RACUNALNO UPRAVLJANJE

1
RACUNALNO UPRAVLJANJE TEHNICKIM SUSTAVIMA
2
LITERATURA Skripte na web stranicama NASTAVA I
ISPITI 21 sat, ( 2 kolokvija 22.11.2010 i
24.01.2011 ) ili usmeni ispit prethodno
potrebno kolokvirati laboratorijske vježbe iz
PLC-a kod Matica ( uvjet za potpis )
3

• CILJ KOLEGIJA
• Osigurati znanja iz podrucja vodenja procesa uz
  pomoc racunala.
• To ukljucuje znanja o
• procesima kojeg želimo upravljati
• tehnickim sustavima za vodenje procesa (njihovim
  osnovnim djelovima, principima rada senzora i
  aktuatora, arhitekturi racunala za vodenje
  procesa)
• osnovama izgradnje takovih sustava s naglašenom
  primjenom na brodu

4

• UVOD
• Racunala zauzimaju važan položaj u vecini
  ljudskih aktivnosti. Vecina procesa upravlja se
  racunalom (avion, brod, automobilski motor)
• Racunala nadgledaju i vode proces po programu,
  osjecaju process i djeluju na process
• Ekspertni sustav racunalo koje zamjenjuje
  strucnjaka (eksperta) primjer je sustav za
  diagnostiku kvarova
• Umjetna inteligencija covjek se trudi da
  racunalu doda odredene ljudske osobine ( primjer
  je prepoznavanje lica i emocija )

5
Proces je odredeno djelovanje na materiju,
energiju ili informaciju. Da bi se proces mogao
voditi elektronickim racunalom odredene velicine
procesa se moraju pretvoriti u elektricne
velicine ( brodski motor ). Zagadenje se ne može
pretvoriti u elektricni signal (pijavice). Brzi
procesi se uglavnom prate pomocu racunala, spori
procesi se mogu pratiti i na drugi nacin.
6

• MJERNA SREDINA,SENZORI I IZVRŠNI ORGANI
• Mjerna sredina sredina u kojoj se mijenjaju
  fizikalne , u kojoj se odvija proces koji dovodi
  do promjene fizikalnih velicina
• Senzori pretvaraci razlicitih fizikalnih
  velicina ( tlak, temperatura, sila, brzina, kut
  zakreta, radioaktivno zracenje, vlažnost, gustoca
  dima ) u elektricne signale (analogni, digitalni)
• Informacija u elektricnom signalu može biti
  sadržana u amplitudi, frekvenciji, fazi, širini
  impulsa
• Izvršni organi pod djelovanjem signala iz
  racunala vrše regulacijsko djelovanje na proces.

7

• 2. VRSTE RACUNALNIH SUSTAVA
• On line sustav (sustav realnog vremena)
• sustav kod kojeg se podaci izravno elektricnim
  vodovima unose u racunalo. Racunalo izravno
  upravlja izvršnim organima.
• Vrijeme unosa podataka reda velicine
  mikrosekunde.
• -Upravljanje brzim procesima npr. automobilski
  motor.
• Off line sustav
• - unos podataka rucno ili preko nekog medija.
• vrijeme unosa podataka sati, dani, tjedni.
• npr. program za obradu placa

8

• Koraci za izgradnju on line sustava
• definiranje što sustav treba raditi?
• izrada mjernog i upravljackog algoritma (program)
• specifikacija hardwaera - senzora, medusklopova,
  racunala, izvršnih organa
• interdisciplinarni pristup suradnja strucnjaka
  je neminovna. ( tunel, šok soba ).

9
PRIMJER INTELIGENTNOG ON LINE SUSTAVA
Inteligentno ponašanje mogucnost sustava da
se prilagodi novonastaloj situaciji.
10

• Primjer križanja ( magnetski senzori, semafori )
• Racunalo koje upravlja križanjem omogucava
• -provjeru ulaznih mjernih vrijednosti (brzine od
  5 do 75 km/h)
• -provjera izvršnih organa (da li rade svijetla
  semafora)
• -diagnosticki program (detekcija i oznacavanje
  pokvarenog sklopa)
• inteligentna zamjena signalizacijskog plana
  ukoliko je racunalo nezadovoljno --protokom
  prometa
• -rezervni nacin vodenja (redundantni sustavi) ili
  rucno vodenje

11
2.2 OSNOVNI PRINCIPI I SKLOPOVSKI ELEMENTI
SUSTAVA Usporedba covjek - racunalni
sustav ljudski senzori ( vid, sluh, okus, miris,
dodir )
12
TERMINOLOGIJA MJERENJE mjerenje jedne mjerne
velicine i prikaz korisniku (rad sa otvorenom
petljom ) primjer infracrveni daljinometar. PRACE
NJE PROCESA istovremeno mjerenje i prikaz
velikog broja razlicitih parametara i njihovog
medudjelovanja. Racunarski sustav ne donosi
odluko o intervenciji. On samo sugerira odluku
(ekspertni sustavi). REGULACIJA reguliranje
jedne velicine koristeci elektricnu zatvorenu
petlju ( PID mikroprocesorski regulator
) UPRAVLJANJE PROCESA ukljucuje pracenje
procesa i automatsku intervenciju u proces
manje složeni proces , mora se misliti i na
nepredvidene situacije.
13
Osnovni sklopovski elementi sustava za mjerenje i
pracenje procesa Sustav mjerna sredinadigitalno
racunalosklopovi koji ih povezuju
14
2.2.2. ANALOGNA OBRADA SIGNALA Prije A/D
pretvorbe nužno je kondicionirati signal koji
sadrži mjernu velicinu Kondicioniranje
prilagodivanje razlicitih signala koje dolaze sa
senzora obliku i velicini koji se može dovesti na
A/D pretvarac ( pri tome se mora održati tocnost
informacije ). Kondicioniranje je moguce i u
samom senzoru. Kompenzacija nelinearnosti
senzora
15

• 2.2.3 MULTIPLEKSORI
• Svrha mu je izbjegavanje više A/D pretvaraca
• A/D pretvaraci su brzi a ulazne velicine mjenjaju
  se relativno sporo pa je moguce da jedan A/D
  pretvarac poslužuje više senzora.
• Multiplexor usmjerava više senzora na jedan
  analogni izlaz. Mux svakom senzoru dodjeljuje
  odredeno vrijeme (time sharing). Na izlazu Mux-a
  se u jednom trenutku vremena može nalaziti signal
  samo jednog senzora.
• Vrijeme koje Mux dodjeljuje senzorima može se
  razlikovati za razlicite senzore.
• Racunalo upravlja multipleksorom i odreduje
  redosljed prozivanja senzora koji ne mora biti
  strogo sekvencijalni.

16

• 2.2.4 UZIMANJE UZORAKA ANALOGNOG SIGNALA I A/D
  PRETVORBA
• Analogni siganal iz senzora mora se
  diskretizirati po vremenu i amplitudi (
  otipkavanje i A/D pretvorba ) mana digitalne
  obrade jer se unosi oštecenje informacije.
• Diskretizacija po vremenu mora biti takova da
  koraci uzimanja uzoraka signala budu dovoljno
  gusti da se ne izgubiti niti jedan harmonik
  korisnog signala i time ošteti informacija.
• Diskretizacija po amplitudi mora imati dobro
  razlucivanje. Mora se tocno pratiti amplituda
  signala.
• A/D pretvarac pretvara analogni signal u binarni
  broj. A/D pretvarac mora imati dovoljan broj
  bitova kojima se prikazuje analogni signal

17

• 2.2.5 INTERFACE (SUCELJA) ZA ULAZ I IZLAZ
  PODATAKA
• Interfejs služi da bi se razliciti vanjski
  sklopovi povezali s racunalom. Interfejs
  koordinira i uskladuje rad racunala i vanjskih
  sklopova. Racunalo i vanjski sklopovi imaju
  razlicite nacine i brzine rada.
• Interfejsi su sklopovski standardizirani.
  Razlicitosti ulazno-izlaznog prijenosa definira
  se programima ( pune se odredeni
  registri interfejsa i time se standardizirani
  sklop interfejsa nauci da radi u specificnoj
  situaciji )
• Paralelni interfejsi prijenos cijele rijeci
  odjednom
• Serijski interfejs prijenos bit po bit
  udaljena komunikacija

