20. Úvod do řízení (angl. #1…………………) je proces, kdy #2……………… část působí na základě vstupních informací a Řízení
zpětné vazby na #3………………… část zařízení tak, aby se dosáhlo požadovaného cíle (požadovaného stavu řízené veličiny)
Zpětná (angl. ) informace o stavu řízené veličiny (předávaná řídícímu systému) #4…………………… vazba Pozn. Do systému také vstupují rušivé (poruchové) veličiny (např. vnější teplota), které ovlivňují řízenou veličinu
20.1. Druhy řízení a) Řízení bez zpětné vazby (#5……………………): ↔
zpětnou vazbu provádí obsluha, je to nižší stupeň řízení Příklad ovládání klasického obráběcího stroje
↔ Obsluha zapne spínačem elektromotor, který pohybuje se stolem ↔ Najetí do požadované polohy zajišťuje obsluha zrakem (řídící část stroje nemá vlastní zpětnou vazbu) b) Řízení se zpětnou vazbou ↔ zařízení má vlastní (samostatnou, automatickou) zpětnou vazbu - vyšší stupeň řízení ↔ vlastní zpětná vazba umožňuje #6……………………………… - nahrazování člověka při řízení Příklad řízení CNC obráběcího stroje
↔ CNC stroj = computer numerical controlled - řízený řídícím systémem (počítačem) ↔
pracuje automaticky (samostatně) podle #7…………………… v paměti počítače - poloha stolu se měří a řídící
↔
obsluha zavádí a spouští vybraný program, může si ho předem vyzkoušet (#8……………………), příp. i
↔
systém ji porovnává s cílovou hodnotou - motor se pohybuje tak dlouho, dokud se jí nedosáhne programuje stůl má bezpečnostní #9………………… …………………, které vypínají posuv na konci dráhy (např. při chybě v programu) Pozn. Řízením se zpětnou vazbou je i regulace, při které je cílem udržování požadované hodnoty řízené veličiny (viz poslední kapitola)
zapis_rizeni_uvod - Strana 1 z 9
20.2. Druhy signálů a) Analogové (#10…………………) signály ↔ mění se plynule, mohou mít jakoukoliv hodnotu v daném rozsahu Příklad: řízení otvírání ventilů spalovacího motoru pomocí kotoučových vaček Schéma vačky Průběh spojité veličiny (zdvihu ventilu)
↔ otáčivý pohyb vačky je převáděn na přerušovaný přímočarý pohyb ventilu (přes kladičku a zdvihátko) ↔ řídící signál je dán #11……………… vačky, řízená veličina = #12……………… ventilu (jeho zdvih) b) Číslicové signály (#13………………………) ↔
#14………………………
číselné signály, které mohou nabývat jen určitých #15……………… ("čísel") v rámci
daného rozsahu (#16……………………………)
↔
důležitou variantou pro řídící systémy je dvouhodnotový signál (zapnuto/vypnuto) = #17…………………
↔
číslicové signály umožňují zpracování na #19…………………… (ukládají se v #20…………………… soustavě) -
signál (např. přibližovací spínače) - hodnota se ukládá jako 0 nebo 1 (#18………) pokud je potřeba zpracovat v počítači analogový signál, musí se převést na číslicový
Příklad číslicového signálu - digitální odměřování polohy
A/D - Vzorkování
Kvantování
Princip Analogově/Digitálních převodníků (#21………………………………) ↔ převádí spojitý (analogový) signál na nespojitý (číslicový) ↔
v každém časovém okamžiku je nutno přiřadit signálu #22…………… z dynamického rozsahu (možného rozsahu hodnot) Postup převodu: 1. #23………………………… (sampling) – měření hodnot spojitého signálu (vzorků) v pravidelném časovém
↔ intervalu (frekvenci vzorkování) 2. #24………………………… (quantization) – zaokrouhlení vzorků na nejbližší celé číslo v rámci dynamického rozsahu (rozsahu možných hodnot)
20.3. Logické funkce ↔ přiřazují kombinaci binárních vstupních hodnot jedinou binární výstupní hodnotu
zapis_rizeni_uvod - Strana 2 z 9
Základní logické funkce: ↔
