Automatizacija u Pomorskom Prometu

OSNOVE AUTOMATIZACIJE

Automatizacija je tehnička disciplina koja obuhvaća sve mjere s kojima se povećava učinkovitost i smanjuje udio ljudskog rada u proizvodnji i vođenju procesa.

Automatika (engl. Automatic control) je znanstveno-tehnička disciplina čija su područja teorija vođenja, istraživanje i analiza uvjeta djelovanja i zakonitosti vođenja različitih sustava te sinteza sustava za automatsko upravljanje.

Da li postoje sustavi automatskog upravljanja u prirodi ?

Da li postoje u čovjeku ?

Automatizacija broda

- smanjenje brojnosti posade,

- smanjenje troškova za posadu,

- smanjenje vremena operacija s teretom,

- smanjenje kvarova,

- smanjenje utroška goriva,

- poboljšanje održavanja,

- poboljšanje radnih uvjeta.

Automatizacija se provodi:

daljinskim uključivanje brodskih uređaja (on/off),

signalizacijom,

daljinskim mjerenjima

regulacijom parametara brodskih procesa (temperatura,tlak)

centralizacijom dobivenih informacija o procesima te predočavanjem

u obliku najpogodnijem čovjeku,

automatskom obradom dobivenih informacija,

računalnim nadzorom i upravljanjem,

Automatizacija broda

protusudarni sustavi,

održavanje kursa broda

stabiliziranje broda u nemirnom moru

sustavi dinamičkog pozicioniranja

upravljanje ukrcavanjem i iskrcavanjem tereta,

nadzor i upravljanje generatora i stroja,

dojava požara, automatsko gašenje …..

Primjeri sustava automatizacije na brodu

Klasifikacija brodskih procesa

Primjer mjerenja

Mjerenje (engl. monitoring) je određivanje neke fizikalne veličine, primjerice temperatura, dubina.

Primjer sustava automatskog upravljanja

(mjerenje, obrada, i upravljanje)

RAČUNALA I AUTOMATIZACIJA

10

VRSTE RAČUNALNIH SUSTAVA

On line sustav (sustav realnog vremena)

– sustav kod kojeg se podaci izravno električnim

vodovima unose u računalo. Računalo izravno upravlja

izvršnim organima.

-Vrijeme unosa podataka reda veličine mikrosekunde.

-Upravljanje brzim procesima – npr. automobilski motor.

Off line sustav

- unos podataka ručno ili preko nekog medija.

- vrijeme unosa podataka sati, dani, tjedni.

- npr. program za obradu plaća

11

• Većina procesa upravlja se računalom (avion, brod, automobilski

motor, omnitrack…)

• Računala nadgledaju i vode proces po programu, “osjećaju”

process i “djeluju” na process

• Ekspertni sustav – računalo koje zamjenjuje stručnjaka

(eksperta) – primjer je sustav za diagnostiku kvarova

• Umjetna inteligencija – čovjek se trudi da računalu doda

određene ljudske osobine ( primjer je prepoznavanje lica i

emocija )

Koje je mjesto računala u automatizaciji ?

12

OSNOVNI PRINCIPI I SKLOPOVSKI ELEMENTI

SUSTAVA

Usporedba čovjek - računalni sustav

ljudski senzori ( vid, sluh, okus, miris, dodir )

13

Koraci za izgradnju on line sustava:

•definiranje što sustav treba raditi?

•izrada mjernog i upravljačkog algoritma (program računala)

•specifikacija hardwaera - senzora, međusklopova, računala,

izvršnih organa …

interdisciplinarni pristup – suradnja stručnjaka je neminovna. (

tunel, šok soba ).

14

PRIMJER INTELIGENTNOG ON LINE SUSTAVA

Inteligentno ponašanje –

mogućnost sustava da se prilagodi novonastaloj situaciji.

•inteligentna zamjena

signalizacijskog plana – mjeri

promet

•-rezervni način vođenja

(redundantni sustavi) ili ručno

vođenje

•provjera izvršnih organa (da li

rade svijetla semafora)

•-diagnostički program (detekcija

i označavanje pokvarenog

sklopa)

OSNOVNE DEFINICIJE

Pod pojmom automat

podrazumijeva se tehnički

uređaj koji samostalno

izvršava rad kojeg je zamislio

njegov konstruktor.

S motrišta upravljanja sva

sredstva rada, strojevi i procesi

koji se upravljaju nazivaju se

objektima upravljanja, a onaj

sustav kojim se ostvaruje to

upravljanje naziva se sustav

upravljanja ili regulacije.

Automat, objekt upravljanja, sustav upravljanja

(regulacije)

Primjer: Brod je objekt regulacije,

autopilot i kormilo je sustav

upravljanja i regulacije

Stanje objekta upravljanja ( primjerice broda) određeno je:

- unutarnjim svojstvima objekta

- vanjskim djelovanjima na objekt.

U vanjska djelovanja na objekt upravljanja ubrajaju se:

- poremećajne veličine

- upravljačke veličine.

Poremećajne veličine općenito su slučajnog karaktera.

Poremećajne i upravljačke veličina

PRIMJERI JEDNOSTAVNIH

PROCESA

(matematički opis)

Upravljačka veličina Izlazna veličina

Poremećajna veličina

Primjer procesa sa kašnjenjem prvog reda

Razina vode u tanku Ulazni tok

Izlazni tok

Primjer procesa sa kašnjenjem prvog reda

Tank se puni po eksponencijalnom

zakonu (uz zatvoren izlazni ventil):

0 (1 )t

TL L e

T RC

T- vremenska konstanta sustava

Primjer procesa sa kašnjenjem višeg reda

Primjer procesa sa mrtvim vremenom

Izlazna veličina se mijenja nakon kašnjenja ∆t

Upravljačka veličina Izlazna veličina

ZADACI SUSTAVA

UPRAVLJANJA

Sustav automatskog upravljanja osigurava da se izlazna veličina

sustava mijenja prema algoritmu funkcioniranja bez obzira na vanjske

poremećaje (primjer:razina mora biti stalna bez obzira na promjenu

izlaznog toka).

Zadaci sustava upravljanja

Ulazni tok

Izlazni tok

Razina tekućine

Regulirana ili izlazna veličina sustava y(t) je fizikalna veličina koja se

regulira (razina tekućine u tanku).

Algoritam funkcioniranja sustava su zahtjevi kojima trebaju udovoljiti

izlazne veličine sustava y(t) (održavanje razine na konstantnom nivou).

Zadaci sustava upravljanja

Razina vode u tanku

Ulazni tok

Izlazni tok

MJERNI PRETVORNICI

(SENZORI ili DAVAČI)

27

SENZORI

Zadatak senzora je da se određena mjerna veličina iz procesa izrazi

u električnom obliku ( vrlo složen zahtjev ) – može i mehanički,

pneumatski, hidraulički

Danas postoji više od 10000 vrsta senzora koji obrađuju više od 100

različitih parametara

Svaki je senzor nauka za sebe – veoma su skupi

Postoje senzori s analognim izlazom i senzori sa digitalnim izlazom

28

Analogni senzori – položaj, tlak,

temperatura, protok, brzina, razina … i

pri tome se primjenjuju razni fizikalno

kemijski principi za dobivanje električnog

signala. Generiraju analogni signal.

Senzori sa digitalnim izlazom ili digitalni

davači. Generiraju digitalni signal

Pametni senzori – analogni senzori sa

mikroprocesorom. Mogu davati analogni

ili digitalni izlaz. Oplemenjeni senzor daje

kvalitetnije izlazne signale

Osnovno svojstvo senzora: ne smiju

djelovati na sredinu u kojoj mjere.

Analogni senzori

Digitalni senzor

ANALOGNI SENZORI

Ulazne karakteristike senzora

Mjerna veličina – fizikalna veličina koja se mjeri

Mjerno područje – skup vrijednosti mjerne veličine senzora

Mjerni opseg – razlika gornje i donje granice mjernog opsega

Primjer: senzor temperature sa mjernim područjem od -20 do +180 C ima

mjerni opseg od 200 C.

Izlazne karakteristike senzora

Mjerni signal – električna, hidraulička, pneumatska, mehanička

Izlazno područje – (0 ili 4 do 20 mA, 0 do +/-10 V, 20 do 100 kPa)

Vrsta signala– analogna i diskretni (binarni, impulsni, digitalni)

Izlazne karakteristike senzora:

Izlazna impendancija –potrebno prilagoditi izlaznu impendanciju

pretvornika otporu opterećenja – smanjivanje greške , optimalan

prijenos signala.

Utjecaj šuma – omjer signal/šum

Prijenosne karakteristike senzora

Statička - ovisnost izlazne o ulaznoj veličini za statički signal na

ulazu

Dinamička– ovisnost izlazne o ulaznoj veličini za dinamički signal na

ulazu

•Linearnost

•Prag osjetljivosti

•Ponovljivost

•Histereza

•Utjecaj okoline

•Pouzdanost

Mjerač razine

Prijenosne karakteristike senzora – tumačenje histereze

SENZORI TEMPERATURE

Postoje 4 osnovna principa:

1. Promjena obujma tijela sa temperaturom (dilatacija)

2. Promjena otpora vodiča ili poluvodiča

3. Promjena napona na spojištu dva vodiča u ovisnosti o

temperaturi spojišta

4. Ovisnost energije zračenja o temperaturi

Promjena obujma tijela sa

temperaturom (dilatacija)

a) spiralno

b) helikoidno,

c) bihelikoidno,

d) termometar s bimetal. osjetilom Ni+Fe (mali koef. dilatacije u spoju

sa mjedi ili Ni+Cr (veliki koef. dilatacije)

BIMETALNO DILATACIJSKO OSJETILO (-185-400 C)

V = Vo ( 1 + ( T) + ( T)2 + ( T)3 + ….)

l=10 (1+ ( T) + ( T) 2 +…..)

1. Kapljevinski do 350 C, toluon, ksilom, etilni alkohol, do 600 C Hg

2. parni, hlapljive tekućine etan, klorbenzen, etilklorid -40 do 150 C

– osjetljiviji od kapljevinskih, nelinearna karakteristika

3. plinski, punjeni dušikom, -85 do 540 C, dobra dinamička svojstva

TLAČNI MJERNI PRETVORNICI TEMPERATURE

(kapljevinski, parni i plinski)

p1V1/T1= p2V2/T2

p2= p1·T2/T1= k· T2

Promjena otpora vodiča ili

poluvodiča

a) Ovisnost električnog otpora b) Ovisnost elektr. otpora

metala o temperaturi. poluvodiča (termistora NTC) o temperaturi

(za usporedbu dana je i karakteristika termistora) (za usporedbu je dana i karakteristika platine)

OTPORNIČKI PRETVORNICI TEMPERATURE (RTD)

R = R0 (1+ α (ΔT) + β (ΔT)2 + γ(ΔT) 3 + …) R = R0 (1 + αΔT)

OTPORNIČKI PRETVORNICI TEMPERATURE

( metalna otpornička osjetila)

Platinska žična otpornička osjetila koja se prema međunarodnom

dogovoru koriste za precizna mjerenja temperature u području od

183 C do + 630 C (upotrebljavaju se i kao baždarna osjetila u ovom

području), a praktična im je primjena u području - 265 C do + 1050 C.