18
2.2.6 DIGITALNO RACUNALO Najvažniji element
sustava Velika brzina rada, mogucnost obrade
velike kolicine podataka u kratkom vremenu,
davanje kvalitetne informacije voditelju
procesa Mjerni i upravljacki algoritam kodira se
u odredenom jeziku i unosi u racunalo
19
2.2.7 PRIKAZ IZLAZNIH PODATAKA Izlazni podaci se
mogu proslijediti izvršnim sklopovima
(aktuatorima) koji vrše intervenciju u proces
koji se upravlja ( rad sa elektricki zatvorenom
peljom) ili se samo mogu prezentirati covjeku
preko ekrana . Covjek može reagirati na podatke
koje mu prezentira racunalo i intervenirati u
proces ( petlja se zatvara preko covjeka
otvorena petlja), ili ne intervenirati mjerenje
(nema zatvaranja petlje). Prezentacija je
moguca preko terminala (vertikalni štapici), ili
printera. Moguce pamtiti sve promjene na vanjskoj
memoriji.
20
2.2.8 DIGITALNO ANALOGNI PRETVARAC Pretvara
binarne brojeve u analogni signal ( napon ili
struju ) za upravljanje izvršnim organima 2.2.9
PRILAGOÐENJE IZLAZNOG ANALOGNOG SIGNALA IZLAZNOM
CLANU U procesima se koriste najrazlicitiji
izvršni organi koji zahtjevaju razlicite pobude.
Snaga pobude mjeri se u W i kW. Izlazi D/A
pretvaraca reda velicine nekoliko volti i
nekoliko desetaka mA pa je potrebno izvršiti
energetsko prilagodenje (energetska elektronika)
21
3. SLOŽENIJI SUSTAV ZA UPRAVLJANJE PROCESIMA
22

• Složeniji sustav opslužuje više senzora i
  izvršnih organa ( brzina promjene ulaznih
  velicina u nacelu spora, brzina rada racunala u
  nacelu brza )
• Redosljed uzimanja uzoraka senzora može
  odredivati racunalo. Redosljed ukljucivanja
  izvršnih organa takode može odredivati racunalo.

23
3.1 SENZORI Zadatak senzora je da se odredena
mjerna velicina iz procesa izrazi u elektricnom
obliku ( vrlo složen zahtjev ) Danas postoji
više od 10000 vrsta senzora koji obraduju više od
100 razlicitih parametara Svaki je senzor nauka
za sebe veoma su skupi Postoje senzori s
analognim izlazom i senzori sa digitalnim izlazom
24
Analogni senzori položaj, tlak, temperatura,
protok, brzina, razina i pri tome se
primjenjuju razni fizikalno kemijski principi za
dobivanje elektricnog signala Senzori sa
digitalnim izlazom ili digitalni davaci Pametni
senzori analogni senzori sa mikroprocesorom.
Mogu davati analogni ili digitalni izlaz.
Oplemenjeni senzor daje kvalitetnije izlazne
signale Osnovno svojstvo senzora ne smiju
djelovati na sredinu u kojoj mjere.
25
3.1.1 SENZORI S ANALOGNIM IZLAZOM Osnovna
svojstva senzora su tocnost i brzina odziva (
sposobnost senzora da se što više približi
mjerenoj velicini ). Na tocnost senzora
utjece -staticka greška -dinamicka
greška -greška ponovljivosti dobivenog signala
(reproducibilnost) -mrtvo vrijeme (dead
time) -mrtvo podrucje (dead zone)
26
-staticka greška odstupanje vrijednosti koje je
senzor detektirao od tocne vrijednosti fizikalne
velicine u slucaju stalne fizikalne velicine.
Izražava se u postotcima odstupanja od cijelog
mjernog podrucja -dinamicka greška - odstupanje
vrijednosti koje je senzor detektirao od tocne
vrijednosti fizikalne velicine u slucaju promjene
fizikalne velicine. Nastaje samo kad se mjerena
velicina mjenja i pada na nulu kad se mjerena
velicina ustali (uzrok je što vrijednost koju
senzor mjeri kasne za stvarnom promjenom mjerene
velicine).
27
-greška ponovljivosti dobivenog signala (
reproducibilnost ) maksimalno odstupanje
ponovnih mjerenja od srednje vrijednosti u
slucaju kad je mjerena vrijednost stalna. Ako
senzor ima malu grešku ponovljivosti radi se o
sistematskoj greški koju je moguce ispraviti
odredenim ugadanjima (senzor uvijek ponavlja istu
pogrešnu vrijednost). Ako senzor ima veliku
grešku ponovljivosti onda se radi o slucajnim
greškama i nije moguce popraviti senzor
ugadanjima.
28
-- mrtvo vrijeme ( dead time ) vremenski pomak
od trenutka kad se mjerena velicina stvarno
promijeni da trenutka kada se iskaže na izlazu
senzora usporava cijeli ulazni lanac pa je
neprihvatljivo za brze procese. -mrtvo podrucje
(zona) najveca promjena mjerene velicine do
koje može doci a da se ne promjeni izlazni signal
iz senzora (osjetljivost senzora).
29
3.1.2 SENZORI S DIGITALNIM IZLAZOM ( DIGITALNI
DAVACI ) Najjednostavniji digitalni senzor
prekidac senzor sa jednobitnim izlazom ili
ima signala ili ga nema ( može se aktivirati
rucno javljac požara, plovkom, IC zrakom,
porastom tlaka - presostat )
30
Višebitni digitalni senzor mjerac
vremena prednji brid impulsa start pocetak
brojenja prednji brid impulsa stop kraj
brojenja zadnji brid impulsa start zahtjev za
prekid programa i prijenos podatka u racunalo
31

• mjerenje vrlo tocno, stabilnost frekvencije
• moguca greška kod senzora ? 1 bit radi
• nesinhroniziranosti start i stop impulsa sa
  impulsima u oscilatoru.
• otklanjanje greške velikom frekvencijom kvarcnog
  oscilatora i dovoljno veliki broj bita brojila

32
Višebitni digitalni senzor inkrementni davac
33

• -svaki sektor diska predstavlja odgovarajuci
  binarni broj, a pojedini vjenci bit
• -moguce registrirati kut pomocu cetiri para
  optocouplera ili pomocu cetkica prikaz azimuta,
  elektronicka vaga
• disk se zakrene za odgovarajuci kut, svaki kut
  generira binarni broj koji se unosi u racunalo
  (tamni djelovi jedinice,svijetli nule)

34
Inkrementalni davac
35
Citaci bar kodova

• bar kod se sastoji od niza debljih i tanjih
  vertikalnih
• Linija
• nosioc informacije je štapic i svijetliji
  meduprostori
• EAN kod sa 13 znakova
• ZZZ PPPPAAAAA K
• ZZZ - prefiks
• PPPPAAAAA - nacionalni broj artikla
• K kontrolni broj

36
(No Transcript)
37
3.2 OBRADA ANALOGNOG SIGNALA Sklop za analolgnu
obradu signala povezuje senzore sa
multipleksorima i A/D pretvaracima, te takoder
povezuje izvršne clanove s D/A pretvaracima Sve
ono što treba napraviti sa signalom iz senzora da
bi se prilagodio ulazu u A/D pretvarac spada u
analognu obradu signala. Važan je oblik i napon
analognog signala .
38
Linearizacija prijenosne karakteristike
korektivnom mrežom ispavlja se greška
nelinearnosti senzora ( moguca i digitalna
linearizacija racunalo izvodi algoritam
lineariziranja ). Pojacala moraju imati linearnu
prijenosnu karakteristiku. Oni prenose signal u
neko drugo naponsko podrucje ali ne smiju
mjenjati njegov oblik (informaciju).
39
Linearizacija prijenosne karakteristike
40
Filtriranje analognih signala (eliminacija
smetnji i šumova) analogni i digitalni filtri
41
Svodenje svih ulaznih signala u odredeno
elektricno podrucje kondicioniranje signala.
Primjer temperature 0 do 100 stupnjeva se svode
na naponski opseg 0 do 10 V.
42
Digitalna obrada analognih signala Za analognu
obradu sugnala cesto se koriste i specijalni brzi
procesori DSP digital signal procesing koji
imaju specijalan hardware za ubrzavanje (za
industrijsku upotrebu nisu potrebni brzi
procesori jer je frekvencija signala malena)