Logický
↔
#25………………
↔
↔
AND
↔ př. spuštění lisu – musí být zmáčknuta zároveň obě tlačítka (bezpečnost)
Logický
↔
OR #28………………
Logická
"nebo" – na výstupu je 1 tehdy, pokud je 1 #29………………… na jednom vstupu, el. realizace – #30……………………… zapojení
↔ př. spuštění ventilátoru ze dvou míst – je sepnut buď jeden nebo druhý vypínač ↔
#31………………
"a zároveň" – na výstupu je logická 1 jen tehdy, je-li 1 na obou vstupech , elektrická realizace – #27………………… zapojení spínačů #26…………………
mění 1 na 0 a naopak (#32……………………… signál), el. realizace – #33………………………
NOT ↔
kontakt (sepnutím spínače se rozpojí kontakt)
př. řízení posuvu (viz výše) – stůl pojede, když není na koncáku (funkce NOT) a zároveň obsluha zmáčkne posuv
Pravdivostní tabulky logických funkcí: AND
OR
NOT
a
0
0
1
1
a
0
0
1
1
b
0
1
0
1
b
0
1
0
1
a AND b Realizace logických funkcí: AND
a OR b OR
a
0
NOT a
NOT
Pozn. vstup = tlačítko (zmáčknuté 1, nezmáčknuté 0), výstup = žárovka
20.4. Způsob naprogramování Hardwarové řízení v pneumatice
Softwarové řízení v pneumatice
a) Hardwarové řízení (řízení programované propojováním) funkce zařízení je dána použitými prvky a jejich #34………………………… - používá se pro jednoúčelová ↔ zařízení ↔ změny funkce lze dosáhnout jen změnou prvků nebo jiným propojením ↔ např. mechanická, reléová, pneumatická, hydraulická řízení b) Softwarové řízení (řízení programované do paměti) ↔ funkce zařízení je dána #35……………………… v paměti řídícího systému ↔ změny funkce se dosáhne změnou programu v paměti – mnohem výhodnější - zařízení je víceúčelové zapis_rizeni_uvod - Strana 3 z 9
1
20.5. Regulace ↔
Regulace je druh řízení, kdy se #36………………… řízená (regulovaná) veličina na požadované #37…………………
(přesněji v požadovaných mezích) pomocí vlastní zpětné #38…………… zařízení
20.5.1. Příklady regulace
↔
regulace teploty
regulace ↔ kompresorů
regulace - nastavovací (akční) veličina má jen hodnoty ↔ #39……………………………… zapnuto/vypnuto - např. bimetalový termostat regulace na proměnnou hodnotu - regulace teploty podle časového plánu, který je ↔ realizován elektronickým termostatem s nastaveným #40……………………… (nižší teplota v noci, vyšší přes den) udržování tlaku - při dosažení maximálního tlaku v zásobníku se tlakovým spínačem ↔ #41…………… pohon kompresoru, při poklesu tlaku pod minimální tlak se pohon kompresoru tlakovým spínačem #42……………
regulace ↔ nastavovací veličina – zdvih šoupátka přenášený pákou od plováku (snímače) hladiny Slovník - úvod do řízení 1 řízení bez zpětné vazby ↔
2 stroj řízený počítačem 3 udržování požadované hodnoty veličiny (např. tlaku, teploty) 4 spojitý signál je jinak signál 5 dvojstavový signál je jinak signál 6 digitální signál je jinak signál 7 rozsah možných hodnot u digitálního signálu je rozsah 8 pro převody z analogového na digitální signál nebo naopak slouží 9 na výstupu je logická 1 jen tehdy, je-li 1 na všech vstupech - toto je funkce logický 10
na výstupu je logická 1 jen tehdy, je-li 1 alespoň na jednom vstupu - toto je funkce logický
11 elektrická realizace logického součinu (AND) je zapojení 12 elektrická realizace logického součtu (OR) je zapojení Křížovka č.1 Rozsah možných hodnot u digitálního signálu je rozsah:
N
