2. Karakteristike analognog signala ? Analogni ulazi prihvataju niz naponskih vrednosti od nule do pune skale. Koliko e naponskih nivoa prepoznati PLC zavisi od rezolucije. Na primer, ako je naponski opseg analognog ulaznog kanala 0-10V, a rezolucija 10 bita (210=1024 nivoa), najmanja vrednost koju e PLC moi da prepozna je 10/1024 0.01V. to veu rezoluciju ima PLC to moemo raditi sa preciznijim vrednostima. 3. Karakteristike digitalnog signala ? Na digitalne ulaze dolazi naponski signal u samo dva stanja (0 ili 1, radi ili ne radi, true ili false...). Takav signal dolazi sa elemenata kao to su prekidai, tasteri, fotoelije... Na primer, ako je digitalni ulaz u rasponu 0-24V, sva naponska stanja preko 22V e biti prepoznata kao 1 (ON, True, radi..), a sve manje od 2V e biti prepoznato kao 0 (OFF, False, ne radi...). Vrednosti izmeu 2V i 22V e biti nedefinisane. 4. AD konvertor? 5. Dve glavne karakteristike AD konvertora (brzina konverzije i rezolucija)? A/D KONVERTOR To je elektronski ureaj koji naponski signal pretvara u odgovarajuu numeriku vrednost. A/D radi tako to napon koji je doveden na ulaz uporeuje sa naponom koji on interno generie. A/D uporeuje niz vrednosti (interno generisani napon se gradualno poveava), a zaustavlja se kada interno generisani napon postane jednak (sa unapred definisanim odstupanjima) naponu na ulazu. Bitan podatak za A/D konvertor je radni opseg. To je naponski opseg sa kojime A/D konvertor moe da radi (npr. 0-5V, ili 5, 10V...). Dve osobine A/D konvertora su kljune za njegov rad 1) Brzina konverzije 2) Rezolucija BRZINA KONVERZIJE Proces konverzije (tj. uporeivanja interno generisanog napona sa naponom na ulazu u A/D konvertor) zahteva vreme. To vreme se meri u milisekundama, ali se ne sme zanemariti. Vremenski razmak izmeu dva uzorkovanja ne sme biti manji od vremena potrebnog za konverziju u A/D konvertoru!!! Brzina konvertovanja diktira uestanost uzorkovanja. to je vea brzina uzorkovanja, to je merenje preciznije, tj. naa predstava o promeni fizike veliine koju pratimo je blia realnosti. Pokaimo to kroz dva primera. REZOLUCIJA Rezolucija nam govori o tome na koliko nivoa je podeljen naponski radni opseg konvertora. Rezolucija A/D konvertora se izraava u bit-ovima. Broj nivoa je stepen broja dva (2). To znai da osmobitni (8 bit) A/D konvertor raspolae sa 28=256 nivoa. Konkretan primer bi bio sledei. Najmanja vrednost koju desetobitni (10 bit) A/D konvertor, radnog opsega 0-10V, moe da pokae je 10V/210=10V/1024 10mV. Ta vrednost se naziva LSB

(Least Significant Bit). U cilju to preciznijeg merenja potrebno je da i rezolucija A/D konvertora bude vea.

6. Sample and hold kolo? SAMPLE AND HOLD KOLO (S/H) Zadatak S/H kola je da prihvati naponski nivo koji se dovodi na ulaz i da ga odrava sve dok A/D konvertor (A/D) ne izvri konverziju. Za odravanje naponskog nivoa u S/H kolu je zaduen kondenzator. Uestanost kojom rad S/H je uslovljena brzinom konverzije A/D konvertora. Ako bi vrednost napona na ulaznom portu A/D bila promenljiva, proces komparacije ne bi mogao da bude obavljen dovoljno precizno. Interno generisani napon ne bi mogao da bude jednak sa naponom na ulazu, ako se ovaj stalno menja. Odravanje napona na ulazu konstantnim je upravo zadatak S/H kola.

PRINCIP RADA S/H KOLA

Na slici se moe videti kako se rad S/H manifestuje. Sivom bojom je oznaen signal koji dolazi sa nekog senzora. Zelenom bojom su oznaene take koje smo u mogunosti da uzorkujemo (s obzirom na sample rate i brzinu konverzije A/D). Poto su to jedine vrednosti koje mi vidimo iz celog signala, slika koju dobijamo je sledea

Slika koju smo dobili ne odraava u potpunosti verno izgled signala koji smo pratili. Plava isprekidana linija spaja take koje smo uzorkovali, i mi PRETPOSTAVLJAMO da se neuzorkovane take nalaze na toj liniji, ili u njenoj neposrednoj blizini. Jasno je da e slika koju dobijamo biti

blia realnoj slici ukoliko budemo uzorkovali vei broj taaka iz signala. To znai da moramo uzorkovati veom brzinom. Rzmotriemo dva karikirana sluaja. Sluaj ekstremno sporog uzorkovanja i sluaj jako brzog uzorkovanja.

