Upload
trinhdung
View
234
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1
TEMETEME
•• DISTRIBUIRANI UPRAVLJADISTRIBUIRANI UPRAVLJAČČKI SISTEMIKI SISTEMI
•• PLC PLC –– programabilni logiprogramabilni logiččki kontrolerki kontroler
Distribuirani sistemi upravljanja
Pod tehnološkim procesom podrazumijeva se, u naširemsmislu, transformacija energije ili materijala iz jednog oblikau drugi s određenom namjenom. Tehnološki procesi po tipuodvijanja transformacije mogu biti kontinualni i šaržni. Najvažniji tehnološki i industrijski procesi su: petrohemijski, hemijski, toplotni, proizvodnja energije itd.
Fizički gledano, upravljanje procesa uključuje ventile zaregulaciju protoka tečnosti ili gasova, grejne elemente zaregulaciju temperature, procesne posude i drugu sličnuopremu kojom se manipuliše materijom i njenim fizičkimveličinama i parametrima.
2
U slučaju velikih i složenih tehnoloških procesa brojveličina i parametara koje direktno treba mjeriti, regulisati i upravljati toliko je veliki da je potrebna neka forma nadgledanja pojedinačnih, lokalnih, regulatora u ciljupovećanja efikasnosti upravljanja. Pri tome grupetehnoloških cjelina ili procesa mogu biti prostorno, geografski, udaljene.
Ovakvim procesima koji su geografski razuđeni, a koji saaspekta nivoa upravljanja zahtijevaju sve nivoeupravljanja (direktno upravljanje. regulaciju, nadgledanje, optimizaciju i koordinaciju) ne može se upravljati nazadovoljavajući način korištenjem centralizovanog sistemaupravljanja jer ovaj nije dovoljno fleksibilan i pouzdan.
Distribuirano upravljanje je takvo upravljanje kojeomogućava upravljanje procesa ili postrojenja, tako štose oni podjele u nekoliko tehnoloških cjelina sa gledištaupravljanja i odgovornosti u tehničko-tehnološkom i informacionom smislu, pri čemu je svaka cjelinaupravljana sopstvenom upravljačkom strukturom iliregulatorom. Pri tome, sve upravljačke strukture(operativne stanice ili procesne stanice), međusobnokomuniciraju preko komunikacionih medija raznih vrsta.
Ovakva definicija potiče od vremena kada je važio moto: ''veći tehnološki proces, veći sistem upravljanja '', što je dovelo do povećanja komandnih sala i ožičenja, pa time i poskupljenja sistema upravljanja i smanjenja njihovepouzdanosti.
3
4
KoriKoriššććenjeenje raraččunara u industrijiunara u industriji
• prikupljanje i pamćenje podataka• obrada podataka• analiza• prikazivanje
Informaciona funkcijaInformaciona funkcija
Informaciona funkcija ne mijenja stanje na Informaciona funkcija ne mijenja stanje na procesu, niti utiprocesu, niti utičče na na njegovo odvijanjee na na njegovo odvijanjeBlagovremene informacije o procesu koje pomažu pri donošenju odluka
Nadgledanje procesa (monitoring)Nadgledanje procesa (monitoring)
5
AkvizicijaAkvizicija podatakapodatakaSStanje mtanje mjjerne opremeerne opreme
• provjera tačnosti• konverzija• filtracija
stanje opremestanje opreme• provjera zabranjenih kombinacija (sprečavanje havarija)• detekcija otkaza
stanjestanje proizvodaproizvoda•• praćenje procesa proizvodnje• provjera receptura• kontrola kvaliteta
indirektna meranjaindirektna meranja
KoriKoriššććenjeenje raraččunara u industrijiunara u industriji
• upravljanje u zatvorenoj sprezi (DDC)
• plansko upravljanje: programsko, sekvencijalno i numeričko upravljanje
• nadzor nad radom procesa (supervizija)
UpravljaUpravljaččke funkcijeke funkcije
6
UpravljaUpravljaččke funkcijeke funkcije
upravljanje u zatvorenoj sprezi – raraččunar u unar u zatvorenoj sprezizatvorenoj sprezigeneriše upravljačke signale koji se prenose na izvršne organe
upravljanje u zatvorenoj sprezi – raraččunar u unar u otvorenoj spreziotvorenoj spreziizračunava upravljanje i saopštava ga operateru (operatorski vođen upravljački sistem)
Programsko upravljanjeProgramsko upravljanje
puštanje sistema u rad • ispitivanje stanja svih pogona, priprema pojedinih elemenata (zagrijevanje, podizanje pritiska, dovođenje u početni položaj itd...)• vođenje sistema u radnu tačku
zaustavljanje sistema• prevođenje u bezbjedan rad ("the show must go on")• potpuno (plansko) zaustavljanje• havarijsko zaustavljanje - "sve stop"
7
Sekvencijalno upravljanjeSekvencijalno upravljanje
sekvenca•A do p1• B do p2• mixer 5 min• pusti grijač• kad dostigne temperaturu drži 30 min• otvori C
A B
C
M
+ -
kontroler
topla voda
mjeračpritiska
mjeračtemperature
referenca
Sekvencijalno upravljanjeSekvencijalno upravljanje
Ako jeAko je pritisnut taster START tadatada otvori ventila AAko jeAko je pritisak veći ili jednak od p1 tadatada zatvori ventila A i otvori ventil BAko jeAko je pritisak veći ili jednak od p2 tadatada zatvori ventil BAko suAko su ventili A i B zatvoreni tadatada pusti miješalicu u radAkoAko mikser radi tadatada pusti kontroler temperature u radAko jeAko je temepreratura veća ili jednaka od θ tadatada startuj mjerač vremenaAkoAko jeje izmjereno vrijeme veće ili jednako od 30 minuta tadatadaisključi kontroler (zatvori dovod tople vode), zaustavimiješalicu i otvori ventil C
akoako ((uslovuslov) ) tadatada ((akcijaakcija))
8
NumeriNumeriččkokoupravljanjeupravljanje
upravljanje • namijenjeno posebnoj vrsti mašina• kodirano alfanumeričkim znacima
Supervajzorsko Supervajzorsko upravljanjeupravljanje
• referentne vrijednosti• predhvarijska stanja• recepture• izveštaji• ...
