Управление технологическими процессами

Ни один из процессов создания, преобразования или транс­портирования продукции не может происходить без управления. На первых порах производственными процессами полностью уп­равлял сам человек. По мере усложнения процессов требовалось более сложное управление и возможности человека становились ограничивающим фактором. Были разработаны способы измере­ния параметров процессов (температуры, давления, расхода и других величин) и соответствующие устройства — датчики, а также исполнительные механизмы, оказывающие необходимое воздей­ствие на процесс.

Датчики и исполнительные механизмы — два главных элемен­та системы управления. Но есть еще один очень важный фактор, без которого управление неосуществимо, — это решение. Изме­ренное значение температуры или давления не может быть непос­редственно использовано для приведения в движение исполни­тельного механизма. Однако его можно использовать для проведе­ния анализа, на основании которого принимается решение и осу­ществляется управляющее воздействие.

Пока не было вычислительных устройств, величину управляю­щего воздействия выбирал сам оператор. Опыт помогал ему опре­делять, например, насколько надо изменить положение вентиля, когда измеряемый параметр достигает уровня, при котором ста­новится необходимым воздействие на процесс. Он считывал с приборов результаты измерений, производил приближенные вы-

10

числения, принимал решение и оказывал управляющее воздей­ствие.

Однако по мере усложнения процессов даже самый квалифи­цированный оператор перестал справляться с задачами управле­ния. Был разработан аналоговый регулятор, который самостоя­тельно осуществлял непрерывное регулирование одного парамет­ра. Но при большом числе параметров в одном процессе требова­лось много регуляторов, которые не могли взаимодействовать меж­ду собой и вести себя как единое целое. По-прежнему оператор должен был принимать решения по управлению всем процессом, даже если регуляторы обеспечивали хорошее регулирование своих параметров.

Задача существенно облегчалась, если каждая операция техно­логического процесса оставалась неизменной в течение длитель­ного времени, например при массовом производстве одних и тех же изделий.

Уже на рубеже 30 —40-х гг. XX в. в России появились автома­тические линии для обработки деталей подшипников, а в конце 40-х гг. XX в. у нас впервые в мировой практике было создано комплексное производство поршней для тракторных двигателей с автоматизацией всех процессов — от загрузки сырья до упаковки готовой продукции.

Появление электронных вычислительных машин (ЭВМ) по­зволило рассматривать технологический процесс не как набор независимых операций, а как единое целое. АСУ на базе ЭВМ ведут весь процесс в оптимальном режиме, выполняют пуск и останов технологического оборудования, контролируют его со­стояние и предотвращают перегрузки, обеспечивают отработку аварийных ситуаций, ведут учет и анализ протекания процесса; они легко перестраиваются при необходимости на выпуск другой продукции.

Современные промышленные объекты представляют собой совокупность взаимосвязанных многорежимных управляемых под­систем, объединенных общей системой управления с централь­ной ЭВМ. Производственные процессы осуществляются на авто­матических линиях гибкими производственными модулями на базе минимизированных вариантов ЭВМ — микропроцессоров и мик-роЭВМ. Гибкими их называют потому, что они способны быстро перестраиваться с производства одних изделий на производство других, что позволяет постоянно модифицировать производство, расширять ассортимент и повышать качество продукции. Вспомо­гательные операции и часть основных операций выполняются промышленными роботами. Все это оборудование совместно с автоматическими системами транспортирования, проектирования и подготовки производства образует гибкое автоматизированное производство.

11

Контрольные вопросы

1.            Что изучает кибернетика?

2.            Чем занимается автоматика?

3.             Какие процессы называются технологическими?

4.           Что такое автоматизация?

5.           В чем заключается автоматизация технологических процессов?

6.           Что такое АСУ ТП?

7.            В чем отличие автоматизированной системы управления от автома­тической?

8.              Человек в автоматизированной системе управления — это хорошо или плохо?

9.              Какие виды автоматических систем вы знаете?

10.              Перечислите главные элементы системы управления.

11.             Какова роль вычислительного устройства в системе управления?

12.       Дайте характеристику гибкого автоматизированного производства.

 

ГЛАВА 2 АЛГОРИТМЫ

Автоматизация производства позволяет освободить человека от непосредственного участия в производственных процессах, пере­ложив их выполнение на плечи технических средств. Но для того чтобы «научить» их выполнению какой-либо работы, человеку надо сначала тщательно изучить эту работу самому, осознать цель ра­боты — что именно должно получиться в результате ее выполне­ния, представить себе до мелочей каждое действие, понять, от каких условий и как оно зависит, и подробно описать порядок выполнения действий.

Современные технические средства во многом превосходят че­ловека — они могут выполнять различные действия быстрее и точ­нее, создавать большие усилия, работать без устали, не совершая ошибок продолжительное время. Но каждое действие, даже самое простое (например, вернуться в исходное положение), они могут выполнить только по команде человека.

Следовательно, автоматизацию любого процесса надо начи­нать с подробного перечня действий, из которых состоит процесс. Такой перечень составляется и записывается по определенным правилам, которые и будут рассмотрены в этой главе.

Понятие алгоритма

Каждый из нас ежедневно совершает множество действий, не задумываясь о том, как именно мы их совершаем. Мы делаем по­купки, пользуемся общественным транспортом, ходим в кино, готовим еду и т.д.

