C ISLICOVE R IZENI PROCESU
Uc ebnıtext VOS a SPS Kutna Hora
Ing. Lude k Kohout VOS a SPS 2000
C ıslicoverızenı procesu
VOS a SPS Kutna Hora
C ıslicovř rızenı ZA KLADNIPOJMY R ızenı je obecný definova no jako pusobenı rıdıcıho objektu na objekt rızeny se snahou docılit pozadovaneho cıloveho chova nı. Podle tvaru signa lu, kterymi se prena sıinformace lze rızenırozdýlit do nýkolika skupin: • logickerızenı- bina rnı signa ly (TRUE, FALSE) - spojitesigna ly v danem intervalu • analogoverızenı - signa ly jsou definovanepouze v urc itych c asovych okamzicıch danych tzv. periodou • diskretnırızenı vzorkova nı. Za kladem rıdicıho c lenu je mikropoc ıtac ova vypoc etnıjednotka. Vy hody cı slicove ho rı zenı(vzhledem ke spojite mu) Výtsina technickych prostredku souc asne automatizac nı techniky pracuje na principech diskretnıho rızenı a je tedy logicke, ze proti klasickemu (spojitemu) rızenı bude mıt radu vyhod ovlivnujıcıch jeho siroke uplatnýnı v technicke praxi. K hlavnım vyhoda m patrı: dicı ch prostredku . • Centralizace a decentralizace rı R ıdicı obvod je moznerozdýlit na nýkolik vza jemný spolupracujıcıch celku propojenych prumyslovymi komunikac nımi linkami. Vznika tzv. distribuovany rıdicısyste m charakteristicky vıceórovnovou hierarchickou strukturou. Schema typickeho distribuovaneho rızenıvidıme na obr. 1. Vrchol. u roven (management..)
PC
Loka lnısıů
Inform. u roven
PLC
IC
PC Pru myslova sbernice
Panely opera tora
PLC
Kompaktnı regula tory
SNIMAC E,
RIZENY
Inteligetnı moduly
IC
AKC NI C LENY
PC + ZMD
Rıdicı u roven
Technologicka u roven
PROCES
Technologickou vrstvou se rozumı vlastnı rızeny objekt doplnýny snımac i a akc nımi c leny. R ıdicı vrstva obsahuje systemy, ktere jsou svymi vstupy a vystupy spojene se senzorikou a akc nımi c leny rızenych objektu. Jsou to predevsım programovatelne automaty, kompaktnı regula tory, inteligentnı rıdicı moduly, ale takevyssı systemy, jako jsou rıdicı poc ıtac e (IC Industrial Computer) nebo PC doplnýnevstupný - vystupnımi obvody pro styk s prostredım (ZMD - za suvnemýrıcı desky).
obr. 1 Distribuovane rızenı •
Velka spolehlivost. Spolehlivost se vyjadruje tzv. strednı dobou mezi poruchami, prıp. strednı dobou mezi opravami. U souc asnych rıdicıch systemu nabyva tento parametr hodnot ra dový 104 az 105 . •
Snadna zm„na struktury “regula toru š. Algoritmus rızenı nenı narozdıl od klasickych automatizac nıch prostredku urc en pevnym zapojenım elektronickych souc a stek c i pneumatickych, prıp. hydraulickych prvku, ale je tvoren programový. R ıdicı poc ıtac e a programovatelne automaty umoznujı pozadovanou strukturu regulac nıho c lenu sestavit vhodnou kombinacı poc ıtacıch bloku. • Programove nastavenıparametru regula toru . Regula tory diskretnıch systemu jsou c asto tvoreny jedinou vykonnou instrukcı (nejc astýji instrukce PID) a blokem dat obsahujıcım vsechny pozadovaneparametry. Konstanty regula toru (pp, Ti, Td) se nastavujı jejıch modifikacı. Nýktere systemy majı zabudova nu funkci automatickeho nastavenı, prıp. adaptivnı mechanizmus. •
Minima lnıdrift nuly Za kladem klasickych regula toru jsou stejnosmýrne zesilovac e, ktere jsou charakteristickenesta lostı vystupnıho napýtı (drift nuly). Tento problem .u mikropoc ıtac ovych systemu z pochopitelnych duvodu odpada . •
Snadny prenos informace na velke vzda lenosti Veskere signa ly jsou prena seny ve tvaru bina rný kodovanych dat, ktera elektromagnetickemu rusenı nez data analogova . •
Snadn„jsınastavenı , ozivenıa monta z rı dicı ch syste mu , diagnosticke na stroje
strana 3
jsou podstatný odolnýjsı vuc i
C ıslicoverızenı procesu
VOS a SPS Kutna Hora
Diskretnı rıdicı systemy obsahujı radu ladıcıch a diagnostickych na stroju, ktereusnadnujı uvedenıdo chodu a odstranýnı prıpadnych poruch. ZA KLADNIPRINCIPY C ISLICOVEHO R IZENI Regulac nı obvod je tvoren rıdicım a rızenym objektem (regula torem a regulovanou soustavou). Podle prubýhu signa lu regula toru hovorıme o spojitem c i nespojitem regulac nım obvodu. Blokoveschema jednoducheho regulac nıho obvodu je na obr. 2.
obr. 2 Regulacnıobvod Regula tor a regulovana soustava jsou zapojeny do za porne zpýtne vazby - regulovana soustava vysıla do regula toru pomocı vhodnych snımac u a prevodnıku signa l ómýrny okamzitehodnotý regulovanevelic iny. V porovna vacım c lenu se vypoc ıta regulac nı odchylka e = w - y, v regula toru je da le zesılena a upravena podle vhodneho algoritmu - vznika akc nı velic ina. Akc nı velic ina pusobına regulovanou soustavu s cılem minimalizovat regulac nı odchylku. Blokove sche ma cı slicove ho regulacnı ho obvodu Princip c ıslicoveho regulac nıho obvodu je stejny, lisı se vsak tvarem a zpusobem zpracova nı signa lu. Na obr 3 vidıme jeho priblizneblokoveschema. R ıdicı obvod je realizova n vypoc etnım systemem sesta vajıcım ze: • vstupnı jednotky slouzıcı k nac tenı vsech vstupnıch signa lu (vzorkova nı) a prevodu do c ıslicove podoby srozumitelnecentra lnı jednotce vypoc etnıho c lenu • vypoc etnıho c lenu, ktery zpracova va vstupnı signa ly a poc ıta napr. regulac nı odchylku e, akc nı velic inu PID regula toru z diferencia lnı rovnice •
x = k R ⋅ (e +
1 de ⋅ ∫ e ⋅ dt + Td ⋅ ) , Ti dt
vystupnı jednotky, jejımz ókolem je prevest c ıslicovy signa l na signa l srozumitelny akc nımu c lenu (D/A prevod, tvarova nıalarmova hla senıatd.)
obr. 3 Pribliz ne blokove sche ma cı slicove ho regulacnıho obvodu Podrobnýji si strukturu obecneho c ıslicoveho regulac nıho systemu zna zornıme na obr. 4 e(t) w +
-
e(k) Vzorkovacı c len
e(k)2 Zesilovac
A/D prevodnık
u(k)2 Centra lnı jednotka
u(k) D/A prevodnık
y(t) Regulovana soustava
obr. 4 Struktura cıslicove ho regulacnı ho obvodu
strana 4
x(t) Tvarovacı c len
Akc nı c len
C ıslicoverızenı procesu
VOS a SPS Kutna Hora
Funkce vstupnı ch obvodu . Vyjdýme ze zjednodusujıcıho predpokladu, ze regula tor bude zpracova vat pouze jedinou stavovou velic inu y(t) a do vstupnıch obvodu se priva dı regulac nı odchylka e(t) generovana analogovym porovna vacım c lenem. Vstupnıobvody pak musı provest na sledujıcı c innosti: •
Vzorkova nıvstupnı ho signa lu Ukolem vzorkovacıch obvodu je periodicke testova nı vstupnıho signa lu - vzorkova nı. C ıslicovy regula tor v pravidelnych intervalech odebıra vzorky vstupnıho signa lu (regulovane velic iny) a "zmrazı" je az do dalsıho odbýru vzorku. C as mezi dvýma sousednımi odbýry se nazyva perioda vzorkova nıT. Princip vzorkova nıje patrny z obr. 5. e (t)
t
e (k T ) e (k )
T
2T
3T
4T
5T
6 T . . . . .. . . .
nT
t
1
2
3
4
5
6
n
k
. . . . . . . ..
obr. 5 Princip vzorkova nı Vzorkovac vytva rı ze spojiteho signa lu obdelnıkove pulzy se zanedbatelnou sırkou a s amplitudou rovnou okamzite hodnotý vstupnıho signa lu. Perioda vzorkova nı musı byt konstantnıa dostatec ný dlouha - regula tor musı v intervalu T provest: • nac tenı vsech vstupu (ra dový az tisıce) • vypoc ty v rea lnem c ase (vypoc et e(t), vypoc et x(t), alarmy, dalsı vypoc ty) • tvarova nıvystupnıch signa lu atd. Na druhou stranu, se zvýtsova nım periody vzorkova nı se zhorsuje kvalita a presnost vystupnıho signa lu. •
Zesı lenıvstupnı ho signa lu. Signa l ze vzorkovac e je veden do zesilovac e, ktery svym zesılenım a posunem nuly urc uje rozsah pro dany vstup. Zesılenı je c asto nastaveno softwarový. • Analogov„ - digita lnıprevod. Po zesılenı je diskretnı signa l pomocı A/D prevodnıku upraven do digita lnı podoby. S ırka datoveho slova urc uje rozlisujıcı schopnost prevodnıku a ovlivnuje presnost celeregulac nı smyc ky. Souc asnerıdicı systemy pracujı s datovym slovem s sırkou 8 az 16 bitu. •
Multiplexova nıvstupu . Vstupnı obvody rea lnych rıdicıch systemu zpracova vajı ra dový desıtky az tisıce signa lu a jejich zpracova nı samostatnymi vzorkovacımi obvody by bylo neómýrný drahe. Proto se zpravidla pro skupinu vstupu pouzije jeden analogovy obvod, na ktery se pomocı analogoveho multiplexeru postupný vstupnı signa ly pripojujı. Princip multiplexnıho sbýru dat je patrny z obr. 6.
obr. 6 Cyklicky sbČr dat strana 5
C ıslicoverızenı procesu
VOS a SPS Kutna Hora
Zpracova nısigna lu v centra lnıjednotce. Centra lnı jednotka tvorı za klad rıdicıho systemu. Vyhodnocuje vstupnı datove signa ly nesoucı informaci o stavu rızeneho objektu, prova dı vypoc et akc nıch velic in, alarmovych hla senı a pomocı vystupnıch obvodu zasahuje zpýtný do procesu. Popisme si nýkterez c innostı centra lnıjednotky. •
Prepocet snı many ch signa lu do odpovı dajı cı ch fyzika lnı ch jednotek Cılem vypoc tu je prevest digitalizovany signa l ze snımac u teploty, tlaku, polohy, prıp. objemoveho toku na °C, kPa, m, prıp. m3 /s. Prıklad: Mýrenı teploty odporovym snımac em (Pt 100, Ni 1000) Pripojenı snımacıho odporu ke svorkovnici vstupnı jednotky je zna zornýno na obr. 7
Rϑ Uϑ 1mA
Iref
In1
In2 Com
Svorkovnice vstupnı jednotky obr. 7 C tyrvodicove pripojenıodporove ho snımace Mýrıcı odpor (napr. PT 100) je pomocı c tyr vodic u pripojen ke svorkovnici analogove vstupnı jednotky. Tuc ný vyznac ene vodic e tvorı proudovy okruh napa jeny konstantnım proudem dostatec ný malym aby nedocha zelo k ohrevu odporu vlastnı vykonovou ztra tou (obvykle 1mA). Dalsımi dvýma vodic i se na vstupy In1 a In2 priva dı napýtı, jejichz rozdıl je ómýrna teplotý. Muzeme odvodit:
In = In1 − In2 uϑ = In ⋅ LSB
In ..... vstupnı data
vstupnı rozsah 2 n −1 uϑ = Iref ⋅ Rϑ LSB =
LSB .....inkrement napetı
Rϑ = R0 (1 + α ⋅ ϑ )
ϑ=
uϑ − Iref ⋅ R0 Iref ⋅ α ⋅ R0
Podle vyse uvedeneho vztahu vypoc ıta CPU teplotu ve ϑ ve °C. •
Kontrola meznı ch hodnot. Programový se kontrolujı meznı hodnoty sledovanych stavovych velic in. Pri jejich prekroc enı se generujı tzv. alarmy, ktereinformujı obsluhu formou opticke, prıpadný akustickesignalizace. K zobrazenı alarmu se c asto pouzıvajı textove nebo graficketermina ly, prıp. dispec erskea vizualizac nı software (SCADA / HMI). Alarmy majı tvar logickych signa lu a v nýkterych prıpadech se vyuzıvajıi k za sahum do rızeneho procesu (nespojita regulace). •
Rı zenıDSC. V rezimu DSC (Digital Setpoint Control) rıdicı poc ıtac generuje signa l slouzıcı pro nastavenı rıdicı velic iny podrızeneho regulac nıho systemu. Podrızenym systemem muze byt i klasicky analogovy regula tor vybaveny krokovym motorkem pro mechanicke ovla da nı potenciometru za dane hodnoty. Pri vypadku rıdicıho poc ıtac e pracuje podrızeny regula tor autonomný s poslednıza danou hodnotou. •
Prı me cı slicove rı zenıDDC. V rezimu DDC (Direct Digital Control) jsou namýrenestavovevelic iny pouzity k vypoc tu akc nıch velic in.