9
KoriKoriššććenjeenje raraččunara u industrijiunara u industriji
Integracija nadzora i upravljanja cjelokupnim proizvodnim procesom
Upravljanje proizvodnjomUpravljanje proizvodnjom
Planiranje proizvodnjeUpravljanje skladištemKomercijalni poslovi
Planiranje poslovanja radne organizacijePlaniranje poslovanja radne organizacije
Poslovni informacioni i upravljaPoslovni informacioni i upravljaččki sistemki sistem• koordinacija porudžbina sa planom proizvodnje i transportnim mogućnostima• upravljanje svakim pogonom i koordinacija potražnje sirovina od strane pojedinih pogona• upravljanje stanjem sirovina i gotovih proizvoda u skladištima• blagovremeno snabdjevanje sirovinama• opravke i preventivno održavanje opreme• rukovođenje osobljem koje radi u pogonima• istraživanje i razvoj radi povećanja kvaliteta i produktivnosti, kao i razvoja novih prozvoda• ...
10
Hijerahijsko upravljanje procesomHijerahijsko upravljanje procesomKompleksnost zahtjeva dovodi do podjele na funkcionalne cjeline koje su relativno nezavisne i koje razmjenjuju informacije
komande
informacije
informacije
ograničenja
Odlučivanjeograničenja
informacije
komande
informacije
Hijerahijsko Hijerahijsko upravljanje upravljanje procesomprocesom
1
3
2
3
mini računari
off-line
mikro računari
teorija odlučivanja
11
Centralizovano Centralizovano raraččunarsko unarsko upravljanjeupravljanje
Distribuirano Distribuirano raraččunarsko upravljanjeunarsko upravljanje
12
Distribuirano Distribuirano raraččunarsko upravljanjeunarsko upravljanje
Informacioni sistem
InformacionaInformaciona mremrežžaa
PoslovniPoslovni sistemsistem
ProcesnaProcesna mremrežžaa
UpravljaUpravljaččkaka mremrežžaa
ProcesniProcesni u/i u/i modulimoduli i PLCi PLC
PLCPLCOperatorskiOperatorskiinterfejsinterfejs
Distribuirano Distribuirano raraččunarsko unarsko upravljanjeupravljanje
NadzorNadzor i i upravljanjeupravljanje
13
Komunikacione mreKomunikacione mrežžee
Process level
Device network
Control network
Control level
Information level
Information networkveliki paketi, mala učestanost, bez striktnih vremenskih ograničenja
mali paketi, velika učestanost, vremenski kritične aplikacije
Topološke strukture distribuiranih SAU
Da bi se na jedinstven način izvršio prikaz različitihtopologija DSAU usvojićemo skup grafičkih simbola sasledećim značenjem:
funkcija automatizacije, koja u sebi sadrži funkcije regulacije, upravljanja i akvizicije
funkcija vođenja, koja u sebi sadrži funkcije nadzora, opsluživanja i koordinacije rada kako pojedinih djelova procesa i procesa u cjelini
funkcija upravljanja komunikacijom, koja omogućuje da veći broj učesnika ukomunikaciji vrši razmjenu unformacija posredstvom jedinstvenog komunimacionog podsistema
funkcija optimizacije, koja koja predstavlja dio funkcije vođenja, ali se u postojećim sistemima odvaja od funkcije vođenja i izvršava se u posebnom računaru
informacioni, odnosno izvršni organi koji su u kontaktu sa upravljanim procesom
14
Klasičan sistem automatizacije, strukturno gledano, zvjezdaste je strukture, koju karakteriše vremenskiparalelan rad komponenti, prostorna centralizacija i totalna funkcionalna decentralizacija. Pri tome, jednafunkcionalnost zahtjeva prisustvo jednog uređaja. Ovakav sistem naziva se centralizovani sistem.
Kada se koristi direktno digitalno upravljanje primjenomprocesnog računara, tada se ima potpuna centralizacija, struktura je zvjezdasta, a sve funkcije odvijaju se na jednommjestu tj. u procesnom računaru . Ovi sistemi su nepouzdanijer kada otkaže procesni računar sve funkcije koje je on ostvarivao prestanu da budu ostvarivane.
Da bi se prevazišao problem smanjenepouzdanosti došlo se na ideju da se primjene DSAU. Drugi motiv ogleda se u težnji da se SAU prilagodi procesuupravljanja. Treći motiv za razvoj i promjenu DSAU treba tražiti u razvojutehnologije proizvodnje mikroprocesora i mikroračunara, koji je doveo do naglogpada cijene hardwer-a, što je sveomogućilo realizaciju konceptadistribuiranog upravljanja.
15
DSAU koji treba da ispuni zahtjeve koje nameće proces upravljanja, posvojoj strukturi svojevrsna je kopija procesa upravljanja. Razmjenainformacija, odnosno komuniciranje između pojedinih dijelova sistema, obavljalo bi se komunikacionim linijama koje odgovaraju informacionimtokovima procesa. U ovakvom sistemu problem komunikacije i njeneorganizacije postaje dominantan. Nisu u pitanju samo sredstva koja zarealizaciju komunikacije stoje na raspolaganju, nego i cijena njenogkorištenja.
Mada na strukturu distribuiranih sistemautiče još čitav niz faktora, kao što sufunkcionalna moć pojedinih njegovihdijelova, način organizacije vođenja, optimizacija, problem redundanse, itd., struktura se prvenstveno javlja kaokompromis između zahtjeva kojenameće proces i zahtjeva zaadekvatnom komunikacijom. Na slici je data opšta strukturna šema DSAU.