( metalna otpornička osjetila-platinski termootpornik)

Pt 100, osjetilo od platinske žice - ima otpor 100 Ω na temeraturi od 0 C

i temperaturni koeficijent električnog otpora α = 0.003925 (kvocijent

otpora na temperaturama 100 C i 0 C je 1.3925)

Pt 1000 ima 10 puta veću promjenu otpora odnosno osjetljivost, koja se

u novije vrijeme na brodovima sve više koristi.

Parabolična nelinearna karakteristika.


( metalna otpornička osjetila-bakreni termootpornik)

Bakarna otpornička osjetila koriste se u mjernom području od - 195 C

do + 260 C, imaju linernu karakteristiku, a koeficijent otpora na

100 C i 0 C im je 1.426.

Znatno su otporniji na vibracije od platinskih osjetila, ali su na

temperaturama višim od 150 C podložni oksidaciji, što ograničava

područje njihove upotrebe na relativno niže temperature.


( poluvodička otpornička osjetila - termistor)

Termistor - smjesa sulfida, selenida ili oksida metala (magnezij, nikal,

kobalt, bakar, željezo). Veliki otpor, veliki negativni temperaturni

koeficijent otpora, nelinearna statička karakteristika i mala vremenska

konstanta (brz odziv). Izrađuju se u obliku pločica, štapića i kuglica.

Mjerno područje im je - 75 C do + 250 C, a postoje i posebne izvedbe

za mjerenje vrlo niskih temperatura (do - 250 C).

a) spoj s dvije žice, b) spoj s tri žice, c) spoj s četiri žice

Otpornička osjetila temperature u spoju Wheatstone-ova mosta

MJERENJE POMOĆU METALNIH I POLUVODIČKIH

SENZORA

Spojevi sa tri i četiri žice se koriste radi temperaturne kompenzacije

Promjena napona na spojištu dva

vodiča u ovisnosti o

temperaturi spojišta

a) Seebeckov efekt b) Mjerno i referentno spojište termopara

MJERNI PRETVORNICI TEMPERATURE

Termoparovi


Termoparovi

Na brodovima se od termoparova najčešće upotrebljavaju oni iz grupe

platina/rodij-platina (PtRh-Pt) za područje temperature od 0-1500 ºC.

Slična svojstva imaju termoparovi nikrom-nikal (NiCr-Ni) i koriste se

za mjerna područja od 0 do 1000 ºC, kao i termoparovi Chromel-alumel

za područja temperatura od 700 do 1200 ºC.


Termoparovi


Termoparovi –Kompenzacija termopara

Kompenzacijski termootpornici Pt-100, Pt -40, kompenzira se utjecaj

promjene temperature referentnog spojišta.


Pirometri

Tijela pod djelovanjem topline isijavaju energiju u obliku

elektromagnetskog zračenja (vidljivi i IC spektar)

SENZORI TLAKA

MJERNI PRETVORNICI TLAKA

Kapljevinski pretvornici tlaka

b) kompenzacijski U-manometar s pomičnom čašicom za uravnoteženje tlakova

p1 - p2 = ρgh i kapacitivnim osjetilom,

c) manometar sa zvonom kao osjetilom i linearnim varijabilnim

diferencijalnim transformatorom (LVDT) kao pretvaračem razlike tlakova u

odgovarajući električni signal

a) b) c)

Osjetila pomaka:

1. Membrane – diafragme

2. Mijehovi

3. Bourdonova cijev


Deformacijski pretvornici tlaka

Membrane mogu biti ravne i valovite. Izrađuju se iz fosforne bronce,

nehrđajućeg čelika, titana, tantala i drugih materijala.

Mijehovi : upotrebljavaju se za mjerenje malih tlakova. To osjetilo tlaka

je limena cijev s tankom stijenkom i plaštom u obliku nabora. Na jednom

kraju je zatvorena, a na drugi kraj je ugrađen priključak za mjerni tlak.


Deformacijski pretvornici tlaka- Bourdonova cijev

Izvedbe ovog osjetila (rašljasto osjetilo za mjerno područje 0.03 do 100

MPa,uvijeno osjetilo za mjerenje visokih tlakova (do 200 MPa),

spiralno i helikoidno osjetilo velike osjetljivosti).


Deformacijski pretvornici tlaka


Tenzometarska osjetila (metalna ili poluvodička)

R = k·Ro·є, (60, 120, 300 i 600 Ώ)

gdje je k - faktor proporcionalnosti (za konstantan približno 2)

є = 1/10, relativna vrijednost istezanja ili zbijanja (μm/m - microstrain)

Pretvornik tlaka s membranom i rasteznim osjetilima (do 1500 Bara)


Tenzometarska osjetila (metalna ili poluvodička)


Piezoelektrični pretvornici

Piezoelektrični pretvarači tlaka koriste princip promjene električnog

naboja u kristalu kvarca pod djelovanjem promjene sile odnosno tlaka.

Termički su osjetljiviji i često traže posebno hlađenje (vodom ili

zrakom). Visoki tlakovi (do 1500 Bara).


Induktivni davač tlaka

Primarni namot ovog pretvarača se napaja izmjeničnim naponom

određene frekvencije, a sa sekundarnog namota se dobije napon

proporcionalan primijenjenom tlaku.


Kapacitivni senzor

SC

d

SENZORI SILE I MOMENTA

MJERNI PRETVORNICI SILE

hidraulički mjerni pretvornici

Hidraulični mjerni član je uređaj koji pretvara silu ili težinu u

proporcionalni hidraulički tlak fluida-ulja, koji se zatim mjeri

ugrađenim pretvaračem tlaka.

MJERNI PRETVORNICI SILE

električni mjerni pretvornici

Pretvarači zasnovani na promjeni

električne otpornosti ( otpormnička

rastezna osjetila - tenzometarska

osjetila), induktivnosti (magnetska

osjetila) i kapacitivnosti

(kapacitivna osjetila)

MJERNI PRETVORNICI MOMENTA

Hidraulička vodena kočnica

Sastoji se od rotora pokretanog strojem čiji moment se mjeri i statora s

ograničenim stupnjem slobode zakreta.

Zakret statora proporcionalan je

razvijenom okretnom momentu ,

odnosno snazi stroja, pa se

mjerenjem sile potrebne da se

spriječi zakretanje statora dobije

nepoznati moment.

Razvijena snaga se pri tome

disipira na zagrijavanje i cirkulaciju

vode.


Električna kočnica

Istosmjerni električni generator spojen direktno na osovinu

pogonskog stroja.

Mjerenjem veličine sile (uz poznat krak) potrebne da se spriječi

zakretanje statora (tj. da ga se zadrži u početnom ravnotežnom položaju)

dobije se razvijeni moment, a time i snaga stroja.


Tenzometarske trake


Induktivni (pick-up) pretvornik momenta

Mjerenje zakretnog momenta s induktivnim pretvaračem koji koristi

princip faznog pomaka što je posljedica uvijanja osovine

Elektroničkim sklopom mjeri se relativni fazni kut između signala sa

dviju sondi, te se onda pretvara u odgovarajući istosmjerni električni

signal.


TVDT (Torzioni Varijabilni Diferencijalni Transformator)

Rotor TVDT je iz magnetskog materijala i na njega su pričvršćena tri

šuplja cilindrična komada iz magnetskog materijala (A, B, C), s

uskim rasporima pod kutom od 35 stupnjeva u odnosu na os vratila –

rotora. Djelovanjem momenta jedan raspor se smanjuje, a drugi

proporcionalno povećava.

Kao posljedica, napon se na jednom sekundaru smanjuje, a u drugom

povećava, te njihova razlika definira veličinu mjernog momenta.


Optoelektronički davač momenta

SENZORI POMAKA

MJERNI PRETVORNICI POMAKA

Potenciometarski pretvarači pomaka

Na otporničko tijelo iz

izolacijskog materijala namota

se žica iz različitih legura (Ni-Cr,

konstantan, srebro-paladij,

platina-iridij).

Umjesto žice kao otpornička tijela

također se koriste i ugljen,

metalni film itd


Potenciometarski pretvarači pomaka

Linearnost statičke karakteristike je bolja što je opterećenje

potenciometra manje, tj. što je veći otpor RT.

MJERNI PRETVORNICI POMAKA Induktivni pretvornik

Linearni varijabilni diferencijalni transformator

Služi za mjerenje translatornih pomaka u području od -250 do +250 mm

LVDT s demodulacijskim sklopom

MJERNI PRETVORNICI POMAKA Induktivni pretvornik

Linearni varijabilni diferencijalni transformator


Sinkro pretvornici pomak Selsini

Primarni namot se napaja

izmjeničnom strujom (50 Hz do

nekoliko kHz), a sa sekundarnih

namota se uzima izlazni napon kao

njihova razlika - diferencija

Rotor s jednim primarnim

namotom i stator sa tri

sekundarna namota u zvijezda

spoju, raspoređeni tako da se u

njima induciraju naponi

međusobno fazno pomaknuti za

120 kutnih stupnjeva


Sinkro pretvornici pomaka

Sinkroprijenosnici

u indikatorskoj vezi

(žiro i ponavljači)

transformatorskoj vezi


Sinkro pretvornici pomaka


Digitalni pretvornici (enkoderi)

1. Inkrementalni pretvornici

2. Apsolutni davači

induktivni

optoelektronički


Digitalni inkrementalni davači



MJERNI PRETVORNICI KUTNOG POMAKA


MJERNI PRETVORNICI KUTNOG POMAKA


84


Digitalni apsolutni davači (enkoderi)

85

-svaki sektor diska predstavlja

odgovarajući binarni broj, a pojedini

vjenci bit

•-moguće registrirati kut pomoću četiri

para optocouplera ili pomoću četkica –

prikaz azimuta, elektronička vaga

•disk se zakrene za odgovarajući kut,

svaki kut generira binarni broj koji se

unosi u računalo (tamni djelovi

jedinice,svijetli nule)



Princip realizacije optičkog apsolutnog enkodera



Princip

apsolutnog davača

kutnog pomaka



8 bitni 4 bitni

Girokompas posebna

vrsta zvrka koji zadržava

smjer vrtnje bez obzira

na gibanje broda –

moment inercije

rotirajućeg zvrka ga

uvijek održava u istom

položaju.

