Шпаргалка

Шпоры - Автоматизированные системы управления технологическими процессами

Категория:

Шпаргалка

Дисциплина:

Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП)

Город:

Беларусь, Минск

Учебное заведение:

БНТУ, ФИТР

Стоимость работы:

20 руб.

Оценка: 10
Объем страниц: 149
Год сдачи: 2020
Дата публикации: 27.10.2020

Фрагменты для ознакомления

1       Билет. 4

1.1       Система и ее среда. Иерархия систем. 4

1.2       Сущность, достоинства, недостатки и принципиальные схемы следующих принципов управления: разомкнутое управление; управление по возмущению. 5

1.3       Назначение и области применения микропроцессорных устройств. 6

2       Билет. 7

2.1       Анализ и моделирование систем. 7

2.2       Принцип управления с обратной связью. Автоматические системы регулирования (АСР). Структурная схема простейшей одноконтурной АСР с единичной обратной связью. 7

2.3       Представление информации в микропроцессорных системах. Непрерывные и дискретные сообщения. Использование аналоговых и дискретных сигналов. Последовательный и параллельный способ представления информации. 8

3       Билет. 9

3.1       Классификация систем управления. 9

3.2       Классификация систем автоматического управления в зависимости от: свойств входящих в систему элементов; природы функционирующих в системе сигналов; назначению системы управления. 10

3.3       Микропроцессор. Определение. Состав и основные характеристики микропроцессоров. 11

4       Билет. 13

4.1       Определение технологического процесса. 13

4.2       Временные характеристики линейных звеньев АСР: переходная функция, переходная характеристика. Обратное преобразование Лапласа. Формула разложения Хэвисайта. Нормированная передаточная функция. 14

4.3       Архитектуры микропроцессоров. Основные концепции CISC, RISC, HLL, VLIW, EPIC. 15

5       Билет. 17

5.1       Классификация технологических процессов. 17

5.2       Правила преобразования структурных схем: последовательное соединение звеньев; параллельное соединение; охват звена обратной связью. 18

5.3       Прямой, обратный и дополнительный коды. Алгебраическое сложение двоичных целых чисел. 19

6       Билет. 21

6.1       Технологический процесс как объект управления. 21

6.2       Правило Мейсона (Мэзона) преобразования структурных схем. Пример. 22

6.3       Разрядные сетки ЭВМ. Представление чисел с плавающей запятой. Нормализация чисел. Смещенный порядок. Восстановление смещенного порядка. 23

7       Билет. 25

7.1       Назначение АСУ ТП. 25

7.2       Передаточные функции АСР. Структурная схема одноконтурной АСР с единичной обратной связью. Передаточная функция разомкнутой системы. Передаточные функции замкнутой системы регулирования относительно задающего воздействия, внутреннего и внешнего возмущений. 26

7.3       Размещение чисел с плавающей запятой в разрядной сетке ЭВМ. Особенности при вводе-выводе чисел в системе Intel. 27

8       Билет. 29

8.1       Функции АСУ ТП. 29

8.2       Частотные характеристики звеньев (систем). Физический смысл частотных характеристик. Виды частотных характеристик и взаимосвязь между ними. Графическое представление частотных характеристик. 30

8.3       Системы адресации. Функции способов адресации. Двух- и трех- уровневая схемы трансляции адреса. 30

9       Билет. 33

9.1       Архитектура АСУ ТП. 33

9.2       Логарифмические амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристики элементов (систем). 34

9.3       Способы адресации при адресной организации памяти. Понятие косвенной адресации. Относительная адресация. Автоинкрементная и автодекрементная адресация. 35

10     Билет. 39

10.1     Системная архитектура Citect. 39

10.2     Типовые звенья линейных АСР. Передаточная функция и переходная характеристика следующих типовых элементов: пропорциональное (усилительное); инерционное первого порядка; реальное дифференцирующее. 41

10.3     Используемые технологии производства микропроцессоров.n-канальная, p-канальная, CMOS, I2L, TTL, STTL, ESL. 41

11     Билет. 43

11.1     Разновидности АСУ ТП. 43

11.2     Типовые звенья линейных АСР. Передаточная функция и переходная характеристика следующих типовых элементов: интегрирующее; инерционное второго порядка; интегро-дифференцирующее звено. 44

11.3     Память в микропроцессорных устройствах: ОЗУ, ПЗУ. Основные характеристики полупроводниковой памяти. Типы микросхем ПЗУ. Типы микросхем ОЗУ. 45

12     Билет. 48

12.1     Основные классификационные признаки АСУ ТП. 48

12.2     Уравнение, передаточная функция и переходная характеристика следующих типовых законов регулирования: пропорциональный (П-); интегральный (И-), пропорционально-интегральный ПИ-). Схемы реализации ПИ-закона регулирования со взаимозависимыми и взаимозависимыми параметрами настройки. 48

