Математическое обеспечение АСУТП. Алгоритмы в АСУТП

 

Алгоритм - совокупность операций, реализуемых в строго определенной последовательности, выполнение которых приводит к решению конкретной задачи или достижению конкретного результата в соответствии с заданными критериями. Алгоритм должен обладать следующими свойствами:

- однозначность;

- непротиворечивость;

- конечность (результат должен был получен за конечное число шагов);

- массовость (независимость от исходных данных).

 

В АСУТП существуют алгоритмы реализации основных функций АСУТП:

- алгоритмы сбора и первичной обработки первичной информации;

- алгоритмы сигнализации;

- алгоритмы автоматического регулирования;

- алгоритмы логического управления;

- алгоритмы технологических и аварийных защит;

- алгоритмы отображения информации;

- алгоритмы мат. моделирования;

- алгоритмы расчета технико-экономических показателей.

 

Алгоритмы реализации конкретных функций в АСУТП формируются на основе библиотеки элементарных алгоритмических модулей. В состав такой библиотеки входят:

- модули контроля достоверности информации;

- модули масштабирования входных сигналов;

- модули фильтрации входных сигналов;

- модули восстановления информации от конкретных типов датчиков;

- модули реализации элементарных функций;

- модули моделирования динамических звеньев (усилительного, дифференциального, интегрирующего звеньев);

- модули нелинейных элементов (зона нечувствительности, зона ограничения, релейные элементы);

- модули интерполяции нелинейных функций;

- модули логических операций;

- модули автоматического регулирования;

- модули метрологического обеспечения (вычисление мат. ожидания, дисперсии).

Пользуясь библиотекой можно сконструировать нужный алгоритм.
Рассмотрим модуль масштабирования входных сигналов. На выходе датчиков формируется электрический сигнал: напряжение ил ток. Обработка информации должна проводиться в единицах измерения натуральных величин. Перевод значения электрической величины в значение натуральной величины называется масштабированием.
T0 T0 = C + (D - C) * (I - A) / (B - A) - алгоритм перевода величины I в T0.

 

13. Микропроцессоры, их структура

Структурная схема микропроцессора.

 

Микропроцессором (МП) называют функционально законченное устройство, предназначенное для автоматической обработки информации по заданной программе, реализованное в виде одной или нескольких БИС.

МП по назначению делятся на универсальные (общего назначения) – для решения задач широкого применения и специализированны е - для решения конкретных задач по определённой программе.

Являясь "мозгом" компьютера, он осуществляет выполнение программ, рабо­тающих на компьютере, и управляет работой остальных его устройств. Скорость работы МП в основном определяет быстродействие компьютера.

Структурно МП включает три основных узла:

• АЛУ -арифметико-логическое устройство, ядро, МП, осуществляет обработку данных, выполняя арифметические и логические операции над числами в двоичном коде;

• УУ - управляющее устройство, которое управляет работой АЛУ и внутренними регистрами, извлекая из регистра команд очередную команду, дешифрирует её, т.е. определяет какая операция должна осуществляться, и обеспечивает её выполнение в АЛУ;

• узел регистров:

- буферные регистры (операндов);

- накопительный регистр (накопитель, аккумулятор);

- счётчик команд;

- регистр признаков (флажковый регистр);

- регистр состояний;

- регистры общего назначения;

- стековые (stack – штабель) регистры.

Указатель стека хранит адрес ячейки (регистра) стека с последней командой, при записи её в стек увеличиваясь на 1, а при выборке из стека – уменьшаясь на 1.

Взаимодействие и координация узлов МП осуществляется генератором тактовых импульсов, формирующим циклы команд, передаваемых по шинам управления, данных и адреса.

Мощность МП определяется размером его информационного слова и частотой его тактового генератора (размер информационного слова –ширина тракта передачи данных, например 8-разрядный МП – ширина слова равна 8 бит.). МП выполняет функции в соответствии с программами и данными,записанными в памяти микро-ЭВМ.

 

 

14.Программируемые микропроцессорные контроллеры

 

На базе МП разрабатываются контроллеры (устройства управления), предназначенные для построения систем управления объектом с различным числом каналов ввода/вывода.

Конструктивно контроллеры оформляются в модули (модуль процессора, модули ввода/вывода, модули питания, модули интерфейса)и компонуются в блоки.

Контроллеры могут иметь централизованную конфигурацию – все модули в одном месте, либо

децентрализованную, при которой модули расширения устанавливаются возле датчиков или исполнительных устройств.

Несколько контроллеров могут быть объеденены в сеть (Profibus, Modbus).

В контроллерах используются специализированные языки программирования, на которых через устройства программирования (программаторы) можно изменять или корректировать выполняемую программу пользователя, записываемую в модули памяти (внутреннюю– RAM,или внешнюю – EPROM, EEPROM).

Информация (программы и данные),которые не меняются в процессе работы хранится в ПЗУ.

ППЗУ – используется для хранения данных, определяющих структурную схему и постоянные параметры настройки системы регулирования. Содержимое ППЗУ может меняться в период ввода системы регулирования в промышленную эксплуатацию, когда еще не точно определены структура и параметры настройки системы регулирования.

Для хранения информации изменяющейся в процессе работы используют - ОЗУ. Операционная система (программа управления контроллером), хранящаяся в памяти операционной системы контроллера, управляет работой микропроцессора, который обрабатывает программу пользователя с данными из каналов ввода и выдаёт результат обработки в каналы вывода.

Кроме этого ОС тестирует устройства контроллера на правильность работы и производит их диагностику.

Свойство программируемости контроллеров, используемых в системах управления, позволяет гибко, обычно без перемонтажа технологического объекта ввести в систему структурные изменения, переналадить её, подогнать к объекту.