MJERNI PRETVORNICI POLOŽAJA

Žirokompas

Danas postoje i optički žirokompasi bez pokretnih djelova

SENZORI BRZINE

(za pravocrtne i kutne brzine)

MJERNI PRETVORNICI BRZINE

Centrifugalni mjerač

Centrifugalni osjetnik brzine s LVDT

James Watt speed governor


Linearni - Indukcijski pretvornik

Pri mjerenju linerne brzine može se gibati ili permanentni magnet ili

svitak, što za posljedicu ima inducirani napon u svitku proporcionalan

linearnoj brzini.


Tahogenerator

Tahogeneratori istosmjerne struje (do 6000 o/min),

polaritet se mijenja sa smjerom okretaja

Tahogenerator izmjenične struje: (do 10000 o/min, spec. do 100000 o/min)


Magnetski pick-up

Impulsi (2-10 V) iz magnetskog pretvornika se broje u strogo

definiranom vremenskom intervalu, pa se na osnovu broja impulsa u

određenom vremenu određuje brzina vrtnje.

Koriste se za mjerna područja do 10 000 min-1

(posebne izvedbe i do 40 000 min-1).


Optoelektronički mjerač brzine

MJERNI PRETVORNICI

RAZINE

plovkom, tlačnim osjetilom,

osjetilom sile, tenzometarskim

osjetilom, ultrazvučnim osjetilom

MJERNI PRETVORNICI RAZINE

plovak


Hidrostatski tlak


Dinamometar i tenziometarske trake

Za mjerenje razine naročito viskoznih goriva na brodu je pogodnija

upotreba pretvarača koji ne dolaze u direktni kontakt s gorivom, već

razinu mjere posredno , mjereći težinu rezervoara u kojem se nalazi

gorivo.


Mikrovalovi

Davač/primač


Ultrazvučni

MJERNI PRETVORNICI

PROTOKA

Protok se definira količinom tekućine što protječe u jedinici vremena.

Može biti volumni i maseni protok.

Mjerenje protoka svodi na već poznato mjerenje razlike tlaka, mjerenje

pomaka ili brzine vrtnje, pa se i svrstavaju u tri osnovne skupine:

- osjetila protoka na principu razlike tlaka,

- mehanička osjetila protoka: pomična i rotacijska,

- osjetila protoka zasnovana na svojstvima tekućina

MJERNI PRETVORNICI PROTOKA

Općenito


Pricip promjene tlaka

2 /q kA p

2 /m kA p

k – konstanta (koeficijent odstupanja)

A – površina presjeka na suženju

ρ – specifična težina tekućine

p – pad tlaka na suženju

od 25 do 6500 kg/h

točnost naglo pada kod protoka koji su

manji od 15 do 20 % nominalnog protoka


Turbinski davači protoka

Koriste u vrlo širokom mjernom području protoka: od 0.01 do 40000

l/min pa i više litara.

Tlak tekućine može biti i do 350 MPa.

Primjenjuju se u cjevovodima promjera 1 cm do nekoliko desetina cm


Turbinski davači protoka

1. Prirubnica 2. Tijelo mjerača 3. Pick-up s magnetom 4. Permanentni magnet 5. Zavojnica 6. Rotorska loptica 7. Glavčina rotora 8. Ležaj osovine rotora 9. Rotorska osovina 10. Nosač difuzora 11. Difuzor i usmjerivač fluida 12. Usmjerivačka ploča fluida

Brzina vrtnje vijka ovisi o volumnom protoku tekućine

= Kd q


Elektromagnetski

Koristi za mjerenje protoka električki vodljivih tekućina (npr. slatka ili

morska voda ). Pogreška +/- 1%.

E = B D v


Ultrazvučni

Brzina emitiranog ultrazvučnog vala je c, pa se trajanje putovanja

akustičkog vala niz struju tekućine odredi iz izraza t1 = d/(c+v), a uz

struju tekućine iz izraza t2 = d/(c-v). Diferencija vremena trajanja

t = t2 – t1 = 2dv/(c2 – v2) razmjerna je brzini protjecanja tekućine.

Za v c (u praksi čest slučaj) imamo t =2dv/c2, odnosno

v = c2 t/2d = k t . Uz poznati presjek cjevovoda, lako se dobije

volumni protok q.

OSTALI SENZORI

OSTALI DAVAČI Viskozimetar

OSTALI DAVAČI Viskozimetar

OSTALI DAVAČI Detektor ulja u vodi

Ionizacijski detektor dima

OSTALI DAVAČI Detektor dima

OSTALI DAVAČI Fotoelektrični detektor dima – apsorpcija i refleksija svjetlosti

OSTALI DAVAČI Detektor plamena

ultraljubičaste do 350 nm

vidljive 350 - 800 nm

približno infracrvene 800 nm - 1.3 m

infracrvene 1.3 m - 10 m ili više.

115

•bar kod se sastoji od niza debljih i tanjih

vertikalnih

Linija

•nosioc informacije je štapić i svijetliji

međuprostori

•EAN kod sa 13 znakova:

ZZZ PPPPAAAAA K

ZZZ - prefiks

PPPPAAAAA - nacionalni broj artikla

K – kontrolni broj

Čitači bar kodova

116

TOČNOST

SENZORA

118

Osnovna svojstva senzora su točnost i brzina odziva

( sposobnost senzora da se što više približi mjerenoj veličini ).

Na točnost senzora utječe:

-statička greška

-dinamička greška

-greška ponovljivosti dobivenog signala (reproducibilnost)

-mrtvo vrijeme (dead time)

-mrtvo područje (dead zone)

119

-statička greška – odstupanje vrijednosti koje je senzor detektirao od

točne vrijednosti fizikalne veličine u slučaju stalne fizikalne veličine.

Izražava se u postotcima odstupanja od cijelog mjernog područja

-dinamička greška - odstupanje vrijednosti koje je senzor detektirao

od točne vrijednosti fizikalne veličine u slučaju promjene fizikalne

veličine. Nastaje samo kad se mjerena veličina mjenja i pada na nulu kad

se mjerena veličina ustali (uzrok je što vrijednost koju senzor mjeri kasne

za stvarnom promjenom mjerene veličine).

120

-greška ponovljivosti dobivenog signala ( reproducibilnost ) –

maksimalno odstupanje ponovnih mjerenja od srednje vrijednosti u

slučaju kad je mjerena vrijednost stalna.

Ako senzor ima malu grešku ponovljivosti radi se o sistematskoj greški

koju je moguće ispraviti određenim ugađanjima (senzor uvijek ponavlja

istu pogrešnu vrijednost).

Ako senzor ima veliku grešku ponovljivosti onda se radi o slučajnim

greškama i nije moguće popraviti senzor ugađanjima.

121

-- mrtvo vrijeme ( dead time )– vremenski pomak od trenutka kad se

mjerena veličina stvarno promijeni da trenutka kada se iskaže na

izlazu senzora – usporava cijeli ulazni lanac pa je neprihvatljivo za brze

procese.

-mrtvo područje (zona) – najveća promjena mjerene veličine do koje

može doći a da se ne promjeni izlazni signal iz senzora (osjetljivost

senzora).

IZVRŠNI I REGULIRAJUĆI

(POSTAVNI) ORGANI

Analogni i digitalni

IZVRŠNI I REGULIRAJUĆI (POSTAVNI) ORGANI

Zadaci

•Osiguravaju potrebnu snagu za upravljanje i regulaciju.

•Moraju biti stabilni u ustaljenom i prijelaznom režimu rada

•Linearne statičke karakteristike

Dijele se na:

1. Električke

2. Hidrauličke

3. Pneumatske

IZVRŠNI I REGULIRAJUĆI ORGANI

Istosmjerni motor (DC motor)

Dobra dinamička svojstva, široko područje upravljanja, pogodni za

male i srednje snage.

Regulacija brzine uzbudom i naponom armature.


Izmjenični dvofazni motor (AC motor)

Dobra dinamička svojstva, široko područje upravljanja, pogodni za

manje snage i momente, bez četkica.

Regulacija brzine frekvencijom.

IZVRŠNI i REGULIRAJUĆI ORGANI

Koračni motor (step motor)

Motor koji električne impulse koje generira računalo pretvara u

mehanički zakret.

a) s Varijabilna Reluktancija (korak 15 st) b) s permanentni magnet


Koračni motor (step motor)


Koračni motor kombiniranog djelovanja (step motor)

Primjena: Pogon motornih ventila – može se upravljati sa otvorenošću

ventila u diskretnim koracima


Hidraulički sustav

Kombinacija hidrauličkog razvodnika i cilindra


Hidraulički sustav

IZVRŠNI I REGULIRAJUĆI

ORGANI Razmjerni elektrohidraulički servo

ventil


Pneumatski sustav

IZVRŠNI I REGULIRAJUĆI ORGANI Razmjerni pneumatski servo ventil

1 bar = 14.50377 psi

1 atm = 14.69569 psi


Troputni ventil (pozicioner)

Razni oblici vretena ventila


Troputni ventil (pozicioner) elektromotor ili pneumatski


Troputni ventil (pozicioner)


Solenoid ventili (digitalni aktuator)

TEMELJNA NAČELA

SUSTAVA UPRAVLJANJA ILI

REGULACIJE

Y(s) Laplaceova transformacija izlaznog signalaG(s)

X(s) Laplaceova transformacija ulaznog signala

MODEL SUSTAVA

SISO sustavi (engl. Single Input Single Output)

SIMO sustavi (engl. Single Input Multiple Output)

MISO sustavi (engl. Multiple Input Single Output)

MIMO sustavi (engl. Multiple Input MultipleOutput)

Temeljna načela sustava upravljanja

Temeljna su načela sustava upravljanja:

1. načelo otvorenog sustava,

2. načelo kompenzacije

3. načelo povratne veze.

NAČELO OTVORENOG

SUSTAVA

Regulator na temelju vodeće veličine generira upravljačku veličinu koja se pojačava i modificira u aktuatoru i stvara se izvršna veličina kojom se djeluje na objekt upravljanja.

Zeleno, žuto i crveno svijetlo na semaforu mijenjaju se naizmjenično prema unaprijed utvrđenim vremenskim intervalima, a bez obzira na gustoću prometa.

Načelo otvorenog sustava

Izvršna veličina formira se isključivo na temelju zadanog algoritma funkcioniranja vodeće veličine bez obzira na poremećajne veličine koje mogu djelovati na objekt.

Ne nadziru se izlazne veličine!!!!

Primjeri: automatska signalizacija, blokada, zaštita, upuštanje, zaustavljanje, upravljanje elektrohidrauličkim i elektropneumatskim ventilima, logički elementi, itd.

Načelo otvorenog sustava

Primjer otvorenog sustava

NAČELO KOMPENZACIJE

Suština načela kompenzacije je u mjerenju poremećajnih veličina, te, ovisno o rezultatima mjerenja, formiranja izvršnog djelovanja na objekt regulacije (primjer korekcije kursa broda na temelju brzine bočnog vjetra).