12.3     Память в микропроцессорных устройствах: Буферная память, стековая, кэш-память. 49

13     Билет. 52

13.1     Классификация АСУ ТП по уровню, занимаемому в структуре предприятия и по характеру протекания технологического процесса. 52

13.2     Точность систем регулирования в установившихся режимах. Точность систем регулирования относительно задающего воздействия. Переходные процессы в статических и астатических системах при отработке задающих воздействий. 52

13.3     Периферийные устройства в микропроцессорных устройствах. Аналого – цифровые преобразователи. Основные типы АЦП. Параметры АЦП. Статические параметры АЦП. Динамические параметры АЦП. Отличительные характеристики АЦП с различной архитектурой (в виде графика). 53

14     Билет. 57

14.1     Классификация АСУ ТП по типу функционирования. 57

14.2     Показатели качества переходных процессов в системах регулирования. Прямые показатели качества переходных процессов при отработке задающих воздействий и их определение. 58

14.3     Цифро-аналоговые преобразователи. Основные типы ЦАП. Параметры ЦАП. Статическая характеристика преобразования ЦАП (в виде графика). Интерфейс данных ЦАП. Опорное напряжение. 59

15     Билет. 63

15.1     Состав АСУ ТП. 63

15.2     Показатели качества переходных процессов в системах регулирования. Прямые показатели качества переходных процессов при отработке внутренних (поступающих на вход системы) возмущающих воздействий и их определение. 64

15.3     Системный расчет АЦП: краткие сведения об АЦП, исходные предпосылки для расчета (выбора) АЦП (округление (квантование), виды погрешностей, среднеквадратичная погрешность (СКП) квантования по уровню, СКП квантования по времени, многоканальный режим АЦП), предварительный расчет АЦП, порядок предварительного расчета АЦП. 65

16     Билет. 70

16.1     Техническое обеспечение АСУ ТП. 70

16.2     Косвенная оценка качества переходных процессов в системе регулирования по амплитудной частотной характеристике замкнутой системы. Показатель колебательности М, полоса пропускания, резонансная частота, частота среза. 71

16.3     Интерфейсы: основные элементы, режимы обмена, классификация в зависимости от способа передачи данных. Стандартный формат асинхронной последовательной передачи данных. 72

17     Билет. 74

17.1     Математическое обеспечение АСУ ТП. 74

17.2     Интегральные оценки качества переходных процессов в системе регулирования. Линейная интегральная оценка, квадратичная интегральная оценка, улучшенная интегральная квадратичная оценка. 75

17.3     Стандартные промышленные интерфейсы: RS-232, I2C, RS-485. 75

18     Билет. 77

18.1     Программное и информационное обеспечения АСУ ТП. 77

18.2     Критерии устойчивости систем регулирования. Ценность критериев устойчивости. Алгебраический критерий устойчивости Гурвица: исходные данные; формулировка. 78

18.3     Стандартные промышленные интерфейсы: USB, IEEE-1394, оптическое волокно. 78

19     Билет. 82

19.1     Состав программного обеспечения АСУ ТП. 82

19.2     Критерии устойчивости систем регулирования. Ценность критериев устойчивости. Частотный критерий устойчивости Найквиста: исходные данные; формулировка в случаях устойчивой разомкнутой системы. 83

19.3     Управление графическим ОЗУ системы Intel: организация видеопамяти (регистр Маскирования растра, регистр Битовой маски, регистры-защелки). Методы управления графическим ОЗУ. 84

20     Билет. 87

20.1     Контроллеры для систем автоматизации (ПЛК) и их типы. 87

20.2     Запасы устойчивости системы автоматического регулирования. 89

20.3     Классификация современных микроконтроллеров. Четырехразрядные микроконтроллеры. Восьмиразрядные микроконтроллеры. 16- и 32- разрядные микроконтроллеры.. 90

21     Билет. 92

21.1     Архитектура программируемых логических контроллеров (ПЛК). 92

21.2     Синтез системы регулирования по желаемой передаточной функции замкнутой системы. 93

21.3     Программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС). 93

22     Билет. 96

22.1     Характеристики программируемых логических контроллеров (ПЛК). 96

22.2     Синтез систем регулирования методом модельного оптимума. Критерий оптимального модуля. Обоснование вида базовой передаточной функции замкнутой системы. Вывод условия оптимизации. 97

22.3     Цифровые процессоры обработки сигналов (ЦПОС). Состав и основные характеристики. 98

23     Билет. 101

23.1     Устройства сбора данных в АСУ ТП. 101

23.2     Синтез систем регулирования методом модельного оптимума. Математические модели объекта регулирования. Условия понижения порядка модели объекта. Выбор типа регулятора и параметров его настройки в случае, когда объект включает n инерционных звеньев первого порядка с соизмеримыми постоянными времени. 102