•
Monitorova nıtechnologicke ho procesu
strana 6
C ıslicoverızenı procesu
VOS a SPS Kutna Hora
K monitorova nı procesu se pouzıvajı panely opera tora ve formý textovych a grafickych termina lu, slouzıcıch ke kontaktu mezi obsluhou a rızenym procesem. Panel opera tora sleduje pamý’ovou oblast rıdicıho systemu a pomocı vlozeneho programu predkla da obsluze informace ve srozumitelnepodobý. Vyssı órovnı monitorova nı procesu jsou tzv. SCADA / HMI software provozovaneobvykle na PC. • Optimalizacnıvy pocty. Namýrenehodnoty jsou pouzity pro statickou a dynamickou optimalizaci procesu. •
Materia love a energeticke vy pocty. Namýrene hodnoty jsou pouzity k bilanc nım vypoc tum spotreby materia lu a energiı. S rostoucımi cenami energiı nabyvajı na dulezitosti predevsım vypoc ty tykajıcı se spotreby elektrickeenergie. V praxi se c asto pouzıva tzv. rızenı spotreby , kterema za ókol sledovat spotrebu nasmlouvanou s rozvodnymi za vody a podle urc iteho algoritmu odpojovat a pripojovat spotrebic e tak, aby nebyla prekroc ena a podnik neplatil pena le. • Archivace dat. V pamýti poc ıtac e se uchova vajı informace charakterizujıcı rızeny proces (prubýhy stavovych velic in, za sahy obsluhy...), kteremohou byt pozdýji vyuzity napr. pri detekci za vady.
Na obr. 8 vidıme prıklad zapojenı kombinovaneho regulac nıho obvodu s c ıslicovym rıdicım systemem a analogovymi regula tory.
obr. 8 Principia lnısche ma ASR TP CJ - centra lnıjednotka, VS - vstupnıstrana jednotky styku s prostredım VYS - vystupnı strana jednotky styku s prostredım S1 az Sn - snımac e y1 az yn - stavove(regulovanevelic iny) SI - signalizace SPZ - standardnı perifernı zarızenı SG - signa ly pro nastavenıza danych hodnot KM - krokovy motorek AR - analogovy regula tor ASC - akc nı signa ly c ıslicovych regula toru AC - akc nı c leny c ıslicovych regula toru ASA - akc nı signa ly analogovych regula toru ACA - akc nı c leny analogovych regula toru PO - panel opera tora VP - vnýjsı pamý’ R P - rıdicıpoc ıtac Funkce vy stupnı ch obvodu . Ukolem vystupnıch obvodu je prevest informace vypoc tene centra lnı jednotkou na signa ly pouzitelne pro buzenı akc nıch c lenu. Za kladnı slozkou vystupnı analogove jednotky je D/A prevodnık transformujıcı datovevystupnı slovo CPU na diskretnı signa l, ktery je tvarovac em upraven do vyuzitelne podoby. Podle pouziteho tvarovac e zıska me stupnovity, sırkový modulovany, prıp. frekvenc ný modulovany vystupnısigna l. Princip vzniku stupnoviteho signa lu v tvarovac i nulte ho ra du je zna zornýn na obr. 9. strana 7
C ıslicoverızenı procesu
VOS a SPS Kutna Hora
u(k)
0
1
2
3
4
5
6
7
k
0
1
2
3
4
5
6
7
k
x(t)
obr. 9 Vznik stupnovite funkce TEORIE C ISLICOVY CH REGULAC NICH OBVODU Cılem na sledujıcı kapitoly je zıska nı alespon ra mcoveho prehledu o matematickych prostredcıch popisu diskretnıch obvodu, ktereumoznınumerickeresenıregulac nıch algoritmu programovym vybavenım rıdicıho poc ıtac e. V teorii rızenı jsme spojity regulac nı obvod popisovali diferencia lnımi rovnicemi. V oblasti diskretnıho rızenı jsou diferencia lnı rovnice nepouzitelne, protoze signa ly nejsou definova ny spojitý. Pro na s óc el budou vhodne rovnice, jejichz promýnne jsou definova ny jen v urc itych c asovych okamzicıch danych na sobky periody vzorkova nı. Rovnice potom nejsou funkcıc asu t, nybrz promýnnek.T nebo c astýji jen k, nenazyvajı se diferencia lnı, nybrz diferencnı . Diferenc nı a diferencia lnı rovnice daneho objektu majı ózkou souvislost, z rovnice diferencia lnı lze pomocı Laplaceovy transformace s nenulovymi poc a tec nımi podmınkami odvodit rovnici diferenc nı.
Diferencnırovnice Diferenc nı rovnice umoznı postupny vypoc et okamzitych hodnot regulovanevelic iny v c asech t = k. T ; k = 0, 1, 2, 3, ......; T je perioda vzorkova nı. Jednokapacitnı regulovanesoustava u(k)
u(t)
Tvarovac
y(t)
RS
T1 ⋅ y ′ (t ) + y (t ) = KS ⋅ u( t ) KS obrazovy prenos vyja drıme ve tvaru: F ( p) = 1 + p ⋅ T1 diferencia lnı rovnice soustavy je da na vztahem:
Za vislosti mezi y(t) a u(k) a prubýh u(k) a y(t) v k-tem intervalu je patrna z Obr. 10 Odvozenıdiferencnırovnice
u(k)
u(k) )
u(t))
1
2
3
4
5
k
k
k+1
y(τ) y(t))
t
}
y(0) = y(k)
τ
t
T Obr. 10 Odvozenıdiferencnırovnice strana 8
C ıslicoverızenı procesu
VOS a SPS Kutna Hora
Laplaceova transformace pro nenulove poca tecnıpodmı nky y(0) ≠ 0:
L{ f
(n)
(t )} = p n F ( p) − p n −1 f (0) − p n −2 f ′(0) −........ pf
( n−2 )
(0) − f
( n −1)
(0)
v nasem prıpadý:
T1 pY ( p) − T1 y (0) + Y ( p) = K S U ( p) K U ( p) + T1 y (0) Y ( p) = S 1 + pT1 z knihovny obrazu vıme:
konst L{ konst} = p poca tecnıpodmınka: y(0) = y(k) po dosazenı: K S u( k ) T1 y ( k ) Y ( p) = + p(1 + pT1 ) 1 + pT1 y (τ ) k = L−1 {Y ( p)} vypocıta me s pomocıslovnıku Laplaceovych obrazu τ τ − − T1 T1 y(τ ) k = K S u( k ) 1 − e + y ( k )e
chceme zna t y(τ) v okamziku (k+1), tj. pro τ = T −
T T1
e = D a po dosazenızıska me diferenc nırovnici: y ( k + 1) = K S ⋅ u( k − 1).(1 − D) + D. y ( k ) y ( k + 1) + a ⋅ y ( k ) = b ⋅ u( k ) kde a = − D ; b = K S (1 − D)
oznac ıme:
−
T T1
D=e nebo y(k) + a ⋅ y(k − 1) = b ⋅ u(k − 1) Rovnice zahrnuje i prenos tvarovace nulte ho ra du! Diferenc nı rovnice popisuje, jakebudou hodnoty vystupnıho signa lu y(k) v okamzicıch k=0,1,2,3,4,...... atd. Koeficienty ai a bi vyjadrujı nejen vlastnosti soustavy, ale za visejı takena volbý periody vzorkova nı. C ıselnehodnoty koeficientu ai a bi platıpouze pro urcitou vzorkovacıfrekvenci. Ze vztahu [1] vyplyva , ze novou hodnotu y(k) vypoc teme z hodnoty vstupu [u(k-1)], ale i vystupu [y(k-1)], v minulem vzorkova nı. Ze vztahu je da le patrne, ze pro danou RS muzeme sestavit nekonec ný mnoho diferenc nıch rovnic lisıcıch se periodou vzorkova nıT. Diferenc nı rovnice vyssıch ra du muzeme vyja drit obdobnym zpusobem. Diferenc nı rovnice regulovanesoustavy n-teho ra du: n
n
i =1
i =1
y ( k ) + ∑ ai ⋅ y ( k − i ) = ∑ bi ⋅ u( k − i )
R esenıdiferencnırovnice. Pro resenı diferenc nırovnice muzeme pouzıt dvý metody: a) Numericke resenı. strana 9
C ıslicoverızenı procesu
VOS a SPS Kutna Hora
Numerickym resenım se rozumı postupny vypoc et hodnot vystupnıho signa lu y(k) tak, jak by se objevovaly na vystupu soustavy v okamzicıch k=0,1,2,3, ...... atd. Nevyhodou je, pro vypoc et vzorku s poradovym c ıslem napr. 2000 musıme vypoc ıtat postupný hodnoty vsech predchozıch 1999 vzorku. Pro vypoc et hodnoty v okamziku k musı byt zna my hodnoty y v okamzicıch k-1, k-2, .... , k-n (n= ra d soustavy). Metoda je vhodna pro resenı na poc ıtac ıch, prıpadný na mikropoc ıtac ovych rıdicıch systemech, kterevsak neresırovnici soustavy, nybrz poc ıtajı rovnici regula toru. b) R esenıtransformacıZ. Transformace Z je slozity matematicky apara t, ktery je obdobou Laplaceovy transformace ze spojiteoblasti. Vysledkem je obecny vztah, do ktereho se dosadı poradovec ıslo vzorku a hodnota y(k) se vypoc ıta prımo, bez vypoc tu predchozıch hodnot y(k-1), y(k-2) az y(k-n). V dalsıch vypoc tech se pridrzıme prvnıho postupu a budeme postupný poc ıtat hodnoty y(k=1), y(2), y(3), atd. Postup se muze zda t zdlouhavy, ale musıme si uvýdomit, ze ve skutec nosti nebude vypoc et prova dýt nedokonaly c lovýk, ale poc ıtac pomocıvelmi jednoducheho algoritmu. Prıklad 1 Vysetrete prechodovou charakteristiku jednokapacitnıRS s parametry: Ks = 2, T1 = 1s, perioda vzorkova nı T = 0,2s, y(0) = 0 u(k) 1
0
1
2
3
4
5
6
k
y ( k ) + a ⋅ y ( k − 1) = b ⋅ u( k − 1) D=e
−
T T1
a = - 0,82
= 0,82 b = 0,18
y ( k ) = 0,82 y ( k − 1) + 0,18u( k − 1)
y(1) = 0,82y(0) + 0,18u(0) = 0,18 y(2) = 0,82y(1) + 0,18u(1) = 0,82 . 0,18 + 0,18 = y(3) = 0,82y(2) + 0,18u(2) = 0,82 . 0,33 + 0,18 = y(4) = 0,82y(3) + 0,18u(3) = 0,82 . 0,45 + 0,18 = y(5) = 0,82y(4) + 0,18u(4) = 0,82 . 0,55 + 0,18 = y(6) = 0,82y(5) + 0,18u(5) = 0,82 . 0,63 + 0,18 = y(7) = 0,82y(6) + 0,18u(6) = 0,82 . 0,70 + 0,18 = y(8) = 0,82y(7) + 0,18u(7) = 0,82 . 0,75 + 0,18 = y(9) = 0,82y(8) + 0,18u(8) = 0,82 . 0,795+0,18 = y(10)=0,82y(9) + 0,18u(9) = 0,82 . 0,83 + 0,18 =
0,33 0,45 0,55 0,63 0,70 0,75 0,795 0,83 0,86
Vyslednou charakteristiku vidıme na Obr. 11. 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
k
Obr. 11 Charakteristika soustavy z prıkladu 1 strana 10
C ıslicoverızenı procesu
VOS a SPS Kutna Hora
Prıklad 2 Regulovana soustava je popsana diferenc nı rovnicı
y ( k ) − 0,55 ⋅ y ( k − 1) = 0,35u( k − 1)
Vypoc týte odezvu na impulz u(t) podle obr xxx u(k)
1
0
1
2
3
4
5
6
7
k
Prıklad 3 Vypoc týte odezvu dvoukapacitnıregulovanesoustavy popsanediferenc nı rovnicı
y ( k ) − 1,425 ⋅ y ( k − 1) + 0,496 ⋅ y ( k − 2) = 0,4 ⋅ u( k − 1) + 0,31 ⋅ u( k − 1)
na jednotkovy impuls u(t). Diferencnırovnice regula toru Obdobný jako regulovane soustavy, muzeme popsat diferenc nı rovnicı take regula tory. Vstupem regula toru pak bude regulac nı odchylka e(k) a vystupem akc nı velic ina u(k) jak vidıme na Obr. 12 e(k)
u(k)
Algoritmus vypoctu regula toru
Obr. 12 Vy pocet regula toru Regula tor P Ve spojiteoblasti je proporciona lnıregula tor popsa n rovnicı
u ( t ) = r0 ⋅ e( t )
r0 = KR
Diferenc nı rovnici odvodıme z rozdılu Vystupnıho signa lu v k tem a k-1 tem vzorku:
u(k ) = r0 ⋅ e(k ) u(k − 1) = r0 ⋅ e(k − 1) u(k ) − u(k − 1) = r0 ⋅ [ e(k ) − e(k − 1)]
u(k) = r0 ⋅ [ e(k) − e(k − 1)] + u(k − 1) Regula tor I Ve spojiteoblasti je integrac nı regula tor popsa n rovnicı
u(t ) = r−1 ⋅ ∫ e(t ) ⋅ dt
r−1 =
KR Ti
Odvozenı diferenc nırovnice I regula toru k
u( k ) = r−1 ⋅ T ⋅ ∑ e( j ) j =0
k −1
u( k − 1) = r−1 ⋅ T ⋅ ∑ e( j ) j =0
u( k ) − u( k − 1) = r−1 ⋅ T ⋅ e( k ) u(k) = r−1 ⋅ T ⋅ e(k) + u(k − 1) Regulacnıclen D strana 11
C ıslicoverızenı procesu
VOS a SPS Kutna Hora
Ve spojiteoblasti je derivac nıregula tor popsa n rovnicı
u (t ) = r1 ⋅
de(t ) dt
r1 = K R ⋅ Td
Odvozenı diferenc nırovnice D regula toru:
r1 ⋅ [e(k) − e(k − 1)] T r u(k − 1) = 1 ⋅ [e(k − 1) − e(k − 2)] T r r r u(k) - u(k − 1) = 1 ⋅ e(k) - 2 ⋅ 1 e(k − 1) + 1 e(k − 2) T T T r u(k) = 1 ⋅ [e(k) - 2 ⋅ e(k − 1) + e(k − 2)] + u(k − 1) T u(k) =
Sdruzene regula tory Diferenc nı rovnice sdruzenych regula toru vycha zıze za kladnıch slozek P, I, D. PI regula tor
u(k) = (r0 + r−1 ⋅ T) ⋅ e(k) - r0 ⋅ e(k − 1) + u(k − 1)
PD regula tor
u(k) = (r0 +
r1 r r ) ⋅ e(k) - (r0 + 2 1 ) ⋅ e(k − 1) + 1 ⋅ e(k − 2 ) + u(k − 1) T T T
PID regula tor
u(k) = (r0 + r−1 ⋅ T +
r1 r r ) ⋅ e(k) − (r0 + 2 1 ) ⋅ e(k − 1) + 1 ⋅ e(k − 2) + u(k − 1) T T T
V na sledujıcım prıkladu provedeme rozbor c ıslicoveho regulac nıho obvodu, sestavıme diferenc nı rovnice a vypoc teme odezvu regulovanevelic iny y(k) uzavreneregulac nı smyc ky na skokovou zmýnu rızenı w(k). Prıklad 4: Urc ete diferenc nı rovnici regula toru, regulovanesoustavy a diferenc nı rovnici urc ujıcı za vislost regulovanevelic iny y(k) a rıdicı velic iny w(k). Ve spojiteoblasti jsou c leny regulac nıho obvodu popsa ny prenosy: Regulovana soustava:
FS ( p) =
5 1 + 10 ⋅ p
Regula tor:
FR ( p) =
0,04 p
Regulac nı obvod obsahuje vzorkovac s T=5s a tvarovac nulteho ra du. Diferenc nı rovnice: Regulovana soustava:
y ( k ) + a ⋅ y ( k − 1) = b ⋅ u ( k − 1)
[ 1]
Regula tor:
u(k) = r−1 ⋅ T ⋅ e(k) + u(k − 1)
[ 2]
Rozdılovy c len:
e( k ) = w( k ) − y ( k )
[ 3]
strana 12
C ıslicoverızenı procesu
VOS a SPS Kutna Hora
Algoritmus rızenı resıme soustavou diferenc nıch rovnic: a) do rovnice RS [1] vlozıme rovnici regula toru [2] pro vzorek k-1.
