Отображение развития процесса во времени
Данные, полученные в результате измерений, должны с требуемой точностью отображать динамику процесса. Особую важность при этом имеет частота выборки, т. е. периодичность измерения новых данных. Ее определение обычно является нетривиальной задачей.
Высокая частота выборки влечет за собой большую загрузку компьютера, так как он должен обрабатывать больше данных. В ряде случаев речь может идти даже о финансовых затратах, связанных со сбором данных процесса, например, при измерениях концентрации, где необходимы химические реагенты. Это означает, что число измерений необходимо минимизировать, однако их частота должна быть достаточно высокой для обнаружения важных изменений в контролируемых параметрах процесса. Другими словами, должен быть найден компромисс между затратами на измерение и ценой последствий, к которым может привести потеря части информации об изменениях в процессе.
Рис.1.10 Задачи, решаемые компьютером при управлении процессом
На загрузку компьютера влияет не только частота измерений, но и сложность расчетов в промежутках между измерениями. Эта проблема будет рассмотрена более подробно в следующих главах книги.
Сбор данных измерений и обработка сигналов
Все сигналы измерений содержат как полезную информацию, так и помехи. Измерения всегда приблизительны из-за ошибок калибровки, неточности датчиков или наличия шума. Сигнал, передающийся от датчика к компьютеру через электрический провод, может быть искажен электромагнитным шумом.
Из повседневного опыта известно, что фильтрация сигналов и извлечение информации являются важными задачами. Если несколько человек за столом начнут говорить, то микрофон будет фиксировать лишь набор звуков, из которого невозможно получить полезную информацию. В то же время человеческое ухо способно "отфильтровать" определенные голоса среди прочих и извлечь требуемую информацию. То же самое нужно делать с измерительной информацией с помощью фильтра.
Даже если мы используем точный датчик и передаем сигнал без помех, тем не менее получаемые данные могут не всегда адекватно представлять интересующие параметры процесса. Например, измерение уровня жидкости может быть некорректным из-за зыби, а концентрации — из-за наличия неоднородностей.
Уровень сложности системы
Уровень сложности технического процесса отражается на конфигурации управляющего компьютера. Количество датчиков и исполнительных механизмов определяет необходимое число портов ввода/вывода и в целом требует более мощного процессора, большего объема оперативной и внешней памяти и т. д.
Связь между внутренними переменными процесса и его входными или выходными данными определяет сложность программного обеспечения регулятора. Программы реального времени гораздо труднее тестировать по сравнению с обычными, поэтому их код должен быть настолько хорошо структурирован, чтобы ошибки можно было выявить как можно раньше.
Топология информационных потоков
Сложные системы управления и мониторинга обычно представляют собой иерархическую структуру на базе соединенных между собой цифровых устройств разного класса.
Организация взаимодействия между этими устройствами является центральной задачей проектирования современных систем управления процессом. Для рационального использования имеющихся ресурсов необходимо определить вид и количество информации, которой обмениваются компьютеры, — информационные потоки. Не все компьютеры должны получать подробную информацию об управляемом техническом процессе. Особую роль играет надежность передачи информации — необходимо принимать такие решения, чтобы данные всегда достигали своего назначения без искажения и потерь.