23.3     Принципы управления внешними устройствами микро-ЭВМ: Понятия модульности, интерфейса и магистрали, каналы и интерфейсы. 104

24     Билет. 107

24.1     Компьютер в системах автоматизации. 107

24.2     Синтез систем регулирования методом модельного оптимума. Математические модели объекта регулирования. Условия понижения порядка модели объекта. Выбор типа регулятора и параметров его настройки в случае, когда объект включает nинерционных звеньев первого порядка одно из которых имеет существенно большую постоянную времени. 109

24.3     Принципы организации обмена информацией с внешними устройствами: распределение адресов канала, связь типа управляющий - управляемый, замкнутая асинхронная связь. 111

25     Билет. 113

25.1     Человек – главное звено в контуре АСУ ТП. 113

25.2     Синтез систем регулирования методом модельного оптимума. Математические модели объекта регулирования. Условия понижения порядка модели объекта. Выбор типа регулятора и параметров его настройки в случае, когда объект включает nинерционных звеньев первого порядка два из которых имеют существенно большие постоянные времени. 114

25.3     Принципы организации обмена информацией с внешними устройствами: Режим обмена данными через канал, четыре основных принципа обмена данными с внешними устройствами. 116

26     Билет. 118

26.1     Взаимодействии человека и ЭВМ в АСУ ТП. 118

26.2     Синтез двухконтурных каскадных систем регулирования с использованием метода модального оптимума. 119

26.3     Задачи, стоящие перед разработчиком МСУ. Управление технологическим процессом с помощью микро-ЭВМ системы Intel. 121

27     Билет. 123

27.1     Программная реализации АСУ ТП и развитие программных средств автоматизации. 123

27.2     Модификация метода модального оптимума. 124

27.3     Управление технологическим процессом с помощью микро-ЭВМ системы Intel: программно – управляемый ввод – вывод, карта распределения адресов портов ввода – вывода, макетные платы, управление моделью объекта. 125

28     Билет. 129

28.1     Графическое программирование и графический интерфейс. 129

28.2     Синтез систем регулирования методом симметричного оптимума. Критерий оптимизации. Базовая передаточная функция. Вывод условий оптимизации. 130

28.3     Кодирование алфавитно – цифровой информации и управление печатающим устройством с помощью микро-ЭВМ системы Intel: ASCII – код, ESC – последовательности. 131

29     Билет. 135

29.1     Пользовательский интерфейс АСУ ТП. SCADA-пакеты. 135

29.2     Синтез систем регулирования методом симметричного оптимума. Выбор типа регулятора и параметров его настройки, когда объект включает одно интегрирующее звено и n инерционных звеньев с соизмеримыми постоянными времени. 135

29.3     Параллельный порт. Виды LPT портов. Управление работой печатающего устройства INTEL, порты и регистры (регистр данных, регистр статуса, регистр управления), функция CHR$. 136

30     Билет. 142

30.1     Функции SCADA. 142

30.2     Синтез систем регулирования методом симметричного оптимума. Выбор типа регулятора и параметров его настройки, когда объект включает одно интегрирующее звено и nинерционных звеньев одно из которых имеет существенно большую постоянную времени. 144

30.3     Классификация принтеров. Технологии печати, преимущества и недостатки. 145

 

Билет 1

1.1 Система и ее среда. Иерархия систем.    

Система представляет собой как множество элементов, находящихся друг с другом в определенных отношениях. Также существует множество элементов, находящихся за пределами системы, с которыми она взаимодействует. Это множество элементов за пределами системы называют внешней средой. Элементы, не взаимодействующие с системой, не являются частью этой внешней среды.

Система, не имеющая связей с внешней средой, называется изолированной, а система, у которой есть внешняя среда, называется открытой. В случае открытой системы одним из основных вопросов является что включать в эту систему, а что во внешнюю среду.

Субъективность конфигурации системы заключается еще и в том, что совокупность каких-то элементов является частью другой системы. Т.е. множество элементов системы можно разделить на ряд подмножеств, которые называются подсистемами.

Система S образована из 7 элементов, которые можно разбить на ряд подмножеств. Подмножество А состоит из элементов 1-3, подмножество В состоит их элементов 4-5, а подмножество С состоит из элементов 6-7.

Множество А можно рассматривать как систему, а подмножества В и С – как внешнюю среду.

В зависимости от представления АСУ ТП имеет от 2х до 4х уровней иерархии. 

Нижний (нулевой) уровень системы включает набор датчиков и устройств, встраиваемых в конструктивные узлы технологического оборудования, и предназначенных для сбора первичной информации и реализации управляющих воздействий.

Первый уровень служит для непосредственного автоматического управления ТП с помощью различных устройств сопряжения (УСО) и промышленных контроллеров. Этот уровень получил название Control.