• -gornja granicna frekvencija reda velicine
  nekoliko desetaka kiloherca ( brzina uzimanja
  uzoraka 20 MHz )
• digitalna korelacija, procesiranje radarskih
  signala, govora, identificiranje tipa podmornice
• Za eventualne promjene o nacinu obrade analognih
  signala nije potrebno mjenjati sklopove nego samo
  program

43
Digitalna obrada analognih signala
44

• 3.3 MULTIPLEKSORI I MULTIPLEKSIRANJE
• MUX usmjerava više ulaza sa senzora na jedan
  izlaz ali u
• razlicitim vremenskim trenutcima (MUX-om upravlja
  racunalo)

45

• Postoje analogni i digitalni multipleksori
• Analogni multipleksori usmjeravaju analogne
  signale, a digitalni multipleksori digitalne
  signale.
• Pri tom usmjeravanju ne smije doci do oštecenja
  signala (teže je taj zahtjev ispuniti analognim
  multiplekserima nego digitalnim lakše je
  oštetiti analogni signal )

46
Princip analognog multipleksiranja ( najcešce
zbog potrebe za jednim A/D pretvaracem )
47
Princip multipleksiranja siganla iz razlicitih
grupa vrlo razlicitih senzora
48
Princip multipleksiranja kad se odmah vrši A/D
konverzija i digitalno multipleksiranje
49

• Ako se analognom signalu opsega od 0 do 5 V
  odgovara mjerena temperatura od 0 do 100?C i
  uslijed smetnje napon sa 5 V (100?C) se smanji na
  4 V (smanjenje iznosi 1 V) nastaje greška od 20
  (80?C).
• U slucaju digitalnog signala gornja smetnja uopce
  ne utijece na informaciju
• Greške digitalnih signala su rijetke, ali mogu
  biti katastrofalne zato postoje metode
  korekcije grešaka ( više uzastopnih slanja
  podataka )
• MOS, CMOS, HTL bolji od TTL tehnologije manja
  imunost na smetnje

50
3.4.1 SKLOPOVI ZA UZIMANJE UZORAKA Uzimaju se
uzorci analognog signala u odredenim vremenskim
razmacima najkriticniji korak velika
mogucnost kvarenja informacije Funkcija sklopa
je uzimanje trenutne vrijednosti analognog
signala i njegovo pamcenje dok se ne izvrši A/D
konverzija
51

• Sample and hold sklop ima dva nacina rada
• slijedenje (tracking)
• pamcenje (holding)

52
Idealni sklop za uzimanje uzoraka
-prelaz sa pracenja u pamcenje je
trenutan -zapamceni signal se za vrijeme pamcenja
ne mijenja -za vrijeme pracenja ulazizlazu
53
Funkcionalna elektricna shema SH sklopa

• ulazni napon se preko ulaznog operacijskog
  pojacala dovodi na kondenzator
• kondenzator slijedi u stopu ulazni napon
• napon sa kondenzatora se preko izlaznog
  operacijskog pojacala dovodi na izlaz
• u trenutcima uzimanja uzoraka odvaja se prekidac
  i kondenzator pamti napon neposredno prije
  iskapcanja sklopke

54
Realni sklop za uzimanje uzoraka
55

• ulazni i izlazni signali nisu isti jer je sklop
  nije idealan
• prekidac treba izvjesno vrijeme da se otvori
  tranzistorska sklopka desetak nanosekundi
• postoji kašnjenje kod prelaza sa pracenja u
  pamcenje (ne pamti se velicina ulaznog napona
  koja se htjela )
• zapamceni signal se za vrijeme pamcenja mijenja
  period smirivanja napona, pad napona zbog
  izbijanja kondenzatora
• za prijelaz iz stanja pamcenja u stanje pracenja
  potrebno odredeno vrijeme kašnjenja i smirivanja

56
3.4.2 GUSTOCA UZIMANJA UZORAKA Svaka se
funkcija može prikazati kao kombinacija sinusoida
odgovarajucih frkvencija, amplituda i faza
Fourieova analiza Teorem o uzorkovanju
Frekvencija uzorkovanja mora biti barem dvostruko
veca od frekvencije najvišeg harmonika analognog
signala Shanonov teorem Gustoca uzimanja
uzoraka ( vremenski razmak izmedu uzoraka ) ovisi
o karakteru ulaznog signala. Ako je preniska
gube se viši harmonici, ako je previsoka
dobivaju se redundantni podaci.
57
Ako se ove dvije sinusoide razlicitih frekvencija
i faza uzorkuju svakih T, vidljivo je iz slike da
obje u trenutcima uzimanja uzoraka imaju iste
vrijednosti dakle iz uzoraka nije moguce
rekonstruirati o kojoj sinusoidi se radi.
58
MATEMATICKI DOKAZ
uzorkovanje
59

• Teorem uzorkovanja frekvencija uzorkovanja mora
  biti dvostruko veca od najvece moguce frekvencije
  ulaznog signala Shanonnov teorem

• U praksi brzina uzimanja uzoraka 5 do 10 puta
  veca od najvišeg korisnog harmonika
• Najvecu brzinu uzimanja uzoraka odreduje i brzina
  konverzije A/D pretvaraca.

60

• Iz korisnog signala obavezno odstraniti VF
  smetnje. VF smetnje se uzorkovanjem mogu
  preslikati u niže frekventno podrucje ako gustoca
  uzoraka nije dovoljno velika da se one prenesu u
  obliku originalne frekvencije

NF signal smetnje
VF signal smetnje
61
4.5 ANALOGNO-DIGITALNI I DIGITALNO-ANALOGNI
PRETVARACI
62

• 4.5.1 OSNOVNE KARAKTERISTIKE ANALOGNO-DIGITALNIH
  PRETVARACA
• Pretvara ulaznu analognu velicinu ( informacija o
  mjernom parametru ) u digitalnu velicinu ( broj )
• Izlazna velicina iz A/D pretvaraca mjenja se u
  diskretnim koracima koje odreduje bit najmanje
  težine ( least significant bit )

8 bitni A/D pretvarac 0 255, a 10 bitni A/D
pretvarac 0 1023, od 0 do 2n1
63

• Na slici je 3 bitni A/D pretvarac koji prikazuje
  brojcanu vrijednost napona

64

• Pretvaranje analognog signala u digitalni nužno
  ukljucuje proces kvantizacije ulaznih uzoraka
  signala
• Naponi od 0,5 do 1,5 V su prikazani na izlazu kao
  binarna jedinica greška se krece od 0,5 V do
  0,5 V.
• Ovakova greška se da smanjiti ali ne nažalost i
  potpuno izbjeci svojstvena je A/D pretvaracima
  greška kvantizacije ili digitalizacije /- 0,5
  LSB (greška zaokruživanja, grupiranja)

65
Izlaz iz A/D
Korak kvantizacije
Klasa intervala
Ulaz u A/D
66
KVANTIZACIJSKI TEOREM
Kvantizacijski teorem Opisuje odnos izmedu
svojstva amplitude signala i koraka kvantizacije
g na isti nacin kako teorem uzimanja uzoraka
opisuje odnos izmedu frekvencijskih svojstava
signala i periode uzimanja uzoraka T. Ako se
signal dovoljno fino kvantizira po amplitudi,
tada se statistika signala može u potpunosti
rekonstruirati
67
Fourieova transformacija
Fourieova transformacija

1. ulazni signal
2. frekvencijski spektar ulaznog signala
3. f(x) amplitudna razdioba ulaznog signala

karakteristicna funkcija signala
Što je veci
finije je uzorkovanje po amplitudi
68
Teorem uzimanja uzoraka kaže da je uzorke
potrebno uzimati brzinom vecom od
da bi se signal mogao rekonstruirati po
vremenu.
Teorem kvantizacije kaže da ako kvantiziramo
signal dovoljno fino tako da vrijedi
tada se signal može rekonstruirati po amplitudi.
69
GREŠKE REALNIH A/D PRETVARACA
DIFERENCIJALNA NELINEARNOST nisu jednaka
podrucja analognog signala koji se prikazuju
jednim digitalnim brojem.

• INTEGRALNA NELINEARNOST stepenicasta prijenosna
  karakteristika ne presjeca pravac nego povijena
  krivulja. Kod niskih vrijednosti ulaznog
  analognog signala velike promjene izlaznog
  podatka, a kod visokih vrijednosti ulaznog
  analognog signala male promjene izlaznog
  podatka.