Elektrická realizace logického součtu (OR) je zapojení: Na výstupu je logická 1 jen tehdy, je-li 1 na všech vstupech - toto je funkce logický: Pro převody z analogového na digitální signál nebo naopak slouží: Dvojstavový signál je jinak signál: U Udržování požadované hodnoty veličiny (např. tlaku, teploty): Na výstupu je logická 1 jen tehdy, je-li 1 alespoň na jednom vstupu - toto je U funkce logický: É Elektrická realizace logického součinu (AND) je zapojení:
zapis_rizeni_uvod - Strana 4 z 9
L O Í N
21. Řídící systémy v automatizaci ↔
Řídící systémy (ŘS) jsou elektronická zařízení určená k řízení #57……………… nebo #58……………… (výrobních procesů) pracují podle určitého #59……………………, který je uložen v #60……………… a je cyklicky (opakovaně,
↔ pořád dokola) prováděn #61………………………… (změny funkce řídícího systému se dosáhne změnou programu v paměti) ↔
procesor v reálném čase zpracovává #62………………… signály a podle nich nastavuje #63…………………… signály (důležitá je rychlost reakce na vstup) Schéma umístění ŘS
Rozdělení řídících systémů
Vstupy řídícího systému jsou ↔ povely #66………………… (operátora) vč. zavedení programu (naprogramování) ↔
#67…………………
, koncové spínače, scannery, kamery - poskytují informace o stavu stroje nebo procesu
(#68………………… ……………)
Výstupy řídícího systému jsou ↔ informace o průběhu řízení pro zobrazení na #69……………………………… panelu ↔
signály pro ovládací prvky (#70…………………, frekvenční měniče, zesilovače) akčních členů (#71………………)
21.1. Osobní počítač ↔
↔
PC = #72…………………… computer - je kompatibilní (#73…………………………) s platformou Microsoft+Intel (Wintel) je primárně určen pro všeobecné #74…………………………… použití - obsluha s ním pracuje interaktivně, aplikace #75……………… časově kritické Schéma hardware
zapis_rizeni_uvod - Strana 5 z 9
Vrstvy software
21.1.1. Hardware Části PC: 1 case
s plechovou konstrukcí pro uchycení součástí PC, také základní ↔ #76…………… jednotka, velikost je dána typem MB ↔ provedení: stolní (#77…………………, tower), přenosný #78……………………, tablet
2 MB
↔ motherboard = #79…………………… deska - různé velikosti - standard ATX - x86 kompatibilní - vykonává instrukce programu (strojový ↔ #80…………………… kód), má určitou vnitřní stavbu (architekturu)
3 CPU
dělí se podle velikosti zpracovávané informace (8-64bitové), frekvence v ↔ #81………, má vyrovnávací paměť (#82……………), napojuje se na MB do (typ konektoru), chladí se chladičem s větrákem #83……………… ↔ Výrobci: #84…………… - řada Core i3-i7, AMD
4 chipset
↔
#85………………
sada - integrované obvody pro komunikaci procesoru s ostatními
prvky, napojenými přes #86…………………… (bus), rozděluje se na tzv. můstky RAM - operační #87…………… pro prováděné programy a aktuální data,
5 RAM, ROM
↔ #88…………………… napájení (po vypnutí PC ztrácí obsah), parametry - kapacita v , frekvence ve stovkách MHz #89…… ↔ ROM - #90………………………… napájení - flash - paměť pro BIOS napojená do #92…………… (typ konektoru) na sběrnici PCI-Express (dříve AGP), ↔
bývá #93…………………………… do CPU nebo MB, slouží pro připojení LCD monitoru - rozhraní analogové VGA nebo digitální DVI, také HDMI, DisplayPort (+ zvuk)
6 #91…………………… karta ↔
pracuje v různých režimech rozlišení (počet bodů na šířku a výšku - např. HD 1920x1080), frekvence zobrazování na sběrnici PCI-Express (dříve PCI) - např. #94……………… (Ethernet pro LAN -
7 další karty
↔
8 SATA
sběrnice pro vnější paměťová zařízení (dříve IDE) - magnetické HDD ↔ (#96………… ………………………), flash SSD, #97………………… mechaniky DVD, Blu-Ray
9 USB
lokální drátovou síť - kabely = kroucené dvoulinky), #95…………………
univerzální #98………………… sběrnice pro #99……………………… (vstupní a
