Запрограммированные инструкции определяют набор действий, которые должны быть выполнены системой автоматически. Программа определяет, что должна делать автоматизированная система и как должны функционировать ее различные компоненты, чтобы достичь желаемого результата. Содержание программы значительно варьируется от одной системы к другой. В относительно простых системах программа состоит из ограниченного числа четко определенных действий, которые выполняются непрерывно и многократно в надлежащей последовательности без отклонений от одного цикла к другому. В более сложных системах количество команд может быть достаточно большим, а уровень детализации каждой команды может быть значительно выше. В относительно сложных системах программа предусматривает изменение последовательности действий в зависимости от вариаций сырья или других условий эксплуатации.
Команды программирования связаны с управлением с обратной связью в автоматизированной системе тем, что программа устанавливает последовательность значений для входов (заданных значений) различных контуров управления с обратной связью, составляющих автоматизированную систему. Заданная команда программирования может определять заданное значение для контура обратной связи, который, в свою очередь, управляет некоторым действием, которое должна выполнить система. По сути, цель контура обратной связи — проверить, что запрограммированный шаг был выполнен. Например, в контроллере робота программа может указывать, что рука должна переместиться в заданное положение, а система управления с обратной связью используется для проверки правильности выполнения движения. Взаимосвязь программного управления и управления с обратной связью в автоматизированной системе показана на рисунке 2.
Некоторые из запрограммированных команд могут выполняться в простом режиме с открытым контуром, т.е. без контура обратной связи для проверки правильности выполнения команды. Например, команда переключить электрический выключатель может не требовать обратной связи. Необходимость в управлении с обратной связью в автоматизированной системе может возникнуть при изменении исходных материалов, подаваемых в производственный процесс, и система должна учитывать эти изменения, внося коррективы в свои управляемые действия. Без обратной связи система не сможет в достаточной степени контролировать качество выходного процесса.
Запрограммированные команды могут содержаться на механических устройствах (например, механических кулачках и тягах), перфорированной бумажной ленте, магнитной ленте, магнитных дисках, компьютерной памяти или на любом из множества других носителей, которые были разработаны за многие годы для конкретных применений. Сегодня в автоматизированном оборудовании часто используется компьютерная память, которая служит средством хранения запрограммированных команд и их преобразования в управляемые действия. Одним из преимуществ компьютерного хранения является то, что программа может быть легко изменена или улучшена. Внесение изменений в программу, заложенную в механические кулачки, требует значительных усилий.
Программируемые машины часто способны принимать решения в процессе своей работы. Способность принимать решения заложена в управляющей программе в виде логических инструкций, которые регулируют работу такой системы при различных обстоятельствах. При одних обстоятельствах система реагирует одним образом, при других — другим. Существует несколько причин для наделения автоматизированной системы способностью принимать решения, включая (1) обнаружение и восстановление ошибок, (2) контроль безопасности, (3) взаимодействие с человеком и (4) оптимизацию процессов.
Обнаружение и восстановление ошибок связано с решениями, которые должны быть приняты системой в ответ на нежелательные условия работы. При работе любой автоматизированной системы в ходе нормального цикла операций иногда возникают сбои и ошибки, для восстановления которых необходимо предпринять те или иные корректирующие действия. Обычной реакцией на сбой в работе системы является обращение за помощью к человеку. В настоящее время в автоматизации и робототехнике наблюдается тенденция к тому, чтобы система могла сама распознавать эти неисправности и устранять их без участия человека. Такое обнаружение и исправление называется обнаружением и восстановлением ошибок, и оно требует, чтобы в системе была запрограммирована возможность принятия решений.
Мониторинг безопасности — это особый случай обнаружения и восстановления ошибок, когда неисправность связана с угрозой безопасности. Решения требуются, когда датчики автоматизированной системы обнаруживают, что возникло условие безопасности, которое может быть опасным для оборудования или людей, находящихся в непосредственной близости от оборудования. Цель системы контроля безопасности — обнаружить опасность и предпринять наиболее подходящие действия для ее устранения или снижения. Это может включать в себя остановку работы и предупреждение обслуживающего персонала о состоянии оборудования или более сложный набор действий для устранения проблемы безопасности.
Автоматизированные системы обычно должны каким-то образом взаимодействовать с человеком. Например, банкомат должен получать инструкции от клиентов и действовать соответствующим образом. В некоторых автоматизированных системах возможен целый ряд различных инструкций от людей, и для того, чтобы справиться со всем этим многообразием возможностей, система должна быть достаточно сложной в плане принятия решений.
Четвертая причина принятия решений в автоматизированной системе — оптимизация процесса. Необходимость в оптимизации чаще всего возникает в процессах, в которых существует экономический критерий эффективности, оптимизация которого желательна. Например, минимизация затрат обычно является важной целью в производстве. Автоматизированная система может использовать адаптивное управление для получения соответствующих сигналов датчиков и других входных данных и принятия решений, направленных на достижение оптимального состояния процесса.