Namjera je osiguranje promjene izlazne veličine prema zadanoj vodećoj veličini uz poništavanje mjerljivih poremećaja.

Načelo kompenzacije

Primjer kompenzacije

Ako se želi održati konstantan pritisak u posudi bez obzira na promjenu pritiska

vanjskog zraka (krivulja 1) tada treba pomicati zasun i regulirati protok zraka G2

Povećanjem pritiska vanjskog zraka stišće se posuda i pritisak zraka u posudi teži

ka povećanju, međutim pritisak vanjskog zraka pritiska također i mijeh 2 te

oprugu 1 i diže zasun.

Opruga koja otvara zasun, povećava se protok G2. Pritisak zraka u posudi ostaje

konstantan

NAČELO POVRATNE VEZE

Bitno je uočiti da se kod načela zatvorenog sustava ne mjere

poremećajne veličine nego izlazna (regulacijska) veličina!!

Blok shema povratne veze

Zadatak sustava automatske regulacije je ostvarivanje uvjeta:

y(t) = r(t)

Informacija o izlaznoj (regulacijskoj) veličini y(t) stalno se mjeri

pomoću senzora, te se dovodi u komparator gdje se uspoređuje s

vodećom ili referentnom veličinom r(t).

Načelo povratne veze

•Razlika između referentne (vodeće) veličine r(t) i regulirane

(izlazne) veličine y(t) naziva se regulacijsko odstupanje

(t) = r(t) - y(t)

•Signal regulacijskog odstupanja se dovodi na ulaz regulatora.

•Zadatak regulatora je da generira upravljačku veličinu koja će upravljati aktuatorom koji generira izvršnu veličinu i djeluje na objekt regulacije na način da što više smanji regulacijsko odstupanje ( = 0) !!!!!!

Načelo povratne veze

Automobil

• 1) vozač prati položaj automobila u odnosu na put - tu oči imaju funkciju detektora informacije o ostvarenom rezultatu upravljanja, ta se informacija prenosi u mozak;

• 2) mozak vozača vrši usporedbu detektirane veličine o trenutnom položaju automobila i vodeće veličine o putu te donosi odluku o aktiviranju izvršnog organa, ruke, u(t);

• 3) izvršenje odluke na objektu reguliranja y(t): to je upravljač automobila kojega vozač rukama pomiče.

Regulacija procesa i servomehanizma

Servomehanizam

Regulacija brzine okretaja motora – načelo zatvorene

petlje


petlje


petlje

Načelo povratne veze i načelo kompenzacije

(unaprijedno upravljanje) – primjer platforma

REGULATORI

Zadatak mu je održavanje regulirane veličine na željenoj - postavnoj

vrijednosti uz osiguranje tražene točnosti i stabilnosti cijele

regulacijske staze – procesa

Zadatak regulatora

Regulatori mogu biti različitih izvedbi ovisno o zahtjevima regulacijskog

kruga: mehanički, elektronički, pneumatski, hidraulički ili

kombinirani.

Prema tipu regulacijskog djelovanja mogu biti:

P-regulatori tj. regulatori razmjernog djelovanja,

I-regulatori (integralnog djelovanja),

D-regulatori (derivacijskog djelovanja)

i najčešće kombinirani (PI, PD i PID regulatori).

Vrste regulatorta

Primjer održavanja konstantne razine tekućine u tanku

regulacijom izlaznog toka

razina tanka Zadana razina

Zadana razina

ulazni tok

izlazni tok

ulazni tok izlazni tok

Čovjek: detektor,

komparator regulator

Ventil: aktuator

Promjena razine tanka za skokovitu promjenu zadane razine

razina tanka

ulazni tok izlazni tok

Zadana razina

Tipovi regulatora

Postoje različite vrste regulatora:

P regulator

D regulator

I regulator

Moguće su i kombinacije

P

PI

PID

PD se ne koristi

P-REGULATOR

100( _ ) %

p

PB proportional bandkp

pojačanjek

Primjer P regulatora (mehanički)

x - trenutna vrijednost regulirane

veličine (razine)

w - vodeća vrijednost (željena veličina)

xw =(x - w) - regulacijsko odstupanje

y - postavna veličina (položaj zasuna)

- ulazni upravljački signal ( x-w

a i b - krakovi poluge regulatora

Xmin - minimalna razina

Xmax - maksimalna razina

Xp - područje proporcionalnosti

Pojačanje proporcionalnog regulatora

je:

pKb

a

d

dy

Primjer P regulatora - pneumatski

Podešavanje PB

Tlak u cjevovodu (izlazna - regulirana veličina) djeluje na metalni

mijeh MM koji određenom silom djeluje na polugu. Na lijevom

kraju poluge je zaslon Z koji pritvara sapnicu S. Jedna grana vodi

postavni upravljački tlak prema membranskom ventilu MV.

(postavni tlak reda veličine 1 bar može proizvesti relativno velike

sile).

Za bolji odziv regulatora uvedena je negativna povratna veza preko

mijeha MPV. Veličina ove povratne veze može se mijenjati

pomicanjem hvatišta poluge ovog mijeha.

Sila stvorena mijehom MPV suprotna je sili koju stvara mijeh MM.

Ovaj sustav spada u sustave posredne regulacije, jer koristi pomoćni

izvor energije (tlak p0).

Opis rada P regulatora - pneumatski

Primjer P regulatora - električki

Realan sustav – mora postojati

odstupanje od par stupnjeva (postoji

minimalni napon ispod kojega motor

neće raditi)

– veće pojačanje manje odstupanje

- veće pojačanje manje vrijeme uspona

- veće pojačanje veće oscilacije

Idealan sustav

Integracijsko djelovanje regulatora

I-REGULATOR

e(t)- regulacijsko odstupanje

yr(t)-izlazni signal iz regulatora

Odziv I-REGULATORA na naglu promjenu

vodeće veličine

I regulator hidrauličkog djelovanja

Regulator mora održavati tlak p u pneumatskom kanalu na približno

stalnoj vrijednosti bez obzira na potrošnju pomoću zaklopke Zk

promjenom njene otvorenosti tj promjenom dobave.

Promjena tlaka mjeri se pomoću mijeha Me čiji se pomak prenosi na

upravljački stap US upravljačkog cilindra (hidrauličkog razvodnika) UC.

Hidraulički servorazvodnik upravlja radom hidrauličkog izvršnog

cilindra koji preko svog stapa mehanički djeluje na zaklopku tj. upravlja

veličinom njenog otvaranja.

Željena odnosno postavna vrijednost reguliranog tlaka može se podesiti

pomoću davača vodeće vrijednosti s oprugom.

Opis rada I regulatora - hidrauličkog

Proporcionalno – integracijsko djelovanje

PI-REGULATOR

kp – proporcionalno pojačanje sustava

ki – integracijsko pojačanje sustava

Ti – integracijsko vrijeme [s, min]

Vrijeme potrebno da izlazni signal

iz regulatora postigne dvostruko

veću vrijednost od “početnog

skoka”(koji je posljedica

proporcionalnog dijelovanja) se

naziva integracijsko vrijeme Ti

izražava se u sekundama,

minutama ili u broju ponavljanja u

minuti.

Što je veći ki, to je manji Ti !!!!

PI-REGULATOR

TEMELJNE ZNAČAJKE PI REGULATORA

• Proporcionalno djelovanje daje neposrednost i stabilnost djelovanja, dok integracijsko djelovanje otklanja odstupanje.

• Postoje oscilacije za vrijeme prijelaznih pojava.

Primjer PI regulatora - pneumatski

Primjer PI regulatora -

pneumatski

Pri skokovitoj promjeni reguliranog tlaka, djeluje regulator najprije kao P

regulator s krutom povratnom vezom preko mijeha MPV. S vremenom

raste tlak u integralnom mijehu do tlaka ps. Pritom integralni mijeh

djeluje suprotnom silom od mijeha povratne veze MPV, te na kraju

poništi njegovo djelovanje. Na taj način pojačanje dostiže postupno

maksimalnu vrijednost sustava zaslon-sapnica. Pomoću dodatnog

volumena DO povećava se vremenska konstanta integralnog djelovanja.

Derivacijsko djelovanje regulatora

D-REGULATOR

e(t)- regulacijsko odstupanje

yr(t)-izlazni signal iz regulatora

kd – derivacijsko pojačanje sustava

Td – derivacijsko vrijeme [s, min]

D-REGULATOR

PD-REGULATOR

Proporcionalno – derivacijsko djelovanje

Vrijeme potrebno da izlazni signal

iz regulatora postigne vrijednost

proporcionalnog pojačanja kp

koji je jednak “početnom

skoku” (koji je posljedica

derivacijskog djelovanja) se

naziva derivacijsko vrijeme Td

izražava se u sekundama,

minutama ili u broju ponavljanja u

minuti

PD-REGULATOR

TEMELJNE ZNAČAJKE PD REGULATORA

• Proporcionalno djelovanje daje neposrednost i stabilnost djelovanja te otklanja veća odstupanja, dok se derivacijsko djelovanje daje brzinu odziva.

• Preostaje odstupanje regulirane i vođene veličine.

PID-REGULATOR

Proporcionalno – integracijsko – derivacijsko djelovanje

Proporcionalno djelovanje mu osigurava stabilnost,

integracijsko otklanja odstupanje, a derivacijsko

poboljšava brzinu odziva i prigušuje eventualnu

sklonost sustava k osciliranju.

TEMELJNE ZNAČAJKE PID REGULATORA

Primjer PID regulatora - pneumatski

Primjer PID

regulatora -

pneumatski

Prigušnica Pr1 djeluje u početku tako da je djelovanje povratne veze

preko MPV skoro sasvim isključeno, pa sustav ima veliko pojačanje.

Nakon toga počinje djelovati integralni mijeh preko prigušnice Pr2

smanjujući utjecaj MPV i time zadržavajući veće pojačanje sustava za

dulje vrijeme.

Primjer PID regulatora – rashladna

voda

KASKADNA REGULACIJA

Ventil za regulaciju će moći vrlo teško regulirati razinu u

tanku 2 radi vremenskog kašnjenja u sustavu – veliko

odstupanje razine tanka 2

Primjer loše regulacije !!!

Kaskadno spojeni kontroleri – dobra regulacija

Puno bolja regulacija razine tanka 2.

Poništava se efekt vremenskog kašnjenja tanka 1.

