Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb CW01 - Teorie měření a regulace cv. 4.0 ZS 2014/2015 2014 - Ing. Václav Rada, CSc..
Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb Teorie měření a regulace inteligentní - 1 x.z-5.1mt ZS 2014/2015 2014 - Ing. Václav Rada, CSc.
Další pokračování o vyšších způsobech zpracování a obsahu snímačů vedoucí k rozšířenému využití snímačů VR - ZS 2014/2016
INTELIGENTNÍ Princip těchto INTELIGENTNÍCH SNÍMAČŮ víceméně kterékoliv z čidel je doplněno o obvody úpravy a vyhodnocení signálu vše v jednom pouzdře a díky dnešní miniaturizaci to ani na velikosti není moc poznat. Doplňkové obvody umožní například za provozu měnit některé jejich vlastnosti, měnit způsob zpracování signálu měřené veličiny, provést úplné zpracování (včetně filtrace a linearizace) a vyhodnocení změřené veličiny podle předem zadaných kritérií. VR - ZS 2009/2010
INTELIGENTNÍ Tyto snímače obsahují (z principu i z nezbytnosti) mikropočítač či mikrokontrolér s příslušným trvale vloženým fixním programem nejrůznějších, nezbytných i zbytných činností obsahem vše podřízeno zvýšení kvality poskytovaných informací i pracovních a měřicích služeb lze je také pojmenovat uživatelskými. Organizace IFAC (International Federation for Automatic Control) přijala obecné schema s výčtem bloků (a tedy funkcí), které musí obsahovat inteligentní snímač. Nejlépe tento výčet zachycuje následující tabulka. VR - ZS 2009/2010
INTELIGENTNÍ I. vstupní část II. vnitřní část převodníky, mosty, membrány, přepínače, zesilovač, měniče, napáječe, stabilizátory, vstup fyzikálních nebo chemických veličin převodníky AD a DA, frekv./d, A/frekv., paměti, logické obvody, mikroprocesory, řadiče, kontroléry, generátory, zpracování normovaného elektrického signálu III. výstupní část účel obvody elektrických signálů signalizace stavu a funkce IV. výstupní část princip výkonové obvody místní ovládání VR - ZS 2009/2010
I. vstupní část II. vnitřní část převod na elektrický signál napájení (U, I) přepínání více vstupních veličin III. výstupní část účel diagnostika a autodiagnostika registrace nastavení úrovně nulové hodnoty kompenzace vlivu okolí vlastní určení stavu a funkce komunikace INTELIGENTNÍ IV. výstupní část princip dálkové ovládání regulace a automatizace VR - ZS 2010/2011
I. vstupní část II. vnitřní část adresování měřených bodů základní převod na elektrickou veličinu převod na elektrický signál linearizace v rozsahu vstupních veličin autokalibrace III. výstupní část účel indikace signalizace měřené veličiny diagnostika a autodiagnostika registrace INTELIGENTNÍ IV. výstupní část princip spínání zařízení spouštění akčních zásahů umožní funkci VR - ZS 2010/2011
I. vstupní část II. vnitřní část normalizace elektrického signálu ochrana proti nežádoucím vlivům a působení okolí umělá inteligence autonomnost funkce řízení rozhodování III. výstupní část účel ochrana proti působení nežádoucích jevů na výstupu ochrana proti zkratům či přetížení od následných obvodů INTELIGENTNÍ IV. výstupní část princip matematika statistika náhodné procesy teorie chaosu.. matematika statistika náhodné procesy elektr. ochrany VR - ZS 2010/2011
Navrhování VR - ZS 2009/2010
Navrhování Dnes pomocí PC a příslušného SW navrhování včetně simulace sestavení a následně i provozu + ověření parametrů dosažitelných v provozu simulace seřizování a cejchování / simulace chodu (funkce) simulace a testování dlouhodobého provozu životnost a určení pravděpodobnosti poruch. SW je buď univerzální nebo specializovaný, vázaný na konkrétní prvky daného systému je dodáván se systémem od konkrétního výrobce a pro jeho prvky a součásti. VR - ZS 2010/2011
Navrhování VR - ZS 2009/2010
KYBERNETIKA TEORIE A PRINCIPY Virtuální přístroje pro měření a řízení Hardware a drivery Aplikační software: LabVIEW LabWindows/CVI Measurement Studio VR - ZS 2010/2011 testovaná jedn.