KARIKIRANI PRIMER SPOROG UZORKOVANJA

PRIMER UZORKOVANJA KOJEM SE TEI (BRZO UZORKOVANJE) Na slici koja predstavlja jako sporo uzorkovanje je predstavljena pojava koja se zove aliasing. Deava se onda kada je uestanost uzorkovanja daleko manja od frekvence signala. Stvara se lana slika o signalu koji pratimo (evidentno je na gornjoj slici da smo jako sporim uzorkovanjem potpuno izgubili jedan pozitivan i dva negativna pika). Najkvistova teorema (pravilo poznato i pod nazivom enonov obrazac) kae da je neophodno da uestanost uzorkovanja bude bar dva puta vee od frekvence signala koji se prati kako ne bi dolo do aliasing-a. 7. Multiplekser? MULTIPLEKSER (MUX) Multiplekser je elektronska komponenta koja ima vie naponskih ulaza, a samo jedan izlaz. U jednom trenutku, na izlazu se moe dobiti signal sa samo jednog od ulaznih kanala.

EMATSKI PRIKAZ MULTIPLEKSERA

Signali na ulaznim kanalima multipleksera ne ulaze ni u kakvu interakciju. Oni se ne sabiraju, ne oduzimaju, ne mnoe, ne dele... Jednostavno kroz multiplekser se u jednom trenutku proputa jedan od ulaznih kanala. Sa kojeg od ulaznih kanala e proi signal na izlazni kanal multipleksera, odreuje se pomou pinova za selekciju (na slici su obeleeni sa S1 i S2). Na pinove za selekciju dolazi digitalni signal (samo dva stanja ima napona/nema napona). Svaki od kanala ima svoju adresu izraenu binarnim brojevima. Na primer, za multiplekser prikazan na gornjoj slici adrese kanala bi izgledale ovako: Ulazni kanal A B C D Adresa (binarni broj) S1 S2 0 0 0 1 1 1 0 1

Iz gornje tabele se jasno vidi da ni fiziki ne postoji ansa da se preko pinova za selekciju odabere da kroz multiplekser prou signali sa dva kanala istovremeno. Takoe, za vrei broj ulaznih kanala neophodno je da postoji i vei broj pinova za selekciju. Ako je n broj pinova za selekciju 2n mora biti vee ili jednako broju ulaznih kanala!!!

FIZIKI IZGLED MULTIPLEKSERA

PRIMENA MULTIPLEKSERA Idealna aparatura za prikupljanje podataka u okviru nekog mernog ili mehatronikog sistema bi izgledala ovako:

Ovakav sistem na omoguava istovremeno procesiranje svih kanala. Mana ovakvog sistema je jako visoka cena. Ukoliko nam nije neophodno da se signali sa svih senzora obrauju istovremeno, moemo upotrebiti multiplekser i umanjiti trokove sistema za tri A/D konvertora. To bi izgledalo ovako:

Ovakva aparatura nam omoguava da i dalje istovremeno uzorkujemo podatke sa sva etiri senzora, ali se vreme konverzije poveava etiri puta (jedan A/D konvertor radi za sva etiri kanala). Ukoliko nam ni simultano uzorkovanje nije neophodno, multiplekser se moe postaviti odmah posle senzora. Na taj nain se tedi i na tri S/H kola. Aparatura u tom sluaju izgleda ovako:

Ovako sklopljena aparatura sekvencijalno obrauje kanale. To znai da je uzorkovanje na drugom kanalu mogue tek kada signal sa prvog bude obraen i primljen u PLC. Uzorkovanje na treem moe poeti tek po zavretku obrade signala sa drugog kanala, itd... Vano je napomenuti da multiplekser moe da radi dvosmerno. To znai da se jedna vrsta multipleksera moe koristiti sa ulazne strane PLC-a, u cilju prikupljanja podataka, ali i sa izlazne strane PLC-a kada postoji potreba da se jednim izlaznim kanalom PLC-a kontrolie rad veeg broja aktuatora!!! 8. PLC? PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC)

PLC je kompjuter koji se koristi za automatizaciju elektro-mehanikih procesa. Za razliku od standardnih personalnih raunara (PC), PLC ima veliki broj ulaznih i izlaznih portova, otpornost na visoke temperature, prainu, vibracije, udare...

