычаги и кнопки, с помощью которых он руководит работой сложнейших агрегатов. При управлении только одной паровой турбиной мощностью 500 МВт оператор электростанции контролирует до 200 физических величин и регулирует около 300 различных параметров. Он должен быстро и точно реагировать на все возможные отклонения в ходе процесса.

Водитель автобуса, оператор электростанции и работники других профессий прежде всего люди: им может нездоровиться, они могут устать. В такие минуты бдительность человека притупляется, реакция становится менее быстрой, снижается работоспособность мозга, и все это может быть причиной аварии.

Человеку необходим помощник, способный за доли секунды "снять" показания сотен различных датчиков и измерительных устройств, проанализировать их показания и сопоставить с заданными значениями, а затем из различных вариантов решения задачи управления выбрать лучший.

Таким помощником человека стала электронная управляющая вычислительная машина (ЭУВМ), или, как часто говорят, просто управляющая машина (УМ) - сложный автоматизированный комплекс устройств, в состав которого входят ЭВМ, устройства сбора, преобразования и передачи данных, устройства ввода и вывода информации, линии связи и др.

Как же работает управляющая машина? Как она определяет, какие из характеристик управляемого процесса наиболее важны, в каком порядке и как часто надо производить необходимые измерения, с какой точностью осуществлять регулирование?

Ответ на эти вопросы дает алгоритмизация производственного процесса, т. е. описание процесса в виде последовательности взаимосвязанных простейших операций. Для этого весь рабочий процесс условно расчленяют на отдельные действия и находят параметры, которые влияют на его ход или определяют качество продукции. Составленный таким образом "план действий" - алгоритм - записывают с помощью формального языка (системы условных команд) в виде программы для ЭВМ.

Таким будет вычислительный центр, оснащенный средствами единой системы электронных вычислительных машин; отсюда можно управлять полетом космического корабля либо работой современного автоматизированною промышленного предприятия.

Пульт центрального вычислителя ЭВМ помогает оператору следить, насколько правильно машина выполняет программу вычислений.

Автоматический чертежник по команде ЭВМ вычертит любую сложную фигуру быстрее, аккуратнее, а главное, точнее, чем человек.

В соответствии с программой ЭВМ "опрашивает" датчики и другие устройства, контролирующие работу управляемого объекта, например энергоблока на электростанции. Результаты этого опроса по десяткам каналов поступают на входные преобразователи, где они преобразуются в электрические сигналы, которые затем превращаются в строгие строчки и колонки цифр, понятные лишь машине да оператору за ее пультом. Полученные данные кибернетический помощник в тысячные доли секунды рассортирует, "разложит по полочкам", сравнит с эталонами, которые он хранит в своей "памяти", и выдаст все необходимые рекомендации для управления процессом с требуемой точностью.

Автоматические устройства, Которые управляли работой разнообразных и сложных машин и агрегатов, были и раньше, но все они выполняли лишь ту работу, которая была предопределена главным образом их конструкцией.

От подобных автоматов управляющая машина отличается прежде всего своим быстродействием: в сотые доли секунды она способна перебрать несколько тысяч вариантов решения поставленной задачи и выбрать то из них, которое наиболее полно удовлетворяет целям управления. Управляющая машина может запоминать и сохранять длительное время в своей "памяти" огромный объем информации. Машина может проанализировать возможные отклонения в ходе процесса, составить прогноз их развития и указать методы или способы устранения ошибок. Это особенно важно там, где секундная задержка в регулировании может привести к необратимым изменениям свойств получаемой продукции либо к аварии. Вот почему во многих случаях управляющая машина просто незаменима.

ЭУВМ может быть' советчиком или исполнителем. В первом случае результаты обработки данных и рекомендации по управлению в виде таблиц и графиков, отпечатанных ЭВМ, или совокупности сигналов на мнемосхеме либо на телевизионном экране предлагаются оператору, т. е. ЭУВМ "рекомендует", "советует", а человек решает и делает.

Во втором случае ЭУВМ не только решает, задачи управления, но и сама вырабатывает сигналы, воздействующие на органы управления агрегата, станка или установки без участия в этом процессе человека; в этом случае ЭУВМ и объект управления вместе составляют систему автоматического управления (САУ).

Рассмотрим, например, управляющую систему "Каскад", предназначенную для оперативного управления производством аммиака (в 1967 г. подобная система начала действовать на Новомосковском химическом комбинате).