Distribuirani sistem automatskog upravljanja može bitiprojektovan po mjeri primjene, za specifičnu klasu procesa , ili na bazi distribuirane računarske mreže čija se topologijaodređuje u skladu sa topologijom upravljanog procesa. Pritome, on objedinjuje geografski i funkcionalno odvojenuopremu, uključujući i ulazno-izlazni podsistem, u jedinstvensistem upravljanja, kroz digitalni komunikacioni podsistem.
Ovako realizovani sistem upravljanja ime dvije značajneprednosti: - moguće je realizovati funkcionalna rješenja upravljanja u hijerarhijskoj ili modularnoj formi, - rezultirajući sistemi imaju sve prednosti sistema lokalnogupravljanja i većinu prednosti centralizovanog upravljanja.
16
Komponente DSAU na bazi računarskih mreža
Distribuirani sistem automatskog upravljanja na baziračunarskih mreža sastoji se od:
1. nekoliko lokalnih kontrolera (operativnih stanica, automatizirajućih stanica), od kojih je svaki u stanju daopslužuje simultano nekoliko regulacionih ( upravljačkih ) kontura,
2. komunikacionog digitalnog podsistema, zajedno sahardwer-om i odgovarajućim komunikacionim protokolima,
3. najmanje jednog koordinirajućeg kontrolera(nadzorne stanice),
4. centralnog informacionog sistema, i operatorskoginterfejsa koji takođe može biti distribuiran na svakom nivou(lokalni, nadzorni, centralni ).
PROCES PROCES
KOORDINIRAJUĆIKONTROLER
CENTRALNI INFORMACIONI SISTEM
LOKALNI KONTROLER
LOKALNI KONTROLER
LOKALNI KONTROLER
LOKALNI KONTROLER
LOKALNI KONTROLER
KOMUNIKACIONI BUS (DALEKI)
LOKALNI BUS (BLISKI) LOKALNI BUS (BLISKI)
DSAU na bazi računarske mreže
17
Tipična interna strukturna šema lokalnog kontrolera (operativne stanice, automatizirajuće stanice), data je na slici. Obično sadrži regulacione i upravljačke (sekvencijalne) algoritme koji se ostvaruju softverski obradomodgovarajućih ulaznih signala i podataka generišući izlazne upravljačke signalekoji se koriste za pokretanje izvršnih organa. Broj zatvorenih kontura kojeopslužuju lokalni regulator obično je dvanaest do šesnaest.
IZVOR NAPAJANJA
RAM MEMORIJA
PROM MEMORIJA
INTERFEJSCPU
LOKALNIOPERATOROV
INTERFEJS
DIGITALNI I / O
ANALOGNII / O
INTERNIBUS
PREMA / OD PROCESA
PREMA / OD LOKALNOGOPERATOROVOG
INTERFEJSA
PREMA / OD KOMUNIKACIONOG
BUS-a
LOKALNI KONTROLER
Na sledećoj slici date su u grupama glavne funkcije lokalnog kontrolera. Pri tome, lokalni kontroler može biti kontroler koji dominantno ostvarujeregulacione funkcije (upravljanje u zatvorenoj konturi), sekvencijalnikontroler ili samo uređaj koji prikuplja podatke o procesu, kondicionira ih i pretvara u digitalni oblik tako da se mogu koristiti u ostalim djelovimaDSAU.
ANALOGNI IZLAZI
DIGITALNI IZLAZI
ANALOGNI ULAZI
DIGITALNI ULAZI
LOKALNO POKAZIVANJE
LOKALNI OPERATORSKI
ULAZI
KOMANDE
ZAPISIREGISTRACIJA
ALARM
PREMA KOORDINACIONOM KONTROLERU / INTERFEJS
PREMA VIŠEM NIVOU
18
Kod projektovanja ili specifiranja lokalnog kontrolera neki odglavnih parametra i funkcija moraju biti poznati i to:
• maksimalan broj regulacionih kontura koje mogu bitikonfigurisane,
• opseg mogućih perioda semplovanja,• tipovi i nivoi ulaznih/izlaznih signala,• zahtjevani stepen lokalne autonomije,• način lokalnog vođenja,• stepen samodijagnostike, redundance i samopopravke,• stepen jednostavnosti radi korištenja neekspertnog osoblja,• repertoar upravljačkih algoritama i ostalih algoritama,• stepen standardizacije i modularnosti hardwer-a i softwer-a,
unutar kontrolera i između kontrolera,• tip komunikacionog podsistema (hardwer, protokoli, brzina, itd.)
između kontrolera i drugih dijelova sistema, • dopustiva greška u prenosu podataka između dva kontrolera,
Topologije sistema i protokoli za prenos podatakaodređeni su karakterom DSAU tj. procesom koji treba dabude upravljan. U DSAU neophodno je da raznovrsnaoprema međusobno komunicira, koja je i fizičkimeđusobno udaljena, i da obavlja mnoge funkcije u ciljuostvarivanja algoritama upravljanja. Tada je neophodanodgovarajući podsistem koji treba da organizujekomuniciranje, uzimajući u obzir prioritet poruka,zahtjeve na konfliktne situacije u informacionom smislu, brzinu prenosa podataka unutar sistema (i izmeđučvorova), pouzdanost i tačnost prenosa podataka itd. Skup pravila koji omogućava komuniciranje unutarDSAU naziva se protokol.
19
Kod sabirničke (bus) strukture, svi čvorovi spojeni su nazajedničku sabirnicu. Ova topologija je dosta robusna u slučaju da dođe do fizičkog prekida bus-a. U zavisnosti odtoga gdje dođe do prekida, moguće je da sistem pod određenim uslovima nastavi da radi u autonomnimdijelovima.
