УПРАВЛЯЮЩАЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ МАШИНА

— вычислительная машина, используемая в качестве центрального звена управляющей системы, рассчитанная на автоматический прием и обработку информации, поступающей в процессе управления, и выдачу управляющей информации непосредственно на исполнительные органы или человеку-оператору. Цель применения У. в. м. обеспечение оптимальной работы системы управления.

У. в. м. классифицируются: по назначению — промышленного применения, аэрокосмические (бортовые), корабельные и т. п.; по принципам технической реализации — цифровые, аналоговые и гибридные; по возможностям применения — широкого назначения (для нескольких классов объектов) и специализированные (для одного типа объектов); по выполняемым функциям — машины централизованного контроля, машины-советчики, оптимизирующие машины и машины прямого управления.

В промышленности У. в. м. широко применяются с целью автоматизации процессов управления объектами с непрерывными непрерывно-дискретным характером производства (в первую очередь на хим., нефтеперерабатывающих, цементных, металлург, и бумагоделательных предприятиях). Весьма эффективно У. в. м. используются для автоматизации различных энергетических объектов (включая атомные станции), автоматизации исследований, проводимых с помощью сложных экспериментальных установок, и для др. целей.

Применение У. в. м. в пром-сти началось в 50-х годах 20 ст. и прошло через ряд этапов развития.

1-й этап — создание и применение машин централизованного контроля и машин первичной переработки информации (напр., «Марс», «Зенит», ШППИ-Н и др.). Появление машин, автоматически реализующих функции контроля и регистрации параметров технологического процесса, выполняемые ранее вручную, было вызвано стремлением облегчить контакт человека-оператора, управляющего процессом, с многочисленной контрольно-измерительной аппаратурой, а также стремлением уменьшить стоимость этой аппаратуры за счет применения более совершенных техн. решений и замены многих регистрирующих устройств одним. Машины этого типа характеризуются слабым развитием вычислительной части и ее специализированным назначением. В случае производств, требующих лишь простейших функций контроля и управления, без элементов оптимизации, в ряде объектов пищевой, резино-тех. и др. отраслей пром-сти, холодильных установках, прессах и т. п., применение машин централизованного контроля дает значительный эконом, эффект.

2-й этап — создание и применение управляющих машин-советчиков и оптимизирующих машин — явился качественно новым этапом в развитии средств управления пром. объектами. Кроме выполнения обычных функций контроля и регистрации параметров, они рассчитаны на решение задач оптимизации технологических процессов, которые до этого решал человек-оператор интуитивно и недостаточно точно

Класс машин, получивших название «советчик мастера» (напр., «СМ-1» для доменного цеха), рассчитан на работу в системах управления, замкнутых через оператора. В таких машинах имеется вычислительная часть невысокой производительности с оперативным ЗУ малого объема, устройство ввода информации с датчиков и устройства индикации и печати «советов» оператору. Устройства автомат, связи с органами управления процессом в машине нет (процессом управляет человек, используя «советы» машины). Использование «машин-советчиков» дает большой эконом, эффект. Так, применение «СМ-1» в доменном цеху, согласно

данным по трем отечественным заводам, дает экономию около 500 тыс. руб. в год (за счет улучшения режима работы печей).

Оптимизирующая машина отличается от машины типа «советчик мастера» наличием в ее составе средств автомат, исполнения «советов» и решений, воздействующих на объект управления автоматически, без участия оператора (рис. 1). Первые управляющие машины этого класса были специализированными (напр., «Сталь-1» для оптимальной резки прокатываемого металла). Эти машины промышленного назначения нашли ограниченное применение в силу ряда причин: специализированное назначение обусловливало очень узкий круг применений машины; возникли трудности производственного характера, связанные с нерентабельностью их серийного выпуска.

Более плодотворной явилась высказанная в 1958 в СССР В. М. Глушковым идея создания У. в. м. широкого назначения. Отличительными свойствами такой машины являются: универсальная, весьма развитая (по сравнению с предыдущими классами машин) вычисл. часть; ограниченная (по сравнению с универсальной математической машиной) разрядность; быстродействие машины достаточное для реализации алгоритмов управления широким кругом пром. объектов; переменный объем памяти машины; наличие устройств связи с объектом, рассчитанных на автомат, прием и выдачу информации, и др. Практикой было установлено, что оптимизация технологических процессов на базе У. в. м. позволяет повысить производительность сложных установок на 0,5-2%. К числу первых отечественных управляющих машин широкого назначения относятся «Днепр», «УМ-1», «ВНИИЭМ-З» и др.

Низкая надежность первых оптимизирующих У. в. м. не позволила широко применить их для прямого управления процессами. Они использовались в основном как верхнее оптимизирующее звено системы управления, а роль нижних стабилизирующих звеньев ее выполняли обычные приборы контроля и регулирования.

На этапе появляются средства, обладающие достаточной надежностью для прямого (непосредственного) управления процессами. В качестве их выступают цифровые регуляторы — небольшие вычисл. устройства, рассчитанные на реализацию обычных законов регулирования, и цифровые управляющие машины на гибридных и интегральных элементах, способные осуществлять решение задач оптимизации процессов и задач контроля и регулирования.

(рис. см. скан)

1. Структурная схема автоматической системы управления непрерывным процессом.