y ( k ) + a ⋅ y ( k − 1) = b ⋅ [ r−1 ⋅ T ⋅ e(k − 1) + u(k − 2)]
b) z rovnice rozdıloveho c lenu dosadıme za e(k-1)
[
y ( k ) + a ⋅ y ( k − 1) = b ⋅ r−1 ⋅ T ⋅ [ w( k − 1) − y ( k − 1)] + u(k − 2)
]
c) rozna sobıme a dosadıme z rovnice [1] za b.u(k-2)
y ( k ) + a ⋅ y ( k − 1) = b ⋅ r−1 ⋅ T ⋅ w( k − 1) − b ⋅ r−1 ⋅ T ⋅ y ( k − 1) + y(k − 1) + a ⋅ y(k − 2) d) rovnici upravıme a dosadıme skutec nekoeficienty a = -0,606, b = 1,97
y(k) − 1,212 ⋅ y(k − 1) + 0,606 ⋅ y(k − 2) = 0,394 ⋅ w(k − 1)
Odezvu vystupu y(k) na w(k) = 5 ( pro k ≥ 0) vidıme na Obr. 13. 7 6 5 4 3 2 1 0 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
k
Obr. 13 PrubČh regulacnı ho pochodu pri skokove zmČnČ rı zenı
TRANSFORMACE Z Transformace Z se pouzıva k resenı diferenc nıch rovnic analogicky s pouzitım Laplaceovy transformace ve spojite oblasti. Za kladnıvlastnosti transformace Z Definice obrazu Z: ∞
F ( z ) = ∑ f n . z n −1 n =0
VČta o linearitČ:
f ( k ) = a1 . f 1 ( k ) + a 2 . f 2 ( k ) + a 3 . f 3 ( k ) +..........+a n . f n ( k ) F ( z ) = a1 . F1 ( z) + a 2 . F2 ( z ) + a 3 . F3 ( z ) +..........+ a n . Fn ( z ) VČta o posunutıv origina lu
Z { f ( k )} = F ( z)
Z { f ( k − 1)} = z −1 . F ( z)
Z { f ( k − n)} = z −n . F ( z )
VČty o poca tecnıa koncove hodnotČ funkce
lim f ( k ) = lim F ( z) k →0
z →∞
k →∞
z →1
lim f ( k ) = lim [( z − 1). F ( z )] strana 13
C ıslicoverızenı procesu
VOS a SPS Kutna Hora
Obrazy vybrany ch funkcı origina l f(t) obraz
1(k ) ak a k −1
( − 1) k . a k
F(z)
z z −1 z z−a 1 z−a z z+a
Zp„tna transformace Z Prıklad: Pomocı transformace Z urc ete obraz zadanediferenc nı rovnice a vypoc týte odezvu RS na jednotkovy skok.
y(k) − 0,9 ⋅ y(k − 1 ) = 0,1 ⋅ u(k − 1 )
Y ( z) − 0,9 z −1 .Y ( z ) = 0,1. z −1 .U ( z ) F ( z) =
Y ( z) 0,1 0,1. z −1 = −1 = U ( z ) 1 − 0,9 z z − 0,9
Vypoc et odezvy soustavy na jednotkovy skok:
0,1 z ⋅ z − 1 z − 0,9 P( z) 0,1 ⋅ z Y ( z) = = ( z − 1) ⋅ ( z − 0,9) Q( z) Y ( z) = U ( z ). F ( z ) =
Q(z) = 0 .......... charakteristicka rovnice Vztah pro vypoc et hodnot y(k) zıska me zpýtnou transformacı Z. Metody zpČtne transformace Z 1) D„lenıpolynomu P(z) : Q(z)
Y ( z) = 0,1z 0,1z
0,1 ⋅ z 0,1 ⋅ z = 2 ( z − 1) ⋅ ( z − 0,9) z − 1,9 z + 0,9 : -0,19 +0,19 +0,19
z2 - 1,9z + 0,9 = 0,1z-1 + 0,19z-2 + 0,271z-3 ....... -1
+0,09z -0,09 z-1 -0,361z-1 +0,171z-2 -1 +0,271z -0,171z-2 ......................................................... Hodnoty y(k) jsou da ny odpovıdajıcımi koeficienty podılu polynomu P(z) a Q(z). y(1) = 0,1 y(2) = 0,19 y(3) = 0,271 ........ atd.
2) Zp„tna transformace Z s pouzitı m knihovny obrazu Vyraz rozlozıme na parcia lnı zlomky:
strana 14
C ıslicoverızenı procesu
Y (z ) =
VOS a SPS Kutna Hora
0,1 ⋅ z A B = + ( z − 1) ⋅ ( z − 0,9) z − 1 z − 0,9
0,1z = A ⋅ ( z − 0,9) + B ⋅ ( z − 1) 0 = −0,9 A − B 0,1 = A + B A = 1, B = −0,9 Po dosazenı zıska me vyraz:
Y ( z) =
1 0,9 − z − 1 z − 0,9
S pouzitım vztahu pro zpýtnou Z transformaci dostaneme vysledny vztah:
Z −1 {Y(z)} = 1 − 0,9 ⋅ 0,9 ⋅( k −1)
y(1)=0,1 y(2)=0,19
y(3)=0,271 ..............................
3) Zp„tna transformace Z s pouzitım vzorce n
Zpýtnou transformaci Z provedeme aplikacı vztahu:
y ( k ) = Z −1 {Y ( z )} = ∑ i =1
kde
P ( zi ) ⋅ z k −1 Q ′( zi ) i
zi ....... koreny charakteristickerovnice Q„(zi).. derivace charakteristickerovnice n ....... ra d charakteristickerovnice
v nasem prıpadý: P(z) = 0,1 z Q(z) = z2 - 0,19 z + 0,9 Q„(z) = 2z - 1,9 z1 = 1, z2 = 0,9
y( k ) =
0,09 0,1 ⋅1 + ⋅ 0,9 ( k −1) = 1 − 0,9 ⋅ 0,99 (k −1) 0,1 − 0,1
PR ENOSY UZAVR ENEHO REGULAC NIHO OBVODU
W(z)
E(z) FR(z) U(z)
Y(z)
ZU(z) porucha vstupujıcı do RO v mıstý akc nıvelic iny ZY(z) porucha vstupujıcı do RO v mıstý regulovanevelic iny
FTFS(z) ZY(z)
ZU(z)
Y (z ) L prenos rızenı W (z ) Y (z ) FY ( z ) = L prenos poruchy ZY ( z ) Y (z ) FU ( z ) = L prenos poruchy ZU ( z ) FW ( z ) =
strana 15
C ıslicoverızenı procesu
FW ( z ) = kde
VOS a SPS Kutna Hora
FR ( z) ⋅ FT FS ( z ) F ( z ) ⋅ FT FS ( z ) = R 1 + FO ( z) 1 + FR ( z ) ⋅ FT FS ( z)
FO ( z ) = FR ( z ) ⋅ FT FS ( z )
je prenos otevrenž smycky
FY ( z ) =
1 1 = 1 + FR ( z) ⋅ FT FS ( z ) 1 + FO ( z)
FU ( z) =
FT FS ( z) FT FS ( z ) = 1 + FR ( z) ⋅ FT FS ( z ) 1 + FO ( z )
1 + FO ( z) = 0 L charakteristicka rovnice
Technicke prostredky diskretnıho rızenı R IDICIPOC ITAC E Charakteristika rı dicıho pocıtace Jedna se o poc ıtac (obvykle kompatibilnı s IBM PC) umoznujıcı nasazenı v obtıznych podmınka ch, doplnýny V/V jednotkami styku s prostredım umoznujıcımi pripojenırızenetechnologie, vybaveny rozhranım pro seriovou komunikaci s dalsımi rıdicımi systemy, PC s dispec erskymi a vizualizac nımi SCADA/HMI software, panely opera tora, inteligentnımi snımac i atd. Pozadovane vlastnosti rı dicı ho pocı tace • • • • • • •
spolehlivost (MTBF - Mean Time Between Failuers) ra dový desıtky az stovky tisıc hodin. pra ce v rea lnem c ase - býhem T se snımajı vstupnı signa ly, prova dı se vypoc ty a s minima lnı prodlevou se obsluhujı vystupy. siroky sortiment jednotek styku s prostredım ( V/V karty, moduly ) komunikac nıkana ly a komunikac nısluzby (zac lenýnıdo distribuovaneho rıdicıho systemu) multiprocesorovy system - system rıdicıho poc ıtac e je c asto osazen nýkolika mikroprocesory, výtsina V/V karet obsahuje vlastnı mikroradic e. prioritnı prerusovacı system - usnadnuje obsluhu perifernıch zarızenı, setrıc as µP. elektromagneticka kompatibilita (EMC) - system musı byt odolny vuc i elektromagnetickym polım, sa m nesmı byt zdrojem rusenı.
• odolnost vuc i ztızenym provoznım podmınka m Podle mechanicke konstrukce se rıdicı poc ıtac e dýlı na modulove a kompaktnı. V poslednı dobý jsou R P c asto konstruova ny jako jednodeskove, ktere jsou dıky svemu miniaturnımu provedenı ( velikost diskety ) urc eny k zabudova nı do prumyslovych termina lu.