Zvjezdasta struktura nije mnogo povoljna za primjene u upravljanju jer, ispadom centralnog čvora dolazi do ispadačitavog sistema, a ostaju da funkcionišu samo perifernidijelovi sistema.
Od svih struktura, bus topologija je najpovoljnija i ona je realizovana kroz razne komercijalne komunikacionesisteme.
20
Sekvencijalni sistemi automatskogupravljanja
Kada se u praksi srijećemo sa ON/OFF funkcijama iliON/OFF stanjima neke opreme u procesima kojimaupravljamo, takav tip upravljanja se naziva logičko iliprekidačko upravljanje. Stanju ON najčešće odgovaralogička 1, a stanju OFF logička 0. Jednostavnost ovakvogtipa upravljanja ga čini pogodnim za upotrebu u upravljanjuautomatskih mašina i procesa u kojima se zahtijeva daproces ili mašina slijede sekvencu operacija. Primjenalogičkog upravljanja u sekvencama rada dovela je do termina sekvencijalno upravljanje.
Sekvencijalno upravljanje može da se realizuje pomoću elektromehaničkih releja, raznih pneumatskih i fluidnihkomponenti, opreme na bazi poluprovodnika (tranzistori, mikroprcesori…) i naravno presonalnih računara. Računarispecijalne namjene koji se koriste za realizacijusekvencijalnog upravljanja se zovu programabilni logičkikontroleri- PLC.
21
Sistem za nadgledanje
Operatorska konzola
Sistem upravljanja opšte namjene
Programabilni logički kontroleri
(PLC)
Senzori Aktuatori Aktuatori Senzori
Regulatori za upravljanje sa
povratnom spregom
PROCES / MAŠINA
Sekvencijalna upravljanja
Sistem upravljanja opšte namjene
Glavna odgovornost sistema upravljanja opšte namjene je dakoordinirano upravlja jednim ili više procesa ili mašina. Sistemupravljanja opšte namjene obavlja sledeće funkcije:
1. Generiše komande i prima informacije o statusu PLC i lokalnih regulatora za upravljanje u povratnoj spreziindividualnih mašina/procesa, kao i informacije o procesnimvarijablama poput brzine, pozicije, temperature….2. Da izdaje komande i prima informacije o statusu aktuatora i senzora bilo da oni opslužuju PLC ili pojedinačne regulatore zaupravljanje u povratnoj sprezi3. Prijem komandi iz i slanje status informacija u operatorskukonzolu za potrebe operatora procesa ili mašine4. Prijem komandi iz i slanje status informacija u ručnukomandu i automatski sistem za nadgledanje rada čitavogsistema ili dijelova sistema unutar zaokruženog procesa iligrupe mašina.5. Izmjena informacija o statusu unutar samog sistema opštenamjene između djelova sistema i podsistema.
22
Memorija CPUKomunikac.
procesor
SISTEMSKI BUS
I/O procesor
I/O BUS (FILD BUS)
Sistem za nadgledanje
Operatorska konzola
Alati za programiranje
Izlazni interfejs PLC Regulatori
Ulazni interfejs
Aktuatori AktuatoriSenzori SenzoriSenzori
Tipična arhitektura sistema upravljanja opšte namjene
Memorija obezbjeđuje storiranje programa i uvođenje podatakau sistem preko komunikacionog procesora.
Centralna procesorska jedinica (CPU) generiše upravljačkadejstva izvršavanjem programa i vrši koordinaciju drugihfunkcija.
Ulazno-izlazni procesor (I/O procesor) obezbjeđuje da CPU izdaje komande i prima informacije o statusu opreme i signala izPLC i regulatora i razmjenjuje podatke neophodne zaupravljačka dejstva preko ulaznog i izlaznog interfejsa.
Komunikacioni procesor prikuplja komande iz procesa i obezbjeđuje status informacija za sistem nadgledanja i operatorsku konzolu i omogućava interakciju sa razvojemprograma i konfiguracionih alata.
23
Sistem predstavljen na prethodnoj slici može da obavlja kompleksne sekvence upravljačkih dejstava kada se primjenjuju na koordinaciju i upravljanje transporta materijala i rada mašina u izradi i sklapanju djelova ili u šaržnim i semišaržnim procesima, kao što su proizvodnja sirovog gvožđa ili proizvodnja ljekova u farmaceutskoj industriji.
Sekvencijalno upravljanje ima sve veći značaj u upravljanju "kontinualnih" procesa, jer oni nijesu stvarno kontinualni. Oni moraju startovati i zaustavljati se sa prethodno preciznodefinisanim sekvencama akcija. Primjer za ovo je startovanjetermoelektrane koja radi na ugalj ili mazut, za čije je punoopterećenje potrebno vrijeme od nekoliko sati. Taj prelaznirežim, ili režim upuštanja termoelektrane od stanja mirovanja do punog funkcionisanja vodi se sekvencijalnim sistemomupravljanja. Isti je slučaj kada se elektrana zaustavlja; jednostavno mora bti ispunjen veliki broj sekvenci upravljanjaprema tačno definisanom redosledu i programu.
Porast značaja sekvencijalnog upravljanja doveo je do povećane potrebe zagrafičkim programiranjem i tehnikama dokumentovanja velikih i kompleksnihplanova sekvencijalnih upravljanja.Međunarodna Elektrotehnička Komisija (IEC) je standardizovalasekvencijalne funkcionalne karte/dijagrame (SFC) za predstavljanje tihplanova. Svaka SFC komponovana je na osnovu tri bazična elementa i to: korak, akcija i tranzicija.
START
Step/korak Dejstva / akcija
Prelaz / tranzicija
Korak predstavlja tekuće stanjePLC i upravljanog sistemaunutar sekvencijalnog plana upravljanja. Na svakom koraku odvija se skup akcija. Uslov prelaza/tranzicije određuje se kada stanje PLC i upravljanog sistema evoluira u sledeći korak ili korake.