Второй уровень – SCADA – сбор данных и диспетчерское управление. Это уровень производственного участка цеха. На этом уровне осуществляется сбор информации с нижнего уровня, автоматизация, хранение, выборка управляющих сигналов на основе этого анализа, передача информации о производственном участке или ТП на более высокий уровень, сведение математических балансов, архивирование информации и генерирование отчетов, диагностика от сбоев в элементах системы от нижнего уровня. Основное – производится оптимизация ТП по технологическим параметрам.

Третий уровень – MES – средства управления производством. Выполняет упорядоченную обработку информации о ходе изготовления продукции в различных цехах, обеспечивает управление качеством, является источником необходимой информации в реальном времени для высокого уровня управления.

Четвертый уровень – MRP – планирование ресурсов предприятия. В РФ такой уровень называется АСУП. Предназначен для планирования общей производственной деятельности предприятия, снабжения, сбыта, анализа, прогнозирования и т.д.

1.2 Сущность, достоинства, недостатки и принципиальные схемы следующих принципов управления: разомкнутое управление; управление по возмущению.    

Принцип управления – способ увязки алгоритма управления системы с заданным и фактическим её функционированием. Правило формирования управляющим устройством управляющего воздействия u(t) на основании информации о воздействиях g(t) и z(t), приложенных к САУ, и реакции системы на них y(t).

РАЗОМКНУТОЕ УПРАВЛЕНИЕ

ЗД – специальное устройство, которое формирует задающее воздействие

АУУ – автоматическое устройство управления

ИУ – исполнительное устройство, предназначено для преобразования Xp(t) в Xp*(t)

ОУ – объект управления

Xзд(t) – задающее воздействие, характеризующее требуемое состояние ОУ

Xp(t) – управляющее (регулирующее) воздействие

Xp*(t) – управляющее (регулирующее) воздействие той физической природы, которая определяется природой ОУ

F(t) – возмущающее воздействие

X(t) – управляемая (регулируемая, выходная) величина

Сущность – управляющее воздействие Xp(t) вырабатывается только на основе заданного заранее алгоритма функционирования АУУ.

Недостаток – алгоритм функционирования не связан с такими факторами как F(t) и фактическим состоянием управляющей величины Х(t).

УПРАВЛЕНИЕ ПО ВОЗМУЩЕНИЮ

Сущность – измеряют наиболее существенное возмущение и передают эту информацию АУУ, которое имеет возможность компенсировать отклонение управляемой величины X(t), вызванное этим возмущением.

Недостатки:

  1. АУУ не имеет информации о фактическом состоянии Х(t), т.е. система не знает насколько Х(t) соответствует заданному значению Хзд(t).
  2. Далеко не всегда имеются датчики для измерения наиболее существенных возмущений.

1.3 Назначение и области применения микропроцессорных устройств

Основным свойством микропроцессорных систем является их высокая гибкость, возможность быстрой перенастройки при необходимости даже значительных изменений алгоритмов управления. Перенастройка осуществляется программным путем без существенных производственных затрат. Создание микропроцессоров позволяет уменьшить стоимость и размеры технических средств обработки информации, увеличить их быстродействие, снизить энергопотребление.

Характерные особенности микропроцессорных информационно-управляющих систем, предназначенных для автоматизации технологических процессов:

  • наличие ограниченного набора четко сформулированных задач;
  • требования оптимизации структуры системы для конкретного применения
  • работа в реальном масштабе времени, т.е. обеспечение минимального времени реакции на изменение внешних условий
  • наличие развитой системы внешних устройств, их большое разнообразие
  • существенное различие функциональных задач
  • высокие требования по надежности с учетом большой продолжительности непрерывной работы
  • сложные условия эксплуатации
  • обеспечение автоматического

 

2 Билет

2.1 Анализ и моделирование систем.   

Модель позволяет выделять и изучать только те свойства объекта, которые необходимы для решения проблем. Модель – это не точная копия объекта, а отображение лишь наиболее существенных частей для его управления. Основной проблемой в построении любой модели является разумное ее упрощение.

Если связи системы А и В являются взаимооднозначным соответствием, то эти системы изоморфны. Система В называется домофорной относительно системы А, если каждой связи и элементу системы  А соответствует определенный элемент или связь системы В.

Модели делятся на физические и абстрактные. В абстрактных моделях описание объекта дается на каком-либо языке (язык схем, математических терминов, чертежей). Примеров служит MatLab.

2.2 Принцип управления с обратной связью. Автоматические системы регулирования (АСР). Структурная схема простейшей одноконтурной АСР с единичной обратной связью.  

Принцип управления – правило формирования управляющим устройством управляющего воздействия u(t) на основании информации о воздействиях g(t) и z(t), приложенных к САУ, и реакции системы на них y(t).