PLC je najee Real Time sistem, to znai da se aktivnosti na izlaznim portovima izvode kao odgovor na stanje na ulaznim portovima u definisanom periodu vremena (determinizam). Programiranje PLC-a se vri pomou kompjutera. Koriste se svi poznati programski jezici, kao i sve popularnija grafika okruenja za programiranje (npr. LabView). Programski kod PLC-a se uva u ROM-u. Konekcija kompjutera i PLC-a se ostvaruje preko Ethernet, RS-232, RS-422 ili USB porta. U zavisnosti od broja ulaznih i izlaznih portova PLC moe istovremeno prikupljati podatke sa vie razliitih senzora (temperature, pritiska, protoka, pomaka...) i upravljati sa vie razliitih vrsta aktuatora (hidrauliki i pneumatski cilindri, elektro-motori...). Vie PLC ureaja se moe povezati u mreu i na taj nain se moe upravljati celokupnim industrijskim postrojenjima. Neke od funkcija PLC-a mogu preuzeti i personalni raunari. Razlika je u tome to resurs personalnog raunara biva ozbiljno potroen na rad operativnog sistema. PLC nema operativni sistem, tako je u potpunosti posveen izvravanju postavljenih zadataka. KONKRETAN PRIMER: Koristimo PC za prikupljanje podataka sa nekog senzora. Ukoliko se u poku prikupljanja podataka pomeri mi, pritisne neki taster na tastaturi, ili se pojavi neka nova beina internet mrea, kompjuter NEE ignorisati te promene. On e svoj fokus usmeriti na te dogaaje, jer je u njegovom osnovnom kodu to tako propisano. Za to vreme, mogue je da neke od vrednosti koje stiu sa senzora kompjuter oita pogreno, ili da mu ak neke vrednosti i potpuno promaknu (prekid uzorkovanja). Ovakve situacije mogu ugroziti relevantnost prikupljenih podataka. Kod PLC-a programer sam postavlja listu prioriteta. Tako se ne moe desiti da dogaaji manje vanosti ugroze ispravno izvravanje glavnih zadataka. Ukoliko postoji potreba da se PLC-u neke komande zadaju u toku rada, to se radi preko HMI-a (Human Machine Interface). HMI je interaktivni displej koji se programira nezavisno od PLC-a. DIGITALNI I ANALOGNI ULAZI Na digitalne ulaze dolazi naponski signal u samo dva stanja (0 ili 1, radi ili ne radi, true ili false...). Takav signal dolazi sa elemenata kao to su prekidai, tasteri, fotoelije... Na primer, ako je digitalni ulaz u rasponu 0-24V, sva naponska stanja preko 22V e biti prepoznata kao 1 (ON, True, radi..), a sve manje od 2V e biti prepoznato kao 0 (OFF, False, ne radi...). Vrednosti izmeu 2V i 22V e biti nedefinisane. Analogni ulazi prihvataju niz naponskih vrednosti od nule do pune skale. Koliko e naponskih nivoa prepoznati PLC zavisi od rezolucije. Na primer, ako je naponski opseg analognog ulaznog kanala 0-10V, a rezolucija 10 bita (210=1024 nivoa), najmanja vrednost koju e PLC moi da prepozna je 10/1024 0.01V. to veu rezoluciju ima PLC to moemo raditi sa preciznijim vrednostima. 9. Memorije , razlike i primena? MEMORIJA ROM (Read Only Memory) Kako ime kae to je vrsta memorije koja moe samo da se ita. Njena osnovna odlika je to to ne gubi svoj sadraj po prestanku napajanja. Najee se upotrebljava za uvanje koda koji kontrolie rad datog ureaja. Npr. nain na koji e se neki PLC ponaati uva se u njegovoj ROM memoriji.

Vrste ROM 1) PROM (Programmable Read Only Memory) Moe se programirati samo jednom. To se radi na ureaju PROM programer, koji koristi visok napon kako bi sastavio/rastavio interne veze na ipu. 2) EPROM ( Erasable Programmable Read Only Memory) Moe se brisati sadraj ipa ako se izloi ultraljubiastom zraenju (10min.). Izlaganje ultraljubiastim zracima (i ponovno programiranje) skrauje ivotni vek EPROM-a. Broj brisanja/programiranja je ipak vei od hiljadu. Na sebi imaju prozor kroz koji je predvieno da prou UV zraci u procesu brisanja. 3) EEPROM (Electricaly Erasable Programmable Read Only Memory) Daje mogunost brisanja sadraja ipa elektronskim putem. FLASH memorija je moderan tip EEPROM-a. Dpzvoljava preko milion pisanja/brisanja.

RAM (Random Access Memory) Random znai nasumino, a ukazuje na to da se svakom podatku iz RAM moe pristupiti u bilo kom trenutku bez obzira na na to gde se on nalazi u odnosu na prethodno korieni podatak iz memorije. U RAM-u se uvaju podaci koji su rezultat nekih operacija (kompjuteru, PLC-u,...) 11. Senzori? SENZORI To su elementi koji pretvaraju neku fiziku veliinu u analogni (naponski) signal. Svaki senzor ima svoj merni opseg. On nam govori u kom rasponu moemo meriti eljenu fiziku veliinu, a da greka merenja ostane u unapred zadatim granicama. Primer: 1) Za neki laserski daljinomer merni opseg je 1-10mm 2) Za senzor temperature 0,5-100 C Pored mernog opsega svaki senzor mora imati definisanu mernu karakteristiku. Taj podatak nam poklazuje kakav je odnos izmeu intenziteta fizike veliine koju merimo/pratimo i analognog signala u koji e je senzor pretvoriti. Primer: 1) Ako je merna karakteristika senzora temperatura 0,01V/C=10mV/C senzor e 100C pretvoriti u 1V Greka merenja kod senzora Proizvoa senzora daje opseg u kome ne garantuje tanost rada senzora. Taj podatak moe biti izraen u procentima pune skale (% F.S.), ili u procentima oitanog rezultata (%RDG). % F.S.

ta ova oznaka praktino znai? Ako je merni opseg nekog senzora temperature 0-100C, a greka je data u oliku 1%F.S. to znai da je greka u svakom delu mernog opsega 1% od 100C (puna skala), tj. 1C. Tako da je pri oitavanju temperature od 100C taan rezultat u dijapazonu od 99-101C, ali takoe i da je pri oitavanju temperature od 10C taan rezultat u dijapazonu 9-11C. Apsolutno, greka je ista (2C), ali je u drugom sluaju relativna greka mnogo vea. %RDG Ovaj podatak daje relativnu greku svakog izvrenog merenja. Ako je greka merenja senzora data u obliku 1%RDG to znai da e kod merenja temperature od 100C greka biti 1C. Dok e kod izmerene temperature od 50C dozvoljena greka biti 0,5C. SENZORI TEMPERATURE TERMOPAR Termopar je najee korieni senzor temperature. Sastoji se od dve ice koje su spojene na jednom kraju, a napravljene od razliitih materijala. Kada na tom spoju doe do promene temperature, na slobodnim krajevima ica se javlja razlika potencijala (napon). Ovu pojavu je otkrio Thomas Johann Seebeck 1821. godine. Po njemu se ova pojava naziva i Seebeck-ov efekat. Okvirno, karakteristika termoparova je izmeu 1 i 70 V/C. Standardni termoparovi TIP B C E Pozitivni metal Platina - 6% Rodijum Volfram - 5% Renijum Nikl - 10% Hrom Negativni metal Platina - 30% Rodijum Volfram - 26% Renijum Bakar - 45% Nikl Merni opseg 0 - 1820C 0 - 2320C -270 - 1000C

