Automatizační technika. Obsah

Transkript

1 Akademický rok 016/017 Připravil: Radim Farana Automatizační technika Základy teorie Obsah Informace Jednotka Zdroj Kód Přenosový řetězec Prostředky sběru, zobrazování, přenosu, zpracování a úschovy dat Informace Informací nazýváme abstraktní veličinu, která může být přechovávána v určitých objektech, předávána určitými objekty, zpracovávána v určitých objektech a použita k řízení určitých objektů. Jako objekt přitom chápeme živé organismy, technická zařízení nebo soustavy těchto prvků. také: Informace je sdělitelný poznatek, který má smysl a snižuje nejistotu. 1

2 Jednotka Jednotka je takové množství, které získáme potvrzením, že nastala jedna ze dvou stejně pravděpodobných možností. svítí : nesvítí 50 : 50 Informační obsah zprávy Pravděpodobnost informační obsah P(x) = 0,5 => k(x) = 1 j. P(x) = 0,5 => k(x) = j. 1 j. P(x) = 0,15 => k(x) = j. P(x) = 1/[ k(x) ] k(x) = - log P(x) [j.] Zpráva A, B C, D, E 1 j. 1 j. A B C D, E 1 j. D E Jednotky Volba základu logaritmu je tedy pouze otázkou volby konstanty měrné jednotky (viz norma IEC/ISO 80000, Díl 1). U binárních logaritmů je jednotkou shannon [Sh]. U přirozených logaritmů jednotka nat [nat]. U dekadických logaritmů hartley, [Hart] 1 Sh 0,69 nat 0,01 Hart 1 nat 1,4 Sh 0,44 Hart 1 Hart, Sh,0 nat

3 Zavedla v roce 1998 celosvětová standardizační organizace IEC (International Electrotechnical Commission) Násobky Oproti desítkové soustavě jsou násobky odvozeny od binární soustavy Násobek Předpona Symbol Celý název Odvozeno od 10 kilobinary: kibi Ki ( 10 ) 1 kilo: (10 ) 1 0 mebi Mi 0 gibi Gi 40 tebi Ti 50 pebi Pi 60 exbi Ei megabinary: ( 10 ) mega: (10 ) gigabinary: ( 10 ) giga: (10 ) terabinary: ( 10 ) 4 tera: (10 ) 4 petabinary: peta: (10 ( 10 ) 5 ) 5 exabinary: ( 10 ) 6 exa: (10 ) 6 Informace, zpráva, sdělení Zprávu chápeme jako relaci mezi zdrojem a odběratelem, při které dochází k přenosu Sdělení je vhodným způsobem upravená zpráva, zejména pro potřeby přenosu. Informační kanál Sdělení Zdroj Zpráva Příjemce Entropie zdroje Shannon, Wiener: představuje míru organizace, entropie míru neorganizovanosti H(z) = P(i).k(i) [Sh] Entropie je střední hodnota míry potřebné k odstranění neurčitosti, která je dána Zpráva P(i) k(i) P(i).k(i) Pro zdroj se shodnou A konečným 0,50 počtem vzájemně se pravděpodobností vylučujících všech jevů. zpráv: B C D E 0,50 0,50 0,15 0,15 0,75 0,75 H(z) =,50 H(z) = n.[(1/n).log (n)] H(z) = log (n) pro n = 5 H(z) =,

4 Informace, data, znalost Data jsou vyjádření skutečností formálním způsobem tak, aby je bylo možné přenášet nebo zpracovat. Znalost je to, co jednotlivec vlastní (ví) po osvojení dat a po jejich začlenění do souvislostí. Je výsledkem poznávacího procesu za předpokladu uvědomělé činnosti. Kód Popis přiřazení kódových slov jednotlivým zprávám (kódová kniha). Kódové slovo je posloupnost znaků použité abecedy. Abeceda je množina znaků (binární abeceda Z = {0, 1}, jeden znak = bit) Minimální délka kódového slova: N * (x) = - log (P(x)) [bit] Pozn.: maximální informační obsah 1 bitu = 1 Sh. Charakteristiky kódu Střední délka kódového slova: L = P(i).N(i) [bit] Redundance R = L - H (protože L H, neboť N(i) N * (i)) Zpráva P(i) k(i) P(i).k(i) A B C D E 0,50 0,50 0,50 0,15 0,15 0,75 0,75 N(i) P(i).N(i) 1,000 1,000 1,50 0,750 0,875 H(z) =,50 L = 4,875 R =,65 4

5 Přenosový řetězec Zdroj Kódovací člen Vysílač Přenosový kanál Přijímač Dekódovací člen Příjemce zkreslení útlum šumy Přenosový kanál spojitý (analogový), diskrétní (v úrovni) neboli kvantovaný, číslicový (diskrétní v čase). Rychlost přenosu v p = k(x) / t [bit.s -1 ] Vlastnosti přenosového kanálu P(0) P(0,0) 0 0 P(0,1) = P(0) - P(0,0) P(1) 1 1 P(1,1) Přenosový kanál bezšumový, P(0,1) = P(1,0) = 0 šumový, podle výskytu chyb: bezpamětový (chyby jsou náhodné), paměťový (chyby jsou shlukové). šumový, podle vlivu šumu: symetrický, P(0,1) = P(1, 0), nesymetrický. P(1,0) = P(1) - P(1,1) strana 15 Regulační obvod SUMAČNÍ UZEL (POROVNÁVACÍ ČLEN) INFORMAČNÍ PORUCHY UZEL w NÁSTAVNÝ ČLEN ÚSTŘEDNÍ ČLEN POHON REGULAČNÍ ORGÁN PROCES y AKČNÍ ČLEN VYSÍLAČ SNÍMAČ REGULÁTOR REGULOVANÁ SOUSTAVA 5

6 strana 16 Snímač Měřicí řetězec Měřicí obvod a zesilovač Obvody pro zpracování signálu A/Č Mikropočítač strana 17 Smart senzor Číslicový výstup RS (RS 485) Neelektrická veličina (např. tlak) Převodník (čidlo) Elektrické obvody A/Č převodník P Komunikační rozhraní Analogový výstup (I = 4 0 ma) Napájecí zdroj Ucc strana 18 Sběrnice RS-, RS-485 sériový port Profibus (Process Field Bus) CAN (Controller Area Network) - využívaná nejčastěji pro vnitřní komunikační síť senzorů a funkčních jednotek v automobilu 1-Wire fy Dallas Semiconductor Industrial Ethernet 6

7 strana 19 Ukazovací zařízení Ukazatele Analogové Číslicové Displeje Dotykové displeje Obrazovky strana 0 Řídicí systémy Kompaktní regulátory Embedded systémy Mikropočítače Průmyslové počítače 7