Управление с обратной связью:

Сущность – измеряют фактическое состояние управляемой величины X(t) и передают эту информацию АУУ. Чаще всего управляющее воздействие Xp(t) формируется по отклонению фактического состояния от заданного значения:

Автоматические системы регулирования: Управление с использованием отклонения E(t) фактического состояния от заданного значения называется регулированием, а АУУ называются автоматическим регулятором. АСУ, состоящая из СЭ (сравнивающий элемент), АР, ИУ и ОЭ в прямой цепи системы, охваченной главной обратной связью (всегда отрицательна), называется замкнутой АСР

2.3 Представление информации в микропроцессорных системах. Непрерывные и дискретные сообщения. Использование аналоговых и дискретных сигналов. Последовательный и параллельный способ представления информации.

Любой процесс функционирования технического объекта или системы связан с передачей, приемом и переработкой информации.

Информация — совокупность фактов, явлений, событий, представляющих интерес, подлежащих регистрации и обработке. В термине «информация» всегда существуют два партнера: источник и потребитель информации.

Информация, вложенная и зафиксированная в некоторой материальной форме, называется сообщением. Сообщения делятся на:

∙непрерывные (аналоговые); ∙дискретные (цифровые).

Непрерывные сообщения могут принимать любые значения и изменяться в произвольные моменты времени. Данные сообщения естественным образом передают речь, музыку и изображения

Под дискретными сообщениями понимаются сообщения, параметры которых могут принимать лишь некоторое конечное число значений в определенном диапазоне.

Другими словами необходимо определить для них максимальные границы по уровню(по величине) сигнала. Затем в этих границах необходимо провести их дискретизацию, то есть разбить на строки и принять, что значение сигнала в строке постоянно. Иначе возникает вопрос, что принимать за изменение сигнала, когда он имеет бесконечное число значений? Разбив на строки по уровням, мы имеем минимальное изменение сигнала между двух соседних строк( наименьшее изменение аналогового сигнала), которое называется разрешением.

Цифровая информация может быть представлена последовательным и параллельными кодами.

При последовательном коде каждый временной такт предназначен для отображения одного разряда кода слова.

Такт (clock tick) — промежуток времени, между последовательными сигналами синхронизации.

При параллельном коде все разряды кода слова представляются в одном временном такте, фиксируются отдельными элементами и проходят через отдельные линии, каждая из которых служит для представления и передачи только одного разряда.

3. Билет

3.1 Классификация систем управления.      

Системы управления классифицируются по следующим признакам:

  • Степень автоматизации функции управления
  • Степень сложности
  • Степень определенности
  • По типу объекта управления

1. В зависимости от степени автоматизации функции управления различают:

  • Ручное
  • Автоматизированное
  • Автоматическое

2. По степени сложности системы:

  • Простые
  • Сложные

Сложные системы характеризуются рядом признаков:

  • Число параметров, которыми описывается система, велико. Часть не поддается описанию и измерению.
  • Цели управления не поддаются формальному описанию без упрощения.
  • Трудно, иногда и невозможно дать формальное описание сложной системы.

3. По степени определенности:

  • Детерминированные
  • Вероятностные (стохастические)

В детерминированных системах по ее предыдущему состоянию и некоторой дополнительной информации можно вполне определенно предсказать последующее. Простая детерминированная система: автопилот. Сложная детерминированная: ЭВМ.

В вероятностных системах на основе предыдущего состояния и некой информации можно лишь определить вероятность наступления какого-либо последующего состояния.

Простая вероятностная: система контроля качества продукции. Сложная вероятностная: производственное предприятие.

4. По типу объекта управления АСУ:

  • АСУ ТП
  • АСУ П (производством)
  • САПР
  • АСНИИ
  • ГИС (системы, в которых для описания объекта управления используется географическая информация)

3.2 Классификация систем автоматического управления в зависимости от: свойств входящих в систему элементов; природы функционирующих в системе сигналов; назначению системы управления. 

ОТ СВОЙСТВ ВХОДЯЩИХ В СИСТЕМУ ЭЛЕМЕНТОВ:

  • Линейные. Линейные системы состоят из линейных элементов, модели которых могут быть описаны линейными ДУ. Линейные системы являются идеализированными, поскольку большинство реальных систем являются линейными только для определенного и достаточно узкого диапазона изменения действующего в них сигнала.
  • Нелинейные. Нелинейные системы включают в себя нелинейные элементы даже в рабочем диапазоне. Динамика нелинейных систем описывается нелинейными ДУ. Нелинейность возникает в силу различных причин (например, трение).

ОТ ПРИРОДЫ ФУНКЦИОНИРУЮЩИХ В СИСТЕМЕ СИГНАЛОВ:

  • Непрерывные. Регулирование в непрерывных системах производится непрерывно в зависимости от текущего значения ошибки регулирования. В непрерывных системах управляющие сигналы являются непрерывными функциями времени.
  • Дискретные. В дискретных системах управляющий сигнал может представлять собой последовательность импульсов (импульсная система), цифровой код (цифровая система).