Termoparovi se koriste tamo gde je potrebno meriti temperature u irokom opsegu (02300C), tanou ne veom od 1C. Za manje opsege (0-100C) i tanost od 0,1C koriste se termistori. Vano je uskladiti osobine termopara sa osobinama kabla koji povezuje termopar sa mernim ureajem. Kablovi ne mogu biti od istog materijala kao i ice termopara jer bi to bilo jako skupo (mada idealno po pitanju tanosti merenja). Zato se koriste jeftinije legure koje imaju sline osobine. Na primer, za termopar na bazi platine, kablovi su od bakarne legure (bakar je mnogo jeftiniji od platine). BESKONTAKTNO MERENJE TEMPERATURE Ureaj meri energiju infracrvenog zraenja tela i na osnovu toga daje podatak o temperaturi tog tela. Ureaj se sastoji od soiva koje fokusira infracrveno zraenje na detektor koji tu energiju pretvara u naponski signal. Ovakvi ureaju esto imaju integrisan laser koji olakava ciljanje eljenje povrine. Bitan podatak vezan za ove uraeje je Distance : Spot ratio. On nam govori o tome kolika je povrina iju temperaturu merimo, u odnosu na rastojanje ureaja od te povrine. Na primer,

ako je D:S = 20:1 to znai da emo sa udaljenosti od 20cm meriti temperaturu povrine kruga prenika 1cm. Prednosti beskontaktnog merenja temperature: 1) Merenje ne traje vie od 0,5s 2) Moe se meriti temperatura pokretnih objekata (maine, pokretne trake,...) 3) Mogue je meriti temperature do 3000C Nedostaci: 1) Ureaj zahteva dobru vidljivost (praina i dim oteavaju merenje) 2) Moe se meriti iskljuivo temperatura povrina TERMISTORI Termistori su elementi za merenje temperature ija je elektrina otpornost proporcionalna promeni temperature. Termistori se prave od keramike ili nekih vrsta polimera.

IZGLED TERMISTORA Termistori imaju temperaturni opseg od -90C do 130C dok im je tanost merenja oko 0,1C. Princip rada termistora se moe prikazati kroz sledeu pojednostavljenu formulu:

R - promena otpora T - promena temperature k - temperaturni koeficijent Vano je napomenuti da je ovde zavisnost data u linearnom obliku, to u realnim uslovima nije sluaj. Bez pojednostavljenja, promena elektrine otpornosti u zavisnosti od promene temperature bi se najvernije prikazala sledeom formulom:

U gornjoj jednaini a, b i c su tajnhart-Hartovi koeficijenti i definiu se za svaki termistor posebno. Temperatura T je u stepenima Kelvina, a otpornost R je u Omima. U zavisnosti od toga kojeg je znaka temperaturni koeficijent razlikujemo dve vrste termistora. Ukoliko je temperaturni koeficijent pozitivan re je o PTC (Positive Temperature Coefficient) termistorima. Takoe se nazivaju i POZITORI. Ako je temperaturni koeficijent negativan u pitanju su NTC (Negative Temperature Coefficient) termistori. Kod PTC termistora elektrina otpornost raste sa poveanjem temperature, dok kod NTC termistora elektrina otpornost opada sa poveanjem temperature. Postoje termistori koji se koriste kao prekidai. Oni spadaju u grupu PTC termistora. Njihova promena elektrine otpornosti u odnosu na promenu temperature nije linearna. Do nekih temperatura otpornost ima malu vrednost. Kada temperatura dovoljno poraste, elektrina otpornost eksponencijalno raste i prekida struju u kolu. Ova vrsta termistora se ne koristi za merenje temperature, ve iskljuivo u funkciji prekidaa. TERMOOTPORNI DAVA TEMPERATURE (Resistance Temperature Detector-RTD ) Termootporni davai temperature rade na istom principu kao termistori. Razlika je u tome to imaju linearnu zavisnost promene elektrine otpornosti u odnosu na promenu temperature. To je mogue jer su, za razliku od termistora koji su od keramike i polimera, RTD napravljeni od platine. Prirodno svojstvo platine je da joj je ova zavisnost linearna. Termootporni davai temperature moraju biti napajani strujom. Najpoznatiji termootporni dava je PT100. Oznaka govodi da je elektrina otpornost ovog davaa, na 0C, 100 . Standardizovana karakteristika termootpornih davaa temperature je 0.385/C. Merni opseg je od -200C do 500C. U odnosu na termistore, termootporni davai temperature, imaju vei merni opseg i stabilnost merenja, ali manju preciznost.