SLAVE – P ili PI

MASTER - PID

Kaskadna regulacija temperature rashladne vode

….MODELIRANJE

SUSTAVA

AUTOMAIZACIJE…

2. KOMPONENTE SUSTAVA AUTOMATIKE I

NJIHOVE ANALOGIJE

2.1. MEHANIČKE TRANSLACIJSKE KOMPONENTE

F k x

x 1

F k

Grafički prikaz (simbol) Matematički simbol Blok komponente

F B v

dx = B BDx

dt

x 1

F BD


22

2

2

F m a

d x = m mD x

dt

x 1

F mD


2

2

2

F mD x BDx kx

mD BD k x

x 1 matematički model sustava

F mD BD k

MASA – OPRUGA – PRIGUŠIVAČ

2.2. MEHANIČKE ROTACIJSKE KOMPONENTE

t t

t t

M k

1

M k

Grafički prikaz (simbol) Matematički model Blok komponente

B

B

dM B BD

dt

1

M BD

Grafički prikaz Matematički model Blok komponente

22

J 2

2

J

dM J JD

dt

1

M JD



Grafički prikaz Matematički model Blok komponente


MOMENT INERCIJE – ELASTIČNA OSOVINA – LEŽAJ S TRENJEM

2

t t

2

t

M JD BD k

JD BD k

2

t t

1 matematički model sustava

M JD BD k

2.3. ELEKTRIČNE KOMPONENTE


U R I

I 1

U R

Matematički model Blok komponente

diU L LDI

dt

I 1

U LD


1 IU idt

C CD

ICD

U

Grafički prikaz (simbol)

OTPORNIK – ZAVOJNICA – KONDENZATOR

R L C

1U U U U R LD I

CD

I 1 matematički model sustava

1U R LDCD

2.4. ANALOGIJE MEĐU KOMPONENTAMA I SUSTAVIMA

Mehaničke

translacijske veličine

Mehaničke

rotacijske veličine Električne veličine

Naziv Oznaka Dimenz. Naziv Oznaka Dimenz. Naziv Oznaka Dimenz.

Sila F N Zakretni

moment M Nm Napon U V

Brzina m/s Kutna

brzina rad/s Struja I A

Pomak x m Kutni

pomak Θ rad Naboj Q As

Masa m kg Moment

inercije J

Induktivite

t zavojnice L H

Koef.

elast. k N/m

Koeficijent

elast.

na torziju

Nm/rad Kapacitet

kond.

Koef.

visco. B Ns/m

Koeficijent

viskoznog

trenja

ležaja

Nms/rad Otpornost

otpornika R

. dxx

dt

. d

dt

2kgm

tk

B

1

C

1

F

2.6. IZVOĐENJE PRIJENOSNIH FUNKCIJA ELEKTROMEHANIČKIH

SUSTAVA

uu u u u

di (t)R i (t) L u (t)

dt

m

d (t)M (t) J B (t)

dt

m m uM (t) K i (t)

u u u uR L s I (s) U (s)

m uK I (s) Js B (s) 0

u

m

Js BI (s) (s)

K

u u u

m

Js BR L s (s) U (s)

K

mM

u u u

(s) KG (s)

U (s) R L s Js B

M

e m

KG (s)

T s 1 T s 1

3.STRUKTURNI PRIKAZ SUSTAVA

AUTOMATIKE (ALGEBRA BLOKOVA)

Blok dijagram regulacijskog kruga

3.1. PRAVILA ALGEBRE BLOKOVA

a)operacija u točki grananja

b)operacija u točki zbrajanja

Svaki izlazni signal iz točke

grananja

jednak je ulaznom signalu

x1 = x2 = x3

Izlazni signal iz točke zbrajanja

jednak je algebarskom zbroju

svih ulaznih signala

y = x1 x2

Operacije nad blokovima

a) Serijski (kaskadni) spoj blokova

2 2 2 12 1 2

1 1 1

Y(s) Y (s) X (s) G (s) Y (s)W(s) G (s) G (s) G (s)

X(s) X (s) X (s) X (s)

b) Paralelan spoj blokova

1 2

1 1 2 2

1 2

1 2

Y(s) Y (s) Y (s)W(s)

X(s) X(s)

X (s) G (s) X (s) G (s)

X (s) X (s)

W(s) G (s) G (s)

n

1 2 n i

i 1

W(s) G (s) G (s) G (s) G (s)

c) Povratna veza

1 2Y(s) Y (s) X (s)

1 2X (s) X(s) Y (s)

- Prijenosna funkcija otvorene petlje (otvorenog regulacijskog kruga):

0W (s) G(s) H(s)

- Prijenosna funkcija zatvorene petlje (regulacijskog kruga):

G(s)W(s)

1 G(s) H(s)

- Izvod prijenosne funkcije zatvorene regulacijske petlje:

1

12 2

21 2

1 2 1

1

1

1

1

Y(s) Y (s)Y(s)

X (s)Y(s) Y(s)W(s) Y (s) H(s) X (s)

Y (s)X(s) X (s) Y (s)1

X (s) X (s) Y (s)

Y (s)

X (s)

H(s) Y (s)1

X (s)

1

1

0

Y (s) G(s)

X (s)

G(s) G(s)

1 G(s) H(s) 1 W (s)

Operacije prebacivanja

a)prebacivanje točke grananja preko (iza) bloka u smjeru toka signala

Y(s) 1G(s) X(s) Y(s)

X(s) G(s)

H(s) H(s)Z(s) X(s) H(s) Z(s) Y(s) Y(s) X(s) H(s)

Y(s)G(s)

X(s)

b)prebacivanje točke zbrajanja preko bloka u suprotnom smjeru od toka signala

Y(s)G(s) Y(s) X(s) G(s)

X(s)

Y(s)Z(s) Y(s) H(s) Z(s) X(s) H(s) G(s) X(s) H(s) Y(s) H(s)

X(s)

c)prebacivanje točke zbrajanja preko bloka u smjeru toka signala (ispred bloka)

G(s)X1(s)

1

Z(s)

Y(s)

H(s)

X2(s)

+

±

X(s)

1

1 2 1 2

1

Y(s) G(s) X(s) G(s) X (s) Z(s)

G(s) X (s) X (s) H(s) G X (s) X (s) H(s) G(s) ...izlazni signal

Y X (s) G(s) Z(s) ... izlazni signal nakon transformacije

Usporedbom ovih

jednadžbi očito mora

vrijediti : 2Z(s) X (s) H(s) G(s)

d)prebacivanje točke grananja preko bloka u smjeru suprotnom od toka signala

1

1 1

Y(s) G(s) X (s) Z(s) ... izlazni signal prije transformacije

Y(s) X (s) Z(s) G(s) G(s) X (s) Z(s) G(s) ... izlazni signal nakon transformacije

Transformacija Jednadžba Blok Dijagram Ekvivalentni blok dijagram

Serijska veza Y=G1G2X

Paralelna veza

Y= (G1 G2)X

Povratna veza

Prebacivanje

točke grananja

iza bloka

Y=GX

Prebacivanje

točke grananja

ispred bloka

Y=GX

Prebacivanje

točke zbrajanja

iza bloka

Y=GX

Prebacivanje

točke zbrajanja

ispred bloka

Y=GX1 HZ

Y G(X HY)

4.ANALIZA SUSTAVA AUTOMATIKE

4.1. STABILNOST SUSTAVA AUTOMATIKE

G(s)W(s)

1 G(s) H(s)………. prijenosna funkcija zatvorene kruga

0W (s) G(s) H(s) ………… prijenosna funkcija otvorene kruga

karakteristična jednadžba sustava: 01 W (s) 0

Odziv sustava u ovisnosti o položaju korijena karakteristične jednadžbe sustava

SLUČAJ POLOŽAJ KORIJENA

Karakteristične jednadžbe

ODZIV SUSTAVA

na impulsnu pobudu

STABILNOST

SUSTAVA

A Statička

stabilnost

B

Statička

granična

stabilnost

C Statička

nestabilnost

D

Dinamička

relativna

stabilnost

E

Dinamička

granična

stabilnost

F Dinamička

nestabilnost

4.2. Postupci ispitivanja stabilnosti sustava

4.2.1. Hurwitzov kriterij stabilnosti

n n 1 n 2

n n 1 n 2 1 0a s a s a s ... a s a 0

n 1 n 3 n 5

n n 2 n 4

n 1 n 3 n 5

nn n n 2 n 4

a a a .... 0

a a a .... 0

0 a a a ... 0

H 0 a a a ... 0

0 0 1

2 0

0 0 .... a 0

0 0 0 0 .... a a

1 n 1H a

n 1 n 3

2 n 1 n 2 n 3 n

n n 2

a aH a a a a

a a

i

i

a 0

H 0

4.2.2. Routhov kriterij stabilnosti

Rn . .

Rn-1 . .

Rn-2 . .

Rn-3 . .

. . . . . . .

. . . . . . .

1b

1c

n 1a

nan 2a

n 3a

2b

2c

n 4a

n 5a

3b

3c

n 6a

n 7a

4b

4c

n 1 n 2 n n 3 n 1 n 4 n n 51 2

n 1 n 1

1 n 3 n 1 2 1 n 5 n 1 31 2

1 1

a a a a a a a ab b

a a

b a a b b a a bc c

b b

Odziv sustava drugog reda na jediničnu odskočnu pobudu:

Odziv slabo prigušenog sustava drugog reda

na jediničnu odskočnu (step) pobudu

p

vršna vrijednost stacionarna vrijednostM 100%

stacionarna vrijednost

4.4. Analiza sustava u frekvencijskom području

s j , 0

s j

G(s)W(s)

1 G(s) H(s)

G( j )W( j ) Re W( j ) jIm W( j )

1 G( j ) H( j )

Amplituda:

2 2

G( j )W( j )

1 G( j ) H( j )

Re W( j ) Im W( j )

Faza:

)j(WRe

)j(WImarctg)j(Warg)(

Grafički prikaz kompleksnog broja

j ( )W(j ) A( ) e

A( ) cos ( ) jsin ( )

A( ) cos ( ) jA( ) sin ( ) Re W(j ) jIm W(j )

4.5. Postupak crtanja amplitudno-frekvencijskog i fazno-

frekvencijskog (Bodeovih) dijagrama

Ulazni i izlazni signal:

Bodeov kriterij stabilnosti

1

1

1

-sustav je na granici

stabilnosti ako je

-sustav je relativno

nestabilan ako vrijedi

.

Definicija relativne stabilnosti sustava s obzirom na iznos amplitudne i fazne pričuve:

Definicija relativne stabilnosti sustava s obzirom na vrijednosti frekvencije kritične

amplitude i frekvencije kritične faze:

- sustav je relativno stabilan ako

vrijedi

- sustav je relativno

stabilan ako vrijedi

-AP > 0 dB , FP > 0 ,

- sustav je na granici

stabilnosti ako je

AP = 0 dB , FP = 0 ,

- sustav je relativno

nestabilan ako vrijedi

AP < 0 dB , FP < 0 .