70
DIFERENCIJALNA NELINEARNOST
Digitalnim brojem 100 prikazan je raspon napona
od 3,5 do 4,9 a ne od 3,5 do 4,5 kao kod idealnog
A/D pretvaraca. Digitalnim brojem 101 prikazan je
raspon napona od 4,9 do 5,5 a ne od 4,5 do 5,5
kao kod idealnog A/D pretvaraca
71
TOCNOST A/D PRETVARACA ( accuracy ) razlika
izmedu sredine teorijskog i stvarnog ulaznog
analognog signala koji proizvodi odredeni izlazni
kod.
72
GREŠKA NULE vrijednost podatka na izlazu kad bi
on trebao biti nula. promjena temperature da
se kompenzirati
73

• GREŠKA SKALE izlazni podatak ne poprima svoju
  konacnu pravu vrijednost nego drugu manju ili
  vecu.

• OTVORENOST ULAZA ( aperture time )
• Brzo promjenjivi ulazni signal se može znatnije
  promjeniti na ulazu A/D pretvaraca za vrijeme dok
  A/D pretvarac vrši konveziju

74
NEPOSTOJECI KODOVI obicno se binarni brojevi
porastom analognog signala uvecavaju za jedan (
100, 101, 110, 111 ). Nekad se može desiti da
nastane ekstremno brza promjena ulaznog signala i
tada se može desit da sa 100 odmah skoci na 110,
tada je 101 nepostojeci kod. MONOTONOST PROMJENE
zahtjeva se da prilikom sporog povecanja
ulaznog analognog signala ce se i izlazni
digitalni podatak takode mijenjati ili u najmanju
ruku ostati konstantan ( ne nikako smanjivati )
isto tako i za pad analognog signala.
75
3.5.2 NACIN RADA A/D PRETVARACA Wilkinsonova
metoda Pretvaranje amplitude analognog signala u
vrijeme, a zatim u digitalni broj. Amplituda
ulaznog sklopa uzeta u sample and hold krugu se
dovodi na A/D pretvarac. A/D pretvarac se
sastoji od generatora pilastog napona,
komparatora i sklopova za mjerenje vremena.
76
A/D pretvarac po Wilkinsonovoj metodi
Na komparatora je spojen generator pilastog
napona, a na komparatora se dovodi uzorak.
Izlaz komparatora daje pravokuni impuls cija
duljina odgovara amplitudi ulaznog uzorka
77
A/D pretvarac po Wilkinsonovoj metodi
78
Vrijeme A/D pretvorbe ovisi o amplitudi
signala.Vrijeme A/D pretvorbe je mrtvo vrijeme
A/D pretvaraca i o tome ovisi frekvencija
uzorkovanja Povecavanje broj bitova povecava se
razlucivanje po amplitudi i smanjuje se
razlucivanje po vremenu (smanjuje se brzina
uzimanja uzoraka). 8 bitni A/D pretvarac
razlucivanje po amplitudi 1/256 0,0039 od
maksimalne velicine signala, a vrijeme pretvorbe
najveceg signala 255 mikrosekundi 10 bitni A/D
pretvarac razlucivanje po amplitudi 1/210
0,00097 od maksimalne velicine signala, a vrijeme
pretvorbe najveceg signala 1023 mikrosekundi 4
puta duže ( ovo vrijedi samo ako su iste
frekvencije oscilatora, nagib pile )
79
Metoda sukcesivne aproksimacije Mjerni se ulazni
napon usporeduje sa sumom stepenicastih naponskih
koraka dok ta suma ne bude jednaka ulaznom
signalu. Primjer Mjerimo vagom dinju od 13,5
kg, a imamo utege 1, 2, 4, 8 kg 1 pokušaj - uteg
od 8 kg i pogledaš ( dinja teža ) 2 pokušaj -
uteg od 8 4 kg (12 kg) i pogledaš (dinja teža
) 3 pokušaj - uteg od 8 4 2 kg (14 kg) i
pogledaš (dinja lakša) 4 pokušaj - uteg od 8 4
1 kg (13 kg) i pogledaš (dinja teža) -
zakljucak dinja izmedu 13 i 14 kg (greška
kvantizacije /- 0,5 kg) da imamo uteg od 0,5 kg
i izvršimo još jedan pokušaj dobili bi tocno
80
Princip rada sukcesivne aproksimacije
81
Metoda sukcesivne aproksimacije
82

• Vrijeme pretvorbe isto za bilo koji ulazni signal
• Vrijeme pretvorbe ovisi o broju bitova i brzini
  sklopova
• Dodavanjem jednog bita vrijeme pretvorbe se
  povecava

Gdje je n broj bitova, T vrijeme izmedu
skokova stepenicastog napona
83
Usporedba A/D pretvaraca
8 bitni A/D pretvarac vrijeme pretvorbe 8
ms 10 bitni A/D pretvarac vrijeme pretvorbe
10 ms (20 više) A/D pretvaraci sa pilastim
naponom jako tocni, vrijeme pretvorbe u
milisekundama A/D pretvaraci sa sukcesivnom
aproksimacijom vrijeme pretvorbe u
mikrosekundama, tocnost ovisi o cijeni
84
3.5.3 DIGITALNO ANALOGNI PRETVARACI
85
(No Transcript)
86

• DAC je dio A/D pretvaraca sa sukcesivnom
• aproksimacijom dio koji generira stepenicasti
  napon

Bistabili upravljaju strujom cija je vrijednost
proporcionalna težinskoj vrijednosti bistabila u
binarnom brojnom sustavu
Veoma važna tocnost i nepromjenjivost iznosa
struja (koje ovise o naponu i otporu)
temperatura, vrijeme. Ako se struja MSB kod 8
bitnog pretvaraca promjeni samo za 1 to je više
nego utjecaj struje LSB hibridne tehnologije.
87
Karakteristike koje odreduju kvalitetu D/A
pretvaraca
GREŠKA KVANTIZACIJE greška svojstvena D/A
pretvaracu koji na izlazu ne daje kontinuirani
analogni signal nego stepenicasti greška
kvantizacije /- 0,5 LSB
88
APSOLUTNA GREŠKA razlika izmedu stvarnog
analognog izlaza i izlaza koji se ocekuje pri
odredenom digitalnom kodu na ulazu i to na
sredini stepenice. Izvori pogrešaka pogreška
razlucivanja, pogreška nule, pogreška pojacanja,
pogreška nelinearnosti ( izražavaju se pomocu
velicine doprinosa bita najmanje težine
) NELINEARNOST odstupanje od idealne
prijenosne karakteristike kad krivulja prolazi
kroz nulu i maksimalnu vrijednost. Nelinearnost
se može prikazati i kao odstupanje najboljeg
pravca od idealne prijenosne karakteristike.
89
NELINEARNOST
90
Nelinearnost se može prikazati kao odstupanje od
najboljeg pravca
91
GLICHES (šiljci) moguca pojava negativnog
šiljka ako bistabil B0 prije prebaci iz 1 u 0
nego što B3 prede iz 0 u 1. Postoje sklopovi koji
glade šiljke (degliches).
Šiljci nemaju utjecaja na trošila velike tromosti
92
3.6 POVEZIVANJE RACUNALA SA VANJSKIM
JEDINICAMA Interfejsi izvršavaju ulazno
izlazni transfer podataka PARALELNI PRIJENOS
odjednom se prenosi više bitova cijeli bajt ili
rijec potrebno je vodica koliko ima bitova. Brz
prijenos velikog broja podataka na male
udaljenosti karakteristicno unutar
racunala. SERIJSKI PRIJENOS preko jednog
vodica se prenosi bit po bit potreban jedan
vodic ali je spor prijenos malog broja podataka
na velike udaljenosti karakteristicno van
racunala. ( relativno - USB ??)
93
PARALELNI INTERFEJS - SUCELJE
94
adresni bus jednosmjeran racunalo proziva
interface bus za podatke razmjena podataka
racunala i interface status interface
obavještava racunalo da li je spreman za prijenos
ukoliko inicijativa za prijenos dolazi od
racunala zahtjev za prijenos - interface ili
vanjska jedinica obavještavaju da žele prijenos
ukoliko inicijativa za prijenos dolazi od vanjske
jedinice IRQ
citanje i upis signali za strobiranje podataka
na BUS-u za podatke
95

• UVJETNI PRIJENOS (racunalo inicira prijenos )
• racunalo adresira interface preko ADRESNOG BUS-a,
• interface racunalo obavjesti da je spreman za
  prihvat podataka preko STATUS linije,
• racunalo postavlja podatke na BUS za podatke,
• racunalo pošalje impuls UPIS podaci se iz
  racunala preko BUS a za podatke se prebace u
  interface.
• Na slican nacin komunicira interface sa vanjskom
  jedinicom.

