Aplikace číslicového řízení Učební text VOŠ a SPŠ Kutná Hora Řízení spotřeby
Proč regulovat spotřebu obtížná regulace velkých energetických zdrojů převedení regulace na stranu odběratele tarifní systém pro třídu středních odběratelů: spotřeba se měří v rámci čtvrthodinových intervalů uvnitř intervalu libovolný průběh spotřeby celková činná práce nesmí přesáhnout čtvrthodinové maximum při překročení maxima je spotřebitel penalizován nasmlouvání vyššího odběru zvyšuje platbu dodržení dohodnuté spotřeby řídí: energetik je odkázán na své regulační zásahy nechává si velkou rezervu - finančně nevýhodné spotřeby na nezbytně nutnou dobu vypíná spotřebiče omezuje jejich spotřebu v krajním případě žádá ruční zásah Měření spotřeby měření činné práce nepřímé měření počítání impulzů z vysílacích elektroměrů práce = počet impulzů x konstanty elektroměru a měřicích transformátorů napětí a proudů přímé měření pomocí A/D převodníků se měří napětí a proudy (proudové transformátory) jednotlivých fází spotřeba se vypočítává měření čtvrthodinového intervalu interval musí být synchronní s odměřováním v rozv. závodech y pro synchronizaci přijímají "čtvrthodinový impuls"
Typy řízených spotřebičů mohou být řízeny: setrvačné spotřebiče s dlouhou časovou konstantou na jejich funkci nemá krátkodobé odpojeni významný vliv nemohou být krátkodobým odpojením poškozeny elektrická topidla, kotle, bojlery, topné kabely, elektrické pece, sušárny, sterilizátory, vyvíječe páry, vzduchotechnika a klimatizace, chladírny a mrazírny, čerpadla, ventilátory a kompresory, dopravníky nemohou být řízeny: pracovní stroje (soustruhy, frézky, pily, lisy, brusky) dopravní a manipulační mechanismy (jeřáby, výtahy a jiné) těžké motory každý rozběh je spojen se značnou energetickou ztrátou mohou se podílet na regulaci spotřeby, ovšem s daleko složitějšími algoritmy Způsoby řízení spotřeby dvoupolohově (vypnout - zapnout) vícestupňové řízení spotřebiče, složené z několika sekcí jejich příkon lze stupňovitě redukovat, aniž by bylo nutné je vypínat elektrické pece, soustavy topidel a podlahového vytápění, osvětlovací systémy, chladicí zařízení Spojité řízení snížení otáček motorů pomocí frekvenčních měničů odlehčení spotřebu strojů nebo linek lze regulovat nepřímo omezením toku vstupní suroviny například u mlýnů nebo drtičů zpomalením nebo vypnutím pasového dopravníku
Algoritmy regulace spotřeby časová nespojitost, krok regulace proces regulace probíhá v oddělených časových okamžicích před každým rozhodováním je čas na měřeni a na rozpoznání účinku předchozího zásahu členěním do kroků se omezuje i rychlé střídání aktivity kanálů (odpínání a zapínáni téhož kanálu) Interval bývá řádově desítky sekund (typicky 30s) Hladinové algoritmy vyhodnocují činnou práci od začátku čtvrthodinového intervalu významné je pevné přiřazení výstupních kanálů k jednotlivým úrovním (hladinám) sledované veličiny obvykle je ovládán jen jediný kanál se spotřebiči případně jeden nebo dva kanály pro výstrahu shladinovými algoritmy pracují jen nejednodušší a nejlevnější y
Sekvenční algoritmy u sekvenčních algoritmů není pevné přiřazení událostí a výstupních kanálů opakovaný výskyt stejné události (např. překročení mezní práce) postupně ovlivňuje další kanály kompenzační algoritmus spočívá s porovnávání činné práce v rámci čtvrthodinového intervalu s ideálním průběhem spotřeby (středová přímka) pokud je činná práce vyšší, než odpovídá ideálnímu průběhu (poloha nad přímkou), je příkon snížen v opačném případě může být zvýšen kanály se postupně připojují a odpojují tak, aby bylo dosaženo optimálního odběru Sekvenční algoritmy