Мы действуем автоматически и обычно получаем именно тот результат, к которому стремились.

Пример 1. Предположим, что вы проголодались и хотите съесть бутерброд. Что вам для этого нужно сделать?

Сначала вам придется заглянуть в хлебницу и холодильник, чтобы взять там хлеб и масло. Вы не будете намазывать масло на хлеб прямо в холодильнике — значит, вам надо будет отнести продукты на стол. Затем вы возьмете нож и отрежете кусок хлеба

13и немного масла. Потом вы намажете масло на хлеб и получите готовый бутерброд. Последовательность ваших действий: /. Открыть мебницу.

2.                  Взять хлеб.

3.                Закрыть хлебницу.

4.                Положить хлеб на стол.

5.                 Открыть холодильник.

6.                 Взять масло.

7.                Закрыть холодильник.

8.                  Положить масло на стол.

9.                 Взять нож.

10.                   Отрезать кусок хлеба.

11.                   Отрезать немного масла.

12.                 Намазать масло на хлеб.

13.                Положить нож на место.

14.                    Съесть бутерброд.

Изготовление бутерброда — ваша цель. Для ее достижения вы совершаете несколько действий, причем в строго определенной последовательности. Вы не сможете взять масло, не открыв холо­дильник, или отрезать кусок хлеба, не достав хлеб из хлебницы. Попробуйте пропустить хотя бы одно действие или перепутать порядок действий — вы или сильно осложните продвижение к цели, или вообще останетесь без бутерброда.

Пример 2. Вы получили домашнее задание — решить задачу по математике.

Сначала вам придется найти задачу в учебнике, потом запи­сать условие задачи, подобрать нужную формулу, заменить в ней буквы на числа из условия и выполнить вычисления. Последова­тельность ваших действий:

/. Подойти к столу.

2.                 Взять учебник.

3.                Найти в учебнике заданную задачу.

4.                Записать условие задачи.

5.                 Подобрать нужную формулу.

6.                Внести в формулу данные из условия.

7.                  Произвести вычисления.

8.                Записать ответ.

Вы не можете записать условие задачи, если вы не нашли зада­чу в учебнике. Вы не можете выполнить вычисления, если вы еще не подобрали нужную формулу. Указанная выше последователь­ность действий должна быть соблюдена очень строго, только тог­да она приведет вас к поставленной цели — решению задачи. Любые изменения в этой последовательности лишат вас возможности достичь намеченной цели.

Алгоритм — это последовательность действий, ведущих к дос­тижению цели.

14

Когда вы рассказываете кому-нибудь, как отремонтировать велосипед, сварить суп или подготовиться к рыбалке, вы сообща­ете последовательность действий, которые при точном их выпол­нении приведут к желанной цели.

Если в этой последовательности есть сложное действие (на­пример, снять колесо велосипеда), то вы в зависимости от опыта вашего собеседника можете или назвать это действие целиком, или разбить его на ряд более простых действий (ослабить левую гайку, затем ослабить правую гайку и т.д.). При составлении алго­ритмов сложные действия часто разбиваются на более простые, вплоть до самых элементарных. Например, в примере 2 действие 2. Взять учебник можно описать следующим образом:

/. Протянуть руку к учебнику.

2.                  Взять учебник.

3.                 Поднести учебник к себе.

Можно это же действие описать еще подробнее:

1.                 Протянуть руку к учебнику.

2.                   Обхватить учебник пальцами.

3.                   Сжать пальцы.

4.                   Поднять руку с учебником над столом.

5.                 Поднести учебник к себе.

Человеку такая подробная инструкция может показаться смеш­ной, но именно такие действия должен выполнить робот, чтобы перенести какой-либо предмет.

Подробная детализация позволяет самое сложное действие пред­ставить как совокупность более простых действий, а выполнение самых простых действий можно поручить машине — это прямой путь к автоматизации.

Слово «машина» используется здесь в самом широком смысле — как техническое средство, способное выполнять за человека ог­ромное количество самых разных действий. Причем машины мо­гут выполнять не только чисто физические действия — переме­щать что-то в пространстве или обрабатывать с помощью инстру­ментов, но и анализировать, вычислять, оценивать, принимать решения и т.д.

Все эти способности машинам дает человек. Машины в отли­чие от человека не обладают разумом, поэтому они способны выполнять только элементарные действия, точно соответствую­щие полученным командам. Если для человека алгоритм — это последовательность действий, то для машины — это последова­тельность команд, которые ей предстоит распознать и выполнить для достижения цели.

Распознать команду машина сможет только в том случае, если эта команда однозначна и ее различные толкования невозможны. Поэтому для машины каждая команда должна быть записана осо­бо — на понятном машине языке.

15

ся программой.

2.2. Виды алгоритмов 2.2.1. Линейные алгоритмы

Алгоритмы, рассмотренные ранее, являются самыми просты­ми. Они описывают последовательность действий, которые вы­полняются в том же порядке, в котором записаны, — последова­тельно, одно за другим. Предполагается, что для выполнения этих действий все подготовлено и в ходе их выполнения вопросов или неожиданных ситуаций не возникнет, т.е. хлеб уже лежит в хлеб­нице, масло — в холодильнике, учебник — на столе, а от вас требуется только выполнить описанные в алгоритме действия в заданной последовательности.

Алгоритмы, в которых все действия выполняются последова­тельно, одно за другим, называются линейными алгоритмами.