Первая в мире попытка использовать средства цифровой вычислительной техники для прямого управления технологическими процессами была сделана в СССР в 1961. Для этого был сконструирован цифровой регулятор «Автооператор», опробованный на одном из хим. процессов. Испытания показали высокое качество регулирования. Проведенные в СССР и за рубежом исследования систем управления с цифровыми регуляторами показали высокое качество цифрового регулирования и их эконом. целесообразность в случае наличия 50 — 100 контуров регулирования.

В системе цифрового регулирования (рис. 2) сигналы датчиков через коммутатор и аналого-цифровой преобразователь АЦП поступают в цифровой регулятор (малую специализированную ЦВМ). Здесь они сопоставляются с заданиями, поступающими от оператора или центр, вычисл. машины. В случае рассогласования сигнала и задания выполняются вычисления, обеспечивающие подсчет управляющего воздействия. Последнее через коммутатор выдается непосредственно на сервопривод. Цифровые регуляторы используются в основном на вновь создаваемых предприятиях (заменять систему обычных регуляторов нет смысла).

Наступающий с начала 70-х гг. 20 ст. период развития вычислительных средств системотехники

пром. назначения характеризуется стремлением создать функционально полный и технически совершенный комплекс средств управления на базе микро- и мини- ЭВМ, отличающийся эконом, эффективностью их использования. Этот шаг подготовлен разработкой агрегатно-блочной системы средств вычисл. техники (см. АСВТ), агрегатной системы средств первичной переработки информации (АСПИ) и комплекса тех. средств для локальных информационно-управляющих систем (КТС ЛИ УС). Совместное применение средств АСВТ и КТС ЛИУС позволит создавать для предприятий с непрерывным технологическим процессом управляющие системы любой степени сложности. Применение АСВТ совместно с АСПИ позволит создавать управляющие системы для предприятий с дискретным характером производства. Отличительными особенностями АСВТ, КТС ЛИУС и АСПИ являются агрегатно-блочное построение средств вычислительной техники и наличие типовых стандартных схем связи между блоками.

Системы управления, как правило, строятся по иерархическому принципу. На нижней ступени прямого управления технологическими процессами используются простые и надежные У. в. м., выполняющие функции стабилизации, элементарной оптимизации и прямого управления процессом. На второй ступени, требующей решения задач управления применительно к отдельным группам технологических процессов, применяют У. в. м., способные выполнить более сложные функции, связанные с оптимизацией работы группы процессов. Они, в свою очередь, связываются с центр, звеном системы управления предприятием, осуществляющим задачи планирования, учета и управления работой всего предприятия.

Построение иерархических систем управления (см. илл. между с. 464—465) и соответствующих агрегатно-блочных средств вычисл. техники основано на ряде системотехнических принципов, главные из которых следующие:

1. Структура систем управления в пром-сти имеет иерархический вид в силу технологических особенностей и территориального размещения объектов управления. Задачи контроля и управления на каждом уровне иерархии предъявляют различные требования к вычисл. оборудованию. Для прямого управления процессами (низший уровень иерархии) необходимо осуществлять небольшое количество операций с высокой степенью достоверности решения. По мере повышения уровня иерархии количество вычислений увеличивается, а требования к надежности реализующей их аппаратуры снижаются. В силу вышесказанного, необходимо иметь комплекс вычисл. средств, ориентированных на решение задач контроля и управления на отдельных уровнях иерархии системы.

2. Процессы управления отдельных ступеней взаимосвязаны между собой. Следовательно, вычисл. средства надо рассчитывать на работу в многомашинных системах.

3. С целью уменьшения затрат при серийном выпуске и применении средств их целесообразно строить по агрегатно-блочному принципу, ограничиваясь минимально возможной номенклатурой средств.

4. Объем памяти, разрядность информации и требуемое быстродействие У. в. м. для отдельных ступеней управления различны и имеют определенные пределы, которые следует учитывать при создании средств системотехники во избежание неоправданных затрат на них.

2. Блок-схема системы цифрового регулирования.

5. В отличие от универсальных вычисл. средств, требования к надежности работы средств системотехники пром. назначения, особенно средств прямого управления процессами, существенно выше.

6. Организация системы прерывания и мультипрограммный режим работы вычисл. средств, предназначаемых для нижних ступеней управления, преследуют цель не столько эффективного использования аппаратуры (как в вычислительных системах), сколько обеспечения нужного времени реакции средств на входную информацию.

7. Матем. обеспечение средств для нижних ступеней управления элементарно и усложняется при переходе к высшим ступеням управления. Главное его назначение — решать задачи управления и обслуживать оператора в реальном масштабе времени.

8. Возможный запас по быстродействию при использовании более совершенных элементов целесообразно использовать, где это возможно, в целях уменьшения аппаратуры вычисл. средств путем использования операций с увеличенной длиной слова, программного выполнения сложных операций.

9. При создании агрегатно-блочных средств целесообразно использовать единую методику автоматизации процесса конструирования и типовую автомат, систему изготовления их. Лит.: Малиновский Б. Н. Цифровые управляющие машины и автоматизация производства. М., 1963 [библиогр. с. 285—286]; Ющенко Е. K. [и др.]. Управляющая машина широкого назначения «Дншро» и программирующая программа к ней. Справочник программиста. К., 1964 [библиогр. с. 277—278]. Б. Н. Малиновский.