Kompenzační algoritmus s necitlivostí proces připojovánía odpínáníkanálů se odehrává na hranicích pásma necitlivosti Pásmo necitlivosti vymezeno dvojicí přímek a postupně se zužuje ke konci intervalu důsledkem je lepšístabilita nejrozšířenějšíalgoritmus Řízení budov
Inteligentní budovy architektonické hledisko: budovy zajišťující maximální energetickou úspornost způsobující minimální ekologickou zátěž pro své okolí vtomto smyslu se blíží pojem inteligentní pojmu solární hledisko automatizace inteligentní dům = distribuovaně řízený systémy IRC (Individual Room Control). IRC systémy IRC systém distribuovaný řídicí systém každá místnost má lokální řídicí systém lokální systém (pokojový modul) autonomně ovládá základní funkce svěřeného prostoru snímá a reguluje podle zadaného časového programu, podle přítomnosti nebo nepřítomnosti osob a jejich požadavků teplotu snímače přítomnosti osob a otevření oken poskytují informace pro: ovládání světla ovládání zásuvkových okruhů centrální zabezpečovací systém pokojové moduly jsou komunikační linkou propojeny se svým nadřízeným systémem vúčelných případech může být autonomní funkce modulu potlačena a řízení obstará nadřízený systém
Dvouúrovňová struktura Nadřízený systém Komunikační linka vhodné pro menší objekty síť několika pokojových ů jeden nadřízený řídicí systém (obvykle PC) Víceúrovňová struktura použití pro řízení větších budov (desítky a stovky místností) kde každá sekce účastnických stanic je podřízena svému podsystému podsystém komunikuje v horizontální linii se systémy své úrovně ve vertikální linii s pokojovými y (podřízené systémy) se systémem vyšší úrovně (PC)
Centrála (počítač PC) Komunikační linka PLC Komunikační modul Komunikační modul Komunikační modul Panel operátora modul () zajišťuje regulaci pokojové teploty prostoru, v němž je instalován teplotu reguluje podle svého týdenního programu s ohledem na stav čidel přítomnosti osob a stavu okenních kontaktů výstup modulu ovládá pohony regulačních ventilů otopného systému zároveň zajišťuje ovládání samostatných binárních výstupů (ovládání osvětlení, zásuvkové okruhů.) regulační modul je schopen pracovat zcela nezávisle, ale jeho hlavní využití je v komunikační síti jako součást systému
modul Tecoreg TR100 Sériová komunikační linka Tecoreg TR111 Vzdálené čidlo teploty Čidlo přítomnosti osoby Okenní kontakt Pohon ventilu Ovládání osvětlení Funkce pokojového modulu PI algoritmus regulace teploty obsahuje zdroj reálného času dálková konfigurace a diagnostika modulu integrované čidlo teploty (možnost připojení ext. čidla) vyhodnocení stavu okenních kontaktů (vypnutí topení) protimrazová funkce party režim ovládání několika druhů pohonů standardně se předpokládá servopohon pro radiátorový ventil volitelně lze použít termopohon pro radiátorový ventil pohon ovládaný pulsně šířkovou modulací dvoupolohově řízený pohon (tj. i relé pro elektrické přímotopné vytápění) samostatný výstup s vlastním týdenním programem
Systémy umělého vidění Úvod definice mezi systémy umělého vidění řadíme všechny snímače pracující na principu zpracování obrazu sejmutého kamerou (zpravidla CCD) použití bezdotykové snímače polohy, rozměrů, barvy snímače robotizovaných pracovišť (vazba oko - ruka ) třídicí a kontrolní linky,.. snímací řetězec je tvořen kamerou, obvody pro digitalizaci a zpracování videosignálu a počítačem, který programově vyhodnocuje získaný obraz