Struktura rıdicıho pocıtace Monitor Operacnı pameů
Uz ivatelska pameů
RAM
RAM
CPU
Komunikacnı rozhranı
Sıů ovž karty LAN
Vstupy
Graficka karta
Vystupy
HD FD
Radic HD, FD
C ıtace
sž riova , paralelnı komunikace
Prıdavna pameů
RAM-disk EEPROM-disk
Rozhranı sekunda rnısbernice
Dalsıperifernızarızenı
Obr. 14 Struktura rıdicıho pocıtace strana 16
C ıslicoverızenı procesu
VOS a SPS Kutna Hora
R ıdicı poc ıtac e jsou IBM PC kompatibilnı, a proto se jejich za kladnı HW struktura od PC prılis nelisı. Modulovy rıdicı poc ıtac je vestavýn do “vanyÉ s napa jecım zdrojem a prıslusnymi sbýrnicemi. Sestavu vytva rı uzivatel z funkc nıch modulu nabızenych vyrobcem IC. Za kladem je CPU vhodneho vykonu prova dýjıcı aritmeticke a logicke operace. Operac nı pamý’ slouzı k ulozenı vstupnıch dat a vysledku vypoc tu, v uzivatelskepamýti je obvykle ulozen kod instrukcıprogramu. K jednotka m nejmený odolnym vuc i zhorsenym provoznım podmınka m patrı diskovepamýti (HD a FD). V prıpadech, kdy je to s ohledem na pozadovanou kapacitu pamýti mozne, nahrazujı se elektronickymi pamý’mi (RAM disk, EEPROM disk). Za sadnı odlisnost mezi PC a IC je vsak ve I/O jednotka ch umoznujıcıch pripojenı rızenetechnologie. Vyrobci nabızejı sirokou ska lu I/O jednotek pracujıcıch s bina rnımi, c i analogovymi signa ly. Velmi dulezitou c a stı dnesnıch IC jsou komunikac nı obvody slouzıcı k prenosu dat mezi rıdicımi systemy ve vertika lnı i v horizonta lnılinii prostrednictvım prumyslovych sbýrnic. Funkce, ktere musı IC v rea lnem c ase vykonat jsou výtsinou natolik slozite, ze býzny system osazeny pouze jednım procesorem by je býhem periody vzorkova nı obtızný zvla dl. Vznikly tedy tzv. multiprocesorove systemy osazene nýkolika procesorovymi jednotkami. Samostatnymi CPU jsou napr. u c ıslicový rızenych obra býcıch stroju rızeny interpola tory pohybu na stroje, regula tory pohonu, vyhodnocovacı obvody snımac u polohy atd. Spojenırı dicı ho pocı tace s technologicky m procesem R ıdicı poc ıtac (IC) prostrednictvım svych vstupnıch obvodu nac ıta stavove promýnne rızeneho procesu, pomocı vystupnıch obvodu ovla da podle vhodneho algoritmu akc nıc leny regulovanych soustav.
Obr. 15 Spojenırı dicıho pocıtace s technologicky m procesem Vstupnıjednotky styku s prostredı m Vstupnısigna ly Nejc astýjsımi signa ly priva dýnymi z technologickeho procesu do vstupnıch jednotek styku s prostredım jsou: • analogovy signa l • dvouhodnotovy signa l • frekvenc ný modulovany impulzovy signa l • c ıslicovy signa l Analogovy signa l Poda va nejdokonalejsı informaci o prubýhu mýrene fyzika lnı velic iny. Signa l je mýren pomocı vhodneho snımac e, prevodnıkem upraven na elektrickenapýtınebo proud a ve vstupnı jednotce se vzorkuje a preva dı na digita lnıpodobu. y (t)
t
y (kT )
T
2T
3T
4T
5T
6 T .........
nT
t
Obr. 16 Analogovy signa l
strana 17
C ıslicoverızenı procesu
VOS a SPS Kutna Hora
Dvouhodnotovy signa l Nese informaci v sırce jednoho bitu o sledovanevelic iný. Signa l je zıska n pomocı nespojiteho snımac e (snımac e polohy, hladiny, bimetalovesnımac e teploty atd.) a provede se (pokud je treba) prevod napý’oveórovný, galvanickeoddýlenı a filtrova nı rusivych vlivu. Signa ly jsou sdruzeny do slov (obvykle 16 bitu) a preneseny do CPU. FrekvencnČ modulovany impulzovy signa l
Obr. 17 Dvouhodnotovy a frekvencnČ modulovany signa l Informaci o snımanefyzika lnı velic iný nese frekvence impulzu priva dýnych do vstupnıch obvodu IPS. Zdrojem signa lu je naprıklad turbınkovy prutokomýr, impulznı elektromýr, inkrementa lnı impulznı fotoelektricky snımac polohy (encoder). Souc a stı vstupnıch vyhodnocovacıch obvodu je c ıtac , poc ıtajıcı vstupnı pulzy. Jeho stav je v urc itych c asovych okamzicıch prena sen do CPU, kde je zpracova n. Cı slicovy signa l Zdrojem c ıslicoveho signa lu jsou inteligentnı snımac e, kterejsou osazeneA/D prevodnıkem a poskytujıinformaci prımo v c ıslicove formý (nejc astýji bina rnı kod). Snımac e c asto preda vajı data po seriove komunikac nı lince - jako vstupnı obvody pak slouzıjednotka pro seriovou komunikaci. Analogova vstupnıjednotka styku s prostredım
Obr. 18 Blokove sche ma AVS Analogova jednotka je urc ena ke zpracova nıspojitych vstupnıch signa lu, nesoucıch informaci o rızenem procesu. Jednotka muze pracovat ve trech za kladnıch rezimech: a) Programovy rez im CPU urc uje technologickou adresu signa lu, ktery bude vzorkova n, digitalizova n a prenesen do operac nı pamýti rıdicıho poc ıtac e. Jednotka je obsluhova na programový, princip c innosti je zrejmy z Obr. 18. b) Cyklicky rez im s prerusenı m
strana 18
C ıslicoverızenı procesu
VOS a SPS Kutna Hora
Vstupnı signa ly pripojenena vstupnı svorkovnici jsou po inicializaci jednotky zpracova va ny postupný (od nejnizsı po nejvyssı technologickou adresu). Po zpracova nı poslednıho signa lu se c innost prerusı a c eka na dalsıinicializaci. Data se prena sı do operac nı pamýti v rezimu prerusenı. b) Cyklicky rez im neprerusovany AVS v tomto rezimu zpracova va signa ly od okamziku inicializace v nekonec nem cyklu. Data jsou do operac nı pamýti prena sena kana lem prımeho prıstupu do pamýti - DMA.
Vy stupnıjednotky styku s prostredı m Vy stupnısigna ly Viz uc ebnice AUT 4. roc nık PROGRAMOVE VYBAVENIR IDICICH POC ITAC U V souc asne dobý se prostredky automatizac nı techniky dıky spolehlivýjsım a vykonnýjsım poc ıtac um sta le vıce posouvajı do oblasti software. Operacnısyste m Za kladnım programovym vybavenım kazdeho rıdicıho poc ıtac e je operac nı system, rıdıcı vsechny c innosti poc ıtac e. U dnesnıch poc ıtac u se setka va me z 90% (i vıce) se systemy firmy Microsoft, ktere se (nýkdy k nelibosti nýkterych uzivatelu) sta vajı celosvýtovym standardem. Jedna se o systemy: MS - DOS WINDOWS 95, 98, NT Operac nı system rıdicıho poc ıtac e, ktery je vyuzit k prımemu rızenı procesu musı umoznovat pra ci v “rea lnem c aseÉ. Pri pra ci v rea lnem c ase majısystemy Microsoft (MS-DOS urc itý), vyhodnýjsı jsou pak jinesystemy, napr.: OS/2 UNIX FENIX atd. Programy pro vy voj aplikacı Jedna se o vyvojova prostredı, ktera umoznujı vytva ret aplikac nı programy pro rıdicı poc ıtac e, PLC a dalsı technicke prostredky. Programy se tvorı nejc astýji objektovym programova nım, vyuzıvajı se jiz predem pripravenebloky, kterym se definujıparametry. Komunikacnıa linkovacıprogramy Majı za ókol zajistit komunikaci a propojenı mezi c leny distribuovaneho rıdicıho systemu. Dispecerske a monitorovacıprogramy SCADA/HMI Jsou graficke, uzivatelsky orientovane programy, umoznujıcı tvorbu opera torskych a dispec erskych pracovis’ s moznostı monitorova nı, kontroly chodu a rızenı TP. Jsou preva zný urc eny pro PC s operac nımi systemy Windows NT /95, MS-DOS, OS/2. Servisnıa diagnosticke programy Standardnıuzivatelske programy
INTELIGENTNIMODULY PRO DISTRIBUOVANE R IZENI Slouzı pro pripojenı c idel a akc nıch c lenu k rıdıcımu nebo osobnımu poc ıtac i. Propojenı modulu se uskutec nuje pomocı prumyslove seriove komunikac nı linky (nec astýji RS-485). Vlastnosti, principy a pouzitı si vysvýtlıme na modulech ADAM rady 4000 firmy Advantech.
strana 19
C ıslicoverızenı procesu
VOS a SPS Kutna Hora
Moduly ADAM 4000. Uskutec nujı ópravu signa lu ze snımac u, galvanicke oddýlenı, A/D nebo D/A prevod, kalibrac nı prepoc ty, vyhodnocova nı meznıch hodnot a da lkovou komunikaci. Jsou urc eny hlavný pro vytva renı prostorový rozlehlych sıtı prumysloveho mýrenı a rızenı v energetice, tepla renstvı, pri rızenı skladu, v zabezpec ovacıch zarızenıch atd. Jednotlivemoduly, ktererealizujı analogovea digita lnı vstupy a vystupy jsou propojeny dvojicı vodic u sbýrnice RS485. Jeden segment sbýrnice muze mıt max. delku 1200 m a muze v ným byt zapojeno az 16 modulu ADAM. Segmenty sbýrnice se dajı propojovat pomocı opakovac u az do maxima lnıho poc tu 256 modulu a do vzda lenosti nýkolika kilometru. Pokud nenı rıdıcı poc ıtac vybaven komunikac nım portem RS-485, je na konci sıtý (na straný PC) zarazen modul prevodnıku RS-232/ RS-485, ktery umoznı rızenı celesıtý ze standardnıho COM portu osobnıho poc ıtac e opac ny konec sıtý je osetren zakonc ovacıimpedancı120Ω. Po sbýrnici RS-485 prijımajı moduly ovla dacıa nastavovacıpovely a preda vajı nastavena data. V datovesıti ma kazdy modul vlastnı adresu, ktera je programový nastavitelna a je ulozena spolu s dalsımi parametry urc ujıcımi konfiguraci modulu v pamýti EEPROM. Prenos dat se uskutec nuje pomocı jednoducheho protokolu pouzıvajıcıho vyhradný znakoveretýzce (asi 25 prıkazu). Moduly ADAM lze ovla dat z býznych vizualizac nıch programu ( GENESIS, Control Panel). Nejpouzıvanýjsı moduly: ADAM 4011-mýrenınapýtı termoc la nku ADAM 4012-obecny AD prevodnık ADAM 4013-mýrenıodporovymi teplomýry typu Pt, Ni ADAM 4021-analogovy vystup ADAM 4050-digita lnıvstupy a vystupy atd...... Prı klad sı ó ove ho zapojenımodulu ADAM Prevodnık RS-232 / RS-485 4520 RS-232 Opakovac PC
4510
RS-485
4011
4012
4050
4050
4013
4011
4021
4050
4060
4060
Segment A
Opakovac 4510 Segment B
Obr. 19 Prı klad propojenımodul` ADAM strana 20
C ıslicoverızenı procesu
VOS a SPS Kutna Hora
Prı klad aplikace s modulem 4011 (termocla nkovy modul) Modul je pouzit jako jednoduchy dvoupolohovy regula tor teploty s da lkovym monitorova nım. Ke spına nı topenı je pouzit vystup dolnıho alarmu LL, takze cely regulac nı pochod probıha zcela neza visle na komunikaci modulu po sbýrnici RS-485. Komunikace je zde vyuzita pouze pro da lkovemonitorova nıteploty nebo stavu regula toru. MUX multiplexer S/H vzorkovac A/D analogove - digita lnı prevodnık D/A digita lne - analogovy prevodnık FIFO vyrovna vacıpameů
Izotermicka svorkovnice Termocla nek ADAM 4011 Topenı
LL
R
RS-485
Relž
220V/50Hz
napa jenı + 10 - 30V -
Obr. 20 Dvoupolohova regulace s termocla nkovy m modulem
ZA SUVNE MůR ICIDESKY DO PC. R ıdicı poc ıtac je, v prıpadý mensıch na roku na spolehlivost a odolnost vuc i ztızenym provoznım podmınka m, mozne vystavýt z persona lnıho poc ıtac e. PC je treba doplnit V/V jednotkami styku s prostredım, ktere jsou realizova ny za suvnymi deskami (Lab Carts). Desky, pripojene na sbýrnici ISA nebo PCI, prıpadný PCMCIA (notebooky), umoznujı mýrit bina rnı i analogove vstupnı signa ly a po zpracova nı v CPU obsluhovat odpovıdajıcı akc nı c leny. Jednım z nejzna mýjsım vyrobcu ZMD je firma Advantech. Blokove sche ma univerza lnıZMD
Obr. 21 Blokove sche ma obecne ZMD Jednotka umoznuje zpracova nı analogovych i bina rnıch vstupu, obsahuje obvody c asovac u a rychlych c ıtac u a vystupnı obvody generujıcı analogovea bina rnısigna ly.
strana 21
C ıslicoverızenı procesu
VOS a SPS Kutna Hora
Analogovevstupy ZMD jsou nejc astýji pripojeny prımo na vstupy multiplexeru. Pri vıcekana lovem mýrenı jsou vstupy vzorkova ny jeden po druhem (sekvenc ný). Hodnota odebraneho vzorku je po dobu prevodu A/D prevodnıku ulozena v analogovepamýti vzorkovac e (S/H). Doba zpozdýnımezi kana ly je da na dobou prevodu pouziteho A/D prevodnıku. V c asový na roc nýjsıch aplikacıch muze sekvenc nı odbýr vzorku zpusobit nezanedbatelnou chybu. Vzorky je pak nutne odebırat souc asný (simulta nný). Vstupnı obvod takoveZMD je na obr. 22. 1
S/H
2
S/H
3
S/H
4
S/H
M U X
A/D
Obr. 22 Vstupnıobvod ZMD se simulta nnı m odbČrem vzorku Vzorkovacıfrekvence. Namýrenevzorky jsou ukla da ny prımo do pamýti PC, ZMD obsahuje pouze vyrovna vacı pamý’ s omezenou kapacitou jednotek az stovek vzorku. Rychlost prenosu (velikost vzorkovacı frekvence) je omezena vlastnostmi sbýrnice PC. Pri pouzitı sbýrnice ISA musı ZMD obsahovat pro velke prenosove rychlosti vyrovna vacı pamý’ dat s dostatec nou kapacitou.
