Управление технологическим процессом

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УО «Витебский государственный технологический университет»

кафедра АТПП

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №1

по предмету: «Автоматизация технологических процессов отрасли»

Выполнил:

студент 6 курса

гр. ЗА-17 шифр 051424

Тюлюкин С.В.

Проверил:

ст.преп. Ринейский К.Н.

г. Витебск

2011 г.

Содержание

1. Теоретическое задание

1. Автоматизированное управление технологическим процессом

2. Пропускная способность канала связи

2. Практическое задание

Задача №1

Задача №2

Задача №3

Литература

1. Теоретическое задание

1. Автоматизированное управление технологическим процессом

Автоматизация технологического процесса -- совокупность методов и средств, предназначенная для реализации системы или систем, позволяющих осуществлять управление самим технологическим процессом без непосредственного участия человека, либо оставления за человеком права принятия наиболее ответственных решений.

Системы управления, используемые в настоящее время в промышленности, часто принадлежат к так называемым большим системам, т. е. характеризуются участием значительного числа людей, разнообразных машин и аппаратов, наличием связанных между собой достаточно сложных подсистем, обладающих своими частными целями и критериями и, наконец, наличием развитой иерархии уровней управления: агрегат--производство--предприятие.

В таких условиях и возникла проблема автоматизации собственно управления, т. е. процесса принятия решений, которая потребовала привлечения современных математических методов и новых технических средств. В результате появились автоматизированные системы управления, т. е. развитые человеко-машинные системы, реализующие такой автоматизированный процесс сбора и переработки информации, который необходим для принятия решений по управлению объектом (процессом, производством) в целом. При этом роль человека в любой АСУ весьма существенна: так как ряд ответственных задач принятия решений в силу их сложности, многогранности и не изученности не поддается формализации, их выполнение не может быть полностью автоматизировано и остается за человеком.

По мере повышения степени автоматизации принятия решений, необходимых для управления отдельными технологическими аппаратами и участками, последние теряют значение самостоятельных объектов управления и сливаются во все более крупные производственные комплексы. В результате появились мощные централизованные системы управления, в которых с помощью ЭВМ концентрируются контроль и управление большим числом агрегатов. Понятно, что в такой системе оператор-технолог как звено, принимающее наиболее ответственные решения по управлению всем объектом в целом, играет исключительно важную роль.

Основным инструментом для решения современных проблем управления материальным производством служат так называемые АСУ, в которых центральная, главенствующая роль и творческие способности человека сочетаются с широким применением современных математических методов и средств автоматизации, включая вычислительную технику.

Автоматизированная система управления или АСУ -- комплекс аппаратных и программных средств, предназначенный для управления различными процессами в рамках технологического процесса, производства, предприятия. АСУ применяются в различных отраслях промышленности, энергетике, транспорте и т. п. Термин автоматизированная, в отличие от термина автоматическая подчеркивает сохранение за человеком-оператором некоторых функций, либо наиболее общего, целеполагающего характера, либо не поддающихся автоматизации.

1.1 Классификация автоматизированных систем управления

Различают:

1.Автоматизированная система управления технологическим процессом или АСУ ТП -- решает задачи оперативного управления и контроля техническими объектами в промышленности, энергетике, на транспорте.

2. Автоматизированная система управления производством (АСУ П)- решает задачи организации производства, включая основные производственные процессы, входящую и исходящую логистику. Осуществляет краткосрочное планирование выпуска с учётом производственных мощностей, анализ качества продукции, моделирование производственного процесса. Для решения этих задач применяются MIS и MES-системы, а также LIMS-системы.

Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП) -- комплекс программных и технических средств, предназначенный для автоматизации управления технологическим оборудованием на предприятиях. Может иметь связь с автоматизированной системой управления предприятием (АСУ П). Под АСУ ТП обычно понимается комплексное решение, обеспечивающее автоматизацию основных технологических операций на производстве в целом или каком-то его участке, выпускающем относительно завершенный продукт.

Термин автоматизированный, в отличие от термина автоматический, подчеркивает возможность участия человека в отдельных операциях, как в целях сохранения человеческого контроля над процессом, так и в связи со сложностью или нецелесообразностью автоматизации отдельных операций. Составными частями АСУ ТП могут быть отдельные системы автоматического управления (САУ) и автоматизированные устройства связанные в единый комплекс. Как правило АСУ ТП имеет единую систему операторского управления технологическим процессом в виде одного или нескольких пультов управления, средства обработки и архивирования информации о ходе процесса, типовые элементы автоматики: датчики, контроллеры, исполнительные устройства. Для информационной связи всех подсистем используются промышленные сети. [1]

2. Пропускная способность канала связи.