ОТ НАЗНАЧЕНИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ:

  • Системы автоматической стабилизации

Задающее воздействие – постоянная, заранее известная величина. Пример – система поддержания tº воздуха в холодильнике.

  • Системы программного управления

Задающее воздействие – переменная, заранее известная величина. На практике используются 2 вида:

  1. Система с временной программой.     Задатчик программы непосредственно вырабатывает Хзд(t). Пример – программное управление tº в закалочных печах.
  2. Система с пространственной программой. Движение рабочего органа осуществляется по заданной в пространстве траектории. Пример – управление промышленным роботом.
  • Следящие системы

Задающее воздействие – переменная, заранее неизвестная величина.

3.3 Микропроцессор. Определение. Состав и основные характеристики микропроцессоров.

Микропроцессор (МП) — это программно-управляемое электронное цифровое устройство, предназначенное для обработки цифровой информации — ее перемещения, осуществления арифметических и логических операций по командам, которые он считывает из памяти.

Последовательность команд называется программой.

Микропроцессор включает в себя:

∙арифметическо-логическое устройство (АЛУ), которое служит для осуществления собственно арифметических и логических операций: арифметической операцией называют процедуру обработки данных, аргументы и результат которой являются числами (сложение, вычитание, умножение, деление и т.д.). Логической операцией именуют процедуру, осуществляющую построение сложного высказывания (операции И, ИЛИ, НЕ и т.д.).

∙регистры общего назначения (РОН), которые используются для хранения информации — сверхоперативного запоминающего устройства; Регистры предназначены для хранения операндов в процессе выполнения операций и функциональных схем, необходимых для выполнения преобразования операндов при передаче их с одного регистра на другой. Количество и назначение РОН в МП зависят от его архитектуры.

∙аккумулятор — регистр, из которого берется одно из чисел, с которыми производятся арифметические или логические операции. В него помещается результат;

∙регистр флагов или условий — в него помещаются сведения об особенностях результата выполнения арифметических или логических операций, например, нулевой результат, переполнение (перенос), четность и пр.;

∙регистр адреса стека, в котором записан адрес последний занятой под стек ячейки памяти;

∙блок управления шинами микропроцессорной системы, схемы формирующей сигналы на внешних шинах микропроцессора и, тем самым, управляющей микропроцессорной системой;

∙блок дешифрирования кодов команд.

∙Таймер — счетчик — предназначен для подсчета внутренних событий, для получения программно-управляемых временных задержек и для выполнения времязадающих функций МП.

∙ОЗУ — служит для приема, хранения и выдачи информации, используемой в процессе выполнения программы.

∙ПЗУ — служит для выдачи констант, необходимых при обработке данных в АЛУ.

∙КЭШ память — хранит внутри МП копии тех команд операндов и данных,

∙ША, ШД, ШУ (адреса, данных, управления) — группы линий, по которым передается однотипная информация.

∙Шинный интерфейс — выполняет функции согласования действий между внутренними устройствами МП и внешней системой, т.е. управляет потоками и форматами данных между МП и внешними устройствами.

Микропроцессор характеризуется:

1)тактовой частотой, определяющей максимальное время выполнения переключения элементов;

2)разрядностью, т.е. максимальным числом одновременно обрабатываемых двоичных разрядов.

Разрядность МП обозначается m/n/k/ и включает:

∙m — разрядность внутренних регистров, определяет принадлежность к тому или иному классу процессоров;

∙n — разрядность шины данных, определяет скорость передачи информации;

∙k — разрядность шины адреса, определяет размер адресного пространства. Например, МП i8088 характеризуется значениями m/n/k=16/8/20;

3) архитектурой Архитектура МП дает представление о функциональном поведении

логической структуры и ее организации

 

4. Билет

4.1 Определение технологического процесса.       

Назначение любой АСУ – ее необходимые функциональные возможности, желаемые технические характеристики и другие особенности, в значительной степени определяемые тем объектом, для которого создается эта система. Для АСУ ТП управляемым объектом является технологический объект управления (ТОУ), представляющий собой совокупность технологического оборудования и реализованного на нем в соответствии с инструкцией и регламентом технологического процесса производства целевого продукта. 

Управляя ТОУ, АСУТП воздействует на те или иные элементы оборудования, а именно, электродвигатели, дроссели и т.д.

В качестве ТОУ могут рассматриваться:

  • Технологические агрегаты и установки
  • Отдельное производство, реализующее самостоятельно законченный технологический цикл
  • Производственный процесс всего промышленного предприятия, если управление им в первую очередь и в основном носит технологический характер, т.е. заключается в выборе рациональных режимов взаимодействия отдельных агрегатов, участков и устройств.