5.KRITERIJI ZA OCJENU KVALITETE SUSTAVA

AUTOMATIKE

e(t) x(t) y(t) regulacijsko odstupanje (pogreška)

5.1. Zahtjevi u vremenskom području

2n

2 2 2 2n n

1W(s)

T s 2 Ts 1 s 2 s

5.1.1. Pogreške sustava automatike (pogreške ustaljenog stanja)

Y(s) G(s)W(s)

X(s) 1 G(s)H(s)

0

0

Y(s) W (s)W(s)

X(s) 1 W (s)

e(t) x(t) y(t)

E(s) X(s) Y(s)

0 0

0 0

W (s) W (s)E(s) X(s) X(s) X(s) 1

1 W (s) 1 W (s)

0

X(s)E(s)

1 W (s)

kt s 0

e lim e(t) lim s E(s)

ps 0 s 0

0 0 0 ps 0

1

1 1 1 se lim s lim1 W (s) 1 W (s) 1 limW (s) 1 K

p 0s 0

K lim W (s)

sst s 0 s 0

0

X(s)e lim e(t) lim s E(s) =lim s

1 W (s)

Pogreška položaja i koeficijent pogreške položaja:

Pogreška brzine i koeficijent pogreške brzine:

sst s 0 s 0

0


1 W (s)

2

vs 0 s 0

0 0 0 0 vs 0 s 0

1

1 1 1 1 se lim s lim1 W (s) s 1 W (s) lim s sW (s) lim s W (s) K

v 0s 0

K lim s W (s)

Pogreška ubrzanja i koeficijent pogreške ubrzanja:

sst s 0 s 0

0


1 W (s)

3

a 2 2s 0 s 00 a0 0

s 0

1

1 1 1 se lim s lim1 W (s) Ks 1 W (s) lim s W (s)

2a 0

s 0K lim s W (s)

peve ae

p

1

1 K

v

1

K

a

1

K

Vrijednosti pogrešaka ustaljenog stanja za sustave prve, druge i treće vrste

pogreška

vrsta sust.

0.

1.

0

2.

0

0

,

,

.

ev = 1/ Kv

p

p

1e

1 K

ea = 1/ Ka

DISKRETNI SUSTAVI

Jednostavni diskretni sustav

Regulacija temperature prostorije

Izvršni mehanizmi (aktuatori) su u praksi ostvareni kao

elementi s kontinuiranim djelovanjem. To su najčešće

motori (električki, pneumatski, hidraulički).

Regulatori mogu biti diskretni - najčešće su elektronička

računala koji mogu obrađivati digitalne brojeve (diskretne

veličine).

Kako su prisutne i kontinuirane i diskretne veličine nužni

su A/D (analogno-digitalni) i D/A (digitalno-analogni)

pretvornici.

Sustav s pretvorbom diskretnog u kontinuirani

signal

Digitalizacija (diskretizacija po vremenu i amplitudi)

6. Linearni diskretni sustavi automatskog upravljanja

Amplitudno vremenska diskretizacija

konzinuiranog signala A/D- D/A pretvorba

UPRAVLJANJE SUSTAVA S

DISKRETNIM DOGAĐAJIMA

a b p

m

D L Z

upravljački dio

(logički kontroler)

procesni dio sustava

(motor vozila, vrata

spremišta...)

alogički kontroler

b

m

p

D

L

Z

ulazi logičkog

kontrolera

izlazi logičkog

kontrolera

Logički kontroler – može upravljati sustavima sa

diskretnim događajima

245

Što je to PLC?

Programabilni

Logički

Controler (Regulator)

- je univerzalna programibilna upravljačka

jedinica, razvijen kao zamjena za složene relejne

upravljačke sklopove

246

Prednosti korištenja PLC-a u odnosu na

druge (npr. relejne) upravljačke skolopove

Pouzdanost – nema mehaničkih pokretnih dijelova, otporan na pogonske uvjete rada (temperaturu, vlagu, udarce,...).

Adaptivnost - kad se napiše i testira, PLC program za upravljanje nekog uređaja može se bez problema prenijeti na drugi PLC u drugom uređaju.

Fleksibilnost – jedan PLC uređaj može izmjenom programa obavljati funkciju sasvim novog, različitog upravljačkog sklopa. Za izmjenu programa potrebno je vrlo malo vremena.

Brzina – brojne aplikacije na automatiziranim strojevima zahtjevaju vrlo brzu reakciju na pojavu signala. Takve aplikacije jednostavno su izvedive uz pomoć PLC-a

247

Podjela PLC uređja

Prema broju ulaznih i izlaznih stezaljki (povećanjem broja ulazno/izlaznih stezaljki povećava se i složenost uređaja, snaga procesora i kapcitet memorije)

S obzirom na tip signala s kojim rade uređaji, tj. imaju li digitalne i analogne ulaze/izlaze

Pri podijeli na jednosavnije i složenije uređaje treba uzeti u obzir mogućnost izvođenja matematičkih operacija nad realnim brojevima (floating point), PID regulaciju, mogućnost proširenja, itd.

248

Programiranje i komunikacija

Program za PLC se piše na računalu, a potom snima

na PLC. Računalo i PLC povezani su

komunikacijskim kabelom (RS 232 standard).

250

Osnovne cjeline PLC-a

251

Ulazni dio

Priključne vijčane stezaljke na koje se spajaju signali iz

okoline (dojavni signali iz procesa kojim se upravlja)

Mjesto početka prilagodbe signala

Digitalna ulazna informacija su sklopke, tipkala, senzori

Analogna ulazna informacija npr. naponski signal od 0

do 10 V s mjernog pretvornika tlaka, temperature i sl.

252

Izlazni dio

Priključne vijčane stezaljke na koje se spajaju izvršni uređaji iz

procesa kojima PLC šalje upravljačke signale

Na digitalne izlaze spajaju se magnetni svici, releji, sklopnici,

motorske sklopke, signalne lampe, pneumatski razvodnici i sl.

Analogni izlazi daju strujne signale za prikaz neke veličine na

pokaznom instrumentu, služe kao referenca brzine za

frekvencijski pretvarač, predstavljaju PID upravljački signal i

sl.

253

Centralna procesorska jedinica (CPU)

Centralna procesorska jedinica s memorijom glavna je jedinica

PLC uređaja.

Procesorska jedinica čita stanja svih ulaza i izlaza PLC

uređaja (analognih i digitalnih), logički ih obrađuje u skladu s

programom izrađenim od strane korisnika, te upravlja izlazima

prema rezultatima dobivenim nakon logičke obrade.

254

Rad uređaja

PLC prema promjeni stanja na njegovim ulazima mora kontinuirano korigirati

stanja izlaza, na način određen logikom u korisničkom programu. PLC tu internu

obradu podataka vrti ciklički u beskonačnoj petlji.

Vrijeme jednog ciklusa

za oko 500

programskih naredbi

se kreće oko 1,5 ms.

255

Programiranje PLC-a

Pisanje programa najčešće se izvodi preko nadređenog PC

računala na kojem je instaliran softver za korišteni PLC.

Svaki proizvođač uz svoj PLC daje softver koji je u stvari

kombinacija programskog editora, prevodioca (compilera), te

komunikacijskog softvera.

U editoru se napiše programski kod u nekom od programskih

jezika te se zatim provjeri sintaksa (compiler). Ako program nema

sintaksnih grašaka softver ga šalje u RAM memoriju PLC-a

(komunikacijski softver), koji je tada spreman za rad.

256

Programiranje PLC-a

Proizvođači PLC-a nude razne tehnike programiranja.

Najčešće uporabljivane tehnike su :

• ljestvičasti dijagrami (eng. ladder diagram, njem. kontakt plan),

• funkcijsko blokovski dijagrami (grafičko programiranje),

• STL (eng. statement list) instrukcijske liste.

• Grafcet

257

Programiranje PLCa- Ljestvičasti dijagram

Ljestvičasti dijagrami (eng. ladder diagram)

nastali su na bazi strujnih upravljačkih shema kojima

se prikazuje protok struje u strujnom krugu i koje služe

električarima kao podloga za ožičenje istog

258

Programiranje PLCa - Ljestvičasti dijagram

Svaki programski logički put u ljestvičastom dijagramu mora imati najmanje jednu izlaznu naredbu, a obično sadrži jedan ili više uvjeta koji moraju biti zadovoljeni da bi se izvršila izlazna naredba.

Uvjeti su najčešće signali koji dolaze sa uređaja priključenih na ulaz PLC-a u kombinaciji sa statusom izlaza, pomoćnih memorijskih varijabli, vremenskih i brojačkih članova.

Na desnoj strani svakog logičkog puta nalazi se izlazna naredba koja se aktivira/deaktivira s obzirom na stanje uvjeta. Izlazne naredbe su npr. 'uključi izlaz' .

259


Ekvivalencije:

Stanje kontakta ~

istinitost naredbe

Strujni put ~ logički

put

Izvršni uređaj ~

izlazna naredba

Usporedba strujnog puta (električnog kontinuiteta) u strujnoj shemi i logičkog puta, tj. jedne linije programskog koda (logičkog kontinuiteta) u ljestvičastom dijagramu.

260

Programiranje PLCa - Ljestvičasti dijagram -

Razlika između ljestvičastog dijagrama i strujne sheme je što strujna shema prikazuje stanje kontakata (otvoreno ili zatvoreno) i tako ostvaruje električni kontinuitet, dok se u ljestvičastom dijagramu ispituje je li naredba istinita ‘1’ ili neistinita ‘0’ i tako ostvaruje logički kontinuitet.

Strujni put (električni kontinuitet) u strujnoj shemi završava izvršnim (upravljanim) uređajem, a logički put u ljestvičastom dijagramu izlaznom naredbom.

261


Osnovne naredbe za programiranje PLC-a

Naredba NO - Normally Open :

Ova naredba ispituje da je li adresirani bit (stanje na ulazu I0.1) u stanju

logičke jedinice. Ako je uvjet je zadovoljen ostvaruju se logički kontinuitet.

Naredba NC - Normally Closed :

Ova naredba ispituje je li adresirani bit (stanje na ulazu I0.2) u stanju logičke

nule. Ako je uvjet je zadovoljen ostvaruju se logički kontinuitet.

Naredba Output – uključi izlaz:

Naredba Output koristi se za promjenu stanja (0/1) adresirane lokacije (izlaza Q0.0)

kada stanje kruga (logički kontinuitet) poprimi vrijednost '1' / '0'.

262



TON – timer, on-delay

TON vremensko brojilo počinje brojati vrijeme

kada se stanje pripadajućeg kruga postavi u '1'.

Sve dok je stanje kruga visoko, vrijednost

akumulatora se povećava.

Kada vrijednost akumulatora dostigne predefinirano vrijeme (eng. preset time = PT)

vremensko brojilo završi s radom i na izlazu daje '1', u međuvremenu je na izlazu '0'.

Ovaj bit, da bi bio iskorišten, je potrebno adresirati.

