4. CÁC HỆ ĐẢM BẢO CỦA HTDK QTCN

I. ĐẢM BẢO THÔNG TIN

1. Sơ đồ cấu trúc quá trình xử lý thông tin trong hệ ĐK TĐH QTCN

Như trên đã nói về thực chất hệ ĐK TĐH QTCN là hệ tự động hoá quá trình xử lý tin trong hệ điều khiển. Quá trình xử lý tin được trình bày trên Hình 2-1.

Hinh2.1

Các dữ liệu về trạng thái sản xuất được máy tính xử lý và đưa ra các kết quả tính toán dưới dạng lời giải của các bài toán điều khiển. Khi được con người chấp nhận, các kết quả tính toán đó sẽ được gán hiệu lực pháp lý. Kết quả tính toán này cùng với dữ liệu ban đầu (đã được con người đưa vào - có hiệu lực pháp lý) để lập ra kế hoạch sản xuất. Quyết định điều khiển sẽ tác động vào quá trình sản xuất.

Nhìn trên Hình 2-1 chúng ta thấy trong hệ ĐK TĐH QTCN thông tin (dưới dạng dữ liệu) được trao đổi giữa nhiều bộ phận và thường xuyên có sự trao đổi giữa người và máy và ngược lại. Vì vậy hệ con đảm bảo thông tin phải đảm bảo cho quá trình trao đổi thông tin đó được nhất quán và thuận tiện.

2. Cấu tạo của đảm bảo thông tin.

Trong hệ ĐK TĐH QTCN con người căn cứ vào thông tin thu nhận được (đã qua máy xử lý) để quyết định các giải pháp điều khiển. Như vậy độ chính xác của các quyết định phần lớn phụ thuộc vào độ chính xác của thông tin. Có nghĩa là các thông tin có phản ánh đúng các thông số trạng thái của các đối tượng bị điều khiển hay không.

Hiểu theo nghĩa rộng đảm bảo thông tin là hệ thống phản ánh quá trình sản xuất, là hệ thống các mô hình thông tin dùng để mô tả một cách hình thức quá trình sản xuất nói trên.

Hiểu theo nghĩa hẹp đảm bảo thông tin bao gồm các phần sau đây:

- Hệ thống phân loại, đánh dấu, đặt tên các phần tử, các đối tượng bị điều khiển.

- Hệ thống các định mức, các chỉ tiêu kinh kế kỹ thuật.

- Tổ chức lưu giữ, gia công, xử lý, hiệu chỉnh thông tin.

Như vậy đảm bảo thông tin là bước đầu tiên của quá trình xử lý thông tin trong hệ ĐK TĐH QTCN.

3. Mô hình thông tin

Mô hình thông tin là sự mô tả hình thức quá trình tổ chức và xử lý thông tin.

Ở mức độ đơn giản mô hình thông tin là các bảng thống kê, các ghi chép về các chỉ tiêu kinh tế- kỹ thuật, các định mức vật tư, lao động .v.v.

Mô hình thông tin dạng ma trận là một ma trận phản ánh các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và quan hệ giữa chúng nên loại mô hình này được dùng rộng rãi.

Yêu cầu đối với mô hình thông tin là phải rõ ràng, thuận tiện cho sử dụng, có tính thống nhất và tiêu chuẩn hoá để có thể dùng cho các phương tiện tính toán khác nhau.

4. Đánh dấu, phân loại, đặt tên các đối tượng được điều khiển

Một trong những nhiệm vụ quan trọng của đảm bảo thông tin là xây dựng một hệ thống các cách đánh dấu, phân loại, đặt tên các phần tử, thiết bị máy móc, các sản phẩm cùng các quan hệ giữa chúng. Hệ thống đánh dấu phân loại này phải thuận tiện cho việc dùng máy tính để xử lý thông tin- tức các thông tin phải được mã hoá.

Việc đánh dấu, phân loại, đặt tên phải phù hợp với tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế như: Tiêu chuẩn Việt nam, IEC, ISO 9000.

5. Hệ thống định mức- các chỉ tiêu kinh tế- kỹ thuật.

Sản xuất bất kỳ sản phẩm nào cũng phải qua nhiều nguyên công, nhiều công đoạn. Ứng với mỗi nguyên công cần tiêu phí một lượng nguyên liệu, nhiên liệu, nhân công nhất định. Vì vậy, những định mức kinh tế- kỹ thuật phải được xây dựng đầy đủ chi tiết cho từng bộ phận, từng máy đến cả dây chuyền công nghệ.