Prumyslove komunikac nısystemy Prenos dat je dnes jednou z nejdulezitýjsıch funkcı poc ıtac ovych systemu. Zvla stnı vyznam ma pri distribuovanem mýrenı a rızenı, kde CPU musı mıt pro zabezpec enı svych funkcı neusta ly prısun aktua lnıch informacı a vysledky vypoc tu musıbyt vc as dopraveny na mısto urc enı. Pozadavky na prenosove prostredky jsou urc eny vzda lenostı, na kterou je treba data prena set. Pro prenos na male vzda lenosti (napr. uvnitr rıdicıho systemu) nenı treba dalsı prostredky vytva ret - komunikace je zajistýna systemem poc ıtac e. Pro prenos na strednı a velkevzda lenosti (ra dový desıtky m a vıce) musı technickeprostredky zajistit navıc zabezpec enı dat pred znehodnocenım. V systemech prumyslove komunikace se nejc astýji pouzıva seriovy prenos dat v sıtıch sbýrnicoveho nebo kruhoveho typu.
Kruhova topologie (RING) MASTER
SLAVE 1
SLAVE 2
SLAVE 3
SLAVE n
Sbernicova topologie (BUS) MASTER 1
MASTER 2
MASTER k Z
Z SLAVE 1
SLAVE 2
SLAVE 3
SLAVE n
Obr. 23 Nejpouz ıvanČjsıtopologie prumyslovy ch komunikacnı ch syste mu (master - rı dicıjednotka, slave - podrızena jednotka, Z - zakoncovacıimpedance)
strana 22
C ıslicoverızenı procesu
VOS a SPS Kutna Hora
REFERENC NIMODEL OSI (OPEN SYSTEM INTERCONECTION) Ukolem modelu OSI, vytvoreneho mezina rodnı organizacı pro standardizaci, je definovat vlastnosti komunikac nıho systemu. Problem prenosu dat rozdýluje na sedm dılc ıch, lepe resitelnych problemu - tzv. vrstev. Kazda vrstva definuje mnozinu sı’ovych sluzeb, ktereposkytuje vrstvý vyssı. 7. Aplikac nıvrstva 6. Prezentac nı vrstva 5. Relac nı vrstva 4. Transportnı vrstva 3. Sı’ova vrstva 2. Spojovacı vrstva 1. Fyzicka vrstva
1) Fyzicka vrstva
zahrnuje elektrickea mechanickerozhranı mezi zarızenımi, komunikac nı medium, napý’ovekodova nı, modulaci atd.
2) Spojovacıvrstva
vztahuje se k prenosu dat po fyzickelince. Definuje adresaci óc astnıku komunikace, sı’ovou topologii, zpusob prıstupu na sbýrnici, zajis’uje kontrolu prenosu, detekci chyb atd.
3) Sı’ova vrstva
zajis’uje spojenı pri spolupra ci vıce sıtı.
4) Transportnıvrstva
zajis’uje spojenı mezi protokoly aplikac nıch vrstev a protokoly nizsıch vrstev. Podle pozadavku navazuje spojenı, rozdýluje prena sena data do paketu a z prijatych paketu vytva rı puvodnı data.
5) Relac nıvrstva
vytva rı, rıdı a ukonc uje spojenı (relace) mezi aplikacemi. Relace se skla da z dialogu mezi dvýma a vıce systemy.
6) Prezentac nıvrstva
zajis’uje prevody kodu, kompresi a dekompresi dat i jejich utajova nı.
7) Aplikac nıvrstva
sesta va z programu vyuzıvajıcıch sı’ove sluzby, neposkytuje sluzby dalsım vrstva m, nybrz uzivateli.
Data se po sıti prena sı pomocı tzv. telegramu. Jedna se o datove segmenty, ke kterym si jednotlive vrstvy prida vajı vlastnı informace. C ım vyssı vrstvy mezi sebou komunikujı, tım výtsı je celkovemnozstvı prena senych dat pri zachova nı stejneinformac nıhodnoty. V automatizac nıa rıdıcı technice jsou nejdulezitýjsımi vrstvami: • vrstva fyzicka • vrstva spojovacı • vrstva aplikac nı
Fyzicka vrstva Prenosove me dium a) metalickevodic e -
koaxia lnıkabel (rusenı elektromagnetickym polem potlac eno stınýnım, nizsı prenosova rychlost) krouceny (twisted) pa r (rusenı elektromagnetickym polem potlac eno odec tenım napýtı indukovanych do obou vodic u se stejnou fa zı, vyssı prenosova rychlost, snadna instalace). StınČny krouceny pa r (v praxi nejpouzıvanýjsı typ metalickeho vedenı). Charakteristickymi vlastnostmi, kterepopisujı metalickevodic e je vlnova impedance, mýrny ótlum a mýrna kapacita. b) Optickevla kno -
vyhodou je vysoka odolnost vuc i elektromagnetickemu rusenı a galvanickeoddýlenı. Nevyhodou je cena, mensı mechanicka odolnost a obtıznýjsımonta z.
Komunikacnırozhranı(mezi fyzickou a spojovacıvrstvou) Jeho ókolem je zajistit kodova nıdat na sbýrnici.
strana 23
C ıslicoverızenı procesu
VOS a SPS Kutna Hora
Nejzna m„jsıtypy rozhranı RS-232C zajis’uje spojenı dvou óc astnıku typu Peer to Peer. Napý’ovekodova nı:
“0É: “1É:
maxima lnı delka spoje: maxima lnı komunikac nı rychlost typicka komunikac nırychlost
3 ÷ 15V -3 ÷ -15V 15m 115 kbit/sec 19,2 kbit/sec
RS - 422, RS - 485 Nejc astýji topologie typu BUS maxima lnı komunikac nı rychlost: priblizný o 1 ra d vyssı nez RS-232C maxima lnı delka spoje: 1200 m
Spojovacıvrstva Zajis’uje adresaci óc astnıku komunikace, prıstup na sbýrnici (pridýlenı komunikac nıho kana lu), prova dı detekci a opravu chyb. Prıstup na sbČrnici a) c asovy multiplex postupnepravidelnepridýlova nı komunikac nıho kana lu jednotlivym zarızenım. b) Na hodny prıstup zarızenıpristupujı na sbýrnici na hodný s na slednou detekcıprıpadne kolize (napr. stochastickesıtý typu CAN). c) Central. Prıstup na sıti existuje jedno zarızenı typu MASTER, ktereudılıpra va prıstupu ostatnım zarızenım, kterejsou typu SLAVE. d) Token passing pri prıstupu token passing si stanice prepojeneke sbýrnici, kteremohou mıt rıdicı funkci, postupný preda vajıpovýrenı (token) v logickem kruhu. Detekce a oprava chyb K detekci chyb vzniklych na trase se nejc astýji pouzıva paritnı bit (suda , licha parita) v kombinaci s kontrolnım souc tem. Zabezpecenıprenosu paritou. K prena senym datum se ve vysılacım systemu prida tzv. paritnı bit, ktery doplnuje data prena seneho bloku na sudy (suda parita), prıpadný lichy (licha parita)poc et jednic ek. V prijımacım systemu se parita kontroluje. Prıklad: Licha parita 1
1
0
1
Paritnıbit 0 Paritnıbit
1
0
0
1
0
0
1
1
0
DATA 1
1
1
0 DATA
Kontrolnısoucet Vysılacı system provede souc et vsech znaku zpra vy a vysledek souc tu prida k datum. V mıstý prıjmu se znovu sec tou prijateznaky a vysledky se porovnajı
PRU MYSLOVE SBůRNICE V souc asne dobý existuje velke mnozstvı prumyslovych komunikac nıch sbýrnic, ktere se navza jem lisı topologiı, zpusobem prıstupu na sı’, protokolem prena senych dat, osetrenım chyb, atd. Sbýrnice se dýlı na uzavrenea otevrene. Uzavrene sbČrnice Slouzı pro komunikaci zarızenıjednoho vyrobce, protokol se nezverejnuje. Prıkladem je DH-485, RIO, DH+ firmy Allen Bradley. strana 24
C ıslicoverızenı procesu
VOS a SPS Kutna Hora
Otevrene sbČrnice Protokol umoznuje pripojenı zarızenı ruznych vyrobcu, jejichz systemy majı shodný definovanou komunikaci. Prıkladem je Profibus, Interbus, FIP, CAN atd.
Volba typu pru myslove sb„rnice Pri vybýru komunikac nı sbýrnice (ma me-li tu moznost) je rozhodujıcı, zda dany system bude pouzit k prımemu rızenı dynamickeho procesu, nebo na vyssı órovni jako nadrazeny system slouzıcı napr. pro vizualizaci procesu. SbČrnice pro prı me rızenıdynamicky ch procesu Musı umoznit pravidelny prıstup ke vsem funkc nım jednotka m komunikac nıho systemu. Vlastnosti sbýrnice: - chyba musıbyt detekova na a v prıpadý, ze nastane, data se ignorujı, nespra vny odbýr nelze opakovat -delka datoveho segmentu (telegramu) musı byt ve vsech prıpadech stejna a obvykle velmi kra tka , aby doba mezi opakovanymi prıstupy k jednotlivym funkc nım jednotka m odpovıdala dynamice rızeneho procesu. Prumyslovesbýrnice s prenosovym protokolem vyhovujıcım týmto podmınka m se obvykle oznac ujı jako Sensor-Actor Bus. Jejich nevyhodou je zejmena komplikovany prenos delsıch datovych souboru, ktere je nutne segmentovat (napr. pri programova nı inteligentnıho senzoru), a nızky stupen vyuzitı prenosovecesty (u kra tkych datovych segmentu je podıl informac nıch znaku v telegramu maly, navıc se musı v mnoha prıpadech prena set i segmenty s nulovym Informac nım obsahem). SbČrnice pro komunikaci s nadrazeny mi syste my Pro rızenı na vyssı órovni, kdy rıdicı jednotka komunikuje vesmýs s podrızenymi subsystemy a nezóc astnı se prımo regulace dynamickeho dýje, jsou pozadavky na komunikac nı protokol odlisne. Nenı zde pozadova n pravidelny (c asový ekvidistantnı) prıstup ke vsem funkc nım jednotka m, ale naproti tomu je pozadova no co nejefektivnýjsıvyuzitıprenosovecesty vzhledem k výtsımu objemu prena senych dat. Je tedy nutnezajistit:
opakova nı prenosu poskozeneho datoveho segmentu, aby v prıpadý prenosu nedoslo ke ztra tý prena senych dat; promýnnou delku datovych segmentu (v prıpadý potreby) ; rychlou detekci za dosti o prerusenı od kterekoliv funkc nı jednotky.
chyby pri
Pochopitelný za dna prumyslova sbýrnice nemuze optima lný vyhovýt obýma vyse uvedenym pozadavkum souc asný. Existujı prumyslovesbýrnice, u nichz je komunikac nı protokol a nýkdy i topologie navrzena tak, aby byly optima lný splnýny pozadavky nutne pri prıme regulace dynamickeho dýje (napr. Interbus-S, Profibus DP), jine jsou naopak optimalizova ny pro komunikace s podrızenyma subsystemy (napr. Profibus FMS). Výtsinou se vsak jedna o jisty kompromis umoznujıcı s urc itym omezenım oba rezimy c innosti. Souc asný byly v poslednıch letech vyvinuty, a to zejmena pro jednoducheaplikace a subsystemy, sbýrnice (napr. ASInterface, Profibus PA) nebo proudovesmyc ky (napr. Interbus-Loop), u kterych se pro prenos dat i pro napa jenı c idla nebo akc nıho c lenu pouzıvajı jedny a tytez spolec nevodic e. Tato kombinace s sebou sice prina sı znac nezjednodusenı kabela ze, rychlost prenosu dat je ale pomýrný mala .