Основные характеристики канала связи - пропускная способность и достоверность передачи данных.

Пропускная способность канала оценивается предельным числом бит данных, передаваемых по каналу за единицу времени, и измеряется в количестве бит/с (с^-1).

Достоверность передачи данных характеризуется вероятностью искажения бита, которая для каналов связи без дополнительных средств защиты от ошибок составляет, как правило, 10^-4 - 10^-6.

Пропускная способность канала зависит от полосы частот линии связи и отношения мощностей сигнала и шума. Максимальная пропускная способность канала, настроенного на основе линии с полосой частот F и отношением сигнал-шум Р_с/Р_ш, составляет (бит в секунду)

_.

Значение (1+ Р_с/Р_ш) определяет число уровней сигнала, которое может быть воспринято приемником. Так, если отношение Р_с/Р_ш>3, то единичный сигнал может переносить четыре значения, т. е. бита информации.

При передаче данных широко используются двоичные сигналы, принимающие значения 0 и 1. Временная диаграмма последовательности таких сигналов, передаваемых по линии связи, изображена на рисунке 1, где сверху указаны значения, переносимые сигналом.

Минимальная длительность такта, с которым могут передавался сигналы по каналу с полосой частот F, равна . Если вероятность искажения символов 0 и 1 из-за помех одинакова и равна р, то число двоичных символов, которые можно безошибочно передать по каналу в секунду,

Это выражение определяет пропускную способность двоичного канала. Величина в квадратных скобках определяет долю двоичных символов, которые передаются по каналу с частотой 2F без искажений.

Рисунок 1 - Последовательность двоичных сигналов.

Если помехи отсутствуют, вероятность искажения символа и пропускная способность ; если вероятность искажения р=0,5, то пропускная способность С=0. Если по каналу передается сообщение длиной n двоичных символом, то вероятность появления в нем точно l ошибок

,

среднее число ошибок

и среднее квадратическое отклонение

.

Эффективность использования канала связи для передачи данных принято характеризовать удельной пропускной способностью

,

т. е. пропускной способностью на 1 Гц полосы частот канала. Для коммутируемых телефонных каналов удельная пропускная способность не превышает 0,4 бит/(с*Гц), а для некоммутируемых составляет, как правило. 3-5 бит/(с*Гц).

Стандартизированы следующие скорости передачи данных по каналам связи: 200, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 12000, 24000, 48000 и 96000 бит/с. Каналы с пропускной способностью до 300 бит/с называются низкоскоростными, от 600 до 4800 бит/с - среднескоростными и с большей пропускной способность - высокоскоростными. [2]

Пусть количество информации, которое передается по каналу связи за время Т равно

.

Если передача сообщения длится Т единиц времени, то скорость передачи информации составит:

.

Это количество информации, приходящееся в среднем на одно сообщение. Если в секунду передается n сообщений, то скорость передачи будет составлять

.

Пропускная способность канала есть максимально достижимая для данного канала скорость передачи информации:

Или максимальное количество информации, передаваемое за единицу времени:

Скорость передачи может быть технической или информационной.

Под технической скоростью V_T, называемой также скоростью манипуляции, подразумевается число элементарных сигналов (символов), передаваемых в единицу времени

бод.

Информационная скорость или скорость передачи информации, определяется средним количеством информации, которое передается в единицу времени и измеряется (бит/сек).

R=nH.

1. Теорема Шеннона

Если имеется источник информации с энтропией (мера вероятности появления "помех-символов" при передаче сообщений) Н(X) и канал связи с пропускной способностью С, то если С > H(X), то всегда можно закодировать достаточно длинное сообщение таким образом, что оно будет передано без задержек. Если же, напротив, С < H(X), то передача информации без задержек невозможна.

2. Теорема Шеннона.

Пусть имеется источник информации X, энтропия которого в единицу времени равна H(X), и канал с пропускной способностью C. Если H(X)>C, то при любом кодировании передача сообщений без задержек и искажений невозможна. Если же H(X)<C, то любое достаточно длинное сообщение можно всегда закодировать так, что оно будет передано без задержек и искажений с вероятностью сколь угодно близкой к единице. [3]

2. Практическое задание

Задача №1

Разработать код для поиска n ошибок при передаче m разрядного слова.

m	2
n	1

Решение:

Для передачи 2-ух разрядного слова таблица его значений имеет следующий вид:

X1	X2
0	0
0	1
1	0
1	1

Перекодируем таблицу значений при помощи добавления к данной таблице одного избыточного разряда, определяющего количество единиц в передаваемом коде.

