) informace o stavu řízené veličiny (předávaná řídícímu systému) - nahrazování člověka při řízení Příklad řízení CNC obráběcího stroje

Transkript

1 zapis_rizeni_uvod - Strana 1 z Úvod do řízení Řízení Zpětná vazba (angl. #1 je proces, kdy #2 část působí na základě vstupních informací a zpětné vazby na #3 část zařízení tak, aby se dosáhlo požadovaného cíle (požadovaného stavu řízené veličiny (angl. #4 informace o stavu řízené veličiny (předávaná řídícímu systému Pozn. Do systému také vstupují rušivé (poruchové veličiny (např. vnější teplota, které ovlivňují řízenou veličinu 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 v paměti počítače - poloha stolu se měří a řídící #7 systém ji porovnává s cílovou hodnotou - motor se pohybuje tak dlouho, dokud se jí nedosáhne obsluha zavádí a spouští vybraný program, může si ho předem vyzkoušet (, příp. i #8 programuje stůl má bezpečnostní, které vypínají posuv na konci dráhy (např. při chybě v #9 programu Pozn. Řízením se zpětnou vazbou je i regulace, při které je cílem udržování požadované hodnoty řízené veličiny (viz poslední kapitola

2 zapis_rizeni_uvod - Strana 2 z 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 ("čísel" v rámci #15 daného rozsahu ( #16 důležitou variantou pro řídící systémy je dvouhodnotový signál (zapnuto/vypnuto = #17 signál (např. přibližovací spínače - hodnota se ukládá jako 0 nebo 1 ( #18 číslicové signály umožňují zpracování na #19 (ukládají se v #20 soustavě - 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 z dynamického rozsahu (možného #22 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 Logické funkce přiřazují kombinaci binárních vstupních hodnot jedinou binární výstupní hodnotu

3 zapis_rizeni_uvod - Strana 3 z 9 Základní logické funkce: Logický #25 AND Logický #28 OR Logická #31 NOT "a zároveň" na výstupu je logická 1 jen tehdy, je-li 1 na obou vstupech #26, elektrická realizace zapojení spínačů #27 př. spuštění lisu musí být zmáčknuta zároveň obě tlačítka (bezpečnost "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 mění 1 na 0 a naopak ( #32 signál, el. realizace #33 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 a a 0 1 b b a AND b a OR b NOT a Realizace logických funkcí: AND OR NOT Pozn. vstup = tlačítko (zmáčknuté 1, nezmáčknuté 0, výstup = žárovka Způsob naprogramování Hardwarové řízení v pneumatice Softwarové řízení v pneumatice a Hardwarové řízení (řízení programované propojováním funkce zařízení je dána použitými prvky a jejich - používá se pro jednoúčelová #34 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

4 zapis_rizeni_uvod - Strana 4 z Regulace Regulace je druh řízení, kdy se #36 řízená (regulovaná veličina na požadované #37 (přesněji v požadovaných mezích pomocí vlastní zpětné #38 zařízení Příklady regulace regulace teploty regulace kompresorů #39 regulace - nastavovací (akční veličina má jen hodnoty 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 pohon kompresoru, při poklesu tlaku pod minimální tlak se pohon #41 kompresoru tlakovým spínačem #42 regulace hladiny Slovník - úvod do řízení 1 řízení bez zpětné vazby 2 stroj řízený počítačem nastavovací veličina zdvih šoupátka přenášený pákou od plováku (snímače 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: 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: Udržování požadované hodnoty veličiny (např. tlaku, teploty: Na výstupu je logická 1 jen tehdy, je-li 1 alespoň na jednom vstupu - toto je funkce logický: Elektrická realizace logického součinu (AND je zapojení: U N U É O N L Í

5 zapis_rizeni_uvod - Strana 5 z 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 ( # 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 Vrstvy software

6 zapis_rizeni_uvod - Strana 6 z Hardware Části PC: 1 case #76 s plechovou konstrukcí pro uchycení součástí PC, také základní jednotka, velikost je dána typem MB provedení: stolní ( #77, tower, přenosný #78, tablet 2 MB motherboard = #79 deska - různé velikosti - standard ATX 3 CPU 4 chipset 5 RAM, ROM 6 #91 karta #80 - x86 kompatibilní - vykonává instrukce programu (strojový kód, má určitou vnitřní stavbu (architekturu dělí se podle velikosti zpracovávané informace (8-64bitové, frekvence v #81, má vyrovnávací paměť (, napojuje se na MB do #82 (typ konektoru, chladí se chladičem s větrákem #83 Výrobci: #84 - řada Core i3-i7, AMD #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, #88 #89 napájení (po vypnutí PC ztrácí obsah, parametry - kapacita v, frekvence ve stovkách MHz ROM - #90 napájení - flash - paměť pro BIOS 7 další karty 8 SATA 9 USB 10 ostatní porty 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 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 - lokální drátovou síť - kabely = kroucené dvoulinky, #95 sběrnice pro vnější paměťová zařízení (dříve IDE - magnetické HDD ( #96, flash SSD, #97 mechaniky DVD, Blu-Ray 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 dříve sériový port COM pro komunikaci se speciálními zařízeními, LPT - paralelní port 11 zdroj PSU - zajišťuje #100, chladí se ventilátorem, #101 ve stovkách W