↔ výstupní zařízení - klávesnici, myš, tiskárnu, scanner, kameru) a externí paměti flash disky ↔ PS/2 pro klávesnici, myš (dříve), 3,5 mm jacky pro reproduktory, mikrofon
10 ostatní porty
11 zdroj
↔ ↔
dříve sériový port COM pro komunikaci se speciálními zařízeními, LPT paralelní port PSU - zajišťuje #100……………………, chladí se ventilátorem, #101…………… ve stovkách W
zapis_rizeni_uvod - Strana 6 z 9
21.1.2. Software Vrstvy software (odpovídají pořadí zavádění po spuštění PC): základní systémový software (#102……………………) pro inicializaci (#103……………………… ↔ BIOS ↔ nastavení) hardwaru a zavedení OS, je uložen v paměti flash, nastavuje se programem Setup #104……………………
↔ OS
systém (8-64bitová verze) - zajišťuje hlavně uživatelské
↔ #105…………………… (GUI - grafické, dříve textové - příkazový řádek) pro spouštění aplikací a dat na vnějších pamětech (soubory, složky) #106……………… ↔ Microsoft #107………………… XP, Vista, 7, Server ↔ typ #108………… - Linux (open source - dostupný programový kód), Mac OS X ↔
↔ aplikace
komerční (textové a tabulkové editory, databáze, prezentace), grafické editory, prohlížeče, komunikace, antiviry, ...
↔ #109…………………… - software zadarmo
21.1.3. Vlastnosti Výhody: velká rozšířenost, jsou #110…………… díky hromadné výrobě, #111………………………………… (z hlediska ↔ řízení je to nevýhoda) uživatelské prostředí (OS Windows) - vysoký uživatelský komfort (použití často ↔ #112………………………… jako vzdálené operátorské rozhraní) Nevýhody (z hlediska řízení v průmyslových podmínkách): ↔ #113…………………………………… - malá odolnost vůči rušení, prachu, vibracím (malá robustnost) ↔ #114………… vhodné průmyslové vstupy/výstupy ↔
OS MS Windows není určen k řízení v #115………………… čase – není zaručena rychlá odezva na vnější události (multitasking - více spuštěných programů najednou - jeden program může "zdržovat" druhý)
↔ složitější údržba (nelze vyměnit součásti za chodu - #116……… …………) ↔ nemožnost vestavby do průmyslových skříní (rozvaděčů - tzv. #117……………)
21.2. Průmyslový počítač ↔ IPC, IC = #121………………………… PC - PC přizpůsobené pro průmyslové použití ↔
Je odolný (#122……………………, "heavy duty") vůči nárazům a #123……………………, elektromagnetickému
↔
Má vyšší stupeň #124……………, který udává odolnost zařízení proti vniknutí cizího tělesa (i prachu) nebo
rušení (kryt), nízkým a vyšším teplotám, předpoklad chodu 24 hod. denně
vniknutí kapalin Hardware: #125………………………
↔ základní jednotka
se do průmyslových policových systémů (skříní,
↔ rozvaděčů) - většinou 19" racků, také vestavba do strojů - např. řídící panel CNC ↔
má #126………… vstupů a výstupů než PC (ale méně než PA) - např. konektory pro průmyslovou sběrnici, výkonnější zdroj
zapis_rizeni_uvod - Strana 7 z 9
↔ může mít omezený přístup k některým částem počítače - zamykatelné #127……………
↔
také existuje přenosné provedení ve formě notebooku v kovovém kufříku použití v terénu - také pro armádu, hasiče, policii
↔
odolný proti tekutinám, vibracím, často má #128…………………… displej,
↔
provedení #129…………………… PC - v jedné skříni je monitor a zároveň
↔ monitor
případně může být místo monitoru jen informativní displej základní jednotka
↔ #130………………………… ↔ kvůli zabránění průniku nečistot, tekutin (příp. bez klávesnice) klávesnice Další vlastnosti: panely např. u CNC strojů, #132………… dat v průmyslovém #131…………………………… ↔ Použití ↔ prostředí, #133………………… (z hlediska řízení mají stejné nevýhody jako PC) ↔ Výrobci ↔ Teco Kolín, AutoCont Ostrava, Siemens