Navrhování ukázka LabView od firmy National Instruments LabVIEW Ovladače přístrojů Přímý I/O GPIB Serial Ethernet PXI VXI LabVIEW dokáže komunikovat téměř s každým přístrojem. Ovladače pro více než 2 000 typů přístrojů zdarma! VR - ZS 2009/2010
Navrhování ukázka LabView od firmy NI panel řízení VR - ZS 2009/2010
Navrhování ukázka LabView od firmy NI bloky systému Celý systém grafické vývojové prostředí s funkčními bloky VR - ZS 2009/2010
Navrhování ukázka LabView od firmy NI bloky systému Celý systém zvětšenina části systému (vpravo) VR - ZS 2009/2010
Navrhování ukázka LabView od firmy NI bloky systému Celý systém zvětšenina části systému (vlevo nahoře) VR - ZS 2009/2010
Navrhování ukázka LabView od firmy NI bloky systému reálná interpretace (grafická podoba porovnání vzhledu) bloku VR - ZS 2009/2010
Navrhování ukázka LabView od firmy NI bloky systému VR - ZS 2009/2010 ukázka bloků pro funkci analyzátoru signálů
Navrhování ukázka LabView od firmy NI bloky systému VR - ZS 2009/2010
Navrhování ukázka LabView od firmy NI bloky systému VR - ZS 2009/2010
Navrhování ukázka LabView od firmy NI bloky systému VR - ZS 2009/2010
KYBERNETIKA TEORIE A PRINCIPY Programovatelné stavy při zapnutí Nastavení úrovně, která zůstane na výstupu při restartování PC, havárii aplikace apod. Bezpečné uvedení do chodu nutné pro řízení akčních členů (např. čerpadel, ventilů, motorů relé) Informace je uložena v paměti a ihned po zapnutí počítače je poslána na výstup. Restart počítače zaručeně bez zákmitu. VR - ZS 2010/2011
KYBERNETIKA TEORIE A PRINCIPY Detekce změny stavu vstupu Detekce změny stavu vstupu - není nutné periodicky číst vstupy (polling) - HW oznámí změnu stavu SW, probudí aplikaci a tak pak provede čtení - není zatěžován procesor VR - ZS 2010/2011
KYBERNETIKA TEORIE A PRINCIPY Detekce změny stavu vstupu LabVIEW VR - ZS 2010/2011
KYBERNETIKA TEORIE A PRINCIPY Programovatelné filtry na vstupech Filtr odstraní šum, nespojitosti a špičky ve vstupním signálu, ignoruje zákmity kontaktů - prevence před chybným čtením v zarušeném průmyslovém prostředí.. nastaví se T=100 ms až 200 ms. Pulzy <T/2 jsou zaručeně potlačeny, pulzy delší než T jsou zaručeně zaregistrovány VR - ZS 2010/2011
KYBERNETIKA TEORIE A PRINCIPY Programovatelné filtry na vstupech VR - ZS 2010/2011
KYBERNETIKA TEORIE A PRINCIPY Watchdog pro digitální I/O Ochrana před: poruchou počítače úplné selhání operačního systému poruchou aplikace program neodpovídá poruchou ovladače ovladač zařízení neodpovídá poruchou PCI sběrnice selhání komunikace Watchdog při poruše nastaví na výstupu stav, který je bezpečný pro připojený akční člen. Porucha je detekována, pokud sledovaný objekt neodpoví v časovém limitu. VR - ZS 2010/2011
KYBERNETIKA TEORIE A PRINCIPY Watchdog pro digitální I/O LabView DAQmx Control Watchdog Task.VI VR - ZS 2010/2011
Navrhování ukázka LabView od firmy NI bloky systému VR - ZS 2009/2010
Navrhování ukázka LabView od firmy NI bloky systému 19 skříň průmyslové provedení Volitelné zásuvné moduly VR - ZS 2009/2010
Navrhování ukázka LabView od firmy NI bloky systému Volitelné zásuvné moduly Skříň 180 x 88 mm průmyslové provedení VR - ZS 2009/2010