Profibus Pod oznac enım Profibus jsou v Evropskeunii (EN 50170) normalizova ny tri prumyslovesbýrnice. Puvodnı Profibus je nynı oznac ova n Profibus-FMS (Fieldbus Message Specification) a je urc en zejmena pro na roc neaplikace, predevsım pro komunikaci rıdicıho systemu s podrızenymi subsystemy. Maxima lnı delka sbýrnice je 1,2 km (4,8 km pri pouzitı opakovac u), prenosova rychlost je maxima lný 500 kb/s. Jako prenosove medium je pouzit krouceny dvoudra t se stınýnım, pric emz vsechny stanice jsou galvanicky oddýlene. Pro optima lnı vyuzitı prenosoveho kana lu pouzıva Profibus-FMS trı typu datovych segmentu (telegramu) - rıdicı ra mec, datovy ra mec pevny a datovy ra mec promýnny. Prıstupova metoda sıtý muze byt token passing, master-slave nebo hybridnı. Pra vý, slozitost a vysoka cena resenı byly prıc inou toho, proc pro aplikace na órovni regulace a automatizace jednoduchych procesu byla vyvinuta a normalizova na jednodussı verze pod na zvem Profibus-DP (Decentra/e Periferie). Ta vyuzıva opýt stınýne sbýrnice RS-485 s galvanickym oddýlenım jednotlivych stanic, ale predpokla da výtsı maxima lnı prenosovou rychlost. Je urc ena pro óroven senzor- akc nı c len a ma definovanou dobu prıstupu rıdicı stanice k jednotlivym podrızenym stanicım.
strana 25
C ıslicoverızenı procesu
VOS a SPS Kutna Hora
Dalsı modifikace s na zvem Profibus-PA je urc ena pro jednoduche aplikace nebo subsystemy. Pouzıva tez dvoudra tovou sbýrnici, ta se vsak v tomto prıpadý pouzıva nejen pro prenos dat, ale i pro napa jeni c idel nebo akc nıch c lenu s malym prıkonem.
Interbus-S Interbus-S patrı mezi nejrozsırenýjsı sbýrnice pouzıvanepro prenos dat a zpra v na órovni senzor- akc nı c len. Na rozdıl od ostatnıch uvedenych prumyslovych sbýrnic ma kruhovou topologii s moznostıvýtvenı. Celym systemem je vedena hlavnı pa ter, od ktere odboc ujı loka lnı (kra tke) nebo rozsa hle(dlouhe) boc nı výtve. Pripojenı týchto výtvı (jejich aktivaci) umoznujı prepınac e. Sbýrnice RS485 tedy procha zı vsemi aktivnımi stanicemi. Zpusob rızenı je centra lnı (master.-slave) a system muze obsahovat az 256 stanic. Vyhodou tohoto uspora da nı je jednoducha diagnostika provozuschopnosti systemu kterou prova dı prubýzný rıdicı stanice. Z hlediska poruch jednotlivych stanic nenı kruhova struktura prılis vyhodna , protoze porucha jedne stanice (jejıho komunikac nıho rozhranı) muze vyradit cely system. V prıpadý takoveto poruchy rıdicı stanice identifikuje vadnou stanici, kterou je nutnepreklenout, popr. vymýnit.
CAN Prumyslova sbýrnice CAN (Controler Area Network) byla puvodný vyvinuta pro pouzitı v automobilech a jinych mobilnıch prostredcıch s cılem nahradit c ım da l slozitýjsı klasickou kabela z sıtovym propojenım senzoru a akc nıch c lenu. V poslednıch letech je sta le c astýji pouzıva na i v oblasti prumysloveautomatizace. Je tomu tak zejmena z na sledujıcıch duvodu: • jednoduchost komunikac nıho protokolu s objektový orientovanym prenosem informacı • jedinec ne vlastnosti a velky vykon zvla stý v prıpadý c asový kritickych aplikacı (velmi kra tka latentnı doba pro prioritnı zpra vy. kra tkedelky datovych segmentu umoznujıcı rychlereakce • dostupnost levnych specia lnıch komunikac nıch procesoru od firem Bosch, Intel, Phllips a dalsıch • mezina rodnıstandardizace • jednoducha implementace pro distribuovaneaplikace • dostupnost vykonnych a pritom pomýrný levnych vyvojovych a testovacıch prostredku Na za kladý prumyslovesbýrnice CAN vznikly i dalsı prumyslovesystemy vyuzıvajıcı shodnou definici vrstvy 1 a 2, ale lisıcı se protokolem aplikac nı vrstvy 7. Jedna se predevsım o system DeviceNet rozsıreny zejmena v USA a system SDS (Small Distributed Systems) firmy HoneyweI. ktery ale muze vyuzıvat i jinetypy fyzickevrstvy (RS-485, opticke vla kno). VIZUALIZACE A MONITOROVA NIPROCESU Slouzı k monitorova nı rızenetechnologie a ovla da nı distribuovanych rıdicıch systemu z jednoho pracovistý. Umoznujı prıstup k datum z procesu a zada va nı rıdicıch povelu. Dýlı se na: 1) Panely opera tora 2) Vizualizac nıa dispec erskeSW (SCADA / HMI) Panely opera tora Tvorı rozhranı c lovýk - stroj, prıpadný c lovýk - TP. S rıdicımi systemy komunikujı obvykle pomocı prumyslovych sbýrnic. Dýlıse na: a) Alfanumerickepanely b) Textovepanely opera tora c) Grafickepanely opera tora strana 26
C ıslicoverızenı procesu
VOS a SPS Kutna Hora
Alfanumericke panely Tvorı jednosmýrnerozhranımezi c lovýkem a strojem - umoznujı informace pouze sledovat, nikoli zada vat pokyny. Jsou tvoreny displejem, umoznujıcım sledovat stavove velic iny procesu, sdýlovat obsluze dulezite informace o stavu stroje, poruchova hla senı a provoznı pokyny. Jednotlive typy se lisı technologiı displeje (LED, fluorescenc nı, LCD), poc tem ra dku, kapacitou pamýti a komunikac nım rozhranım. Zpra vy je treba naprogramovat prımo v panelu pomocı externı kla vesnice nebo vhodnym SW v rezimu off - line na PC a ulozit v pamýti panelu (EEPROM). Textove termina ly Jsou tvoreny displejem s kla vesnicı a umoznujı zobrazovat textove zpra vy z TP a nastavovat data v rıdıcım systemu. Princip je obdobny jako u alfanumerickych panelu. Graficke termina ly Umoznujı na svem displeji definovat nýkolik technologickych snımku (obrazovek), tvorenych textovymi i grafickymi objekty. Objekty jsou inicializova ny uda lostmi TP, prıpadný stavem rıdicıho systemu nebo komunikac nı linky. Graficketermina ly jsou tvoreny displejem s norma lnı LCD nebo dotykovou (Touch screen) obrazovkou. Kla vesnice ma výtsinou sadu funkc nıch kla ves, numerickea kurzorovekla vesy, Enter a Back Space. Termina ly se programujı pomocı specia lnıho grafickeho SW na PC. Vytvoreneprogramy jsou kompila torem prelozeny a pomocı vhodneho ovladac e se prenesou do pamýti panelu (RAM, EEPROM).
VizualizacnıSW Jsou graficke, uzivatelsky orientovane programy, umoznujıcı tvorbu opera torskych a dispec erskych pracovis’ s moznostı monitorova nı, kontroly chodu a rızenı TP. Jsou preva zný urc eny pro PC s operac nımi systemy Windows NT /95, MS-DOS, OS/2. Za kladnıslozky vizualizac nıho SW: a) Editor aplikacı b) RunTime prostredı c) Ovladac e
Vizualizac nı SW Editor aplikacı
Prekladac
Rozhranı PC
RS 1
Ovladac 1 Run Time prostredı
Ovladac 2 . . Ovladac n
RS 2
TP
RS n
Obr. 24 Sloz ky vizualizacnı ho SW Editor aplikacı Je vyvojoveprostredı pro tvorbu technologickych snımku. Muze byt graficke(nejc astýji), textovenebo kombinovane. Na stroje editoru aplikacı: • prıstroje tlac ıtka, prepınac e, indika tory, ruc kovenebo digita lnımýrıcıprıstroje, texty, potenciometry, osciloskopy, zapisovac e atd. • alarmy hla senı meznıch stavu sledovanych signa lu textovymi okny, grafickymi symboly, zvukem (soubory typu *. Waw). • trendy prubýhy souc asnych i historickych fyzika lnıch velic in. Ukla dajı se do databa zovych forma tu. • protokoly - system generuje ve vazbý na definovaneuda losti textovezpra vy • receptury - system umoznuje archivovat sady dat (napr. parametry smýsı, rozmýry vyrobku). Opera tor ma moznost recepturu vybrat a poslat napr. do PLC - rychla zmýna parametru vyroby.
strana 27
C ıslicoverızenı procesu
VOS a SPS Kutna Hora
RunTime prostredı Je ja drem vizualizac nıho SW zpracova vajıcıv rea lnem c ase data z TP podle parametru nastavenych v editoru aplikacı. Ovladace Transformujı data z rıdicıch prostredku (PLC, IPC, ZMD, ....) do podoby srozumitelne RunTime prostredı vizualizac nıho SW. REGULA TORY SPOTR EBY Proc regulovat spotrebu? Velke energeticke zdroje (tepelne a jaderne elektra rny) se jen obtızný reguluji, pro elektrorozvodnou si’ jsou proto neza doucı velkevykyvy ve spotrebý. R esenım je regulace na straný spotreby. Rozvodnespolec nosti se snazı motivovat sve odbýratele na pla novanem, pokud mozno plynulem a rovnomýrnem odbýru elektricke energie. Slouzı k tomu pomýrný komplikovany tarifnı system. Pro kazdeho velkoodbýratele je smluvný dohodnut prubýh spotreby v prubýhu dne, jako podklad pro dlouhodobepla nova ni doda vky. Aniz bychom zabıhali do zbytec nych detailu, popıseme pravidla pro nejrozsırenýjsı trıdu "strednıch velkoodbýratelu", po kterych je pozadova no dodrzenı rovnomýrnespotreby v "pa smu vysokeho tarifu", tj. v dobý ktera se zhruba kryje s rannı a odpoledni smýnou výtsiny provozu. Spotreba se mýre v ra mci c tvrthodinovych intervalu. Uvnitr intervalu muze mıt spotreba libovolny prubýh, celkova c inna pra ce vsak nesmı prekroc it c tvrthodinovemaximum. Za prekroc enı c tvrthodinoveho maxima je odbýratel tvrdý penalizova n. Odbýratelese proto jistı dohodnutım vyssı hodnoty technickeho maxima. Ani ta vsak nenı zadarmo - vyznamna slozka platby je totiz ómýrna hodnotý smluvný dohodnuteho technickeho maxima, jako motiv proti nasmlouva nı nerea lný vysokych hodnot. Neprımo je tak odbýratel penalizova n i za jejich nevyc erpa nı. Pro velkeodbýratele platı slozitýjsı pravidla. Rozlisujı se tri tarifnı pa sma býhem dne (nızky, vysoky a spic kovy tarif), je treba dodrzovat dennı odbýrove diagramy, prizpusobit se rezimu regulac nıch stupnu, prıpadný respektovat individua lný dohodnuta pravidla. Pokud je energetik odka za n jen na sveregulac nı za sahy, musı si ponechat pomýrný velkou rezervu a jeho odbýrnı rezim byva od optima lnıho znac ný vzda leny. Podstatný lepsı vysledky doka ze zajistit kvalitnı regula tor spotreby ("regula tor c tvrthodinoveho maxima"). Ten na nezbytný nutnou dobu a podle zvolenych pravidel automaticky odpojuje spotrebic e nebo omezuje jejich spotrebu, v krajnım prıpadý za da o ruc nı za sah. S kvalitnım regula torem lze vyznamný snızit hodnotu smluvnıho technickeho maxima a bezpec ný ji dodrzet. Financ nı óspory dosazeneregula torem spotreby byvajı prekvapivý vysoke(c asto v ra du desıtek az stovek tisıc Kc mýsıc ný), takze na vratnost investice do regula toru (a obvykle i do nutne zmýny rozvodu) byva jen nýkolik mýsıcu. Vyznamnym (a vıtanym) vedlejsım óc inkem je soubor detailnıch informacıo spotrebý, o jejım prubýhu a tak neprımo i o fungova nı a efektivnosti firmy. M„renıvy konu a pra ce Nejc astýji mýrı regula tory c innou (nýkdy navıc i jalovou) pra ci c ıta nım impulzu. z vysılacıch elektromýru. Poc et impulzu, na sobeny konstantami elektromýru (na sobıcı a dýlicı faktor) a mýricıch prevodnıku (prevody napý’ovych a proudovych transforma toru) urc uje mnozstvı elektricke pra ce (c inne nebo jalove). Prumýrnou hodnotu vykonu za sledovany c asovy ósek zıska me dýlenım spotrebovane pra ce delkou c asoveho óseku. Obvykle postac uje prumýrny vykon, mýreny za dobu desıtek sekund (typicky 10 az 40 s), vyjimec ný za kratsı interval. Nejmensı mýritelnou hodnotou okamziteho vykonu je c as mezi impulzy z elektromýru. Nýktere regula tory pouzıvajı prıme mýrenı. K prıstroji se pak pripojujı tri fa zove vodic e, nulovy vodic a vyvody z proudovych mýricıch transforma toru nebo z proudovych sond). M„renıctvrthodinove ho intervalu Pro regulaci spotreby je dulezite, aby c tvrthodinovy interval, se kterym pracuje regula tor byl stejný dlouhy, jako interval, za ktery vyhodnocuje dodavatel svec tvrthodinovemaximum, a aby byl s nım synchronnı - i za cenu, ze mýrenı dodavatele je mený presne, nez muze zajistit regula tor. Proto regula tory prijımajı "c tvrthodinovy impuls" a synchronizujı s nım svuj algoritmus. Tradic ný dodavatel odmýruje c tvrthodiny mechanickym c asovym spınac em, novýjsı elektronickeprıstroje obsahuji obvod genera toru presneho c asu, jehoz ódaj muze byt korigova n povelem da lkoveho ovla da nı po rozvodnesıti (HDO). Nýktere regula tory obsahujı vlastni c asovy obvod. Mohou tedy spolehlivý pracovat i pri vypadku impulzu od dodavatele, prıpadný mohou rozpoznat a hla sit chybu.