96
Svaka vanjska jedinica je prica za sebe pa bi
bilo potrebno izradivati interface po mjeri
vanjske jedinice. Svaka od Mikroprocesorskih
porodica imaju svoje standardizirane interface
koji se daju programirati (Motorola, Intel,
Atmel, ). Standardizirani interface se priprema
za rad sa odredenom vanjskom jedinicom na nacin
da se mikroracunalo u pripremnom dijelu programa
u interface upiše podatke u odredene registre.
Na taj nacin intarface nauci kako ce raditi u
zajednici sa odredenom vanjskom jedinicom.
97
Primjer standardiziranog sucelja sa 2 porta
Vanjske jedinice
Mikroracunalo
98
MOTOROLA 6800 PIA (Programmable Interface
adapter )
99

• Interfejs ima 2 sekcije PA0-PA7 i PB0-PB7 vodova
  za prijenos podataka ka i od vanjske jedinice (
  portovi )
• CB1 i CB2 su upravljacki signali
• DRA registar registar za prenošenje podataka

100
DDRA registar za smjer podataka odreduje koji
ce bit u DRA biti ulazni u racunalo, a koji
izlazni iz racunala ( ako u DDRA piše 00000000
onda su svi podaci ulazni, a ako piše 11111111
onda su svi podaci izlazni, a ako piše 11110000
onda su prva cetiri bita porta izlazna, a druga
cetiri bita ulazna ) Uloga i oblik CA1 i CA2
signala može se odrediti zapisom podatka u CRA
registar
101
Primjer povezivanja analognog senzora s racunalom
102
Primjer povezivanja racunala sa LED display
103
INTEL 8255A Programable Peripheral Interface
Interfejs ima tri U/I porta. Samo cijeli port
može biti ulazni ili izlazni.
104

• PPI se može podijeliti na dva dijela i svaki
  njegov dio posebno programirati
• D0 - D7 - vodovi podataka
• RD - citaj sadržaj vanjske jedinice
• WR piši na vanjsku jedinicu
• A0 A7 adresa na koju se ili sa koje se
  prenosi podatak A0 i A1 odreduju port unutar
  cipa, a A2 A6 odreduju cip cip je odabran
  kada je adresa 111100XX ili od F0 F3

105
(No Transcript)
106

• 3.6.2 SERIJSKI PRIJENOS PODATAKA
• Paralelni prijenos maksimalno do 20m ( problemi
  sa parazitnim kapacitivnostima )
• serijski prenos uz upotrebu modema neogranicena
  udaljenost
• Paralelno - serijska i serijsko paralelna
  pretvorba

107
SERIJSKI PRIJENOS PODATAKA
108
3.6.2.1 ASINKRONI PRIJENOS PODATAK

• Za asinkroni prijenos postoje specijalizirani
  cipovi
• ( Universal Asynchronous Receiver Transmiter )
  koji izvršava paralelno serijsku pretvorbu i
  još dodaje START i STOP bitove na pocetku i kraju
  rijeci.

109
UART Universal asynchronous receiver -
transmiter
110
(No Transcript)
111
GREŠKE U ASINKRONOM PRIJENOSU PODATAKA
PARITETNI BIT
Prijemnik mora uvijek primiti paran broj bitova
inace je nastala greška u prijenosu
112

• Izgled sklopa za generiranje i provjeru
  paritetnog bita
• (8 bitni sklop) mora ga imati predajnik i
  odašiljac
• EXILI daje 1 na izlazu kad je na ulazu neparan
  broj jedinica

• Paritetom se nemože otkriti dvostruka greška u
  prijenosu

113
GREŠKE U ASINKRONOM PRIJENOSU PODATAKA GREŠKA
SINKRONIZACIJE

• GREŠKA SINKRONIZACIJE nastaje kad UART zbog
  greške nemože prepoznati START bit ga zamjeni sa
  nekim od bitova podataka. Tada UART ne može
  detektirati ni STOP bit pa odbacuje takav podatak
  traži se retransmisija

114
3.6.2.2 SINKRONI PRIJENOS PODATAKA Karakteristica
n za prijenos velikog broja podataka odjednom
file transfer. Ne uokviruje se svaki bajt START i
STOP bitovima nego se nekoliko stotina ili tisuca
bajtova ukviruje START i STOP sekvencama. Greška
jednog bita zahtjeva retransmisiju cijelog okvira
115
3.6.3 KANALI ZA PRIJENOS PODATAKA Kanali su
putevi za prijenos podataka (kabel, radio,
sateliti, optika) odlikuje ih propusnost za
prijenos podataka. Svaki kanal ima definiranu
brzinu u baudima koja odgovara BW.
116

• Karakteristike kanala
• Kapacitet kanala
• Bit error rate (odnos pogrešno prenjetih i ukupno
  prenjetih bitova)
• Pouzdanost kanala (vjerojatnost da ce kanal
  raditi bez prekida u odredenom vremenu )
• MTBF mean time between failure
• MTTR mean time to repair
• Raspoloživost kanala

117

• SREDSTVA ZA PRIJENOS PODATAKA
• Žicna parica
• signali raznih frekvencija putuju razlicitim
  brzinama
• atenuacija i izoblicenje na višim frekvencijama
  (max 1MHz)
• primjer pravokutnog signala kroz RL liniju

118
Koaksijalni kabel manja osjetljivost na vanjske
smetnje brzine 50 MHz/km (10000 tel razgovora
jednim kablom)
Radio relejni sustavi sustavi kopno-kopno,
more-satelit (1000-36000 km)-kopno. Frekvencije
1,7 13 GHz, velike brzine
119
Svjetlovod Širina pojasa 1GHz/km 200 GHz/km
uz repetitore na 100 km. Neosjetljiv na
elektromagnetske smetnje, nema preslušavanja,
manji kabel. Valne duljine 780-900 nm i od
1200-1600 nm LED do 200 MHz, laser 1 GHz Brzine
prijenosa
bit/s
120

• 3.6.3.1 STANDARDNI KOMUNIKACIJSKI KANALI
• Serijski prijenos može se vršiti
• po jednom vodu (single-ended signal) podložno
  greškama
• po dva voda (differential signal)

121
TTL može do 5 m i za manje brzine
prijenosa. RS-232C jedan od najstarijih
standarda za serijsku komunikaciju (nastao prije
TTL logike) do 20 Kbauda na 15 m Logicka 1
(signali manji od -5V na predaji - 3V na
prijemu) Logicka 0 (signali veci od 5V na
predaji 3V na prijemu) Pretvorba TTL razina u
RS 232 C razine
122
Standard RS- 232C definira DTE Data terminal
equipement printeri terminali DCE Data
communication equipement modemi
Izgled konektora
123
(No Transcript)
124
Postoji i 9 pinska verzija konektora
125
Povezivanje DTE i DCE
DCE
DTE
126

• MODEM uredaj koji digitalne signale modulira i
  demodulira u signale pogodne za prijenos u
  kanalu. Kanal je podložan smetnjama, i zbog toga
  mora postojati error control protocol (povratna
  veza prijemnog i predajnog modema)