TERMOOTPORNI DAVA AKCELEROMETRI PIEZOELEKTRINI Piezoefekat je pojava da se na krajevima nekih materijala generie elektricitet kada na njih deluje sila. Materijali koji se najee koriste su: kvarc, barijum-titanat, olovo-cirkon.

TRI NAINA OPTEREENJA PIEZOELEKTRINIH ELEMENATA

PIEZOELEKTRINI EFEKAT Bitno je zapamtiti da piezoelektrini elementi ne reaguju na konstantnu silu, ve samo na impuls sile. Konkretno, to znai da ako na piezoelektrini element spustimo teg od 100kg, u prvom trenutku e se generisati odgovarajui napon (nastao usled udara pri sputanju). im se teg smiri, napon generisan na polovima elementa e biti nula!!! To znai da piezoelektrine elemente ne moemo koristiti za merenje konstantnih sila (vage, davai pritiska...), ve za merenje onih promenljivih (davai vibracija).

S obzirom na slab izlazni signal iz senzora i veliku izlaznu impedansu, neophodan je pojaiva. Ranije je korien spoljni pojaiva, ali je taj metod odbaen zbog prisustva uma. Danas se pojaiva postavlja unutar kuita davaa. Akcelerometri se na mainu ije vibracije merimo montiraju ili posredstvom magnetne stope, ili pomou navojnog para.

Karakteristika akcelerometra se daje u obliku 100 mV/g (g je ubrzanje zemljine tee). Postoje i piezorezistivni davai. Oni menjaju svoju otpornost u zavisnosti od sile koja na njih deluje. Za razliku od piezoelektrinih, piezorezistivni mogu da mere konstantna optereenja. SENZORI PROTOKA OPTIKI MERAI (Laser Doppler Anemometry - LDA) Ova metoda merenja zahteva da cev kroz koju prolazi fluid bude providna na mestu gde se protok meri. Takoe, u samom fluidu moraju postojati estice prenika 0,2 - 0,4m. U tu svrhu se najee u fluid dodaju so, crvena ljaka, titanijum dioksid... Na fotodiodi se prikupljaju zraci odbijeni od estice. U zavisnosti od frekvence rasprene svetlosti lasera izraunava se brzina estice (smatra se da su estice dovoljno male, tako da je njihova brzina u stvari brzina fluida). Velika prednost ove metode je to se samim izvoenjem merenja ne utie na tok fluida. Greka pri merenju LDA metodom je ispod 1%.

EMA RADA APARATURE (LASER DOPPLER ANEMOMETRY)

MERNO MESTO (PROVIDNA CEV) ULTRAZVUNI MERAI PROTOKA Ova metoda se zasniva na tome da brzina zvuka kroz fluid zavisi od brzine proticanja tog fluida.

Ultrazvuni signal se proizvodi pomou piezoelektrinih kristala (napon se dovodi na polove kristala i to izaziva pulsiranje kristala).Piezoelektrini kristal vibrira frekvencom od 50kHz do kekoliko Mhz.

PRINCIP RADA ULTRAZVUNOG MERAA PROTOKA Sonde A i B su ujedno i prijemnici i odailjai. Naizmenino jedan drugome alju ultrazvune signale. Signal koji putuje niz tok strujanja fluida biva ubrzan, dok signal koji putuje uz tok fluida biva usporen. Razlika izmeu ovih brzina prostiranja ultrazvuka je proporcionalna brzini strujanja fluida. Prednost ove metode je to nema potrebe da cev bude providna, nije neophodno da se u tok fluida dodaju bilo kakve estice. Merenje se moe vriti podjednako dobro i na metalnim i na plastinim cevima.

REALAN IZGLED MERNOG UREAJA 12. Enkoder? ENKODER Senzor koji koristimo kako bismo saznali: 1) Broj obrtaja vratila 2) Poziciju vratila (u odnosu na stator) 3) Smer obrtanja vratila

Enkoder moe raditi na: 1) mnagnetno-otpornom principu 2) magnetnom principu sa Hall-ovim davaem

3) optikom principu

PRINCIP RADA ENKODERA I OLIK SIGNALA KOJI DAJE

Disk se montira na vratilo. Ne sme biti pomeranja diska u odnosu na vratilo. Postoje dve vrste optikih enkodera: 1) Relativni 2) Apsolutni RELATIVNI OPTIKI ENKODER

Zove se relativni jer informaciju o poziciji vratila daje u odnosu na reperni prorez na disku. Poseban par LED + Fototranzistor je zaduen za reperni prorez. Kada on propusti svetlost sa diode dobijamo informaciju da je vratilo napravilo pun obrtaj. Podatak o ugaonoj brzini vratila dobija se primenom jednostavne matematike. U sledeoj formuli t predstavlja vreme koje je proteklo izmeu dva prolaza repernog proreza.

Ugaonu brzinu moemo meriti i ee, tj. i pre nego to vratilo napravi pun krug. Ako merimo vreme prolaska izmeu bilo koja dva proreza na glavnom krugu i brojimo koliko je proreza za to vreme prolo. Te podatke koristimo u sledeim formulama.

POZICIJA VRATILA Jedan par LED + Fototranzistor prati reperni prorez, dok drugi par prati proreze na glavnom krugu. Pozicija vratila se dobija iz podataka koliko je proreza na glavnom krugu prolo od poslednjeg prolaza repernog proreza.