6. Xây dựng ngân hàng dữ liệu

Ngân hàng dữ liệu của hệ ĐK TĐH QTCN là nơi tập trung (trong máy tính) toàn bộ dữ liệu dùng trong hệ. Vì vậy cần phải tổ chức sao cho lưu trữ, sử dụng và cập nhật thông tin được thuận tiện, khoa học.

- Về lưu trữ dữ liệu cần giải quyết các vấn đề sau đây:

+Tập trung hoá các dữ liệu

+Tối thiểu hoá độ dư của dữ liệu

+Mô tả dữ liệu bằng ngôn ngữ chung không phụ thuộc vào ngôn ngữ lập trình

Sử dụng các mô tả dữ liệu có cấu trúc

- Về sử dụng dữ liệu cần giải quyết các vấn đề sau đây:

+Có khả năng lấy ra bất kỳ một nhóm dữ liệu nào không phụ thuộc vào nơi ghi các dữ liệu đó

+Có khả năng đổi mới, cập nhật các dữ liệu

Sử dụng các phương pháp tìm kiếm dữ liệu tối ưu

+Có khả năng bảo vệ tính chính xác, nguyên vẹn, bí mật của dữ liệu

Chú ý rằng "dữ liệu" ở đây hiểu theo nghĩa rộng, nó có thể là các số liệu nhưng cũng có thể là các chương trình tính toán, bản thiết kế hoặc quy trình công nghệ .v.v.

Một trong những vấn đề quan trọng của việc xây dựng ngân hàng dữ liệu là tổ chức vào ra thông tin. Hiện nay phương pháp đưa thông tin vào còn khá chậm so với tốc độ xử lý của máy tính và chưa thuận tiện cho việc trao đổi trực tiếp giữa người với máy. Việc đưa thông tin ra (màn hình, máy in, đĩa mềm, ...) có nhiều tiến bộ nên việc lấy thông tin ra ngày càng dễ dàng hơn.

II. ĐẢM BẢO TOÁN HỌC

1. Cấu trúc của đảm bảo toán học

Đảm bảo toán học bao gồm những thành phần sau:

- Các mô hình toán (còn gọi là đảm bảo mô hình) dùng để mô hình các đối tượng được điều khiển, các quá trình công nghệ để giải các bài toán điều khiển.

- Các thuật toán (còn gọi là đảm bảo thuật toán) là các phương pháp giải các bài toán điều khiển. Các thuật toán thường phụ thuộc vào mô hình toán đã chọn. Chọn thuật toán đúng sẽ ảnh hưởng tới tốc độ tính toán và độ chính xác của lời giải.

- Các chương trình (còn gọi là đảm bảo chương trình) dùng để xử lý, tính toán các dữ liệu ứng với mô hình và thuật toán đã chọn. Như vậy mô hình toán học và thuật toán dùng để xây dựng hệ thống, còn chương trình tính toán dùng để vận hành hệ thống.

Ngày nay có nhiều ngôn ngữ dùng để lập trình. Việc chọn ngôn ngữ nào và kỹ thuật lập trình ra sao ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ tính và kết quả tính.

2. Mô hình toán học

Xây dựng mô hình toán học là một trong những giai đoạn quan trọng nhất của việc xây dựng hệ thống điều khiển. Thông thường công việc này phải do các chuyên gia am hiểu về quá trình công nghệ và nắm vững về toán học đảm nhiệm.

Hiện nay người ta xử dụng nhiều loại mô hình toán học, thường dùng các loại mô hình sau đây:

- Mô hình quy hoạch (tuyến tính, không tuyến tính)

- Mô hình mô phỏng (mô hình trạng thái, mô hình phục vụ đám đông)

- Mô hình trò chơi

- Mô hình quy hoạch thực nghiệm

Sau đây chúng ta điểm qua một vài loại mô hình.

- Mô hình quy hoach

Dùng để giải các bài toán đánh giá chất lượng, giải các bài toán tối ưu. Loại mô hình này được xây dựng trên các dữ liệu đã biết trước như các định mức, các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật .v.v. Trong thực tế, rất nhiều thông số không thể xác định bằng một giá trị cụ thể mà chỉ có thể biết xác suất xuất hiện của nó. Trong trường hợp này người ta phải xây dựng mô hình xác suất.