127
3.6.3.2 PRIJENOS PODATAKA POMOCU MODEMA Izravan
prijenos serijskih digitalnih podataka preko
telefonskog analognog kanala nije moguc bez
vecih izoblicenja. Frekvencijska širina
analognog kanala namijenjenog za prijenos
govora
128
Block shema modema
129
Primjer - povezivanje dvaju racunala preko half
duplex modema
130
(No Transcript)
131
Bel 103 Modem u duplexnom modu rada 300 bauda
132
Ako se pretpostavi da jedna sinusoida na
kanalu predstavlja 1 bit što predstavlja granicni
slucaj (bolje da se bit identificira sa više
sinusoida)
Tada ispada da je maksimalni broj bitova koji se
može prenositi kanalom jednak najnižoj
frekvenciji 1070 bit/s. Prihvatljive su brzine
300b/s ili 600 b/s (1200 b/s ne dolazi u obzir
manje od jedne sinusoide po bitu)
133
BAUD jedinica za brzinu prijenosa signala kroz
kanal odreduje je BW kanala BIT/s jedinica
za brzinu prijenosa informacije, odreduje je
kvaliteta modema i primjenjena vrsta
modulacije U gornjem primjeru 1 signal/s 1
bit/s pa je brzina u baudima jednaka brzini u
bit/s. Moguce je da brzina u bit/s bude 2, 3, 4
i više puta veca od brzine signala izražene u
baudima ukoliko se 2, 3 ili više bitova prenesu
jednim signalom.
134
(No Transcript)
135
(No Transcript)
136

• SPAJANJE MODEMA NA KANAL
• Komutirana ili iznajmljena linija
• 2 ili 4 žicni
• Half full duplex
• Brzina prijenosa
• Tip modulacije (frekventna, fazna,
  faznoamplitudna)
• Standard po kojemu modem radi ( primjer V.90)
• Error correction MNP 5
• Data compression
• Auto answer
• Data, voice options

137
NACINI PRIJENOSA PODATAKA S OBZIROM NA
UDALJENOSTI Mala udaljenost Line driver
(naponski prijenos, 10m nekoliko km, 38
Kb/s) Current loop (20 ma strujni prijenos,
nekoliko m 2 km, 9,6 Kb/s) LAN
(stotinjak metara, 100 Gb/s), UTP spajanje
138
Srednje udaljenost Baseband modemi (ADSL 100
MB/s), mobilni modemi (3 Mb/s) Velike
udaljenosti preko analognih kanala
iznajmljene veze (128, 256 Kbit/sec), komutirane
veze 56 Kbit/s razne vrste digitalnih veza
(kopnenih satelitskih), Internet velike brzine
139
MODULACIJE Modulacija je postupak
oblikovanjasignala nosioca nekim drugim signalom
(modulirajucim signalom). Demodulacija
obratan postupak
140
Amplitudna modulacija
141
Frekvencijska modulacija
142
Fazna modulacija
143
Fazno amplitudna modulacija
144
5. PROJEKTIRANJE I IZGRADNJA SUSTAVA ZA VOÐENJE
PROCESA
Interdisciplinarni pristup

1. Definicija cilja projekta
2. Razviti dijagram toka mjerno upravljackog
   algoritma
3. Definicija hardwaera
4. Implementacija algoritma u racunalu

145
Primjer Mjerenje raspodjela energije
radioaktivnog zracenja
Cestice radioaktivnog zracenja imaju razlicite
energije. Pojava odredene cestica sa odredenom
energijom je slucajan dogadaj. Zadatak
Napraviti sustav koji ce prikazati ovisnost broja
cestica o energiji cestica. Broj cestica u
sekundi govori o intenzitetu zracenja i to se
mjeri Geigerovim brojacem (jednostavno mjerenje),
a raspodjela energije radioaktivnog zracenja
govori o vrsti zracenja.
146
Primjer Mjerenje raspodjela energije
radioaktivnog zracenja
147
Primjer Mjerenje raspodjela energije
radioaktivnog zracenja
148
Senzor radioaktivnog zracenja scintilacioni
brojac pretvara radioaktivno zracenje u
svijetlost koja se pretvara u napon
proporcionalan energiji zracenja. Impulsi traju
do nekoliko mikrosekundi. Postoje i poluvodicki
detektori.
Sklopovi za analognu obradu signala služe za
pojacanje i eliminaciju od smetnji
A/D pretvorba amplitudu analognog impulsa
pretvara u digitalni broj (treba voditi racuna da
ukoliko stigne novi impuls za vrijeme A/D
pretvorbe, podatak ce biti izgubljen !!!). Nakon
A/D konverzije pošalje se INTREQ preko interfacea
u racunalo. Racunalo prekida izvršavanje glavnog
programa i ucita podatak u memoriju.
149
Blok shema kompletnog sustava
150
ANALOGNA OBRADA SIGNALA (AOS)
151
ORGANIZACIJA RAM MEMORIJE
RAM memorija je podjeljena u 256 lokacija
memorije (adrese 2000-2255) a to odgovara 256
raznih energija cestica (8 bitni A/D pretvarac).
U svakoj od lokacija upisan je broj
detektiranih cestica sa energijom koja odgovara
toj lokaciji.
152
Glavni program za prikaz podataka na
ekranu Glavni program na X registar upisuje
adrese lokacija RAMa po redosljedu, a na Y
registar sadržaj lokacija RAM-a po redosljedu.
153
Glavni program
154
Servisna rutina
Nakon prikupljanja podataka adrese memorije
predstavljaju energiju radioaktivnog zracenja, a
sadržaj lokacije broj dogadaja s tom energijom
155
Asemblerski program
156
Jednocipni mikrokontroler
Jednocipni mikrokontroler je kompletno
mikroracunalo sa memorijama, U/I jedinicama i A/D
pretvaracima i ostalim na jednom cipu.
8K ROM-a ( mogucnost dogradnje na 64 K ), 256
bajta RAM-a (mogucnost dogradnje na 64 K ), 8
analognih ulaza, A/D pretvarac na principu
sukcesivne aproksimacije. Takt je 12 MHz., 6
portova za U/I povezivanje,
157
(No Transcript)
158

• PLC izvrsiti download fajlova sa
• www.pfst.hr ? Nastavni materijali ?
• Racunalno upravljanje tehnickim sustavima ?
• - Uvodno predavanje PLC (Petar Matic)
• Programiranje PLC
• I izuciti materiju koju je predavao Petar Matic

159
Racunalno upravljanje tehnickim sustavima-
vježbe -

• Srijedom od 12.10 do 13.45
• Elektrolab. (12)

160
Sadržaj

• Što je to PLC ?
• Uvod u Siemensov PLC LOGO
• Programiranje PLC-a
• Vježba 1 PLC sustav ukljucivanja i zaštite
  asinkronih motora
• Vježba 2 PLC sustav upravljanja višebrzinskim
  asinkronim motorom
• Vježba 3 PLC sustav upravljanja crpki sustava
  za opskrbu vodom
• Vježba 4 PLC sustav upravljanja vratima

161
Što je to PLC?

• Programabilni
• Logicki
• Controler (Regulator)
• - je univerzalna programibilna upravljacka
  jedinica, razvijen kao zamjena za složene relejne
  upravljacke sklopove

162
Osnovne cjeline PLC-a
163
Ulazni dio

• Prikljucne vijcane stezaljke na koje se spajaju
  signalia iz okoline (dojavni signali iz procesa
  kojim se upravlja)
• Mjesto pocetka prilagodbe signala
• Digitalna ulazna informacija s sklopke, tipkala,
  senzora
• Analogna ulazna informacija npr. naponski signal
  od 0 do 10 V s mijernog pretvornika tlaka,
  temperature i sl.

164
Izlazni dio

• Prikljucne vijcane stezaljke na koje se spajaju
  izvršni uredaji iz procesa kojima PLC šalje
  upravljacke signale
• Na digitalne izlaze spajaju se magnetni svici,
  releji, sklopnici, motorske sklopke, signalne
  lampe, pneumatski razvodnici i sl.
• Analogni izlazi daju strujne signale za prikaz
  neke velicine na pokaznom instrumentu, služe kao
  referenca brzine za frekvencijski pretvarac,
  predstavljaju PID upravljacki signal i sl.

165
Centralana procesorska jedinica (CPU)

• Centralna procesorska jedinica s memorijom glavna
  je jedinica PLC uredaja.
• Procesorska jedinica cita stanja svih ulaza PLC
  uredaja (analognih i digitalnih), logicki ih
  obraduje u skladu s programom izradenim od strane
  korisnika, te upravlja izlazima prema rezultatima
  dobivenim nakon logicke obrade.

166
Programiranje i komunikacija

• Program za PLC se piše na racunalu, a potom snima
  na PLC. Racunalo i PLC povezani su
  komunikacijskim kabelom (RS 232 standard).

167
Rad uredaja

• PLC prema promjeni stanja na njegovim ulazima
  mora kontinuirano korigirati stanja izlaza, na
  nacin odreden logikom u korisnickom programu. PLC
  tu internu obradu podataka vrti ciklicki u
  beskonacnoj petlji.