SVE SE SVODI NA BROJANJE!!!! SMER ROTACIJE VRATILA Za odreivanje smera rotacije je neophodno da na glavnom krugu proreza postoje dva para LED + Fototranzistor. Njihov meusobni razmak mora biti (Z+1/2)*b . Z - bilo koji ceo broj b - irina proreza

KAKO SE ODREUJE SMER OBRTANJA?

A i B su etvrtke koje se formiraju od signala koji stiu sa dva optokaplera. To bi trebalo da budu dva identina signala, meusobno smaknuta za jednu polovinu irine etvrtke. Razmotriemo dva sluaja. Kada se disk obre u jednu i u drugu stranu. U B nizu se desi promena sa 0 na 1. Tu promenu detektujemo softverski pomou programa koji je na PLC-u . Ako je u tom trenutku niz A na vrednosti 0, kreemo se od crvene linije na levo! Drugi sluaj. Detektujemo da se u B nizu opet dogodila promena sa 0 na 1. Ako je u ovom sluaju niz A sada na vrednosti 1, kreemo se od zelene linije na desno. Analogijom razmotrite i dva sliaja kada se u nizu B desi promena sa 1 na 0!!! Rezolucija (broj proreza) enkodera ide i preko pet miliona (5x106)!!! Razmislite o tome koliko je minimalno ugaono pomeranje vratila koje ovakav enkoder moe detektovati.

APSOLUTNI OPTIKI ENKODER Zove se apsolutni jer daje apsolutnu poziciju vratila, tj. nevezano za bilo kakav reper. Fiziki, disk apsolutnog enkodera se razlikuje od diska relativnog.

Disk ima vie nivoa proreza. Svaki nivo ima svoj par LED + Fototranzistor. Rezolucija enkodera zavisi od broja proreza na najviem nivou. Svaka ugaona pozicija (16 ima na slici) ima svoju binarnu ifru. Prorez proputa svetlost i tada ima signala tj. cifra je 1. Ako LED + Fototranzistor stoji na zasunu rezultat je 0. Za ovaj disk ifre pozicija su sledee

Krika Br. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

23

22

21

20

0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

Kako se decimalni brojevi prevode u binarne? 1) Koliko pozicija za binarni broj imamo na raspolaganju? Za X pozicija moemo ispisati 2X brojeva. Na etiri pozicije (X=4) moemo napisati 24=16 brojeva.

PREVOD IZ BINARNOG U DECIMALAN BROJ Apsolutni enkoder odmah po ukljuivanju zna na kojooj se poziciji nalazi. On odmah oitava kod sa LED + Fototranzistor, i daje informaciju u kojoj kriki se nalazi. To relativni enkoder ne moe da uradi (sve dok prvi put ne proe reperni prorez ne zna se u kojoj je poziciji disk). ODREIVANJE SMERA OBRTANJA KOD APSOLUTNOG ENKODERA Ako binarni brojevi idu u rastuem nizu vratilo (i disk sa njime) se okree u jednom smeru. Ako se brojevi smenjuju u opadajuem nizu u pitanju je rotacija vratila u suprotnom smeru. ODRIVANJE UGAONE BRZINE VRATILA Isti princip kao i kod relativnog enkodera. Najee se koristi nivo sa najveim brojem proreza, jer to omoguava najvei broj merenja u toku jednog obrtaja vratila. Ogranienje u odnosu na relativni enkoder je to to kod relativnog za poveanje rezolucije treba samo obezbediti disk sa veim brojem proreza, dok kod apsolutnog uz vei broj proreza moramo obezbediti i vei broj parova LED+ Fototranzistor. 13. Aktuatori?

ELEKTROMOTORI To su ureaju koji pretvaraju elektrinu energiju u obrtni moment na izlaznom vratilu. NAIZMENINA STRUJA 1) Sinhroni 2) Asinhroni JEDNOSMERNA STRUJA 1) DC motori 2) Step (korani) motori

SINHRONI ELEKTROMOTORI Glavna karakteristika ove vrste elektromotora je da se rotor vrti istom brzinom kao i obrtno magnetno polje statora. STATOR Oblika je upljeg valjka, sa ljebovima u kojima se nalaze trofazni namotaji. ROTOR Sastoji se od namotaja provodnika dok kod manjih motora moe biti formiran od permanentnih magneta. Ukoliko su namotaji u pitanju, oni se napajaju jednosmernom strujom preko kliznih prstenova. Tako se u namotajima indukuje elektromagnetno polje. PRINCIP RADA Indukovano magnetno polje rotora prati obrtno magnetno polje statora i na taj nain dolazi do rotacije izlaznog vratila. Ukoliko optereenje motora poraste preko odreenje granice magnetno polje statora nee moi da prati obrtno magnetno polje statora i motor e stati. STARTOVANJE MOTORA Odmah po dovoenju napajanja na stator obrtno magnetno polje poinje da rotira sinhronom brzinom.

f - frekvenca struje [Hz] p - broj pari polova Usled inercije rotora NE dolazi do njegovog pokretanja i praenja obrtnog magnetnog polja. Trebalo bi zaleteti rotor do brzine bliske sinhronoj brzini, pustiti napajanje jednosmernom strujom i indukovano magnetno polje rotora e se sinhronizovati sa obrtnim magnetnim poljem statora. Tri mogua naina startovanja: 1) Poseban motor za zaletanje rotora