24
Kod SFC se razlikuju dva slučaja:izbor-selekcija jednog broja alternativnih nasljednika na sljedeći korak bazirano na uslovima inicijalizacija dvije ili više nezavisnih sekvenci na izvršavanje bazirano na uslovu tranzicije (paralelno odvijanje sekvence)
Svala sekvenca mora imati svoj početak, koga označavamo sa „Start“. Mehanizmi selekcije i paralelnog odvijanja skvenci dati su na slici.
A
B C D
E
A
B C D
E
X Y Z
R S T
X
Y
a) b)
Sekvencijalni funkcionalni dijagrami; a) izbor koraka i konvergencija na korak E; b) Paralelne sekvence (koraci B,C i D) i konvergencija u korak E; na slici X,Y,Z su tranzicije iz jednog koraka u drugi
LEDDER DIJAGRAMI
Sekvencijalni sistemi upravljanja obično su projektovani upoterbom LADDER (lestvičastih) dijagrama, zbog široke primjene elektromehaničkih releja. Mnogi PLC imaju mogućnost programiranja sa ladder dijagramima. Ladder dijagrami uvedeni od programera, transliraju se u ekvivalentne Boolove jednačine sa PLC tako da logičke funkcije mogu biti realizovane.
Namotaji releja
Normalno otvorenkontakt relejaNormalno zatvorenkontakt releja
Solenoid
Signalnasijalica
Normalno otvorenkontakt tastera
Normalno zatvorenkontakt tastera
Normalno otvorenkontakt granicnog prekidacaNormalno zatvorenkontakt granicnog prekidaca
Osnovne komponente koje se koriste u leder dijagramima i od kojih se ovi sastoje su: namotaji releja, kontakti releja, ulazi kao što su granični kontakti raznih prekidača, te aktuatori kao što su namotaji i indikacione lampe, led diode, itd.
25
Upravljački releji. Namotaj releja sadrži pokretno jezgro i elektromagnet. Obično relej ima dva para kontakata, jedan je zatvoren a drugi otvoren, u zavisnosti od toga ima li napona na namotajima ili nema. Obično je kontakt releja normalno otvoren kada je namotaj pod naponom a normalno zatvoren kada je namotaj bez napona.
Solenoid. Solenoid je elektromagnetni aktuator. Obično se koristi za akutaciju, pokretanje pneumatskih i hidrauličkih ventila koji kontrolišu protok fluida u cilindrima.
Sijalica, led dioda. Sijalica ili led dioda često se koriste u sekvencijalnim sistemima upravljanja da indiciraju operatoru stanje mašine ili procesa.
Prekidači. Kontaktni prekidači dopuštaju da neki električni krug bude otvoren ili zatvoren. Normalno otvoreni prekidač (taster) zatvara krug između dva kraja kada se prekidač otpusti.
Granični prekidač. Drugi tip prekidača je granični prekidač koji je aktiviran mehaničkim kontaktom sa manipulativnom polugom. Normalno otvoren granični prekidač uspostavlja krug između dva kraja kada je prekidačaktiviran i otvara krug kada je prekidač deaktiviran.
Električni dijagrami za klasičnu relejnu logiku mogu biti konstruisani crtanjem dvaju vertikalnih linija koje predstavljaju električne provodnike (sabirnice) sa kontrolnim naponom priključenim između njih. Horizontalne linije koje se pojavljuju na dijagramu rezultat su različitih komponenti pomoću kojih se realizuje određena funkcija. Rezultat realizacije tih logičkih funkcija je Ladder (ljestvičasti) dijagram, jer podsjeća na ljestve.
Napon napajanja
PR1 PR2 CR1
L1
CR1
CR1
Indikatorska sijalica (L1) upravljana sa dva tastera/prekidača(predstava pomoću ladder dijagrama)
26
A B
=AB
A
B
=A+B
a)
b)
A
B
=A+B
B
A
A
c)
d)
Konfiguracija kontakata za razne logičke funkcije:a) AND; b) OR; c) EXCLUSIVE OR; d) NOT
Logičke funkcije. Logičke funkcija koje se realizuju relejnom logikom određene su kontaktima prekidača tj. konfiguracijom kontakata u Ladder dijagramu.
TasteriŠta je radno stanje, akcija, nenormalno stanje kodtastera? To je pritisak na taster!
Radni tester vodi u radnom stanju, a normalno (kada ga ne pritiskamo) je otvoren normalnootvoren. Tako mu definiše i sam grafički simbol i NO.
Mirni tester vodi u neradnom stanju, koje je normalnojer ga ne pritiskamo , on je normalno zatvoren. Tako mu definiše i sam grafički simbol i NC.
Normalno otvoren (radni) i zatvoren (mirni)?
Suština ovdje je da su vas pogrešno učili
1) da je normalno da ne radimo.
2) da smo mirni samo kad ne radimo.
27
Rele
Normalno otvoren (radni) i zatvoren (mirni)?
1
2
A1
A2
1
2
A1
A2
3
4
5
6
Kontaktor
glavnikontakti
namotajelmagneta(špulna)
12 – radni (NO)
313 – mirni (NC)
13
14
21
22
pomoćnikontakti
Moderni kontaktori
Normalno otvoren (radni) i zatvoren (mirni)?
28
Princip rada kontaktora
Normalno otvoren (radni) i zatvoren (mirni)?
Nema napona na namotaju, el.magnet ne radi, nema privlačenjakotve, kontakti razdvojeni.
Napon na namotaju ,el.magnetaPrivlači se kotva, kontakti zatvoreni
Kontakti releja ili kontaktoraŠta je radno stanje, akcija, nenormalno stanje kodreleja/kontakotora? To je napon na špulni !
Radni kontakt vodi u radnom stanju, a normalno (kada nema komande) je otvoren normalnootvoren. Tako mu definiše i sam grafički simbol i NO.
Mirni kontakt vodi u neradnom stanju, koje je normalno jer kad nema napona, on je normalno zatvoren. Tako mu definiše i sam grafički simbol i NC.