Vrijeme jednog ciklusa za oko 500 programskih
naredbi se krece oko 1,5 ms.
168
Podjela PLC uredja

• Prema broju ulaznih i izlaznih stezaljki
  (povecanjem broja ulazno/izlaznih stezaljki
  povecava se i složenost uredaja, snaga procesora
  i kapcitet memorije)
• S obzirom na tip signala s kojim rade uredaji,
  tj. imaju li digitalne i analogne ulaze/izlaze
• Pri podijeli na jednosavnije i složenije uredaje
  treba uzeti u obzir mogucnost izvodenja
  matematickih operacija nad realnim brojevima
  (float point), PID regulaciju, mogucnost
  proširenja, itd.

169
Prednosti korištenja PLC-a u odnosu na druge
(npr. relejne) upravljacke skolopove

• Pouzdanost nema mehanickih pokretnih dijelova,
  otporan na pogonske uvjete rada (temperaturu,
  vlagu, udarce,...).
• Adaptivnost - kad se napiše i testira, PLC
  program za upravljanje nekog uredaja može se bez
  problema prenijeti na drugi PLC u drugom uredaju.
• Fleksibilnost jedan PLC uredaj može izmjenom
  programa obavljati funkciju sasvim novog,
  razlicitog upravljackog sklopa. Za izmjenu
  programa potrebno je vrlo malo vremena.
• Brzina brojne aplikacije na automatiziranim
  strojevima zahtjevaju vrlo brzu reakciju na
  pojavu signala. Takve aplikacije jednostavno su
  izvedive uz pomoc PLC-a

170
PLC LOGO

• LOGO je Siemensov univerzalni logicki modul koji
  je u osnovi graden kao standardni PLC uredaj, a
  služi za rješavanje upravljackih zadataka iz
  podrucja
• kucne i instalacijske tehnike
• strojeva i raznih uredaja (upravljanje vratima,
  crpkama, ventilacijom)
• u upravljackim ormarima

171
PLC LOGO

• Izgled i osnovni dijelovi
• PLC-a LGO Basic
• Napajanje
• Ulazi
• Izlazi
• Prikljucak za PC
• Tipkovnica
• Display

172
PLC LOGO

• LOGO nosi oznaku koja daje informaciju o njegovim
  karakteristikama
• Koristit cemo LOGO! 230RC
• Ova oznaka znaci da se PLC prikljucuje na
  mrežni napon 230V AC, da ima relejne izlaze a na
  izlazu 230V i 10A, te da ima integrirani sat
  realnog vremena (timer)

173
Spajanje napajanja LOGO! PLCa
174
Spajanje ulaza PLCa LOGO! 230RC

• Ovaj tip PLCa ima samo digitalne ulaze na koje se
  dovode dojavni signali sa senzora (iz procesa)
  ili se taj signal može simulirati spajanjem
  sklopke na ulazu.
• log 0 lt 40V (0.03 mA)
• log 1 gt 79V (0.08 mA)

175
Spajanje izlaza PLCa LOGO! 230RC
Izlazi ovog PLCa su digitalni što znaci da
stanje na izlazu može biti ukljuceno ili
iskljuceno, tj. log 0 ili log 1 Pri tom u
ukljucenom stanju smije kod omskog opterecenja
teci struja od maksimalno 10A, a kod induktivnog
opterecenja maksimalno 3A.
176
LOGO! modovi rada

• Postoje dva moda rada
• Stop (kada želimo da LOGO prestane s izvodenjem
  programa ili za promjene programa)
• Run (za izvodenje vec ucitanog programa)

177
Izvodenje vježbi u laboratoriju

• Zadatak/problem je zadan elektricnom shemom ili u
  obliku scenarija
• Potrebno je napisati program na racunalu, u
  SiemensLOGO!Soft LOGOComfort_V3 programskom
  jeziku, specializiranom za programiranje
  Siemensovog PLC-a LOGO
• Programi se pišu u Ladder dijagramu i Funkcijskom
  dijagramu
• Ucitati program u PLC
• Testirati program

178
Siemensov LOGO

• Programiranje PLCa

179
Programiranje PLCa

• Pisanje programa najcešce se izvodi preko
  nadredenog PC racunala na kojem je instaliran
  softver za korišteni PLC.
• Svaki proizvodac uz svoj PLC daje softver koji je
  u stvari kombinacija programskog editora,
  prevodioca (compilera), te komunikacijskog
  softvera.
• U editoru se napiše programski kod u nekom od
  programskih jezika te se zatim provjeri sintaksa
  (compiler). Ako program nema sintaksnih grašaka
  softver ga šalje u RAM memoriju PLC-a
  (komunikacijski softver), koji je tada spreman za
  rad.

180
Programiranje PLCa

• Kako bi se uspješno provelo programiranje PLC-a
  koji ce potom upravljati procesom, program se na
  neki nacin mora ispitati.
• Ispitivanje programa može se izvršiti samo na
  nacin da se na ulaze PLC-a dovede stanje velicina
  iz realnih uvjeta u procesu. Za to se koriste
  tzv. simulatori stanja PLC-a.
• Simulator stanja je niz prekidaca (na ulazu) i
  kontrolnih indikatora (LED diode na izlazu
  PLC-a).
• Proizvodaci PLC-a nude razne tehnike
  programiranja. Najcešce uporabljivane tehnike su
  
• ljestvicasti dijagrami (eng. ladder diagram,
  njem. kontakt plan),
• funkcijsko blokovski dijagrami (graficko
  programiranje),
• STL (eng. statement list) instrukcijske liste.

181
Programiranje PLCa- Ljestvicasti dijagram-

• Ljestvicasti dijagrami (eng. ladder diagram)
• nastali su na bazi strujnih upravljackih shema
  kojima se prikazuje protok struje u strujnom
  krugu i koje služe elektricarima kao podloga za
  ožicenje istog.

182
Programiranje PLCa - Ljestvicasti dijagram -

• Svaki strujni krug u strujnoj shemi prikazan je
  kao zaseban strujni put, a svaki strujni put
  sadrži minimalno jedan upravljani uredaj (npr.
  motor, relej, žarulja ili slicno).
• Iz strujnog puta može se uociti da je rad
  upravljanog uredaja odreden uvjetima (npr.
  tipkala, pomocni kontakti i slicno) za njegovo
  ukljucenje.

183
Programiranje PLCa - Ljestvicasti dijagram -

• Usporedba Strujnog puta (elektricnog
  kontinuiteta) u strujnoj shemi i logickog puta,
  tj. jedne linije programskog koda (logickog
  kontinuiteta) u ljestvicastom dijagramu.

Ekvivalencije Stanje kontakta istinitost
naredbe Strujni put logicki put Izvršni
uredaj izlazna naredba
Razlika izmedu ljestvicastog dijagrama i strujne
sheme je što strujna shema prikazuje stanje
kontakata (otvoreno ili zatvoreno) i tako
ostvaruje elektricni kontinuitet, dok se u
ljestvicastom dijagramu ispituje je li naredba
istinita 1 ili neistinita 0 i tako ostvaruje
logicki kontinuitet. Strujni put (elektricni
kontinuitet) u strujnoj shemi završava izvršnim
(upravljanim) uredajem, a logicki put u
ljestvicastom dijagramu izlaznom naredbom.
184
Programiranje PLCa- Ljestvicasti dijagram -

• Svaki programski logicki put u ljestvicastom
  dijagramu mora imati najmanje jednu izlaznu
  naredbu, a obicno sadrži jedan ili više uvjeta
  koji moraju biti zadovoljeni da bi se izvršila
  izlazna naredba.
• Uvjeti su najcešce signali koji dolaze sa uredaja
  prikljucenih na ulaz PLC-a u kombinaciji sa
  statusom izlaza, pomocnih memorijskih varijabli,
  vremenskih i brojackih clanova.
• Na desnoj strani svakog logickog puta nalazi se
  izlazna naredba koja se aktivira/deaktivira s
  obzirom na stanje uvjeta. Izlazne naredbe su npr.
  'ukljuci izlaz' .

185
Programiranje PLCa - Ljestvicasti dijagram -

• Osnovne naredbe za programiranje PLC-a

• Naredba NO - Normally Open
• Ova naredba ispituje je li adresirani bit (stanje
  na ulazu I0.1) u stanju logicke jedinice. Ako je
  uvjet je zadovoljen ostvaruju se logicki
  kontinuitet.