Процессы превращения исходных материалов (сырья, заготовок, полуфабрикатов) в готовую продукцию с помощью соответствующего оборудования называются технологическим процессом.

Осуществление любого ТП в материальном производстве требует выполнения определенных действий по управлению им, т.е. по изменению хода процесса в желаемом направлении. Именно поэтому ТП могут и должны рассматриваться как управляемый объект.

Любой производственный процесс в целом и каждой фазе представляет собой совокупность взаимосвязанных одиночных процессов: вспомогательных, обслуживающих, основных.

К вспомогательным относятся изготовление инструмента, ремонт оборудования, производство энергоресурсов и т.д.

К обслуживающим относят технический контроль качества, транспорт, складирование и т.д.

Основную часть производственного процесса составляют ТП.

ТП определяет изменение форм, размеров и физико-химических свойств предметов труда. Для целей лучшей организации и нормирования труда ТП расчленяют на операции.

Операция – это часть ТП над определенным предметом труда, выполняемая на определенном участке определенной группой рабочих.

По технологическим признакам операции разделяют:

  • Установки
  • Переходы
  • Проходы

Установкой называют часть операции, выполняемая при неизменном положении предмета труда.

Переход – это часть операции, выполняемая над изменением одного или одновременно нескольких предметов труда, или несколькими инструментами при неизменном режиме работы оборудования.

Проход – часть перехода, при котором изменяются свойства предмета труда без смены инструмента и изменения режима обработки.

4.2 Временные характеристики линейных звеньев АСР: переходная функция, переходная характеристика. Обратное преобразование Лапласа. Формула разложения Хэвисайта. Нормированная передаточная функция.        

Переходная функция - функция, которая описывает поведение выходной величины элемента y(t), когда на вход подается единичное ступенчатое воздействие при нулевых начальных условиях.

Переходная функция – аналитическое выражение для функции y(t), которое является решением ДУ элемента для единичного ступенчатого воздействия при нулевых начальных условиях.

Переходная характеристика элемента: График переходной функции y(t).

Обратное преобразование Лапласа: Если известно ДУ элемента, то можно определить переходную функцию и характеристику путем решения этого ДУ аналитическими методами. Однако, в инженерной практике для решения такой задачи используют операционный метод:

 – передаточная функция

– обратное преобразование Лапласа

Формула разложения Хэвисайта: Если корни характеристического полинома простые и некратные, то преобразование Лапласа можно выполнить с помощью формулы Хэвисайта:

Нормированная передаточная функция: Пусть

 – передаточная функция

где  – коэффициент усиления разомкнутой системы.

Нормированная передаточная функция характеризуется тем, свободные члены числителя и знаменателя равны 1.

4.3 Архитектуры микропроцессоров. Основные концепции CISC, RISC, HLL, VLIW, EPIC.

Основные черты CISC-концепции:

Ранее других появились процессоры CISC. Термин CISC означает сложную систему команд и является аббревиатурой английского определения Complex Instruction Set Computer. Благодаря этому процессоры выполняют самые разнообразные задачи обработки данных.

При разработке набора команд CISC заботились об удобстве программиста/компилятора, а не об эффективности исполнения команд процессором. В систему команд вводили много сложных команд (производящих по несколько простых действий). Часто эти команды представляли собой программы, написанные на микрокоде и записанные в ПЗУ процессора. Команды CISC имеют разную длину и время выполнения. Зато машинный код CISC-процессоров — язык довольно высокого уровня. В наборе команд CISC часто присутствуют, например, команды организации циклов, команды вызова подпрограммы и возврата из подпрограммы, сложная адресация, позволяющая реализовать одной командой доступ к сложным структурам данных. Основной недостаток CISC — большая сложность реализации процессора при малой производительности.

Основные черты RISC-концепции:

Со временем стало необходимо повысить скорость работы процессоров. Одним из путей к этому стал процессор RISC, который характеризуется сокращенным набором быстро выполняемых команд и происходит от английского Reduced Instruction Set Computer.

∙одинаковая длина команд;

∙одинаковый формат команд — код команды регистр-приемник два регистра-источника;

∙операндами команд могут быть только регистры; ∙команды выполняют только простые действия;

∙большое количество регистров общего назначения (могут быть использованы любой командой);

∙конвейер(ы); ∙выполнение команды не дольше, чем за один такт; ∙простая адресация.

Архитектура с длинным командным словом (Very Long Instruction Word - VLIW) - это статическая суперскалярная архитектура. Несколько простых команд упаковывается компилятором в длинное слово. Слово соответствует набору функциональных устройств. Распараллеливание кода производится на этапе компиляции и в машинном коде уже присутствует явный параллелизм.

Развитием данной архитектуры являются вычисления с явным параллелизмом команд (Explicitly Parallel Instruction Computing - EPIC). Концепция EPIC разработана совместно компаниями Intel и Hewlett-Packard. Она обладает достоинствами VLIW, но лишена ее недостатков (например, использует специальные механизмы для исключения неэффективности кодов традиционных VLIW-архитектур, требовавших применения пустых команд для заполнения пустых машинных тактов).