- Mô hình mô phỏng

Ngày nay nhờ có kỹ thuật máy tính phát triển người ta có thể thực hiện một số lượng lớn các phép tính và lưu trữ nhiều dữ liệu, nhờ vậy người ta có thể thực hiện phương pháp mô phỏng (Simulation).

Trong mô hình mô phỏng người ta mô phỏng hành động dáng điệu của các yếu tố, bộ phận của hệ thống cũng như mô tả các quan hệ giữa chúng và giữa hệ thống với môi trường xung quanh. Thông thường trong hệ có nhiều yếu tố ngẫu nhiên tác động, vì vậy mô hình nghiên cứu sẽ là mô hình ngẫu nhiên.

Phương pháp mô phỏng sẽ phát huy ưu việt của nó khi mô phỏng các hệ ngẫu nhiên.

Để làm ví dụ ta hãy nghiên cứu mô hình phục vụ đám đông (server Queueing System) của hệ ĐK TĐH QTCN.

Như ta đã biết, hệ ĐK TĐH QTCN có các terminal các trung tâm tính toán, các thiết bị này được coi là điểm phục vụ (servers). Các thông tin đi vào hệ : từ đồng hồ đo, sensor, hoặc là từ các terminals lên trung tâm tính toán được gọi là khách hàng (customer) hoặc là các yêu cầu. Thời điểm khách hàng xuất hiện, độ lớn của khách hàng mang tính ngẫu nhiên. Dòng khách hàng là một dòng ngẫu nhiên, nếu dòng này là một dòng dừng, không hậu quả và đơn trị thì nó là một dòng tối giản. Trong trường hợp này khoảng cách giữa các sự kiện - khách hàng - sẽ tuân theo luật phân bố mũ.

Do các khách hàng (thông tin) mang tính ngẫu nhiên nên thời gian phục vụ khách hàng (thời gian xử lý thông tin) cũng mang tính ngẫu nhiên. Nếu dòng khách hàng là tối giản thì dòng phục vụ cũng là tối giản.

Thông thường cường độ dòng khách hàng lớn hơn khả năng phục vụ nên khách hàng phải sắp hàng (queue). Tuỳ thuộc yêu cầu công nghệ mà có các luật sắp hàng và phục vụ khác nhau như:

- Đến trước phục vụ trước(FIFO- First In First Out)

- Đến sau phục vụ trước (LIFO- Last In First Out)

Như vậy trong trường hợp đơn giản nhất là hệ ĐK TĐH QTCN được mô phỏng bằng hai hệ con: dòng khách hàng và dòng phục vụ

Phương pháp mô phỏng như sau: mô phỏng hoạt động theo thời gian của hai dòng khách hàng và phục vụ nói trên, cho hai dòng đó "xếp chồng" lên nhau ta được mô hình của hệ. Mỗi một thay đổi của khách hàng hoặc của quá trình phục vụ đều làm hệ thay đổi trạng thái.

Các bài toán có thể được giải bằng mô phỏng là:

+Xác định số điểm phục vụ để đảm bảo xử lý hết khách hàng, tức xác định số lượng và dung lượng của các terminal.

+Xác định số khách hàng có trong hàng đợi và thời gian chờ đợi, dữ liệu này để xác định số Terminal và bộ nhớ để lưu giữ số liệu.

+Xác định số khách hàng phải bỏ đi do thời gian chờ đợi quá một giá trị cho trước, dữ liệu này dùng để xác định tổn thất thông tin trong hệ điều khiển.

+Xác định thời gian phục vụ , thời gian chờ đợi sắp hàng trung bình, dữ liệu này để đánh giá độ nhạy của hệ thống điều khiển.

- Mô hình trò chơi

Khi trong hệ có nhiều lực lượng tham gia có quyền lợi đối nghịch nhau thì người ta dùng mô hình trò chơi. Ví dụ giải bài toán tối ưu giữa đầu tư đổi mới công nghệ để hạ giá thành sản phẩm và tăng lợi nhuận.

