6.1.  Účel a funkce počítačových řídicích systémů

Donedávna byly budovány zvlášť počítačové systémy určené pro řízení technologických procesů a zvlášť počítačové informační systémy zaměřené spíš do oblasti ekonomiky a zpracování dat. Pokud byly tyto dva systémy propojeny, dělo se tak v omezené míře a rozhraní mezi oběma systémy bylo zřetelné. V důsledku rozvoje počítačových sítí došlo k průniku obou oblastí a dnes je situace taková, že snad pouze s výjimkou procesních počítačů napojených přímo na technologii může jakýkoliv počítač v síti plnit v podstatě jakékoliv funkce.

Hlavním účelem využívání počítačových řídicích a informačních systémů na úrovni řízení technologie je zajistit co nejdokonalejší dodržování technologických podmínek, maximální využití kapacity technologického zařízení a kvalitu produkce a pokud možno co nejvíce eliminovat nespolehlivý lidský faktor z procesu řízení. Na úrovni řízení výroby v širším slova smyslu je účelem zajistit co nejdokonalejší sběr, ukládání a zpracování informací pro hodnocení výroby a pro podporu procesu rozhodování na všech úrovních. 

Moderní počítačové řídicí systémy jsou budovány jako distribuované. Znamená to, že jejich funkce jsou rozděleny do více vzájemně propojených počítačů, jednak procesních, tj. spojených přímo s technologickým procesem, jednak tzv. pracovních stanic, tj. počítačů, které nejsou přímo spojeny s technologií. Další základní vlastností počítačových řídicích systémů je, že jsou hierarchické, což znamená, že z funkčního hlediska sestávají z různých úrovní vzájemně si nadřazených či podřazených. Struktura takových systémů se obvykle znázorňuje jako pyramida složená z jednotlivých hierarchických vrstev (obr. 6.1). Směrem nahoru se zužující tvar pyramidy graficky symbolizuje redukci množství informací postupujících od technologického procesu k vrcholovému řízení a v opačném směru nárůst množství řídicích příkazů. Zároveň je v obrázku naznačeno, jak dlouho v této hierarchické struktuře přibližně trvají operace zpracování informací a vydávání příkazů. Je to řádově v rozsahu od milisekund na nejnižší po dny na nejvyšší hladině.

Rozhraní mezi hierarchickými hladinami nejsou ostrá. Dochází k určitému prolínání funkcí v souvislosti s konkrétním technickým a programovým řešením dané aplikace, ale lze specifikovat, že na jednotlivých úrovních vykonává počítačový řídicí systém zhruba následující funkce:

1.       měření a ovládání: měření veličin v technologickém procesu a jejich kontrola, ovládání akčních členů, ošetření možnosti ručních operací,

2.       základní řízení: regulace, logické řízení, archivace informací o průběhu procesu, analýza procesu za účelem předvídání mezních a havarijních situací, komunikace s operátorem technologie, sběr, kontrola a ukládání technologických dat do databází,

3.       nadřazené řízení: řídicí algoritmy založené na bilancích, matematických modelech, aplikacích umělé inteligence (fuzzy logika, expertní systémy, neuronové sítě,...),

4.       optimalizace: určování výrobního sortimentu podle situace na trhu, stavu zásob a úrovně cen,

5.       řízení podniku: veškeré funkce podnikového managementu, tj. nákup, prodej, skladové hospodářství atd., práce s databázemi, vedení ekonomických agend, sledování finančních toků,

6.       vrcholové řízení (např. na úrovni akciové společnosti): práce s databázemi, vedení agend, strategické rozhodování a plánování, marketing, výzkum a vývoj atd.

Úrovně 1 až 3 spadají do oblasti přímého řízení technologického procesu, úrovně 4 až 6 do oblasti ekonomického řízení výroby.

My se v souvislosti s náplní předmětu více zaměříme na počítačové řízení technologických procesů. Základní schéma využití počítače k řízení technologie je na obr. 6.2.

Řídicí počítač je napojen na technologický proces, ze kterého získává informace měřením hodnot technologických veličin a může jej ovládat prostřednictvím akčních členů. Stále zůstává ve většině případů nutností, aby řídicí počítač komunikoval vhodným způsobem s obsluhou zařízení - s tzv. operátorem technologie. Operátor může měnit určené parametru řízení procesu a zasahuje v situacích, které řídicí systém není schopen zvládnout. K zařazení řídicího počítače do výše zmíněné struktury slouží komunikační systém pracující na bázi tzv. průmyslových sběrnic, nebo dnes stále častěji na bázi komunikace shodné s internetem. často se o počítači spojeném bezprostředně s řízeným procesem hovoří jako o procesním počítači.