2) Postepeno zaletanje motora korekcijom frekvence naizmenine struje 3) Startovanje motora kao asinhronog do brzine bliske sinhronoj PREDNOSTI SINHRONOG MOTORA 1) Nezavisnost brzine obrtanja od promene optereenja 2) Mogunost podeavanja faktora snage cos, promenom pobudne struje 3) Mogunost popravke snage nekog drugog potroaa MANE SINHRONOG MOTORA 1) Rotor se mora obrtati sinhronom brzinom (samo tada M0) 2) Napajanje namotaja na rotoru jednosmernom strujom je loe reenje jer dolazi do varnienja izmeu etkica i prstenova (i do njihovog troenja) 3) Cena je vea nego kod asinhronog motora ASINHRONI ELEKTROMOTORI STATOR je isti kao kod sinhronog elektromotora. Napaja se trofaznom naizmeninom strujom. ROTOR se sastoji od metalnih ipki koje su na krajevima kratko spojene metalnim ipkama. Taj oblik podsea na kavez, pa se popularno zove veveriji kavez.

Za razliku od sinhronog motora rotor asinhronog nema napajanje. U njemu se beskontaktno indukuje struja pod uticajem elektromagnetnog polja statora. Ta indukovana struja stvara sopstveno elektromagnetno polje koje u interakciji sa obrtnim elektromagnetnim poljem statora izaziva obrtanje vratila elektromotora. Kanjenje rotora za obrtnim elektromagnetnim poljem statora se zove klizanje rotora. Najee klizanje rotora iznosi 2-10%!!!! DC MOTOR (DIRECT CURRENT MOTOR) DC motori se dele u dve grupe: 1) DC motori sa etkicama (Brushed DC motor)

2) DC motori bez etkica (Brushless DC motor - BLDC motor)

DC MOTOR SA ETKICAMA Stator se sastoji od dva permanentna magneta. Rotor je napravljen od namotaja ice. U najjednostavnijoj varijanti rotor je sastavljen od dva pola (dva namotaja), dok naprednije verzije imaju tri i vie polova . Vei broj polova omoguava da motor startuje bez obzira na meusobni poloaj rotora i statora. Takoe, distribucija obrtnog momenta je bolje rasporeena kod verzija sa vie pari polova.

Princip rada Napajanje se dovede na polove (+ i -). Oko namotaja se formira magnetno polje. Na prvoj slici su namotaji suprotno namagnetisani od permanentnih magneta uz koje se nalaze. Zbog toga dolazi do odbijanja meu njima i vratilo poinje da rotira. Na drugoj slici rotor nastavlja da rotira. Na treoj slici je prikazan trenutak pre nego to e rotor doi u takav poloaj da e namotaji biti privueni od strane permanentnih magneta (razliito su namagnetisani). To bi uzrokovalo zaustavljanje rotora. Kako bi se rotacija nastavila, neophodno je da se smer struje kroz namotaje promeni, tj. da se opet namagnetiu razliito od permanentnih magneta uz koje su se nali. Smer struje se menja uz pomo komutatora. Kada se smer jednosmerne struje promeni opet dolazimo u situaciju prikazanu na prvoj slici. Proces se ponavlja sve dok ima napajanja na polovima. Animaciju koja detaljno objanjava princip rada moete pogledati na http://www.youtube.com/watch?v=RAc1RYilugI . DC MOTOR BEZ ETKICA esto ovu vrstu motora sreemo i pod nazivom Electronicaly Commutated motors (nemaju mehaniki komutator, ve elektronsku kontrolu). Prednost u odnosu na motore sa etkicama je to to ovde ne postoji troenje etkica i prstenova komutatora, nema varnienja, na raspolaganju je vei obrtni moment i vea pouzdanost . Uz to je i efikasnost motora bolja. Mana je to to je kontrolna elektronika skupa. BLDC motor ima rotor sastavljen od permanentnih magneta i stator sa namotajima. Na taj nain je izbegnuto da se struja dovodi na rotor koji je u pokretu. Uz to, namotaji statora su naslonjeni na kuite, preko koga se efikasno hlade. S toga nije neophodno da kroz motor postoji strujanje vazduha radi hlaenja. Motor moe biti potpuno zatvoren i na taj nain zatien od prljavtine i stranih materija. Maksimalna snaga, kojom se motor moe opteretiti, je ograniena toplotom koja se stvara tokom rada motora. Poviena temperatura u kuitu moe umanjiti magnetinost permanentnih magneta. Usled toga se smanjuje i efikasnost motora.

U reimima niskih i srednjih optereenja BLDC motor je efikasniji od motora sa etkicama. to je vee optereenje motora, razlika u efikasnosti izmeu BLDC i motora sa etkicama je manja.