7 zapis_rizeni_uvod - Strana 7 z Software Vrstvy software (odpovídají pořadí zavádění po spuštění PC: BIOS OS aplikace základní systémový software ( #102 pro inicializaci ( #103 nastavení hardwaru a zavedení OS, je uložen v paměti flash, nastavuje se programem Setup #104 #105 #106 systém (8-64bitová verze - zajišťuje hlavně uživatelské (GUI - grafické, dříve textové - příkazový řádek pro spouštění aplikací a dat na vnějších pamětech (soubory, složky Microsoft #107 XP, Vista, 7, Server typ #108 - Linux (open source - dostupný programový kód, Mac OS X komerční (textové a tabulkové editory, databáze, prezentace, grafické editory, prohlížeče, komunikace, antiviry,... #109 - software zadarmo Vlastnosti Výhody: velká rozšířenost, jsou #110 díky hromadné výrobě, (z hlediska #111 řízení je to nevýhoda #112 uživatelské prostředí (OS Windows - vysoký uživatelský komfort (použití často 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 čase není zaručena rychlá odezva na vnější #115 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. # Průmyslový počítač IPC, IC = #121 PC - PC přizpůsobené pro průmyslové použití Je odolný ( #122, "heavy duty" vůči nárazům a #123, elektromagnetickému rušení (kryt, nízkým a vyšším teplotám, předpoklad chodu 24 hod. denně Má vyšší stupeň, který udává odolnost zařízení proti vniknutí cizího tělesa (i prachu nebo #124 vniknutí kapalin Hardware: základní jednotka #125 se do průmyslových policových systémů (skříní, rozvaděčů - většinou 19" racků, také vestavba do strojů - např. řídící panel CNC má vstupů a výstupů než PC (ale méně než PA - např. konektory #126 pro průmyslovou sběrnici, výkonnější zdroj

8 zapis_rizeni_uvod - Strana 8 z 9 monitor 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, případně může být místo monitoru jen informativní displej provedení PC - v jedné skříni je monitor a zároveň #129 základní jednotka #130 klávesnice Další vlastnosti: Použití kvůli zabránění průniku nečistot, tekutin (příp. bez klávesnice #131 panely např. u CNC strojů, dat v průmyslovém #132 prostředí, #133 (z hlediska řízení mají stejné nevýhody jako PC Výrobci Teco Kolín, AutoCont Ostrava, Siemens 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 Hardware: 1 #140 2 #141 #136 elektroniky #137 PC #138 techniky #139 Použití pro řízení např. pračky, televizory, přehrávače, kamery, mobily klávesnice, tiskárna, zvuková karta v moderním automobilu jsou až stovky mikrořadičů osvětlení, topení, otvírání dveří, výtahy, bezpečnostní systémy podle velikosti zpracovávané jednotky dat se rozlišují 4, 8, 16 a 32-bitové mikroprocesory pro #142 - flash paměť, dříve EPROM (mazatelné UV 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 (taktovacího signálu pro řízení #145 mikroprocesoru - krystal z piezoelektrického materiálu vstupně/výstupní rozhraní - bývá jich podle potřeby i více než I/O #146 a vstupy ( - pro signály z tlačítek, snímačů, mohou #147 obsahovat i A/D převodníky

9 zapis_rizeni_uvod - Strana 9 z 9 5 #150 panel Další části: #152 #153 #154 Činnost: b výstupy ( - pro signály akčním členům, světelnou a #148 zvukovou signalizaci, mohou mít i D/A převodníky c #149 - pro napojení obslužného panelu - klávesnice, displeje a zobrazovací jednotka výstupních informací ( #151 b tlačítka nebo klávesnice pro ovládání obsluhou, vstup dat funkce pro počítání událostí (např. přerušení optického paprsku - počítání výrobků na pásu funkce pro generování časových prodlev - "budík" "hlídací pes" - ochrana proti zaseknutí mikropočítače, v pravidelných intervalech vyžaduje od procesoru signál, že program běží, pokud signál nedostane, mikropočítač a program běží od začátku (mají i IPC a PA #155 Pracují podle jediného programu, který je prováděn (dokola - zpracovává vstupy a #156 nastavuje výstupy Programují se pomocí propojeného s deskou obsahující na plošném spoji mikropočítač a #157 rozšiřující paměti (tzv. vývojový systém Programovací jazyk bývá #158 kód, assembler, jazyk C Výrobci: #159 #160 #161 Opakování úvodu do řídících systémů původně řada 8051 (od 1980, osmibitový, 40 pinů, 4 KB paměť program, 128 B paměť data, frekvence 12 MHz, později většina dalších výrobců se snaží o zpětnou kompatibilitu řada PIC (Programmable Interface Controller - velmi levné 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