5. Билет

5.1 Классификация технологических процессов.  

Процессы превращения исходных материалов (сырья, заготовок, полуфабрикатов) в готовую продукцию с помощью соответствующего оборудования называются технологическим процессом.

Разнообразие ТП обуславливается следующими основными факторами:

  • Видом используемого сырья
  • Формой и количеством необходимых энергоресурсов
  • Количеством операций преобразования этого сырья
  • Временными характеристиками операций ТП
  • Видом готовой продукции

По характеру протекания ТП:

  • Непрерывные
  • Периодические
  • Дискретные

Непрерывный ТП – процесс, в котором конечный продукт производится до тех пор, пока подводится сырье, электроэнергия, осуществляется управление и т.д.

Периодический – ТП, в котором за определенный период времени (часы или дни) вырабатывается определенное конечное количество продуктов, при этом на данном промежутке процесс является непрерывным.

Дискретный – ТП, в котором готовый продукт вырабатывается за определенный период времени, и который можно остановить и продолжить после любой технологической операции без последствий.

Необходимость управления ТП диктуется следующими факторами: 

  • Для обеспечения качества готовой продукции состав и количество входных компонентов должно поддерживаться на заданном уровне
  • Износ орудий труда и перемены в составе сырья требуют изменения, настройки параметров ТП
  • Пуск и останов некоторых ТП требует выполнения специфических, четко синхронизированных операций

Характерной особенностью современных ТП является то, что управление ими занимает нижний уровень в иерархии АСУ предприятием. Чем ниже уровень управления системой, тем выше должны быть темпы ее разработки и внедрения, чего невозможно достичь без разработки АСУ ТП на основе системного подхода, обеспечивающего комплексное решение задач наилучшего управления ТП. Необходимость системного подхода диктуется тем, что современные ТП являются сложными объектами с большим количеством входных и выходных переменных и протекают с высоким уровнем производственных шумов и недостатком информации.

Ведение управления ТП должно удовлетворять зачастую противоречивым требованиям:

  • Качеству готовой продукции
  • Производительность

Поскольку качество и производительность взаимосвязаны, то системы управления не могут быть автономны, и соответствующую систему придется рассматривать как многомерную.

Система управления качеством, организуемая на каждой технологической операции, должна быть оперативной и работать в реальном режиме времени.

Система управления производительностью состоит из системы управления режимами технологических операций, управления транспортными операциями и межоперационным запасом. Иерархически эта система находится на более высоком уровне по сравнению с системой управления качеством

5.2 Правила преобразования структурных схем: последовательное соединение звеньев; параллельное соединение; охват звена обратной связью.      

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ: Последовательное соединение передаточных функций звеньев можно заменить на одно эквивалентное звено с передаточной функцией, равной произведению передаточных функций звеньев.

ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ: Параллельное соединение передаточных функций звеньев можно заменить на одно эквивалентное звено с передаточной функцией, равной сумме передаточных функций звеньев.

ОХВАТ ЗВЕНА ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

Если знак ОС «+», то в формуле будет «–».

5.3 Прямой, обратный и дополнительный коды. Алгебраическое сложение двоичных целых чисел.

Прямой код представляет собой одинаковое представление значимой части числа для положительных и отрицательных чисел и отличается только знаковым битом. В прямом коде число 0 имеет два представления «+0» и «–0».

Обратный код для положительных чисел имеет тот же вид, что и прямой код, а для отрицательных чисел образуется из прямого кода положительного числа путем инвертирования всех значащих разрядов прямого кода. В обратном коде число 0 также имеет два представления «+0» и «–0».

Дополнительный код для положительных чисел имеет тот же вид, что и прямой код, а для отрицательных чисел образуется путем прибавления 1 к обратному коду. Добавление 1 к обратному коду числа 0 дает единое представление числа 0 в дополнительном коде. Однако это приводит к асимметрии диапазонов представления чисел относительно нуля. Так, в восьмиразрядном представлении диапазон изменения чисел с учетом знака.

Если оба числа имеют n–разрядное представление, то алгебраическая сумма будет получена по правилам двоичного сложения (включая знаковый разряд), если отбросить возможный перенос из старшего разряда. Если числа принадлежат диапазону представимых данных и имеют разные знаки, то сумма всегда будет лежать в этом диапазоне. Переполнение может иметь место, если оба cлагаемых имеют одинаковые знаки.

Пример: 6 – 4 = ?
6 – положительное число с кодом 0110
–4 – отрицательное число с дополнительным кодом 1100

Пример: –5 + 2 = ?
2 – положительное число с кодом 0010
–5 – отрицательное число с дополнительным кодом 1011

78