263



TOFF – timer, off-delay

TOFF vremensko brojilo počinje brojati vrijeme

kada se stanje pripadajućeg kruga postavi u '1'.

Sve dok je stanje kruga visoko,

vrijednost akumulatora se povećava.

Kada vrijednost akumulatora dostigne predefinirani vrijeme (PT) vremensko brojilo

završi s radom i na izlazu daje '0', u međuvremenu je na izlazu '1'. Ovaj bit,

da bi bio iskorišten, je potrebno adresirati.

Ovi bitovi se koriste na način da se pozove na stanje izlaza vremenskog brojila

naredbom NO ili NC .

264


Svaki strujni krug u strujnoj shemi prikazan je kao zaseban strujni put, a

svaki strujni put sadrži minimalno jedan upravljani uređaj (npr. motor,

relej, žarulja ili slično). Iz strujnog puta može se uočiti da je rad

upravljanog uređaja određen uvjetima (npr. tipkala, pomoćni kontakti i

slično) za njegovo uključenje.

Primjer startera motora

SUSAVI AUTOMATIZACIJE NA

BRODOVIMA

Klasifikacija brodskih procesa

REGULATORI KLASIČNOG BRODSKOG

MOTORA

IDENTIFIKACIJA PROCESA - OBJEKATA UPRAVLJANJA I REGULACIJE

Brodski dizelski motor s podsustavima

IDENTIFIKACIJA PROCESA - OBJEKATA UPRAVLJANJA I REGULACIJE

Eksperimentalno-numerička identifikacija procesa (OU)

Mjerna mjesta i parametri motora

DIGITALNI ELEKTRONIČKI REGULATOR

Struktura i opis osnovnih komponenti

Funkcionalna shema i osnovni signali DR


Izbjegavanje područja kritične brzine stroja


Ograničenje indeksa goriva ovisno o brzini


Ograničenje indeksa goriva ovisno o tlaku goriva


Ograničenje goriva pri upućivanju


Granice

odstupanja

stvarne

od

postavne

brzine

RASPODJELA OPTEREĆENJA IZMEĐU DVA MOTORA NA ISTOJ

OSOVINI


Upravljanje s dva motora u paralelnom radu

DALJINSKO UPRAVLJANJE

GLAVNIM STROJEM

BCS 200

(Bridge Control System)

Strukturna

blok

shema

sustava

BCS 200

DALJINSKO UPRAVLJANJE GLAVNIM STROJEM

Program opterećivanja / rasterećivanja stroja

REGULAIJA BRODKIH PROCESA

REGULACIJA BRODSKIH PROCESA

Komponente regulacijske staze

Sustav hlađenja motora


Principijelna shema - model sustava hlađenja motora



Sustav podmazivanja motora


Principijelna shema sustava podmazivanja motora


Sustav pripreme goriva


Model sustava pripreme dizelskog goriva – regulacija viskoznosti



Sustav uputnog i servisnog zraka


Sustav pare

Princip regulacije generatora pare

Regulacija napojne vode generatora pare


Sustav pare

Regulacija razine vode u parnom bubnju


Sustav pare


Sustav pare

NADZOR

I

ČUVANJE

TERETA

Standardna

konfiguracija

sustava

nadzora

tereta

tipa GL-90

NADZORI ČUVANJE TERETA

NADZOR I ČUVANJE TERETA

Izgled centralne upravljačke jedinice GLN-90


Radarski davač nivoa tipa GLA-90 (a) i princip postavljanja davača (b)

a) b)


Dijagram kabelskog povezivanja elemenata sustava nadzora tereta GL-90


Dijagram kabelskog povezivanja komponenti alarmnog sustava tereta

AUTOMATSKO UPRAVLJANJE KURSOM

Dodati folije od palinića

SUSTAV AUTOMATSKOG UPRAVLJANJA KURSOM BRODA

Pojednostavljena blok shema

upravljanja kursom broda


Osnovna struktura

podsustava upravljanja kursom broda

PODSUSTAV UPRAVLJANJA


Rangovi

automatskog

upravljanja

kursom

broda


Klasična elektronička izvedba automatskog kormilarenja

P

PI

PID


PODSUSTAV KORMILARSKOG STROJA I IZVRŠNIH ORGANA

Praktičan

primjer

izvršnog

organa

kormilarenja

(hidraulički tip)


Upravljački

pult

komercijalnog

autopilota

ANSCHÜTZ

ADAPTIVNI DIGITALNI

AUTOPILOT ADG 3000 VT

SUSTAV AUTOMATSKOG UPRAVLJANJA

KURSOM BRODA

Jedinice autopilota

ADG 3000 VT

SUSTAV AUTOMATSKOG

UPRAVLJANJA

KURSOM BRODA

ADAPTIVNI DIGITALNI


Upravljači

i

indikatori

autopilota

ADG 3000

SUSTAV AUTOMATSKOG

UPRAVLJANJA

KURSOM BRODA

ADAPTIVNI DIGITALNI


Upravljači

i

indikatori

autopilota

ADG 3000

(nastavak)


ADAPTIVNI DIGITALNI AUTOPILOT ADG 3000 VT

Strukturna

blok shema

autopilota

ADG 3000 VT

SUSTAV AUTOMATSKOG

UPRAVLJANJA

KURSOM BRODA

ADAPTIVNI DIGITALNI


Centralna

procesna

jedinica

autopilota

ADG 3000 VT

SUSTAV

AUTOMATSKOG

UPRAVLJANJA

KURSOM BRODA

ADAPTIVNI

DIGITALNI

AUTOPILOT

ADG 3000 VT

Jedinica

za

ulazno / izlazne

signale

i komunikaciju

SUSTAV

AUTOMATSKOG

UPRAVLJANJA

KURSOM BRODA

ADAPTIVNI

DIGITALNI

AUTOPILOT

ADG 3000 VT

Strukturna

blok shema

displej jedinice

autopilota ADG 3000



Ukupna struktura sustava automatskog kormilarenja s komponentama


Razmještaj

komponenti

elektroničke

jedinice

autopilota




Spajanje elektroničke i displej jedinice autopilota

HIJERARHIJSKI DISTIBUIRANI SUSTAV AUTOMATIZACIJE

HIJERARHIJSKI SUSTAV AUTOMATSKOG

UPRAVLJANJA

331

• dekompozicija proizvodnog sustava na zone (engl. cells);

• fleksibilna automatizacija koja omogućuje jednostavnu promjenu

proizvoda koji se proizvodi;

• optimiranje proizvodnje prema raspoloživim resursima i stanju

narudžbi.

RAČUNALNI SUSTAV ZA UPRAVLJANJE PROIZVODNIM

SUSTAVOM

332

Centralizirana arhitektura – jedno računalo upravlja

cjelokupnim procesom - nepouzdano !!

Distribuirana arhitektura – više računala povezanih na odgovarajući

način upravlja procesom

333

•• Razina 4: Razina vođenja poduzeća

(engl. Plant Management or Corporate

Management Level – Factory level).

•• Razina 3: Razina vođenja proizvodnje

(engl. Production Control or Production

Management Level – Shop level);

•• Razina 2: Razina vođenja

postrojenja/procesa (engl. Plant

Supervisory or Process Control Level);

•• Razina 1: Razina lokalnog upravljanja

i regulacije (engl. Direct Control or Local

Control Level);

•Razina 0: Razina tehničkog procesa

(engl. Field or Sensor-Actuator Level);

HIJERARHIJSKA ARHITEKTURA DISTRIBUIRANIH

RAČUNALNIH SUSTAVA

334

HIJERARHIJSKA ARHITEKTURA DISTRIBUIRANIH

RAČUNALNIH SUSTAVA

335

U svakoj se razini izvode odgovarajuće funkcije automatizacije koje

pokreću i nadziru izvođenje funkcija automatizacije susjedne

podređene razine te koje se pokreću i nadziru funkcijama

automatizacije susjedne nadređene razine.

Primjerice, PID algoritam, izveden kao funkcija automatizacije u razini

1, očitava vrijednost regulirane procesne veličine s odgovarajućeg

mjernog člana i šalje upravljački signal izvršnom organu, koji su dio

razine 0.

Optimalne referentne vrijednosti regulirane veličine PID algoritam

dobiva od razine 2, u kojoj se izvode funkcije optimiranja rada

upravljanoga procesa.

336

Razina lokalnog upravljanja i regulacije (razina 1)

• Akvizicija procesnih veličina: prikupljanje trenutačnih vrijednosti mjernih veličina

procesa i stanja pojedinih komponenata postrojenja (npr. stanja crpki, ventila, motora i

sl.) koji su neophodni za učinkovito upravljanje procesom u otvorenoj i/ili zatvorenoj

petlji, nadzor procesa, te izradbu izvješća o stanju procesa.

• Nadzor procesa/postrojenja i provjera ispravnosti sustava: procesiranje prikupljenih

podataka, provjeravanje njihove prihvatljivosti, donošenje odluka o akcijama koje treba

poduzeti, provjeravanje funkcionalnosti računala i periferijskog sklopovlja, alarmiranje,

dojavljivanje pogrešaka i kvarnih stanja.

• Sekvencijalno upravljanje i upravljanje u zatvorenoj petlji

337

Razina vođenja postrojenja/procesa (razina 2)

• Optimalno upravljanje procesom: optimiranje se provodi na temelju matematičkog

modela procesa, a prema nekom kriteriju optimalnosti koji treba osigurati optimalan rad

procesa/postrojenja u promjenljivim radnim uvjetima.

• Adaptivno upravljanje: na temelju mjernih vrijednosti procesnih veličina estimiraju se

parametri matematičkog modela procesa iz kojih se zatim izračunavaju optimalne

vrijednosti parametara regulatora koje se prosljeđuju podređenoj razini (razini 1) u kojoj

je regulator implementiran (primjer autopilota).

• Optimalna koordinacija rada postrojenja: provodi se na temelju produktivnosti

proizvodnje, stanja sirovina, stanja skladišta proizvedene robe, cijene energije i

određenog kriterija optimalnosti (primjer rada grupe generatora).

• Nadzor performansi postrojenja, pohranjivanje podataka o kvarnim stanjima,

izvješćivanje o stanju.

338

Razina vođenja proizvodnje (razina 3)

U ovoj se razini implementiraju funkcije koje više pripadaju području

operacijskih istraživanja nego području automatskog upravljanja.

Glavna je funkcija ove razine određivanje redoslijeda proizvodnje (engl.

production scheduling) za pojedinačne operacije energetskim

ograničenjima i zahtjevima.

339

Raspored 6 operacija na 3 resursa – svaki resurs može izvršiti bilo koji posao

340

Razina vođenja poduzeća (razina 4)

Ovo je najviša razina sustava automatizacije složenih industrijskih

postrojenja u kojoj se implementira široki spektar funkcija koje

obuhvaćaju inženjerske, ekonomske, komercijalne i kadrovske aspekte

vođenja poduzeća.