Navrhování ukázka LabView od firmy NI bloky systému VR - ZS 2009/2010
Navrhování ukázka LabView od firmy NI bloky systému VR - ZS 2009/2010
Navrhování ukázka LabView od firmy NI bloky systému VR - ZS 2009/2010
Navrhování ukázka LabView od firmy NI bloky systému VR - ZS 2009/2010 USB měřicí zařízení doplněk běžného PC
KYBERNETIKA TEORIE A PRINCIPY Vzorkovací frekvence Série S vlastní A/D pro každý kanál NI 6115 má 4 kanály po 10MSa/s Série E 1 A/D převodník: PCI-6013 má 200 ksa/s 1 kanál 200 khz, 10 kanálů á 20 khz f vz = 20 MHz / N LabView od firmy NI bloky systému 44 100 Hz 20 MHz / 453 = 44 150 Hz VR - ZS 2010/2011
KYBERNETIKA TEORIE A PRINCIPY LabView od firmy NI USB bloky systému USB-6008, cena 4.000kč 8/4 AI, 12-bit, 10 ks/s 12 DIO, TTL/CMOS/LVTTL 2 AO, 1 Čítač USB-6009, cena 6.760kč Vše jako USB-6008 jen 14-bit, 48 ks/s DAQmx Base (Windows, MacOX, Linux) Napájení z USB V ceně Data Logger software K dispozici Student Kit včetně LabVIEW SE (student edition.) VR - ZS 2010/2011
Navrhování ukázka LabView od firmy NI VR - ZS 2009/2010
KYBERNETIKA TEORIE A PRINCIPY Problematika A/D převodníků je na další prezentaci VR - ZS 2014/2015
KYBERNETIKA TEORIE A PRINCIPY Rozlišení u A/D převodníků Problematika A/D převodníků je spojena s počtem bitů tj. na jaký počet kroků bude analogový signál digitalizován. I z laického pohledu je zřejmé, že čím bude větší počet bitů, tím menší bude hodnota digitalizačního kroku a tedy i tím lépe bude digitální výsledek (výsledná digitalizovaná schodovitá křivka ) kopírovat tvar původní analogové křivky viz tabulka dále. VR - ZS 2010/2011
KYBERNETIKA TEORIE A PRINCIPY Rozlišení u A/D převodníků Problematika A/D převodníků je spojena s počtem bitů. Pochopitelně, že počet bitů je omezen technickými možnostmi A/D převodníku přesněji řečeno čipu, který převod zabezpečuje a který je centrem obvodů karty A/D převodníku. U něj pak zase na technických možnostech výrobce a zvládnuté výrobní technologie (a mnohdy i na schopnostech jeho vývojového odd.). VR - ZS 2010/2011
KYBERNETIKA TEORIE A PRINCIPY Výpočet rozlišení Teoretické rozlišení = Rozsah ±10 V 20 V = 4,8828 mv 12 2 Z katalogu pro vybranou desku převodníku: Výpočet 12 bitová karta Relativní rozlišení z technických podmínek => 20 V 2 14 = 1,2207 mv 1,28 mv Tj. skoro = 14 bitů! VR - ZS 2010/2011
KYBERNETIKA TEORIE A PRINCIPY Rozlišení Amplitude [V] 16-Bit Versus 3-Bit rozlišení (5kHz sinus) 10.00 8.75 7.50 6.25 5.00 111 110 101 100 3-bit (krok 1,25 V) 16-bit (0,15259 mv) 3.75 2.50 1.25 0 rozlišení dle výstupu 011 010 001 000 vyjádření v bitech 0 50 čas [μs] 100 150 200 VR - ZS 2010/2011
KYBERNETIKA TEORIE A PRINCIPY Rozlišení Tabulka vyjadřující velikost kroku pro různé napětí a různý počet bitů A/D převodu počet bitů napětí [V] krok [mv] 3 20 2,500000 4 20 1,250000 8 20 0,078125 10 20 0,019531 12 20 0,004883 14 20 0,001221 16 20 0,000305 24 20 0,000001 VR - ZS 2010/2011 3 10 1,250000 4 10 0,625000 8 10 0,039063 10 10 0,009766 12 10 0,002441 14 10 0,000610 16 10 0,000153
KYBERNETIKA TEORIE A PRINCIPY Aliasing viz prezentace o digitalizaci Aliasing (zkreslení) je důsledkem nesprávně zvolené vzorkovací frekvence VR - ZS 2014/2015
a to by bylo nyní vše 4... VR - ZS 2014/2015
VR - ZS 2014/2015