3. Thuật toán (Algorithm, thuật giải)

Mô hình toán học tuy rất quan trọng nhưng chỉ mới là cấu trúc hình thức của việc xử lý thông tin chứ chưa phải là quá trình xử lý theo không gian và thời gian. Giải quyết vấn đề này là nhiệm vụ của đảm bảo thuật toán, có nghĩa là trên cơ sở mô hình toán học đã chọn phải xây dựng các thủ tục, các phương pháp giải để cho kết quả chính xác thời gian tính toán ngắn, ít tốn bộ nhớ .v.v. Thuật toán là một ngành chuyên sâu và có tác dụng rất lớn trong việc giải các bài toán điều khiển.

4. Chương trình tính toán

Chương trình tính toán là một tập chương trình dùng để tính trên máy tính. Chương trình này thể hiện mô hình toán học và thuật toán đã chọn.

Chương trình tính toán phụ thuộc vào ngôn ngữ lập trình và loại máy tính. Thông thường cần có các cán bộ chuyên sâu về lập trình đảm nhiệm việc này.

Các ngôn ngữ lập trình hiện nay thường gặp là PASCAL, C++. Để giảm nhẹ việc lập trình ngày nay người ta xây dựng các loại ngôn ngữ chuyên dùng. Ví dụ như mô phỏng có GPSS (The General Purpose Simulation System), SIMSCRIPT, SIM++.v.v. Về thực chất các ngôn ngữ loại này là tập hợp của nhiều chương trình con, người sử dụng chỉ cần khai báo những thông số cần thiết, còn thuật toán, biểu diễn kết quả dưới dạng bảng số, đồ hoạ .v.v. đều do các chương trình con đảm nhận.

Tuỳ thuộc đặc điểm công nghệ và yêu cầu của bài toán đặt ra mà người điều khiển xây dựng những chương trình tính thích hợp.

Tập các chương trình tính toán là phần mềm chính của hệ ĐK TĐH QTCN.

III. ĐẢM BẢO KỸ THUẬT

1. Cấu trúc của đảm bảo kỹ thuật

Đảm bảo kỹ thuật là toàn bộ thiết bị kỹ thuật của hệ ĐK TĐH QTCN, hay còn gọi là phần cứng của hệ. Như vậy đảm bảo kỹ thuật chiếm vốn đầu tư và công sức rất lớn trong việc xây dựng và vận hành hệ.

Đảm bảo kỹ thuật bao gồm các thiết bị kỹ thuật dùng để chọn lọc, truyền đạt, xử lý, cất giữ và phản ánh thông tin trong hệ điều khiển.

Như ở Hình 1-5 đã chỉ rõ, đảm bảo kỹ thuật bao gồm:

- Các terminals

- Các hệ thống truyền tin (dữ liệu)

- Các trung tâm tính toán.

2. Terminal

Terminal là thiết bị đầu cuối của hệ ĐK TĐH QTCN, là nơi tiếp xúc giữa hệ điều khiển và QTCN, Terminal làm nhiệm vụ thu nhận các thông tin về QTCN, sơ bộ xử lý chúng và truyền lên cấp trên, đồng thời nó cũng thu nhận các thông tin điều khiển đã được xử lý ở cấp trên để truyền đến các đối tượng được điều khiển. Con người có thể trao đổi thông tin với Terminal qua các thiết bị vào ra.

Ngày nay nhờ kỹ thuật vi tính phát triển, người ta có thể đặt tại Terminal các máy vi tính tốc độ xử lý tin nhanh, dung lượng bộ nhớ lớn, do đó ngay tại terminal cũng có thể giải được nhiều bài toán điều khiển, vì vậy có thể giảm bớt lượng thông tin phải truyền về trung tâm và có thể thực hiện được nguyên tắc điều khiển phân tán.

Tuỳ theo công dụng mà Terminal được chế tạo thành nhiều loại khác nhau, ví dụ:

- Terminal để thu thập các thông tin về QTCN, thiết bị chính của loại terminal này là các bộ ghi số liệu

- Terminal in, thực chất là một máy telec

- Terminal có màn hình, dùng để đưa thông tin ra trên màn hình để người vận hành quan sát.

- Terminal xử lý thông tin từ xa.

Ngày nay do kỹ thuật vi điện tử, vi xử lý phát triển, các thiết bị tính toán và xử lý tin được chế tạo gọn nhẹ, do đó người ta có xu hướng chế tạo các terminal vạn năng.

