RAČUNALNO UPRAVLJANJE TEHNIČKIM SUSTAVOM

PITANJA IZ 1. DIJELA :

1. Objasnite što je sustav i koje su podjele sustava.

Sustav cjelina koju čine komponente međusobno povezane tako da ostvaruju

funkcionalnost cjeline. Sustav može biti i više sustava međusobno povezanih u jedan složen

sustav. Preduvjet za bilo kakav rad sa sustavom je njegovo poznavanje. Dakle, sustav se mora

nekako opisati. Model sustava:

Kvalitativni modeli (opis modela riječima);

Kvantitativni modeli (Matematički modeli).

Matematički model sustava:

Fizikalni model;

Eksperimentalni model linearne i nelinearne algebarske, diferencijalne i integralne

jednadžbe (bijele i sive kutije);

Prijenosna funkcija (Prijenosna funkcija je odnos Laplaceove transformacije izlaznog i

ulaznog signala sustava uz početne uvjete jednake nuli. Ovakav opis sustava, iako ne

daje uvid u fizikalna zbivanja u sustavu, jednostavniji i bolje opisuje ulazno izlazno

ponašanje sustava što ga čini prikladnijim za projektiranje upravljačkih sustava (tj.

sustava vođenja)

Strukturni model sustava:

2. Koji su temeljni upravljački zadaci?

Tri su temeljna upravljačka zadatka:

Mjerenje (engl. Measurement);

Upravljanje u otvorenoj petlji (engl. Command);

Upravljanje u zatvorenoj petlji (regulacija, engl. Control).

3. Objasnite razlike između upravljanja u otvorenoj i zatvorenoj petlji.

Sustav vođenja s negativnom povratnom vezom zove se regulacijski sustav.

Regulacijski sustav ili regulacijski krug (eng. Closed-loop Control System) je zatvoreni

sustav vođenja koji se sastoji od objekta vođenja, osjetila koje registrira djelovanje objekta na

okolinu (mjeri) i pretvara u oblik razumljiv subjektu (jedinici za vođenje), usporednika ili

komparatora koji ove veličine uspoređuje sa željenim (referentnim) vrijednostima reguliranog

parametra, jedinice za vođenje (regulatora) i aktuatora (izvršne sprave) koja upravljački signal

pretvara u oblik kojim se može djelovati na objekt vođenja (preko ulaznih parametara).

Sustav izravnog upravljanja sastoji se od istih elemenata kao i regulacijski sustav, ali nije

zatvoren u regulacijski krug (nema povratne veze). Subjekt upravljanja generira upravljačku

veličinu bez usporedbe ostvarenih rezultata i željenih ciljeva, samo na temelju unaprijed

definiranog programa. Njegovo je djelovanje precizno definiranom vremenskim rasporedom

djelovanja ili vremenskim programom djelovanja. Ovaj se postupak naziva upravljanje u

otvorenoj vezi (eng. Open-loop Control).

4. Koji su osnovni zahtjevi koji se postavljaju pred RSU?

RSU mora komunicirati s procesom u stvarnome vremenu, tj. mora biti u stanju reagirati

na promjene u procesu u dovoljno kratkom vremenu da ne dolazi do degradacije vladanja

procesa. Čimbenici koji određuju može li RSU raditi u stvarnome vremenu su:

Brzina mikroprocesorskih jedinica,

Brzina operacijskog sustava,

Izvedba aplikacijskog softvera,

Brzina i učinkovitost komunikacije,

Broj I/O događaja.

Višezadaćnost (engl. multitasking), tj. sposobnost obavljanja više zadataka istodobno bez

međusobnog sukoba među njima. Zadaci su:

Prekidi iz procesa. RSU mora reagirati na dolazeći signal iz procesa.

Vremenski inicirani zadaci. RSU mora moći izvesti akciju u zadanom vremenskom

trenutku.

Upravljački signali procesu. RSU mora moći izračunavati i slati upravljačke signale

procesu.

Sustavski i programski inicirani događaji. Računalo mora moći komunicirati s drugim

računalima i periferijskim uređajima.

Operatorski inicirani događaji. RSU mora moći prihvaćati i odgovarati na naredbe

operatora.

5. Sposobnosti RSU-a.

Da bi mogao udovoljiti navedenim zahtjevima, RSU mora imati sljedeće sposobnosti:

– “Polling”: Periodičko uzorkovanje podataka koji označavaju/mjere stanje procesa. Problemi

koji se moraju razmatrati su:

• Frekvencija uzorkovanja,

• Redoslijed uzorkovanja i

• Format uzorkovanih podataka.

– “Interlocks”: Sigurnosni mehanizmi za koordinaciju akcija dvaju ili više uređaja i

sprječavanje interferencije / miješanja među njima. “Interlock” može proizvesti vanjski uređaj

(ulaz) ili sami RSU (izlaz). Npr. sprječavanje da istodobno svi semafori na križanju imaju

zeleno svjetlo.

- Prekidni režim (Interrupt mode): Sposobnost RSU‐a da suspendira izvođenje tekućeg

programa i izvede drugi program kao odgovor na signal iz procesa koji označava događaj u

procesu višeg prioriteta.