Typy ovla dany ch spotrebicu Pro automatickou regulaci jsou idea lnı setrvac ne spotrebic e s dlouhou c asovou konstantou na jejichz funkci a efektivnost provozu nema kra tkodobe odpojeni vyznamny vliv, ani je neposkozuje (elektricka topidla, kotle, bojlery, strana 28
C ıslicoverızenı procesu
VOS a SPS Kutna Hora
topnekabely, elektrickepece, susa rny, steriliza tory, vyvıjec e pa ry, vzduchotechnika a klimatizace, chladırny a mrazırny, c erpadla, ventila tory a kompresory, dopravnıky). C ım vyssı je pomýr regulovanych spotrebic u na celkovespotrebý, tım kvalitnýjsı a stabilnýjsı regulaci lze zajistit, tım výtsıch lze dosa hnout óspor. Pomýr by mýl byt vzdy výtsı, nez 1:3 (v krajnım prıpadý alespon nad 1:4). Je neprıpustne automaticky odpınat a opýtný zapınat pracovnı stroje (naprıklad soustruhy, frezky, pily, lisy, brusky), jera by, vytahy a jine dopravnı a manipulac nı mechanismy. Je vsak mozne je ovla dat za spoluóc asti obsluhy a pri dodrzenıbezpec nostnıch predpisu. Nýkterestroje a technologie nepripoustýjı c astezapına nı a vypına ni. U týzkych motoru je kazdy rozbýh spojen se znac nou energetickou ztra tou. Nenı tedy mozneprımo je ovla dat jednoduchym regula torem spotreby. Presto se mohou podılet na regulaci spotreby, ovsem s daleko slozitýjsımi algoritmy, ktererespektujı jejich specifika i pozadavky celku, do nýhoz jsou zac lenýny. Zpu soby ovla da nıspotreby Regula tory obvykle ovla dajı svekana ly dvoupolohový: vypnout - zapnout. Nýkterespotrebic e lze vsak ovla dat spojitý nebo ve vıce stupnıch, a to i v prıpadech kdy je prıme vypnuti neprıpustne (napr. frekvenc nı mýnic e). Obdobný lze naprıklad snızit prıkon osvýtlovacıch systemu spojitym snızenım jasu nebo vypnutım urc ite sekce. Vıcestupnovy charakter majı spotrebic e, slozene z nýkolika sekcı (elektricke pece, soustavy topidel a podlahoveho vyta pýnı, osvýtlovacısystemy, chladicı zarızenı a jejich prıkon lze stupnovitý redukovat, aniz by bylo nutneje vypınat, U regulovanych pohonu ventila toru a c erpadel lze redukovat jejich vykon snızenım ota c ek prostrednictvım frekvenc nıho mýnic e nebo regula toru pohonu (plynulou zmýnou nebo nespojitý v nýkolika stupnıch). Vykon nýkterych stroju nebo linek lze regulovat neprımo jejich odlehc enım, omezenım toku vstupnı suroviny (naprıklad u mlynu nebo drtic u toho lze dosa hnout zpomalenım nebo vypnutım pasoveho dopravnıku nebo omezenım c i zastavenım doda vky zpracova vanesuroviny), Vzdy vsak zusta va soubor spotrebic u, kterenejsou regulova ny (nelze je regulovat nebo to nenıóc elne- bezpec nostnı osvýtlenı, drobnespotrebic e v kancela rıch, roztrousenea nepravidelný pouzıvanespotrebic e, neprerusitelnespotrebic e). Tvorı pozadı spotreby ktere, ac nenı regulova no, vyznamný ovlivnuje prubýh a kvalitu regulace tım, ze do procesu vna sı prvek na hodnosti a c asovenesta losti (poruchova velic ina). Algoritmy regulace C asova nespojitost, krok regulace Proces regulace probıha v oddýlenych c asovych okamzicıch (krocıch), aby pred kazdym rozhodova nım byl c as na mýreni a na rozpozna nı óc inku predchozıho za sahu. C lenýnım do kroku se omezuje i rychle strıda nı aktivity kana lu (odpına nı a zapına ni tehoz kana lu). Interval byva ra dový desıtky sekund (typicky 30s). Kmita nı vystupu da le omezı zarazeni pa sma necitlivosti, prıpadný hystereze, do rozhodovacıho algoritmu. Hladinove algoritmy S hladinovymi algoritmy pracujı jen nejednodussı a nejlevnýjsı regula tory. Je v nich vyhodnocova na bud c inna pra ce spotrebovana od zac a tku c tvrthodinoveho intervalu nebo c inny vykon, zprumýrovany za urc ity interval. Obvykle je ovla da n jen jediny kana l se spotrebic i prıpadný jeden nebo dva kana ly pro vystrahu. Vyznamne je pevne prirazenı vystupnıch kana lu k jednotlivym órovnım (hladina m) sledovane velic iny (pra ce nebo vykonu).Na obr.2 je prıklad hladinoveho regula toru], ktery vyhodnocuje c innou pra ci ve c tvrthodinovem intervalu.
strana 29
C ıslicoverızenı procesu
VOS a SPS Kutna Hora
Obdobny algoritmus, ktery reguluje prıkon (vykonovy algoritmus) je na obr.3. Aktua lnı prumýrny vykon je mýren a poc ıta n od minuleho kroku a je porovna va n s hodnotou prumýrneho c tvrthodinoveho vykonu (c tvrthodinoveho maxima). Ve svem dusledku je ÉprısnýjsıÉ , nez ostatnı algoritmy. Za urc itych predpokladu a s vyhradami muze byt vyuzit jako "omezovac proudu".
0br. 3 Hladinovy algoritmus s vyhodnocenım vy konu Sekvencnıalgoritmy U sekvenc nıch algoritmu nenı pevneprirazenı uda lostı a vystupnıch kana lu. Opakovany vyskyt stejneuda losti (napr. prekroc enı meznı pra ce) postupný ovlivnuje dalsı kana ly. Naprıklad hladinovy algoritmus dle obr.2 bychom mohli zmýnit na sekvenc nı tak, ze pri prekroc enı prve hladiny odepneme prvy kana l a v na sledujıcıch krocıch budeme postupný odpınat druhy, tretı, atd. Na obr.4 je jako prıklad uveden prubýh kompenzac nıho algoritmu. Spoc ıva v mýrenı c innepra ce v ra mci c tvrthodinoveho intervalu. Strednıprımka popisuje idea lnıprubýh spotreby pri prıkonu, ktery
odpovıda nastavenehodnotý c tvrthodinoveho maxima. Pokud je c inna pra ce od zac a tku c tvrthodinoveho intervalu vyssı, nez odpovıda idea lnımu prubýhu (poloha nad prımkou), je prıkon snızen odpojenım spotrebic u na prvem kana le, pokud je vyssı i v dalsım kroku, je odpojen druhy kana l, ...atd. Pokud je naopak pra ce nizsı, nez odpovıda idea lnımu prubýhu, je pripojen posledný odpojeny kana l, ...atd. Patrný nejrozsırenýjsı je kompenzacnıalgoritmus s pa smem necitlivosti, ktereje vymezeno dvojicı prımek a postupný se zuzuje ke konci c tvrthodinoveho intervalu - obr.5. Proces pripojova nı a odpına nı kana lu se odehra va na hranicıch pa sma necitlivosti (na zapınacıa na odpınacı prımce). Dusledkem je lepsı stabilita, patrna z porovna nı obr.4. a 5.
strana 30
C ıslicoverızenı procesu
VOS a SPS Kutna Hora
Trendovy algoritmus 0 pripojeni nebo odpojenı vystupnıho kana lu rozhoduje nikoliv podle souc asne spotreby, ale podle jejıho trendu, tj. podle predpokla dane spotreby na konci c tvrthodiny, vypoc tene ze souc asne spotreby a souc asneho prıkonu. Existujı ruznemutace tohoto algoritmu, kterese lisı zpusobem vypoc tu prumýrneho vykonu a strategiı rozhodova nı.
DISTRIBUOVANE R IZENIBUDOV Inteligentnıbudovy Z pohledu architektonickeho se za inteligentnı povazujı budovy, zajis’ujıcı maxima lnı energetickou óspornost a zpusobujıcı minima lnıekologickou za týz pro sveokolı. V tomto smyslu se blızı pojem inteligentnıpojmu sola rnı. Z pohledu automatizac nı techniky byva pojem inteligentnızamýnova n za distribuovanČ rızeny . V tomto smyslu se nejc astýji mluvıo systemech IRC (Individual Room Control).
IRC syste my Pojmem IRC oznac ujeme distribuovany rıdıcı system, kde kazda mıstnost (naprıklad pokoj v hotelu, na interna tý, kancela r, uc ebna nebo mıstnost v obytnem domý) ma svuj rıdıcı system (óc astnickou stanici), ktery autonomný ovla da za kladnı funkce svýreneho prostoru, snıma a reguluje, podle zadaneho c asoveho programu, podle prıtomnosti nebo neprıtomnosti osob a jejich pozadavku teplotu. Snımac e prıtomnosti osob a snımac e otevrenı oken poskytujı systemu dostatek informacı i pro ovla da nı svýtla a za suvkovych okruhu a mohou byt vyuzity v centra lnım zabezpec ovacım systemu. Kazdy z pokojovych regula toru je komunikac nı linkou propojen se svym nadrazenym systemem, kteremu c a st svych informacı preda va a nýktereprijıma , v óc elnych prıpadech muze byt jeho autonomnı funkce potlac ena a rızenı obstara nadrızeny system. Pro mensı objekty postac ı dvouórovnova struktura, v nız je sıti pokojovych regula toru nadrazen pouze jeden rıdıcı system (obvykle PC). strana 31
C ıslicoverızenı procesu
VOS a SPS Kutna Hora
Pro efektivnı rızenı výtsıch budov (desıtky a stovky mıstnostı) je nutna vıceórovnova struktura rıdıcıho systemu, kde kazda sekce óc astnickych stanic je podrızena svemu podsystemu, ktery souc a stı sıtý systemu sve órovný a souc asný podrızen systemu órovný vyssı. Nadrızeny systž m
Pokojovy regula tor Pokojovy regula tor
Komunikacnı linka
Pokojovy regula tor Pokojovy regula tor Obr. 25 Dvouórovnova struktura IRC syste mu
Centra la (pocıtac PC) Komunikacnı linka
PLC
Panel opera tora
Komunikacnı modul
Komunikacnı modul
Komunikacnı modul
Pokojovy regula tor
Pokojovy regula tor
Pokojovy regula tor
Pokojovy regula tor
Pokojovy regula tor
Pokojovy regula tor
Pokojovy regula tor
Pokojovy regula tor
Pokojovy regula tor
Pokojovy regula tor
Pokojovy regula tor
Pokojovy regula tor
Obr. 26 Prı klad trıórovnove struktury IRC Pokojovy modul Pokojovy regulac nı modul zajis’uje regulaci pokojoveteploty prostoru, v nýmz je instalova n. Teplotu reguluje podle sveho tydennıho programu s ohledem na stav c idel prıtomnosti osob a stavu okennıch kontaktu. Vystup modulu muze ovla dat ruznetypy pohonu dle instalovaneho vyta pýnı, pozadavku na kvalitu regulace a poc et topidel. Za roven modul zajis’uje ovla da nı samostatneho vystupu, ktery je mozne vyuzıt pro ovla da nı osvýtlenı nebo podobnych spotrebic u
strana 32
C ıslicoverızenı procesu
VOS a SPS Kutna Hora
(za suvkoveokruhy apod.) opýt s tydennım programem. Regulac nı modul je schopen pracovat plný neza visle, ale jeho hlavnı vyuzitı je v komunikac nı sıti jako souc a st systemu. Prıkladem je pokojovy modul Tecoreg TR 111 firmy Tecont, krery je souc a stı IRC systemu TR100. Tecoreg TR111 Sž riova komunikacnı linka
Pohon ventilu
Vzda lenž cidlo teploty
Ovla da nı osvetlenı
C idlo prıtomnosti osoby Okennıkontakt Obr. 27 Pokojovy modul Tecoreg TR 111
Funkce Regulac nı modul TR111 je osazen mikroprocesorem, ktery realizuje digita lnı regulac nı PI algoritmus. Modul ma zabudovany vnitrnı zdroj rea lne ho casu, ktery je spolu s pamýtı programu a konfigurac nıch dat za lohova n lithiovou bateriı pri vypadku napa jecıho napýtı. Konfigurace a diagnostika modulu se prova dı po seriovem komunikac nım rozhranı, jehoz aktivita nema na provoz modulu za dny vliv. Regulac nı modul je vybaven óc innymi prostredky pro zabezpec enı provozu za neprıznivych podmınek okolı(rusenı, vypadky komunikace apod.). Uzivatel regulovaneho prostoru ma na modulu k dispozici dvý tlac ıtka a tri indikac nı LED diody, kteremu umoznujı jednoduse upravit teplotnı rezim mıstnosti dle momenta lnı potreby (tzv. party rezim - tj. na urc enou dobu nastavenı komfortnıteploty a prezentac nıtlac ıtko). Zmýnu teploty na komfortnı da le muze zajistit signa l z pripojeneho cidla prı tomnosti osoby, realizovaneho pasivnım infrac ervenym snımac em nebo ruc nım spınac em umıstýnym na prıstupnem mıstý. Regulac nı modul zajis’uje vyhodnocenı okennı ch kontaktu . V prıpadý, ze kterekoli ze sledovanych oken otevreme, modul uzavre pohony topenı. Pouze v prıpadý poklesu teploty pod urc enou hodnotu se aktivuje protimrazova funkce a modul otevre pohony. Tato funkce je aktivova na v kazdem rezimu modulu. C idlo pro mýrenı okamzitepokojoveteploty je umıstýno uvnitr modulu TR111, v prıpadý potreby lze pripojit vzda lene cidlo pokojove teploty TR191. Regulac nı modul je pripraven pro ovla da nı n„kolika druhu pohonu . Standardný se predpokla da servopohon pro radia torovy ventil, volitelný lze pouzıt termopohon pro radia torovy ventil, pohon ovla dany pulsný sırkovou modulacı nebo dvoupolohový rızeny pohon (tj. i relepro elektrickeprımotopnevyta pýnı). Pro paralelný zapojeneservopohony zajis’uje pravidelnou synchronizaci a probýh ventilu. Pro ovla da nı osv„tlenı nebo jinych spotrebic u je modul vybaven samostatnym vystupem s vlastnım tydennım programem.