Trong tương lai, khi mạng máy tính phát triển (LAN, INTERNET,...) người ta có thể thực hiện các "văn phòng kiểu mới", lúc đó các nhân viên của các cơ quan, nhà máy sẽ được trang bị các terminal và có thể làm việc ngay tại nhà mình, điều đó sẽ giải toả sức ép về giao thông đô thị và không cần thiết phải xây dựng những chỗ làm việc tập trung đồ sộ nữa.

3. Hệ thống truyền tin (dữ liệu)

Nhu cầu truyền tin trong hệ ĐK TĐH QTCN rất lớn, thường xuyên phải truyền các thông tin từ dưới lên trung tâm để xử lý, và truyền các thông tin đã xử lý (các mệnh lệnh điều khiển) từ trên xuống các terminal để tác động vào QTCN.

Một hệ truyền tin có cấu trúc như Hình 2-2

Hinh 2-2

NT: Nguồn tin

MH: Thiết bị mã hoá

DM: Thiết bị dịch mã

ĐC: Thiết bị điều chế

ĐCN: Thiết bị điều chế ngược

KLL: Kênh liên lạc

CH: Cơ cấu chấp hành

ĐT: Đối tượng điều khiển

TT: Tin tức

TH: Tín hiệu

Nguồn tin (NT) bao gồm các tin tức như mệnh lệnh, trạng thái thiết bị (làm việc, nghỉ, sự cố) thông số kỹ thuật (nhiệt độ, áp suất, tốc độ .v.v.). Để truyền tin đi xa, các tin tức này phải được mã hoá (MH) sau đó điều chế (ĐC) thành các tín hiệu (TH) có tham số (biên độ, tần số, pha) thích hợp với truyền tin đi xa. Mã hoá là quá trình biến đổi một- một giữa tin tức và tín hiệu. Trong từ mã ngoài nhóm tín hiệu mang tin còn có các tín hiệu dự dùng để chống nhiễu. Tín hiệu ra khỏi thiết bị điều chế được đưa vào kênh liên lạc (dây dẫn, cáp, radio). Thông thường trong kênh liên lạc có các loại nhiễu (dưới dạng xung điện).Nhiễu làm cho nhóm tín hiệu (từ mã) được truyền đi bị sai lệch, tín hiệu 1->0 và ngược lại tín hiệu 0->1. Ở cuối đường dây liên lạc ta thu được tín hiệu trong đó có cả nhiễu. Thiết bị điều chế ngược (ĐCN) dùng để phục hồi lại tín hiệu đã bị suy giảm trong quá trình truyền qua kênh liên lạc. Thiết bị dịch mã (DM) kiểm tra phát hiện và sửa sai trog từ mã nhận được, sau đó dịch ra tin tức ban đầu (TT) đã được truyền. Tin tức được đưa vào cơ cấu chấp hành (CH) để tác động lên đối tượng (ĐT).

Vấn đề quan trọng của hệ truyền tin là đảm bảo độ chính xác và tốc độ truyền tin. Đối với những hệ điều khiển trực tuyến (online) thì việc truyền tin, xử lý tin phải được thực hiện kịp với quá trình diễn biến công nghệ. Những hệ truyền tin như vậy gọi là hệ làm việc trong thời gian thực. Ngày nay người ta thường dùng tốc độ truyền tin từ 4800 bit/s trở lên. Truyền tin như vậy là rất nhanh, do đó vấn đề chống nhiễu, nâng cao độ chính xác truyền tin là một trong những vấn đề quan trọng nhất của hệ truyền tin.

4. Hệ thống thiết bị tính toán

Hệ thống thiết bị tính toán bao gồm các bộ phận sau đây:

- Bộ xử lý trung tâm

- Thiết bị nhớ trong, nhớ ngoài

- Thiết bị vào ra

- Đường truyền dữ liệu

Thiết bị tính toán là một trong những thiết bị quan trọng nhất của hệ ĐK TĐH QTCN. Ngày nay đã xuất hiện máy tính thế hệ thứ tư, các máy vi tính gọn nhẹ, tốc độ xử lý tin cao, bộ nhớ lớn, giao tiếp vào ra thuận tiện. Tất cả những điều đó đã làm thay đổi một cách cơ bản bộ mặt của hệ ĐK TĐH QTCN, tạo nên khả năng ứng dụng rộng rãi các hệ ĐK TĐH QTCN vào nhiều lĩnh vực kinh tế- xã hội khác nhau.