- Obradba iznimaka (Exception Handling): Iznimka je izvan normalnog događaj ili željenog

režima rada procesa ili RSU‐a. Obrada iznimaka je bitna, glavna, funkcija upravljačkog

algoritma. Događaji koji mogu izazvati rutine obradbe iznimaka uključuju:

• Loša kvaliteta proizvoda;

• Vrijednosti procesne varijable izvan normalnog područja;

• Nedostatak sirovina ili energije neophodnih za odvijanje procesa;

• Opasni uvjeti, npr. požar;

• Neispravnost RSU‐a.

6. Objasnite razlike između sustava realnog vremena i off-line 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.

7. Senzori s analognim izlazom.

Analogni senzori – položaj, tlak, temperatura, protok, brzina, razina … i pri tome se

primjenjuju razna fizikalna i/ili kemijska načela za dobivanje električnog signala. Osnovna

svojstva senzora su točnost i brzina odziva (sposobnost senzora da se što više približi mjerenoj

veličini). Na točnost senzora utječe:

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 mijenja i pada na nulu kad se mjerena veličina ustali (uzrok je što vrijednost

koju senzor mjeri kasne za stvarnom promjenom mjerene veličine).

Greška ponovljivosti dobivenog signala (reproducibilnost) - maksimalno odstupanje

ponovnih mjerenja od srednje vrijednosti u slučaju kad je mjerena vrijednost stalna.

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 (dead zone) - najveća promjena mjerene veličine do koje može doći a

da se ne promjeni izlazni signal iz senzora (osjetljivost senzora).

8. Senzori s digitalnim izlazom.

Najjednostavniji digitalni senzor je prekidač – senzor s jednobitnim izlazom – ili ima

signala ili ga nema. Može se aktivirati:

ručno (javljač požara),

plovkom,

IC zrakom,

porastom tlaka (presostat).

Višebitni digitalni senzor:

Inkrementalni davač:

svaki sektor diska predstavlja odgovarajući binarni broj, a pojedini vijenci 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 dijelovi jedinice, svijetli nule).

Čitač bar koda:

9. Linearizacija prijenosne karakteristike.

Sklop za analognu obradu signala povezuje senzore s multipleksorima i A/D

pretvaračima, te također povezuje izvršne članove s D/A pretvaračima. Sve ono što treba

napraviti sa signalom iz senzora da bi se prilagodio ulazu u A/D pretvarač spada u analognu

obradu signala. Važan je oblik i napon analognog signala!

Linearizacija prijenosne karakteristike

Korektivnom mrežom ispravlja se greška nelinearnosti senzora (moguća i digitalna linearizacija

– računalo izvodi algoritam lineariziranja).

Pojačala moraju imati linearnu prijenosnu karakteristiku. Ona prenose signal u neko drugo

naponsko područje, ali ne smiju mijenjati njegov oblik (informaciju).

10. Multipleksori i multipleksiranje.

Svrha mu je izbjegavanje više A/D pretvarača

Multipleksor usmjerava više senzora na jedan analogni izlaz. Mux svakom senzoru

dodjeljuje određeno vrijeme (time sharing). Na izlazu Mux-a se u jednom trenutku

vremena može nalaziti signal samo jednog senzora.

Vrijeme koje Mux dodjeljuje senzorima može se razlikovati za različite senzore.

Računalo upravlja multipleksorom i određuje redosljed “prozivanja” senzora koji ne

mora biti strogo sekvencijalni.

Postoje analogni i digitalni multipleksori. Analogni multipleksori usmjeravaju analogne

signale, a digitalni multipleksori digitalne signale. Pri tom usmjeravanju ne smije doći do

oštećenja signala (teže je taj zahtjev ispuniti analognim multiplekserima nego digitalnim – lakše

je oštetiti analogni signal).

uslijed smetnje napon s 5 V (100 C) smanji na 4 V (smanjenje iznosi 1 V), nastaje greška od

20% (80 C umjesto 100). U slučaju digitalnog signala gornja smetnja uopće ne utječe na

informaciju. Greške digitalnih signala su rijetke, ali mogu biti katastrofalne – zato postoje

metode korekcije grešaka (više uzastopnih slanja podataka).

11. Sklopovi za uzimanje uzoraka.

Uzimaju se uzorci analognog signala u određenim vremenskim razmacima –

najkritičniji korak – velika mogućnost kvarenja informacije. Funkcija sklopa je uzimanje

trenutne vrijednosti analognog signala i njegovo pamćenje dok se ne izvrši A/D konverzija.

Sample and hold sklop ima dva načina rada:

slijeđenje (tracking)

pamćenje (holding).

12. A/D pretvarači.

13. Serijski i paralelni prijenos podataka.

14. Standardni komunikacijski kanali.

Pitanja iz 2. dijela:

1. Arhitekture RSU.

2. Definiranje problema sinteze sustava automatskog upravljanja.

3. Zahtjevi stabilnosti regulacijskog kruga.

4. Pokazatelji kakvoće u vremenskom području.

5. Pokazatelji kvakoće u području kompleksne varijable.

6. Regulacijska otstupanja u ovisnosti o tipu i vrsti pobude.

7. Problem mjernog šuma.

8. Pristupi sintezi digitalnih regulatora.

9. Osnovni zahtjevi na RSU procesima.

10. PLC (mjesto i uloga, proizvođači, arhitektura, programski jezici).

11. Mikrokontroleri.

12. DSP.

13. FPGA.

14. Izvori šuma i smanjenje smetnji.

15. Prijelaz između automatskog i ručnog načina rada.

16. „Pametna kabina“ PLC programski kod