Snímací řetězec - blokové schéma Osvětlení Deska zpracování signálu Snímaná scéna CCD kamera Zesilovač A/D převodník Paměť obrazu 256 x 256 x 8 Konverzní tabulka Řízení výrobních mechanizmů Synchronizační obvody, řízení paměti a funkcí desky Rozhraní desky V/V port Sběrnice PC Snímací řetězec - popis kamera Synchronizační obvody, řízení paměti a funkcí desky Řízení výrobních kamera snímá detekovaný objekt mechanizmů Rozhraní desky CCD kamera (často stačí černobílá) V/V port malé rozměry Sběrnice PC objektiv sruční nebo automatickou clonou vysoká citlivost (lze použít i při velmi slabém osvětlení) výstupem je běžný videosignál světlocitlivým prvkem je CCD čip obvykle srozlišením 256 x 256 až 512 x 512 bodů automatické řízení zisku (výhodné při kolísání osvětlení) digitalizace videosignálu zesílení videosignálu A/D převod (vzorkování a digitalizace) vzorkování je řízeno synchronizačními obvody převodník je nejčastěji 8-mi bitový rozlišení 256 úrovní šedi vkaždém bodě obrazu Snímaná scéna Osvětlení CCD kamera Zesilovač Deska zpracování signálu A/D převodník Paměť obrazu 256 x 256 x 8 Konverzní tabulka
Uložení dat paměť obrazu data se průběžně ukládají do paměti obrazu v paměti se neustále obnovuje úplný obraz snímaný kamerou podle rozlišovací schopnosti CCD kamery musí mít paměť obrazu kapacitu 256x256 až 512x512 bytů (min. 64kB) konverzní tabulka slouží pro rychlou úpravu dat (prahování, logaritmování, vytvoření negativního obrazu atd.) paměť RAM předem programově vyplněnou, přes kterou procházejí data z paměti obrazu do operační paměti PC každá z 256 úrovní šedi má v tabulce svou buňku (adresu) s požadovanou konverzní hodnotou Příklady vyplnění konverzní tabulky Obraz se nezmění Úrove ň šedi 0 1 2 3... 254 255 Obsah tabulky 0 1 2 3... 254 255 Obraz se změní na negativní Úrove ň šedi 0 1 2 3... 254 255 Obsah tabulky 255 254 253 252... 1 0 Prahování (vytvoříme binární obraz s prahovou hodnotou 100) Úrove ň šedi 0 1 2... 99 100 101 102... 255 Obsah tabulky 0 0 0 0 0 0 255 255 255 255
Zpracování obrazu vlastní zpracování obrazu obstarává počítač vdobě zatemňovacích impulzů čte z paměti požadovaná data a dále je zpracovává množství dat z jednoho obrazu je vysoké zpracování dat je časově náročné (jen při rozlišení 256x256 bodů a 8-mi bitové digitalizaci se jedná o 64 kb) vjednodušších aplikacích se vybírá z obrazu jen určitá část (tzv. inspekční obrazce) množství dat se tím redukuje na několik stovek bytů a jejich zpracování je rychlé Příklad - snímání čárového kódu použití aplikacích, kde není možné využít tradiční metody čárový kód je vytištěn na nálepce přilepené na výrobku kamera snímá osvětlený prostor obraz je digitalizován a uložen do paměti obrazu v rastru 256x256 bytů obsah paměti se v době zatemňovacího impulzu (zjistí se pomocí synchronizačních obvodů nebo přerušením) přenáší do operační paměti PC konverzní tabulka obraz transformuje na binární
0, 0 Zobrazení na monitoru Rastr 256x256 bodů (obsah paměti) 150, 0 120, 0 Nálepka s čárovým kódem Inspekční přímka 120, 255 90, 0 255, 0 255, 255 Zpracování inspekční přímky (řádek 120) 255 černá Prahová úroveň (např. 110) bílá 0 Zpracování obrazu zpracování celého obrazu by bylo v této aplikaci zbytečné informaci o čárovém kódu nesou všechny řádky 90 až 150 pomocí inspekční přímky vybereme jeden řádek zpracovávaná data se redukují na 256 byte s obsahem 0, případně 255 zpracování dat spočívá vpočítání světlých a tmavých bodů, vyhodnocování náběžných a spádových hran, měření intervalu mezi hranami, filtraci signálu atd.