• Naredba NC - Normally Closed
• Ova naredba ispituje je li adresirani bit (stanje
  na ulazu I0.2) u stanju logicke nule. Ako je
  uvjet je zadovoljen ostvaruju se logicki
  kontinuitet.

• Naredba Output ukljuci izlaz

Naredba Output koristi se za promjenu stanja
(0/1) adresirane lokacije (izlaza Q0.0) kada
stanje kruga (logicki kontinuitet) poprimi
vrijednost '1' / '0'.
186
Programiranje PLCa - Ljestvicasti dijagram -

• Osnovne naredbe za programiranje PLC-a

• TON timer, on-delay
• TON vremensko brojilo pocinje brojati vrijeme
• kada se stanje pripadajuceg kruga postavi u '1'.
  
• Sve dok je stanje kruga visoko, vrijednost
• akumulatora se povecava.
• Kada vrijednost akumulatora dostigne
  predefinirano vrijeme (eng. preset time PT)
• vremensko brojilo završi s radom i na izlazu
  daje '1', u meduvremenu je na izlazu '0'.
• Ovaj bit, da bi bio iskorišten, je potrebno
  adresirati.

187
Programiranje PLCa - Ljestvicasti dijagram -

• Osnovne naredbe za programiranje PLC-a

• TOFF timer, off-delay
• TOFF vremensko brojilo pocinje brojati vrijeme
• kada se stanje pripadajuceg kruga postavi u '1'.
  
• Sve dok je stanje kruga visoko,
• vrijednost akumulatora se povecava.
• Kada vrijednost akumulatora dostigne
  predefinirani vrijeme (PT) vremensko brojilo
• završi s radom i na izlazu daje '0', u
  meduvremenu je na izlazu '1'. Ovaj bit,
• da bi bio iskorišten, je potrebno adresirati.

Ovi bitovi se koriste na nacin da se pozove na
stanje izlaza vremenskog brojila naredbom NO ili
NC .
188
Programiranje PLCa - Funkcijski dijagram -

• Kod programiranja u funkcijskom blok dijagramu
  ulazi, izlazi i naredbe su predstavljene
  blokovima, tako da se programiranje PLC-a svodi
  na povezivanje blokova.
• Na ulaz bloka dovode se uvjeti koji se ispituju
  (ulazi u PLC ili izlaz iz prethodnog bloka). U
  skladu s funkcijom koju predstavlja na izlazu iz
  bloka generira se izlazni signal.

189
Programiranje PLCa

• Primjer
• logicke funkcije ILI u
• ljestvicastom i funkcijskom dijagramu

190
Programiranje PLCa

• Zadatak Protupožarni sustav zaštite
• Scenarij Prisustvo dima ili visoke temperature
  svjetlosna uzbuna (alarm 1. stupnja)
• Moguca pojava vatre svjetlosna i zvucna
  uzbuna (alarm 2. stupnja)
• Vatra prvo ukljuci svjetlosnu i
  zvucnu uzbunu, a ukoliko se stanje ne promjeni
  nakon 10 sekundi ukljuci prskalice.
• Mora postojati mogucnost potvrdivanja alarma kao
  i mogucnost
• rucnog prekida rada sustava

191
Programiranje PLCa

• Ulazi
• I1 ukljuci sustav
• I2 iskljuci (potvrdi alarm)
• I3 detektor dima
• I4 detektor temperature
• Timer
• T01 ON Delay (10 s)

• Izlazi
• Q1 svjetlosna uzbuna
• Q2 zvucna uzbuna
• Q3 prskalice

192
ARHITEKTURA RACUNALNIH SUSTAVA
Centralizirana arhitektura jedno racunalo
upravlja cjelokupnim procesom - nepouzdano
!! Distribuirana arhitektura više racunala
povezanih na odgovarajuci nacin upravlja procesom
193
HIJERARHIJSKA ARHITEKTURA DISTRIBUIRANIH
RACUNALNIH SUSTAVA

• Razina 0 Razina tehnickog procesa (engl. Field
  or Sensor-Actuator Level)
• Razina 1 Razina lokalnog upravljanja i
  regulacije (engl. Direct Control or Local Control
  Level)
• Razina 2 Razina vodenja postrojenja/procesa
  (engl. Plant Supervisory or Process Control
  Level)
• Razina 3 Razina vodenja proizvodnje (engl.
  Production Control or Production Management Level
  Shop level)
• Razina 4 Razina vodenja poduzeca (engl. Plant
  Management or Corporate Management Level
  Factory level).

194
HIJERARHIJSKA ARHITEKTURA DISTRIBUIRANIH
RACUNALNIH SUSTAVA
195
U svakoj se razini izvode odgovarajuce funkcije
automatizacije koje pokrecu i nadziru izvodenje
funkcija automatizacije susjedne podredene razine
te koje se pokrecu i nadziru funkcijama
automatizacije susjedne nadredene razine.
Primjerice, PID algoritam, izveden kao funkcija
automatizacije u razini 1, ocitava vrijednost
regulirane procesne velicine s odgovarajuceg
mjernog clana i šalje upravljacki signal izvršnom
organu, koji su dio razine 0. Optimalne
referentne vrijednosti regulirane velicine PID
algoritam dobiva od razine 2, u kojoj se izvode
funkcije optimiranja rada upravljanoga procesa.
196
Razina lokalnog upravljanja i regulacije (razina
1) Akvizicija procesnih velicina prikupljanje
trenutacnih vrijednosti mjernih velicina procesa
i stanja pojedinih komponenata postrojenja (npr.
stanja crpki, ventila, motora i sl.) koji su
neophodni za ucinkovito upravljanje procesom u
otvorenoj i/ili zatvorenoj petlji, nadzor
procesa, te izradbu izvješca o stanju procesa.
Nadzor procesa/postrojenja i provjera ispravnosti
sustava procesiranje prikupljenih podataka,
provjeravanje njihove prihvatljivosti, donošenje
odluka o akcijama koje treba poduzeti,
provjeravanje funkcionalnosti racunala i
periferijskog sklopovlja, alarmiranje,
dojavljivanje pogrešaka i kvarnih stanja.
Sekvencijalno upravljanje i upravljanje u
zatvorenoj petlji
197
Razina vodenja postrojenja/procesa (razina 2)
Optimalno upravljanje procesom optimiranje se
provodi na temelju matematickog modela procesa, a
prema nekom kriteriju optimalnosti koji treba
osigurati optimalan rad procesa/postrojenja u
promjenljivim radnim uvjetima. Adaptivno
upravljanje na temelju mjernih vrijednosti
procesnih velicina estimiraju se parametri
matematickog modela procesa iz kojih se zatim
izracunavaju optimalne vrijednosti parametara
regulatora koje se prosljeduju podredenoj razini
(razini 1) u kojoj je regulator implementiran
(primjer autopilota). Optimalna koordinacija
rada postrojenja provodi se na temelju
produktivnosti proizvodnje, stanja sirovina,
stanja skladišta proizvedene robe, cijene
energije i odredenog kriterija optimalnosti
(primjer rada grupe generatora). Nadzor
performansi postrojenja, pohranjivanje podataka o
kvarnim stanjima, izvješcivanje o stanju.
198
Razina vodenja proizvodnje (razina 3) U ovoj se
razini implementiraju funkcije koje više
pripadaju podrucju operacijskih istraživanja nego
podrucju automatskog upravljanja. Glavna je
funkcija ove razine odredivanje redoslijeda
proizvodnje (engl. production scheduling) za
pojedinacne operacije energetskim ogranicenjima i
zahtjevima.
199
Raspored 6 operacija na 3 resursa svaki resurs
može izvršiti bilo koji posao
200
Razina vodenja poduzeca (razina 4) Ovo je
najviša razina sustava automatizacije složenih
industrijskih postrojenja u kojoj se implementira
široki spektar funkcija koje obuhvacaju
inženjerske, ekonomske, komercijalne i kadrovske
aspekte vodenja poduzeca.
201
HIJERARHIJSKA ARHITEKTURA DISTRIBUIRANIH SUSTAVA
POSTROJENJA NA BRODU
202
HIJERARHIJSKA ORGANIZACIJA PODATAKA
203
ORGAN