KORANI MOTORI (STEP MOTORS) To je vrsta DC motora koja punu rotaciju vratila izvodi kroz niz diskretnih pozicija (koraka), u kojima po potrebi mogu i stati. Stator se sastoji od velikog broja elektromagneta. Rotor je od gvoa u obliku zupanika. Kada se upali prvi elektromagnet, on privue i naspram sebe pozicionira zupce rotora. U toj poziciji zupci su malo pomereni u odnosu na sledei par elektromagneta. Kada se prekine napajanje prvom i dovede napajanje drugom paru elektromagneta zupci se pomeraju u poziciju naspram drugog para elektromagneta. Kroz seriju takvih pomeranja, izazvanih radom mikrokontrolera, vratilo e napraviti pun krug. Preciznost koraka zavisi od konstrukcije koranog motora. S obzirom na to da rotor skae iz jedne u drugu poziciju nivo vibracija kod koranog motora je vii nego kod ostalih DC motora. Kontrola rada koranih motora moe se izvoditi u: 1) Otvorenoj petlji 2) Zatvorenoj petlji Kontrola u otvorenoj petlji se primenjuje mnogo ee. Pod ovim nainom kontrole se podrazumeva da mikrokontroler ne zna u kojoj su meusobnoj poziciji rotor i stator. Iz tog razloga je neophodno da ovi motori budu veoma precizno projektovani. Najvei izazov za ove motore je rad pod velikim optereenjem. Tada postoji velika verovatnoa da motor izgubi korak, tj. da se napajanje dovede na par polova iji odgovarajui zupci rotora nisu u predvienoj poziciji. Tada motor ulazi u reim oscilovanja ili traenja(hunting). Kontrola u otvorenoj petlji podrazumeva prisustvo enkodera. Enkoder obezbeuje mikrokontroleru povratnu informaciju o trenutnoj poziciji rotora u odnosu na stator. Na taj nain, mikrokontroler je u mogunosti da u svakom trenutku pusti napajanje odgovarajuem paru polova (elektromagnetu).

INVERTOR (FREKVENTNI REGULATOR)

Invertor je elektronski ureaj koji pretvara jednosmernu struju (DC) u naizmeninu struju (AC).

NAJJEDNOSTAVNIJI INVERTOR U ulaznom kolu se jednosmerna struja, dejstvom prekidaa, naizmenino proputa kroz jedan pa kroz drugi deo kola. Na taj nain se stvara promenljivo magnetno polje, koje u izlaznom delu kola indukuje naizmeninu struju. Izlazna, naizmenina, struja moe biti bilo koje frekvence i bilo kog napona.

ULAZNA STRUJA I KOMPONENTE IZLAZNE STRUJE Sirov izlazni signal je krzav jer u sebi sadri i vie harmonike (3xf0, 5xf0, 7xf0). Za pogon AC motora je neophodan gotovo idealan sinusni signal. Zbog toga se izlazni signal iz invertora mora filtrirati.

Najee se primenjuju za upravljenje ugaonom brzinom trofaznih motora. Postoje dve vrste invertora: 1) Invertori bez meukola (direktni invertori) 2) Invertori sa (naponskim ili strujnim) meukolom PNEUMATSKI CILINDRI

Pneumatski cilindar je mehaniki ureaj koji za vrenje rada koristi energiju gasa pod pritiskom (najee vazduh). Princip rada se jednostavno objanjava formulom

Rad pneumatskog cilindra prikazan je kroz sledee tri slike. Na prvoj je klip u stanju mirovanja. Na drugoj slici je prikazana situacija u kojoj se vazduh pod pritiskom dovodi u cilindar. Klip se pod dejstvom pritiska pomera u desno, a opruga se sabija. Na treoj slici se pritisak u cilindru smanjuje, a klip se pod dejstvom sile u opruzi pomera na levo.

RAD PNEUMATSKOG CILINDRA Pneumatski cilindar moe biti i dvostrukog dejstva. Poloaj klipa je odreen odnosom pritiska vazduha sa leve i desne strane klipa. Kod ovakvog pneumatskog cilindra nema potrebe za oprugom.

PNEUMATSKI CILINDAR DVOSTRUKOG DEJSTVA Na prvoj slici je klip u nekom proizvoljnom poloaju. Na drugoj slici je prikazano dovoenje vazduha pod pritiskom preko ventila A, zbog toga se klip pomera u desno. Na treoj slici se vazduh pod pritiskom dovodi preko ventila B, tako da se klip pomera u levo. Treba primetiti da je aktivna povrina sa desne strane klipa manja zbog postojanja klipnjae. To znai da je neophodan vei pritisak vazduha dovedenog preko ventila B kako bi klip bio u ravnotei. Prednosti pneumatskog cilindra: 1) Medijum (vazduh) je uvek na raspolaganju 2) Vazduh se lako skladiti i transportuje (cevima) 3) Vazduh nije zapaljiva materija 4) Vazduh ne zagauje okolinu (nisu potrebni povratni vodovi u rezervoar) Mane pneumatskog cilindra: 1) Relativno male sile na klipnjai 2) Problemi usled stiljivosti vazduha (male brzine, oteano precizno pozicioniranje) HIDRAULIKI CILINDRI Princip rada je identian kao kod pneumatskog cilindra. Konstrukciono, hidrauliki cilindri moraju biti robusniji zbog veih pritisaka i sila. Ulje je medijum koji zagauje okolinu. Zaptivanje mora biti dobro, a neophodni su i povratni vodovi za transport ulja iz cilindra nazad u rezervoar. Prednosti hidraulikog cilindra: 1) Mogue je postoi velike sile (preko 2MN) 2) Postiu se velike brzine klipa 3) Omogueno je precizno pozicioniranje klipa Nedostaci hidraulikog cilindra: 1) Neophodno je generisati hidrauliku energiju (poveanje pritiska ulja) 2) Neophodni su povratni vodovi za ulje

3) Visoka cena 4) Zapaljivost ulja i njegovo tetno dejstvo na okolinu

HIDRAULIKI CILINDAR