Получаем следующую кодовую таблицу:

X1	X2	Y1
0	0	1
0	1	0
1	0	0
1	1	1

Таким образом, при передаче любого слова из полученной кодовой таблицы при изменении одного или двух передаваемых разрядов одновременно, как информационных, так и контрольных при получении будем получать слово, которого нет в данной кодовой таблице, что будет являться признаком ошибки.

Задача №2

Определить скорость передачи двоичной информации, время передачи одного символа, если известно время передачи t₀, передача любого сигнала равновероятностная, сигнал имеет 2ⁿ значений.

t0*10-1	2
n	15

Решение:

Для оценки информационных каналов связи используется понятие количества информации. В теории информации количество информации определяется через понятие энтропии Н - меры неопределенности состояния объекта. Если состояние объекта А характеризуется параметром y, который может принимать дискретное множество значений y₁, y₂, . . . , y_n с вероятностью каждого значения p₁, p₂, . . . , p_n

,

то в качестве меры неопределенности объекта используется выражение

где логарифм берется при произвольном основании. Если основание логарифма равно 10, энтропия измеряется в десятичных единицах (дитах), если равно 2, то в двоичных единицах (битах), если же используется натуральный логарифм (ln p_k), то в нитах. Выражение энтропии Н(А) удовлетворяет ряду свойств. Отметим два из них:

1)

в том и только в том случае, когда одно из чисел p₁, p₂, . . . , p_n равно единице, а следовательно, остальные равны нулю. Это означает, что состояние объекта известно заранее и сообщение о нем не дает нам никакой новой информации;

2) Н(А) достигает максимума, если p₁= p₂ = . . . = p_n = 1/n, то есть в случае наибольшей неопределенности состояния объекта.

Для получения сообщения состояние объекта неизвестно, его энтропия Н₁(А) определяется распределением вероятностей по возможным состояниям и является априорной. После получения сообщений энтропия уменьшается и становится равной апостериорной энтропии Н₂(А). Если сообщение об объекте принимается без искажений (без помех), то состояние объекта будет полностью определено и Н₂(А)=0. В общем случае при наличии помех Н₂(А) 0.

Количество информации, содержащейся в сообщении о состоянии объекта, равно разности априорной и апостериорной энтропий:

I = H₁(A) - Н₂(А).

Очевидно, что количество информации измеряется в тех же единицах, что и энтропия.

Основными характеристиками каналов связи являются скорость передачи информации и статистические характеристики ошибок (помех). Скорость передачи информации определяется с помощью понятия «количество информации».

Если передача сообщения длилась t₀ единиц времени, то естественно определить скорость передачи информации по каналу связи можно следующим образом:

,

где , - соответственно априорная и апостериорная энтропии, приходящиеся на единицу времени.

Когда рассматривается дискретный канал связи, то есть канал, по которому передаются отдельные символы (например, двоичные или десятичные цифры), единицей времени удобно считать время передачи одного символа t_c. Тогда и представляют собой энтропии на символ. [4]

При определении энтропии используем логарифм при основании 2 (можно использовать любое основание).

Тогда

Н₂(А)=0 и

Скорость передачи:

бит/с или бод

Время передачи одного символа

с.

Задача №3

Определить разрядность АЦП для кодирования сигнала, поступающего от аналогового преобразователя, если известен диапазон изменения сигнала [0,N] и допустимая погрешность квантования . С учетом уточненного уровня квантования рассчитать максимальную частоту опроса преобразователя (квантование по времени).

X'_д - максимальная скорость нарастания сигнала.

N, В	15
	0,01
X'д , В/с	10

Решение:

Разрядность АЦП определяется по формуле:

,

где N - диапазон измерения;

Принимаем n = 12.

Тогда количество уровней квантования будет 2ⁿ = 2¹² = 4096.

Разрешающая способность АЦП будет равна:

 В

Найдем минимальный период опроса:

Тогда максимальная частота опроса:

Литература

[Электронный ресурс]: Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/ Автоматизированная_система_управления

[Электронный ресурс]: Режим доступа: http://256bit.ru/education/infor2/ lecture5-2.htm

[Электронный ресурс]: Режим доступа: http://informkod.narod.ru/ 3_3item.htm

Автоматизация технологических процессов легкой промышленности: Учебник для вузов / Л.Н. Плужников, А.В. Елин, А.В. Кочегаров, В.Н. Наумов; Под ред. Л.Н. Плужникова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.:Легпромбытиздат, 1993.-368с.:ил.

Размещено на Allbest.ru