Normalno otvoren (radni) i zatvoren (mirni)?
Eneg. ka mreži
Energ. ka potrošaču
Špulna(komanda)
pomoćni mirni (NC,12)
pomoćni radni (NO, 34)
29
Bitovi u PLCŠta je radno stanje, akcija, neaktivno, nenormalno stanje kodbitova ? To je stanje 1, stanje ON !
Radni bit vodi u radnom stanju (1), a normalno (kada nije 1) je otvoren normalno otvoren kontakt.
Mirni bit vodi u neradnom stanju (0),normalnom stanju on je normalno zatvoren kontakt.
Bit može biti ulaz (na primer I0.0) koji je 1 ako je napon na ulazu, ili izlaz (na primer Q0.0) koji je 1 akoje napon na izlazu, ili čak i samo bit iz memorije (naprimer M0.0) koji je 1 ako je prethodno setovan ili 0ako je prethodno resetovan.
Normalno otvoren (radni) i zatvoren (mirni)?
PLC PLC –– Programmable Logic ControllerProgrammable Logic Controller
30
PLC
Napa-janje
Ulaznimoduli
Izlaznimoduli
Senzori
Aktuatori /indikatori
Specijalni U/Imoduli
Komunikacionimoduli
Uredjaji napogonu
Udaljeniuredjaji
Procesorskimodul
• modularna struktura• otporan na nepovoljne klimo-tehničke uslove• specifičan operativni sistem (prilagođen odabiranju)• ladder programiranje
31
Osnovni elementi PLC sistema
µP sistem izvršava naredbe kao delove programa, jednu po jednu
• ko čuva naredbu? – memorija
• ko prenosi naredbu? - magistrala
• ko dekoduje naredbu? –CPU
• ko izvršava naredbu? – CPU
• ko sinhronizuje sistem? – sistemski sat (clock ili oscilator)
Centralna
procesorska
jedinica
(CPU)
Memorija
za program
Memorija
za podatke
Sistemskisat (clock)Napajanje230V
±10%5V
IO
Ports
Magistrala za podatke
Adresna magistrala
Kontrolna magistrala
Ulazi/ izlazi
OSC- CPU -
mikroprocesorROM RAM
IO ports
A D A D A D A D
C C C C
Princip rada mikroprocesorskog sistema Memorija
CPU Decode & execute
1. fetch phase (faza uzimanja)
2. decode&execute (faza izvršenja)
Fetch instruction
decode instruction
execute instruction
uP sistem izvršava naredbe kao djelove programa, jednu po jednu
• ko čuva naredbu? – memorija
• ko prenosi naredbu? - magistrala
• ko dekoduje naredbu? –CPU
• ko izvršava naredbu? – CPU
• ko sinhronizuje sistem? – sistemski sat (clock ili oscilator)
32
Programiranje na višem nivouLestvičasti dijagrami – Ladder diagrams
- Programski jezik višeg nivoa
- Specijalizovane šeme često korišćene da se dokumentuje kontrolna logika nekon industrijskog sistema
- Bliski relejnim šemama
Komunikacija unutra uP sistema Unutar sistema podaci se prenose paralelno, svi bitoviodjednom. To je brže i efikasnije.
Postoje magistrale (skup paralelnih linija) za instrukcije, podatke i komande. Prenos može biti 8 , 16, 32 , 64 – bitni
D0
D7
Centralna procesorska
Jedinica (CPU)
D0
D7
Memorija
za program
D15 D15
Sl. Primer magistrale preko koje podatke razmjenjuju CPU i memorija za podatke
33
Paralelna komunikacija
• dobra je u lokalu (svi podaci odmah ulaze-izlaze)
• loša na daljinu
•skupa (N žica, N pojačavača, N detektora nivoa ...)
• neotporna na šum (signalna masa, greška bilo kog bita...)
• nije lako sinhronizovati dva udaljena uređaja
Komunikacija sa spoljnjim svijetom -paralelna
Centralna procesorska
Jedinica (CPU) RD/WR
D0
D5
Paralelport
P0
P5
Paralelni analogni prenos signala
• Ulazni analogni signal ( napon 0V – 12V, struja 0 – 20mA) pretvaramo u broj preko analogno/digitalnog konvetrora – AD
• Na izlazu dobijamo analogni signal (napon 0V – 12V, struja 0 –20mA) tako što broj pretvaramo u napon preko digitalnog/analognokonvetrora - DA
Komunikacija –paralelna ali analogni signal
data
Centralna procesorska
Jedinica (CPU)
AD konvertor
DA konvertor
34
Primjena ADC i DAC unutar PLC
Za prenos na daljinu. Manje žica, otporna na šum .. Serijski port vrši serijsko/paralelnu konverziju
Add. decod. CS
Serijski IO port
RX linija
TX linija clock
RD/WR
prekid (TX or RX)
Dozvola prekida serijskog porta
CPU data bus
CPU address bus
CPU control bus
CPU
PISO
SIPO
logika
Serijski prenos od i ka liniji
paralelni prenosod i ka CPU
0
1
1
0
0 1 1 0
1 1 1 01
1
1
0
Komunikacija sa spoljnjim svijetom -serijska
PLC
35
Šta su PLC-ovi ?Programabilni logički kontroler (Programmable Logic Controller) je mikrokontrolerski sistem u kome su hardver i softver specifično adaptirani industrijskom okruženju.
PLC je oklopljen mikrokontroler sa svakim dijelom dobro provjernim, vrijeme razvoja aplikacije se značajno umanjuje.
PLC je originalno namijenjen kao zamena za relejne šeme. PLC se bazira na programu koji se može mijenjati tako da omogućava brze izmjene i proširenja.
Savremeni PLC kontroleri su sposobni za sve vrste komunikacija, RS485, MODBUS, PROFIBUS, Ethernet , IT (internet TCP/IP)
PLC koristi "ladder" ljestvičaste dijagrame za programiranje.
