Тема 2. Построение математических моделей технологических объектов. Сбор и преобразование технологической информации

Назначение и роль математических моделей технологических объектов при анализе и синтезе систем автоматизации. Методы построения математических моделей технологических процессов. Методы оценки адекватности математических моделей.

Энтропия как мера неопределенности хода технологического процесса. Способы получения и преобразования информации. Кодирование информации. Определения для кодов.

Литература: /1,4/.

Методические указания

На данный раздел необходимо обратить особое внимание, т.к. во многом он является определяющим в понимании связи системы управления технологическими процессами через аналитические и статистические зависимости. Необходимо знать, в чем суть алгоритмизации технологического процесса и что такое алгоритм управления. Типы и математический аппарат алгоритмов управления.

При изучении методов построения математических моделей следует представлять себе аналитические методы получения детерминированных математических моделей, основывающихся на выявлении наиболее существенных физических закономерностей (в основном законов сохранения вещества и энергии), связывающих входы и выходы объекта управления.

При изучении способов сбора и преобразования информации уяснить понятия энтропии, информации, квантования сигналов по уровню и по времени, выбора кода – влияние числа передаваемых знаков и основания системы счисления на экономичность кода. Знать определения для кодов – алфавит, основание, длина кода, кодовое расстояние, вес кода, а также правила построения позиционных систем счисления, нормального двоичного кода, унитарного кода, двоично-десятичных кодов, кода Грея.

Тема 3. Технические средства асутп

Математический аппарат цифровых устройств. Этапы синтеза цифровых устройств. Комбинационные, последовательностные и функциональные цифровые устройства. Применение программируемых запоминающих устройств (ПЗУ) и программируемых логических матриц (ПЛМ) для построения комбинационных и последовательностных логических устройств.

Цифро-аналоговые (ЦАП) и аналого-цифровые (АЦП) преобразователи. Датчики. Преобразователи информации. Регуляторы. Электрические исполнительные устройства и электропривод.

Литература: /1,2,3,4/.

Методические указания

При изучении цифровых устройств необходимо обратить внимание на их достоинства по сравнению с аналоговыми. Затем изучить основные законы булевой алгебры, способы представления логических функций – словесный, табличный, алгебраический, графический; способы реализации логических функций на функционально-полных наборах элементов И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ. Ознакомиться с правилами минимизации логических функций с помощью законов алгебры логики и карт Карно, а также условиями возникновения опасных состязаний и способами их устранения.

Знать этапы синтеза логических устройств и применять их для синтеза комбинационных (на примере преобразователей кодов, цифровых компараторов, сумматоров) и последовательностных (триггеры, регистры, счетчики) логических устройств.

При изучении функциональных логических устройств обратить внимание на распределители и мультиплексоры сигналов, генераторы и формирователи импульсов. Знать принципы построения ЦАП на операционных усилителях и АЦП время-импульсного кодирования, поразрядного взвешивания и на основе амплитудных анализаторов.

При изучении датчиков следует уяснить их назначение, характеристики, классификацию, области рационального применения. Преобразователи сигналов датчиков решают задачу обеспечения работы датчиков различного типа на нормальный вход системы автоматического регулирования и преобразование сигнала одного вида в сигнал другого вида, что позволяет обеспечить сопряжения различных систем автоматического регулирования в единое целое.

При знакомстве с регуляторами необходимо усвоить их структурно-функциональные схемы и назначение, которое сводится к коммутации, алгебраическому суммированию сигналов датчиков и задатчиков, выработке требуемого закона регулирования и воздействия на исполнительные механизмы.

Исполнительные механизмы и электропривод являются неотъемлемой частью АСУТП и предназначены для отработки сигналов управления объектом. В технологических процессах формообразования и перемещения механическая энергия является основным управляемым технологическим параметром, а электропривод служит практически единственным управляемым источником механической энергии. Характерной особенностью современного электропривода является повсеместное использование полупроводниковой техники, на базе которой строятся управляемые источники питания двигателей постоянного и переменного тока и широкое внедрение унифицированных управляющих устройств, предназначенных для преобразования информации. Эта техника резко повысила быстродействие процессов управления и расширила диапазон реализации алгоритмов управления. Аналогия цепей управления, унификация внутренней структуры, определяемой этапами информационного процесса, применение для автоматизации электропривода элементов, сходных с элементами электронных вычислительных машин, привели к тому, что структура автоматизированного электропривода приобретает черты типовой структуры АСУ. При прямом цифровом управлении функции управления электроприводом принимают на себя управляющие вычислительные устройства АСУТП. В это случае происходит слияние всех функций управления как технологией, так и электроприводом в общем управляющем устройстве.