341

342

Sučelje prema čovjeku od 4 razine

343

Vrste sučelja prema čovjeku

• sučelje prema projektantu programske podrške za izradbu, ispitivanje,

dokumentiranje i održavanje programa;

• sučelje prema operatoru postrojenja za nadzor i rukovanje

postrojenjem na raznim hijerarhijskim razinama;

• sučelje za praćenje proizvodnje - za osoblje zaduženo za upravljanje

proizvodnjom;

• sučelje za planiranje - za upravu tvrtke;

• sučelje za nabavu i prodaju – za odjele nabave i prodaje.

344

Sučelja za upravljanje industrijskog procesa –

(brodski motor)

345

346

SCADA – Supervisor controll and data aquisition program

Polje poruka

Pregledno polje

Glavno prikazno polje

Polje operatorskih instrukcija

347

Polje poruka koristi se za prikaz poruka, alarma i upozorenja iz postrojenja. Za prikaz

se koriste široki spektar boja, poglavito u iznimno kritičnim situacijama kada se izvodi i

“žmiganje” odgovarajuće ikone uz istodobni zvučni signala.

Zbog relativno malog prostora u ovom se polju prikazuju samo najnovije poruke

(alarmi), a starije se spremaju u tzv. zbirna izvješća, koja operator može naknadno

prikazati na ekranu, u glavnom prikaznom polju.

348

Pregledno polje obično sadrži neophodne informacije o stanju pojedinačnog

postrojenja ili grupe postrojenja cjelokupnog proizvodnog postrojenja. Informacije koje

se prikazuju u ovom polju trebaju omogućiti operateru da vrlo brzo spozna u kojem je

postrojenju ili u kojoj grupi postrojenja nastupilo neregularno stanje.

Za stjecanje dubljih spoznaja o stanju pojedinog postrojenja, operator jednostavno

izabire to postrojenje (obično klikom miša na njegovu ikonu u preglednom polju) i na

ekranu (u glavnom prikaznom polju) se pojavljuje detaljniji prikaz

njegova stanja

349

Glavno prikazno polje zauzima središnji dio ekrana. Koristi se za detaljan prikaz stanja

svih pojedinačnih postrojenja, upravljačkih petlji i procesnih veličina. U ovom se polju,

također, prikazuje i “mimički” dijagram upravljanoga postrojenja.

Polje operatorskih instrukcija sadrži neke standardne ili korisnički-definirane simbole

pomoću kojih operator obavlja interakciju s računalnim sustavom.

350

351

352

353

354

355

356

357

HIJERARHIJSKA ARHITEKTURA DISTRIBUIRANOG

SUSTAVA NA BRODU (HARDWARE)

•Razina 0: Razina tehničkog procesa (engl. Field or Sensor-Actuator Level);

• Razina 1: Razina lokalnog upravljanja i regulacije (engl. Direct Control or Local Control

Level);

• Razina 2: Razina vođenja postrojenja/procesa (engl. Plant Supervisory or Process Control

Level);

• Razina 3: Razina vođenja proizvodnje (engl. Production Control or Production Management

Level – Shop level);

• Razina 4 (Ne postoji na brodu !!!!!)

Integrirani navigacijski sustav

359

BRODSKI INTEGRIRANI NAVIGACIJSKI SUSTAV

• grupiranje svih instrumenata na jednom mjestu

• integracija navigacijskih funkcija

• elektronička karta (ECDIS)

• sustav alarma

• satelitska razmjena podataka

• optimiranje rute i potrošnje goriva

• izbjegavanja sudara (CPA, TCPA)

• automatsko praćenje svih podataka bitnih za funkcioniranje brodskih

sustava

360

NAČELNA SHEMA INS-a

Integrirani navigacijski sustav

NMEA (National Marine Electronics Association)

NMEA 2000 standard za mrežu srednje brzine koja povezuje pomorske

elektroničke uređaje. NMEA 2000 je industrijska sabirnička mreža,

prema uzoru na CAN mrežu, dvosmjerna, serijski prijenos, 250 kbit/sec

NMEA 0183 – tvorac je dr. Robert Freeman, proizvođač brodskih

autopilota. Mreža omogućava serijski prijenos, 4,8 kbit/sec, asinkrona

komunikacija preko serijskog porta na PC-iju

Karakteristika NME 2000 mreže

Arhitektura mreže:

• Sabirnička 4 – žična mreža sa centralnim napajanjem za primopredajne

uređaje

• Sabirnica je zaključena terminirajućim otpornicima (refleksija).

Funkcioniranje mreže:

• Pristupni protokol: Carrier Sense/Multiple Access/Collision Arbitration

koji se koristi u CAN (Controller Area Network)

• Bez centralnog čvora

• Samo konfigurirajuća

Veličina mreže:

• Fizičkih čvorova: do 50 konekcija

• Funkcionalnih čvorova: do 252 mrežne adrese

• Dužina: do 200 m ( 250kbits/s )

Razine NMEA 2000 protokola

•Aplikacijska razina– definirana je NMEA 2000 standardom i

zahtjevima proizvođača opreme

•Upravljačka razina– definirano ISO 11783-5 uz ostale specifične

uvjete koje određuje NMEA 2000 standard.

•Mrežna razina– definicija slijedi u budućim verzijama standarda.

•Podatkovna razina– definirana ISO 11783-3 standardom uz ostale

specifične zahtjeve koje određuje NMEA 2000 standard.

•Fizička razina– definira napone signala, karakteristike kabela i

konektora.

Fizička razina definira električne i mehaničke aspekte fizičke veze

između mrežnih spojeva kao i značajke uređaja i mrežnih sučelja koja se

koriste u mreži.

Fizička razina NMEA2000 protokola

Temeljna značajka NMEA 2000 mreže, za razliku od većine ostalih

mreža,

jest ta što ona omogućava spajanje različitih uređaja male snage na

velike udaljenosti.

Uređaji se mogu spajati i otspajati bez zaustavljanja rada mreže.

NMEA 2000 –Fizička razina (napajanje)

Sabirnica se može napajati:

•Sa jednog izvora napajanja,

•Sa više izvora napajanja

(redundancija)

•Pojedini uređaji mogu

imati i svoj izvor napajanja

•Mini – najdeblji kabel – glavna sabirnica (do 8A). Može se koristiti i za

priključne vodove. Impendancija kabela iznosi 1,6Ω/100m.

•Mid – kabel srednje debljine (do 4A) koji se koristi kao glavna

sabirnica kod srednjih i manjih mreža te za priključne vodove.

•Micro –kabel najmanje debljine (3A) koristi za priključne vodove.

Impendancija kabela iznosi 5,7Ω/100m.

NMEA 2000 –Fizička razina (kabliranje)

NMEA 2000 –Fizička razina

•Koriste se primopredajnici koji generiraju diferencijalni signal,

•Primopredajni krug je optoizolatorima odvojen od ostatka uređaja

(primopredajnici se napajaju isključivo sa sabirnice – smetnji)

NMEA 2000 – Podatkovna razina

•Uređaji generiraju okvir “data frame” koji se šalju na mrežu,

•Okvir sadrži 29-bitno identifikacijsko polje, podatke 0 do 8 bajtova, početne

i završne bitove, kontrolne bitove, 15-bitno polje za detekciju greške,

bitove potvrde prijema.

•29-bitno identifikacijsko polje se određuje prioritet poruke, izvor i

odredište

•U slučaju da više uređaja zahtjeva istovremeno slanje okvira preko sabirnice,

protokol izvršava arbitražu – nema opasnosti od zastoja uslijed “collisiona”

CSMA –ND-BWA

•Vrši se provjera pogrešnih okvira pomoću 15 bitne CRC metode i zahtjeva se

automatska retransmisija u slučaju greške.

•Očitava se neispravnost mrežnog čvorišta koje generira grešku te ga

automatski isključuje kako bi se zaštitila mreža.

.

NMEA 2000 – Upravljački i Mrežni sloj

Mrežni sloj je odgovoran :

Za rutiranje podatak između više segmenata mreže

Sloj upravljanja mrežom je odgovoran:

•za utvrđivanje i dodjelu adresa, (do 252 adrese)

•za identifikaciju uređaja spojenih na mrežu

(svaki uređaj ima korisničko ime)

•za inicijalizaciju početnih uvjeta

NMEA 2000 – Aplikacijski sloj

Aplikacijski sloj definira podatkovne poruke PGN

Podaci koji se razmjenjuju između uređaja su zapakirani u PGN (Eng.:

“Parameter group number“).

Svaki PGN je definiran brojem okvira, prioritetom, odredištem,

periodičnom brzinom prijenosa, vrstom podataka.

PGN je definiran 8-bitnim ili 16-bitnim identifikacijskim poljem u

ovisnosti o tome da li je PGN adresirana pojedinom uređaju ili se

poruka emitira za sve.

Usporedba NMEA 2000 i Etherneta – Podatkovna razina

NMA 2000 (po uzoru na CAN) ETHERNET

CSMA –ND-BWA (“Carrier Sense Multiple

Access-Non destructive-Bit wise

arbitration“) korištenjem metode rivaliteta

ne dolazi do smanjenja propusnosti

mreže uslijed istovremenog pristupa dva

uređaja.

CSMA-CD (“Carrier Sense Multiple

Access-Collision detect“) prioritetnost nije

predodređena pa dolazi do smanjenja

propusnosti mreže uslijed istovremenog

pristupa dva uređaja.

Propusnost mreže: 62,5 Kbit/s do 1Mbit/s Propusnost mreže: 100 Mbit i više

Višestruko provjeravanje poslanih poruka

na svakom mrežnom čvorištu.

Automatska provjera ispravnosti mrežnog

čvorišta i isključivanje čvorišta gdje

nastaje greška kako bi se zaštitio ostatak

mreže.

Zajamčena dostava poruke u cijelosti.

Primjer NMEA 2000 mreže na jahti

Primjer NMEA 2000 mreže na jahti

Računalne mreže velikih

brodova

•NMEA 2000 sabirnička industrijska mreža srednje brzine

koja je dizajnirana da omogući dvosmjernu komunikaciju

između brodskih uređaja, senzora i aktuatora različitih

proizvođača.

•Mreža je bazirana na izrazito robusnom CAN protokolu koji

se dokazao u željezničkoj i autoindustriji – siguran, pouzdan,

robustan. Poboljšanje starog NMEA 0183 jer uvodi sabirničku

topologiju i veće brzine .

•Protokol je otvoren za dalji razvoj mrežnog sloja koji će

omogučiti routiranje paketa i izgradnju segmentiranih

kompleksnih računalnih mreža.

•Upotreba Ethernet mreže samo u administrativnom dijelu

broda, a NMEA 2000 u sigurnosno kritičnim sustavima.

Documents

Automatizacija u Pomorskom Prometu