PLC ima odvojene ulaza i izlaze.
Veza PLC sa ostatkom sveta
36
Kontrolu procesa čini čitava grupa elektronskih uređaja
Konekcija PLC kontrolera ka centralnom kompjuteru ili internetu
Konekcija više distribuiranih PLC između sebe
Konekcija PLC sa senzorima, Aktuatorima kao i sa raznim komandama i HMI
Internet, Ethernet,
MODBUS, PROFIBUS
Analogni ulazi, digitalni ulazi/izlazi
Ethernet, MODBUS, PROFIBUS
Primjena savremenog PLC
1. Broj žica umanjen za 80%2. Umanjena potrošnja snage u odnosu na relejnu šemu 3. Dijagnostičke PLC funkcije omogućuju laku detekciju greške 4. Promena operacione sekvence cijelog sistema upravljanog sa PLC je veoma jednostavna, treba samo promijeniti i upisati novi program.5. treba manje rezervnih delova 6. mnogo je jeftiniji7. PLC je mnogo pouzdaniji u odnosu na elektromehaničke releje.
Kontrolni orman sa i bez PLC
37
Napajanje 24 VDC or 220 VAC.
Programska memorija : FLASHKorisnicka memorija: RAM
za promjenjive, za stanje ulaza i za def.stanja izlaza
Osnovni elementi PLC kontrolera
Priključci za ulazne signale
Priključci za izlazne signale
Komunicioni port za programiranje
Linije za proširenje - Dodatni ulazi /izlazi-Ostali komunicioni portovi - HMI (displej, tastatora)
CPU
Digitalni ulazi(odvojeni)
Digitalni izlazi(odvojeni i pojačani)
Upravljaju kontaktorima, motorima, relejima, LED diodama
Ovo su digitalni ulazi (tasteri, prekidači , tastature) ali postoje i analogni
Digitalni ulazi/izlazi
38
Analogni ulazi
Analogni izlazi
Ulazi sa raznih senzora (temper, protok, pritisak..)Uglavnom podržavaju dva indust. standarda • strujni ulaz 4mA – 20mA • naponski mV ulaz
Analogni ulazi i izlazi
Generišu promjenjivi analogni signal za regulaciju na primjer ugla zakretanja ventila, kazaljke ... Uglavnom podržavaju ista dva indust. standarda
Osnovne tri faze izvršenja PLC programa
Tri osnovna koraka koja se ponavljaju:
Korak 1.Testiranje ulaza. Koji ima status ON ili status OFF. Svi ovi ulazi se upisuju u odgovarajuće memorijske lokacije. Te vrednosti se koriste tokom celog sledećeg koraka.
Korak 2.Izvršenje programa, instrukciju po instrukciju. Na osnovu programa, i na osnovu stanja u programu korišćenih ulaza odgovarajuća akcija se vrši. Akcija može biti definisana i na osnovu rezultata sačuvanog od ranije u internoj memoriji.
Korak 3. Provera i korekcija izlaza. Izlazi dobijaju stanje u zavisnosti od stanja ulaza iz koraka 1 i izvršenog programa iz stanja 2.
Nakon koraka 3 PLC počinje da izvršava ponovo korak 1. Vrijeme skeniranja zavisi od programa i od tipa PLC.
39
Sve faze izvršenja PLC programa
Način programiranja PLC Ljestvičasta logika (ladder logic) je način crtanja el. logičkih šema. To je grafički jezik, veoma popular kod PLC. Originalno je izmišljen da zamijeni relejnu logiku. Ime je dobio jer program podseća na merdevine.
LD start_tasterO izlazA stop_taster= izlaz
Alternativa STL (statment list) - Instruction List language
40
Način programiranja PLC Stara relejna šema(napajanje, žice, špulne, mirni i radni kontakti releja)
Ljestvičasti PLC programikoji zamjenjuju ovu šemu
41
42
OperativniOperativni sistemsistem
43
2. Komponente
Modularnost – najznačajnije svojstvo PLC-a,
– dodavanje modula zavisi od funkcija koje treba obavitiPLC
Ulazno/Izlazni (I/O) moduli – veza između PLC-a i upravljanogsistema
diskretni I/O – logički signali (graničnici, tasteri, sklopke, ...)
kontinualni I/O – analogni signali (mjerni pretvarači, senzori, ...)