Химический комбинат - большое и сложное предприятие. Там много цехов и агрегатов, которые часто удалены друг от друга на значительные расстояния, отличаются по технологии и виду вырабатываемой продукции. Для эффективной работы комбината необходимо, чтобы работа отдельных цехов и агрегатов, связанных одним технологическим процессом (в данном случае производством аммиака), была согласованна. Наименьшими единицами в системе управления приняты цех, склад или их отделения. Система работает как "советчик диспетчера" завода. В состав технических средств системы входят: цифровая вычислительная машина (ЦВМ) "Урал-НБ", оперативно-диспетчерское оборудование, телемеханическая система передачи данных, преобразователи представления величин, датчики технологических параметров.

Датчики системы, измеряющие давление, температуру, скорость, плотность и т. п. входных и выходных потоков продукции, устанавливают на важнейших агрегатах и на всех межцеховых коммуникациях. Показания датчиков преобразуются в электрические сигналы, которые телемеханической системой передаются на центральный диспетчерский пункт и на преобразователи величин для ввода в ЭВМ.

"Урал-ИБ", получая периодически информацию об объекте, производит технико-экономический расчет показателей, ищет "узкие места" и согласует нагрузки, анализирует производственную ситуацию и вырабатывает рекомендации по наилучшему ведению процесса производства аммиака. Каждые сутки ЭВМ отключается от системы и в течение 20 мин учитывает расход электроэнергии на комбинате.

Режим работы системы - круглосуточный. Непосредственно на ее обслуживании занято 19 человек. Применение системы "Каскад" позволило значительно увеличить выпуск аммиака и снизить его себестоимость.

В СССР созданы и успешно работают такие управляющие вычислительные машины, как "Днепр", УМ-1, ВНИИЭМ, ИВ-500. В системах автоматического управления действуют ЦВМ "Урал", "Минск", БЭСМ и др. Они применяются для автоматизации управления производственными процессами в энергетике, металлургии, в химической и нефтеперерабатывающей промышленности, на транспорте и во многих других областях народного хозяйства. И в разных отраслях действуют разные системы управления. Они различаются по составу оборудования и по виду решаемых задач, по каналам связи и численности обслуживающего персонала.

Какой же из вариантов системы управления предпочтительнее? Это определяют после того, как установят, какой из вариантов системы наиболее полно удовлетворяет целям управления и при этом требует наименьших затрат времени, материальных ресурсов и оборудования. В результате такого анализа часто оказывается, что полная автоматизация настолько усложняет структуру системы, делает таким громоздким и обширным алгоритм, что, образно говоря, система управления почти полностью занята только самоуправлением.

Управляющая вычислительная машина - это очень сложный, совершенный и дорогой автомат! Поэтому использовать его для решения частных, маленьких задач все равно, что стрелять из пушек по воробьям! ЭУВМ целесообразно применять только в системах управления сложными технологическими процессами или крупными промышленными объектами, где их возможности раскрываются наиболее полно и где их применение экономически выгодно.

Ну а если система управления охватывает несколько цехов с различными технологическими циклами или даже несколько предприятий, производящих разную продукцию? В этом случае система управления строится по иерархическому принципу: в ней выделяется несколько уровней управления с четким соподчинением как внутри одного уровня, так и между уровнями. Методы и средства управления на каждом уровне отличны друг от друга и направлены на решение задач только своего уровня.

Такие системы управления функционируют при непосредственном участии человека и потому, в отличие от систем автоматических (САУ), называются автоматизированными системами управления (АСУ).

Важнейшее звено в АСУ - ЭВМ (либо комплекс ЭВМ, объединенных в вычислительный центр) связана с другими звеньями системы каналами передачи информации. Частично или полностью (в зависимости от типа АСУ и вида информации) автоматизируются процессы сбора, регистрации, хранения и обработки информации, т. е. те процессы, которые без ущерба для функционирования системы могут выполняться автоматами. В отличие от САУ, где человек только контролирует работу автоматов, в АСУ он активно участвует в самом процессе управления. Он оценивает результаты обработки оперативной информации, принимает решения по координированию работы отдельных звеньев АСУ, берет на себя оперативное управление при отказах или сбоях в системе обработки данных. На основе результатов проведенных измерений человек выбирает методику научных изысканий и определяет направление и последовательность проведения экспериментов, решает конкретные задачи по подбору кадров, аттестации работников и т. п.

Одним словом, важнейшие решения, влияющие на эффективность управления большими и сложными объектами (предприятие, отрасль промышленности, энергосистема и т. п.), которые основываются на опыте человека, его интуиции и потому не могут быть запрограммированы, человек берет на себя.

Создание АСУ наиболее эффективно и целесообразно в том случае, когда замена человека автоматическими устройствами либо вообще невозможна, либо сопряжена с техническими трудностями, сводящими на нет эффективность автоматизации.

Внедрение САУ и АСУ завершает комплексную автоматизацию производства, так как они позволяют охватить все сферы производственной и управленческой деятельности. И недалеко то время, когда в СССР вступит в строй общегосударственная автоматизированная система управления народным хозяйством.