21.3. Jednočipové mikropočítače ↔ jsou počítače v podobě #134………………………………… obvodu (čipu) ↔ mají podobu obdélníkového pouzdra s kontakty ("nožkami") - tzv. #135………… ↔ také se říká mikrokontroléry (MC, MCU, µC), mikrořadiče, mikročipy ↔ vlastnosti - kompaktnost, spolehlivost, jednoduchost, malé rozměry, nízká spotřeba, nízká cena Schéma jednočipového mikropočítače
Použití pro řízení např. ↔ #136……………………… elektroniky
↔
pračky, televizory, přehrávače, kamery, mobily
klávesnice, tiskárna, zvuková ↔ #137……………………… PC ↔ karta ↔ #138…………………… techniky
↔
v moderním automobilu jsou až stovky mikrořadičů
↔ #139……………
↔
osvětlení, topení, otvírání dveří, výtahy, bezpečnostní systémy
Hardware: 1 #140………………………………… ↔
podle velikosti zpracovávané jednotky dat se rozlišují 4, 8, 16 a 32-bitové mikroprocesory pro #142………………… - flash paměť, dříve EPROM (mazatelné UV
2 #141………………
↔ zářením), velikost až stovky kB - lze ji rozšířit dalším propojením s dalším IO ↔ pro #143………… - velikost až jednotky kB - lze ji rozšířit dalším IO
3 #144………………………
↔
hodiny - zdroj #145………………………… (taktovacího) signálu pro řízení mikroprocesoru - krystal z piezoelektrického materiálu
↔ vstupně/výstupní rozhraní - bývá jich podle potřeby i více než 100 4 I/O #146……………
a)
vstupy (#147………………) - pro signály z tlačítek, snímačů, mohou obsahovat i A/D převodníky zapis_rizeni_uvod - Strana 8 z 9
b)
výstupy (#148…………………) - pro signály akčním členům, světelnou a zvukovou signalizaci, mohou mít i D/A převodníky
- pro napojení obslužného panelu - klávesnice, c) #149…………………… displeje 5 #150…………………… panel
a) zobrazovací jednotka výstupních informací (#151…………………) b) tlačítka nebo klávesnice pro ovládání obsluhou, vstup dat
Další části: ↔ #152………………
↔
funkce pro počítání událostí (např. přerušení optického paprsku - počítání výrobků na pásu)
↔ #153…………………… ↔ funkce pro generování časových prodlev - "budík" "hlídací pes" - ochrana proti zaseknutí mikropočítače, v pravidelných intervalech ↔ #154…………………… ↔ vyžaduje od procesoru signál, že program běží, pokud signál nedostane, mikropočítač a program běží od začátku (mají i IPC a PA) #155…………………… Činnost: Pracují podle jediného programu, který je prováděn #156…………………… (dokola) - zpracovává vstupy a ↔ nastavuje výstupy ↔
Programují se pomocí #157…… propojeného s deskou obsahující na plošném spoji mikropočítač a rozšiřující paměti (tzv. vývojový systém)
↔ Programovací jazyk bývá #158…………………… kód, assembler, jazyk C Výrobci: ↔ #159……………
původně řada 8051 (od 1980, osmibitový, 40 pinů, 4 KB paměť program, 128 B ↔ paměť data, frekvence 12 MHz), později 8052 - většina dalších výrobců se snaží o zpětnou kompatibilitu
↔ #160……………………… ↔ řada PIC (Programmable Interface Controller) - velmi levné ↔ #161…………… Opakování úvodu do řídících systémů 1 základní jednotka PC (skříň s plechovou konstrukcí pro uchycení součástí) 2
motherboardu v PC se říká deska
3
zkratka pro operační paměť v PC (vyžaduje napájení)
4
karta v PC s konektorem pro připojení monitoru je karta
5
zkratka pro univerzální sériovou sběrnici v PC
6
zkratka pro základní systémový software v PC (firmware)
7
software zadarmo
8
operační systém jiný než Windows
9
průmyslová policová skříň pro IPC (rozvaděč)
10 počítač v podobě integrovaného obvodu je jednočipový 11 zdroj časovacího signálu u jednočipových mikropočítačů 12 funkce "hlídací pes" u jednočipového mikropočítače
zapis_rizeni_uvod - Strana 9 z 9