44
45
Komunikacioni (COM) moduli – veza između upravljačkihkomponenti sistema (PLC <-> PLC, PLC <-> PC)
46
47
48
49
50
51
52
53
Computer
Controller
Set point
Error
+
-
SD
Catalys t8500
Powe r Sup ply 0CISCO YSTEMSS Power Supply 1
SwitchProcessor
SE RI ES
SD
Catalys t8500
Power Supply 0CISCO YSTEMSS Power Supply 1
SwitchProcessor
SE RI ES
Computer
Controller
Set point
Error
+
-
Computer
Controller
Set point
Error
+
-
Computer
Controller
Set point
Error
+
-
Computer
Controller
Set point
Error
+
-
ProcesProces ((SistemSistem))
materijala
RazmRazmjjenaena
energije
podataka
industrijskaindustrijskarevolucijarevolucija
54
Upravljanje procesimaUpravljanje procesima"proces je prirodna operacija koja se progresivno odvija kroz niz postepenih promjena koje slijede jedna drugu na relativno utvrđen način i vode ka određenom rezultatu ili ishodu, ili vještačka ili voljno izazvana progresivna opracija koja se sastoji od niza upravljanih akcija ili pokreta koji su sistematično usmjereni ka određenom rezultatu ili cilju"
upravljanje kao intiutivni izbor mogućih opcija
upravljanje kao informisani izbor mogućih opcija
proces mjernaoprema
izvršniorgani izlaziupravljanje
pore
mec
aji
sistem
procesoperator
upravljanje
mjerenja
procesoperator
upravljanje
IstorijaIstorijattPrve ideje – početak pedesetihtržište – vojna industrijaautopilot & automatsko upravljanje oružjembrzi procesi spori računari
Traži se odgovarajuće tržište – Hemijska industrija• 1958 Elektrana, Louisiana (USA) –NadzorNadzor & & supervajzorsko upravljanjesupervajzorsko upravljanje• 1959 (15. mart) Texaco comp. Port Arthur (USA) –Zatvorena prva povratna spregaZatvorena prva povratna spregaŠezdesete – projektovanje odgovarajućih računarskih sistema i softveramini (mini (industriindustrijskijski) ) raraččunariunariSedamdesete i nadalje – micromicroraraččunariunari ii jezik jezik C C "odgovor na sve na"odgovor na sve našše molitve"e molitve" –– rađanje Upravljanja u rađanje Upravljanja u realnom vremenurealnom vremenu
55
RaRaččunarski sistem za rad u realnom vremenuunarski sistem za rad u realnom vremenu
računar kao sredstvo za obradu podataka
računar koji radi u realnom vremenu
Pobude iz okruPobude iz okružženjaenja
vremenski događaj (protok vremena)
događaj na procesu
operatorski događaj (interaktivni rad)
sistemski i programski događaji
56
Dva tipa sistema za rad u Dva tipa sistema za rad u realnom vremenurealnom vremenu
sistemi kod kojih je srednje vrijeme izvršavanja operacija, mjereno na nekom definisanom obimu posla, manje od zadatog maksimalnog vremena
sistemi kod kojih se svaka grupa operacija mora završiti u okviru specificiranog maksimalnog vremena
RaRaččunarski upravljan sistemunarski upravljan sistem
57
Sprezanje Sprezanje raraččunara i unara i procesaprocesa
GrGriijajačč vazduhavazduhaVentilator
Grejač
Kontroler
Referentna vrednost
Temperatura
Greška
Upravljanje
Upravljanjemotorom
ON/OFF
PZPO
Ručnoupravljanje
Automatskoupravljanje
Grejač
Ventilator
Poklopac
ON/OFF
CW/CCW
Operatorski pult
Napajanje
Ref. vrednost
Temperatura
PO PZ
Upravljanjemotorom
Ručno/aut
58
Ventilator
GrejacTemperatura
Upravljanje
Upravljanjemotorm
ON/OFF
PZPO
Grejac
Ventilator
Poklopac
Upravljanjemotorom
ON/OFF Cw/ccw
Operator
Napajanje
Rucno/aut
A/DD/ADigitalni izlaz Digitalni ulaz
Uredaji za komunikacijuRacunar
Algoritam upravljanja
Slika ulazaSlika izlaza
Izlazni zadatakIzlazni
zadatak
Ulazni zadatak
Ulazni zadatak
Komunikacioni zadatak
Realizacija jednog algoritamskog korakaRealizacija jednog algoritamskog koraka
]T)1n[(TeTK
]T)1n[(u)nT(u
T]T)1n[(e)nT(eTK)nT(u)nT(eK)nT(u
i
pii
dpip
−+−=
−−++=
grejac
kontroler
referenca
greškaupravljanje
+
-
59
GrafiGrafiččka ka ššema ema jednog jednog algoritamskog algoritamskog korakakoraka
Algoritam izračunavanja un
Ulazni zadatak
Izlazni zadatak
un
en
slobodno
nT (n+1)T
enn = en
kašnjenje
vreme
Vremenski dijagram jednog algoritamskog korakaVremenski dijagram jednog algoritamskog koraka
60
ProjektovanjeProjektovanje raraččunarske aplikacijeunarske aplikacije
• Apstraktni jezici za modeliranje računarskih aplikacija
• MASCOT (modular approach to software construction operation and test) koristi apstraktne objekte za formiranje preliminarnog projekta za virtuelni računar
AktivnostAktivnost
AktivnostUlaz Izlaz
skup operacija koju virtuelna mašina može da realizuje kao zaseban zadatak
61
KomunikacijaKomunikacija
Komunikacije između aktivnosti mogu da se podele u tri kategorije:• direktna razmjena podataka između dvije aktivnosti• deoba informacija između više aktivnosti• sinhronizacioni signali
KanalKanal Pul (Pool)Pul (Pool)Stavi Uzmi
SinhronizacijaSinhronizacija
Predstavlja se pomoću dvije procedure• WAIT (event) – aktivnost se prekida (suspenduje) i čeka na događaj (event) koji je prouzrokovao suspenziju• SIGNAL (event) – ova procedura "saopštava" (obznanjuje) da se odgovarajući događaj desio, sveaktivnosti koje su u stanju čekanja tog događaja nastavljaju rad
Aktivnost Aktivnost
Spoljašni događaj sa procesa se može posmatrati kao SIGNAL
62
Upravljanje Upravljanje grijagrijaččemem
Casovnik realnog vremena
Odabirac Casovnik
Podaci o vremenuUpravljanje
Sprega sa procesom
Perioda odabiranja
Izmerene vrednosti
upravljanje
Displej
Operatorski ulaz
Rukovodilac
Displej
Tastatura
Štampac
Informacije o procesuPodaci o
procesu
Parametri
Podaci o procesu
Podaci o procesu
Parametri upravljackog algoritm
a
vrem
ePe
rioda
oda
bira
nja
vrem
e
Jedinica vremena
Odabiranje
Takt
Aktivnost upravljanjeAktivnost upravljanje
Casovnik realnog vremena
Odabirac Sekvenciranje upravljanja
Merna oprema
Izvršni organi
Ulazni zadatak
Slika ulaza
Izlazni zadatak
Algoritam upravljanja
1
23
Slika izlazaInformacije o
procesu
OdabiranjeTakt
Jedinica vremenane pripada aktivnostiupravljanje