SYSTEMY UMůLEHO VIDůNI V poslednı dobý se sta le c astýji objevujı prumyslove aplikace, ve kterych jsou nasazeny velmi slozite prumyslove snımac e. Mezi ný patrı i bezdotykovesnımac e polohy, rozmýru atd. Mezi systemy umýleho vidýnı budeme zarazovat vsechny snımac e pracujıcı na principu zpracova nı obrazu sejmuteho kamerou (zpravidla CCD). Snı macıret„zec Je tvoren kamerou, obvody pro digitalizaci a zpracova nı videosigna lu a poc ıtac em, ktery programový vyhodnocuje zıskany obraz.
strana 33
C ıslicoverızenı procesu
VOS a SPS Kutna Hora
Osvetlenı
Deska zpracova nısigna lu
Snımana scž na
CCD kamera
A/D prevodnık
Zesilovac
Pameů obrazu 256 x 256 x 8
Konverznı tabulka
Synchronizacnı obvody, rızenı pameti a funkcıdesky
Rızenı vyrobnıch mechanizmu
V/V port V/V port Sbernice PC Obr. 28 Blokove sche ma snımacıho retČzce Kamera snıma objekt, u ktereho zjis’ujeme rozmýry, tvar, polohu atd. Jedna se výtsinou o CCD kameru (c asto stac ı c ernobıla ), ktera se vyznac uje malymi rozmýry a vysokou citlivostı (lze pouzıt i pri velmi slabem osvýtlenı). Jejım vystupem je býzny videosigna l, ktery je mozno sledovat na televiznım monitoru. Svýtlocitlivym prvkem je CCD c ip obvykle s rozlisenım 256 x 256 az 512 x 512 bodu, svýtlo na nýj dopada pres objektiv s ruc nı nebo automatickou clonou. CCD kamery mıvajı automatickerızenı zisku, coz je vyhodnepri kolısa nıosvýtlenı. Videosigna l procha zı pres zesilovac do A/D prevodnıku, ktery prova dı jeho vzorkova nı a digitalizaci. Vzorkova nı je rızeno synchronizac nımi obvody, takze je vzdy zna ma poloha vzorku v obrazu. Prevodnık byva nejc astýji 8-mi bitovy, coz umoznuje v kazdem bodý obrazu rozlisit 256 órovnı sedi. C ısla se neusta le ukla dajı do pamýti obrazu, ve ktere vznika a neusta le se obnovuje óplny obraz snımany kamerou. Podle rozlisovacı schopnosti CCD kamery musımıt pamý’ obrazu kapacitu 256x256 az 512x512 bytu. Konverznıtabulka - slouzı pro rychlou ópravu dat (prahova nı, logaritmova nı, vytvorenı negativnıho obrazu atd.). Jedna se o predem programový vyplnýnou pamý’ RAM, pres kterou procha zejı data z pamýti obrazu do operac nı pamýti PC. Kazda z 256 órovnısedi ma v tabulce svou bunku s pozadovanou konverznıhodnotou. Prıklady vyplnýnı konverznıtabulky: a) obraz se nezmýnı Uroven sedi 0 1 2 3 ............. 254 255 Obsah tabulky 0 1 2 3 ............. 254 255
b) obraz se zmýnına negativnı Uroven sedi Obsah tabulky
0 255
1 254
2 253
c) prahova nı(vytvorıme bina rnıobraz s prahovou hodnotou 100) Uroven sedi 0 1 2 ....... 99 Obsah tabulky 0 0 0 0 0
3 252
100 0
............. .............
101 255
254 1
102 255
255 0
..... 255
255 255
Vlastnı zpracova nı obrazu obstara va poc ıtac . v dobý zatemnovacıch impulzu c te z pamýti pozadovana data a da le je zpracova va . Vzhledem k tomu, ze mnozstvı dat z jednoho obrazu je vysoke, je jejich zpracova nı c asový na roc ne(jen pri rozlisenı 256x256 bodu a 8-mi bitove digitalizaci se jedna o 64 kB). Proto se v jednodussıch aplikacıch se vybıra z obrazu jen urc ita c a st (tzv. inspekc nı obrazce), mnozstvı dat se tım redukuje na nýkolik stovek bytu a jejich zpracova nı je rychle. Prı klad - snı ma nıca rove ho ko du z vy robku V aplikacıch, kde nenı moznevyuzıt tradic nı metody snıma nıc a roveho kodu, pouzijeme snıma nı pomocıkamery. C a rovy kod je vytistýn na na lepce, ktera je prilepena na vyrobku (obr. xx) .
strana 34
C ıslicoverızenı procesu
VOS a SPS Kutna Hora
Kamera snıma osvýtleny prostor, kde se nacha zejı vyrobky, obraz je digitalizova n a ulozen do pamýti obrazu v rastru 256x256 bytu. Jejı obsah se v dobý zatemnovacıho impulzu (zjistı se pomocı synchronizac nıch obvodu nebo prerusenım) prena sıdo operac nı pamýti PC. Konverznı tabulka obraz transformuje na bina rnı. Zpracova nı celeho obrazu by bylo v teto aplikaci zbytec ne, protoze informaci o c a rovem kodu nesou vsechny ra dky 90 az 150. Vybereme tedy pomocı inspekc nı prımky jeden ra dek (nutno volit experimenta lný) a data, ktera budeme zpracova vat se redukujı na 256 byte s obsahem 0, prıpadný 255. Zpracova nı dat potom spoc ıva v poc ıta nı svýtlych a tmavych bodu, vyhodnocova nı na býznych a spa dovych hran, mýrenı intervalu mezi hranami, filtraci signa lu atd. Zobrazenı na monitoru Rastr 256x256 bod˚ (obsah pameti) 0, 0 Na lepka s ca rovym kodem 150, 0 Inspekcnı prımka 120, 0
120, 255
90, 0
255, 255
255, 0 Zpracova nıinspekcnı prımky (ra dek 120) 255 cerna ↑
Prahova ňroven (napr. 110)
bıla ↓ 0 Obr. 29 Snıma nıca rove ho kodu Podobnymi metodami lze zpracova vat i cely obraz, vyhleda vat v ným nahodile umıstýnepredmýty, zjis’ovat jejich tvar atd. Dana problematika je aktua lnı zejmena v technice robotu (napr. pri monta zi automobilovych kol - kolo musı robot natoc it podle na hodneho natoc enı c tverice upevnovacıch sroubu), da le napr. pri kontrole vyrobku na vyrobnıch linka ch atd.
strana 35
C ıslicoverızenı procesu
VOS a SPS Kutna Hora
OBSAH Za kladnıpojmy ................................ ................................ ................................................................ ............................... 3 Vyhody c ıslicoveho rızenı(vzhledem ke spojitemu) ................................ ................................ ................................. 3 Za kladnıprincipy c ıslicoveho rızenı................................................................ ................................ .............................. 4 Blokoveschema c ıslicoveho regulac nıho obvodu................................................................ ................................ ....... 4 Funkce vstupnıch obvodu................................. ................................................................ ................................ ........... 5 Zpracova nısigna lu v centra lnıjednotce................................. ................................ ..................................................... 6 Funkce vystupnıch obvodu................................................................. ................................ ......................................... 7 Teorie c ıslicovych regulac nıch obvodu................................ ................................................................ ........................... 8 Diferenc nı rovnice................................ ................................ ................................................................ ....................... 8 R esenı diferenc nı rovnice................................. ................................................................ ................................ ........... 9 Diferenc nı rovnice regula toru ................................................................ ................................ ................................... 11 Transformace Z................................ ................................ ................................................................ ............................. 13 Za kladnıvlastnosti transformace Z ................................ ................................ ................................ ........................... 13 Zpýtna transformace Z ................................ ................................ ................................................................ .............. 14 PR ENOSY UZAVR ENEHO REGULAC NIHO OBVODU................................................................ ......................... 15 Technickeprostredky diskretnıho rızenı................................ ................................ ................................ ........................... 16 R ıdicı poc ıtac e ................................................................ ................................ .............................................................. 16 Pozadovanevlastnosti rıdicıho poc ıtac e ................................ ................................ ................................................... 16 Spojenırıdicıho poc ıtac e s technologickym procesem................................ .............................................................. 17 Vstupnıjednotky styku s prostredım................................ ................................................................ ......................... 17 Vystupnı jednotky styku s prostredım................................ ................................ ....................................................... 19 PROGRAMOVE VYBAVENI R IDICICH POC ITAC Á ................................................................ ............................. 19 Operac nı system................................ ................................................................ ................................ ........................ 19 Programy pro vyvoj aplikacı................................ ................................................................ ................................ ..... 19 Komunikac nı a linkovacı programy ................................ ................................ .......................................................... 19 Dispec erskea monitorovacıprogramy SCADA/HMI................................ ................................ ............................... 19 Servisnı a diagnostickeprogramy ................................ ................................................................ ............................. 19 Standardnıuzivatelskeprogramy ................................ ................................ .............................................................. 19 Inteligentnımoduly pro distribuovanerızenı................................................................ ................................ ................ 19 Moduly ADAM 4000. ................................................................ ................................ ............................................... 20 Prıklad sı’oveho zapojenımodulu ADAM ................................ ................................ ............................................... 20 Prıklad aplikace s modulem 4011 (termoc la nkovy modul) ................................ ....................................................... 21 Za suvnemýricıdesky do PC................................. ................................................................ ................................ ........ 21 Blokoveschema univerza lnıZMD................................................................ ................................ ............................ 21 Prumyslovekomunikac nısystemy ................................................................ ................................ ................................ .... 22 Referenc nımodel OSI (Open System Interconection) ................................ ................................................................ .. 23 Fyzicka vrstva ................................................................ ................................ ................................ ........................... 23 Spojovacı vrstva................................ ................................................................ ................................ ........................ 24 Prumyslovesbýrnice ................................ ................................ ................................................................ ..................... 24 Volba typu prumyslovesbýrnice ................................................................ ................................ ............................... 25 Profibus................................ ................................ ................................................................ ................................ ..... 25 Interbus-S................................................................ ................................ ................................................................ .. 26 CAN ................................................................ ................................ ................................................................ .......... 26 Vizualizace a monitorova nı procesu ................................ ................................................................ ............................. 26 Panely opera tora................................ ................................................................ ................................ ........................ 26 Vizualizac nı SW ................................................................ ................................ ....................................................... 27 REGULA TORY SPOTR EBY ................................ ................................ ................................................................ ...... 28 Proc regulovat spotrebu?................................................................ ................................ ........................................... 28 Mýrenı vykonu a pra ce................................ ................................ ................................................................ .............. 28 Mýrenıc tvrthodinoveho intervalu................................ ................................................................ ............................. 28 Typy ovla danych spotrebic u ................................ ................................................................ ................................ ..... 28 Zpusoby ovla da nıspotreby ................................................................ ................................ ....................................... 29 Algoritmy regulace................................ ................................................................ ................................ .................... 29 DISTRIBUOVANE R IZENI BUDOV ................................ ................................................................ ......................... 31 Inteligentnıbudovy ................................................................ ................................ ................................................... 31 IRC systemy ................................................................ ................................ .............................................................. 31 SYSTEMY UM LEHO VID NI................................ ................................................................ ................................ . 33 Snımacı retýzec ................................ ................................ ................................................................ ......................... 33
strana 36