Sadržaj izlaganja

1

Sistemi realnog vremena_10

Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović 1

SISTEMI REALNOG VREMENA

Sistemi nadzora i upravljanja složenih sistema

Vanr.prof. Dr. Lejla Banjanović-Mehmedović

Sadržaj izlaganja

� Arhitekture sistema nadziranja i upravljanja

� Primjeri distribuiranih sistema� Sabirnice polja� Procesna periferija



2



Arhitekture sistema nadziranja i upravljanja

� Centralizirana arhitektura� Distribuirana arhitektura s pojedinačnim

(point-to-point) vezama� Distribuirana mrežna arhitektura



Centralizirana arhitektura� Sadrži samo jednu procesorsku

jedinicu, izravno povezanu sprocesom za koji je zadužena i s operatorskim sučeljem.

� Njezine prednosti bile su niska cijena i jednostavnost.

� Zbog sve niže cijene i sve jednostavnije instalacije složenijihupravljačkih arhitektura centralizirana arhitektura je zastarjela.

� Njezina primjena je ostala ograničena na manje podsisteme sa strogo lokalnim nadzorom i upravljanjem.

HMI (Human Machine Interface) –operatorsko sučelje.CPU (Central Process Unit) –centralna procesorska jedinica.

3



Redudantnost u računarskim sistemima upravljanja

� Upravljanje sa jednim računarom u povratnoj sprezi sa postojanjem backup računara

� Izbjegnut problem da pad centralnog računara znači pad cijelog sistema

Shema upravljanja sa duplim računarom



Distribuirani sistem

� Distribuirani računarski sistemi (DRS) su sistemi u kojima više neovisnih procesora i memorijskih resursa podržava interakciju procesa i/ili baza podataka usmjerenu ka postizanju zajedničkog cilja

� Bazne pretpostavke distribuiranog pristupa su:� svaka jedinica izvršava slične taskove ostalim jedinicama� u slučaju neispravnosti ili preopterećenja jedne jedinice sav posao ili

samo dio posla može se prenjeti na druge jedinice

� Prednosti koje distribuirani sistemi pružaju u odnosu na centralizirane sisteme� manji početni troškovi izvođenja, � veća pouzdanost, � proširljivost,� brži odziv itd.

� rezultiraju njihovom vrlo širokom primjenom.

4



Distribuirana arhitektura s pojedinačnim (point-to-point) vezama

� Sadrži više procesorskih jedinica fizički smještenih blizu nadziranih uređaja i operatorskih stanica.

� Kako lokalne procesorske jedinice mogu raditi ako jenjihov dio sistema nadzora i upravljanja ispravan, bezobzira na zbivanja u preostalom dijelu sistema (kvarovi, održavanje), bitno je povećana pouzdanost sistema!



Distribuirana mrežna arhitektura� Procesorske jedinice nisu

povezane pojedinačnimkomunikacijskim vezama, već su spojene na zajedničkukomunikacijsku mrežu.

� Savremeni sistemi nadzora i upravljanja koriste mrežnu distribuiranu arhitekturu, dok se point-to-point veza upotrebljava uglavnom za povezivanjespecijalnih, nestandardnih uređaja.

5



Primjer distribuirane arhitekture



Primjer izvedbe distribuiranogsistema firme ABB

� Kontrolna logika je distribuirana kroz nekoliko kontrolera, razmjenu mjerenja i proračun veličina.

6

Sabirnica polja (Fieldbus)

� Industrijski komunikacioni protokoli koji se koriste napolju mjerenja i upravljanja se nazivaju sabirnice polja (fieldbus protokoli). � ovi protokoli u SCADA sistemima su napravljeni isključivo za

rad u uslovima smanjene pouzdanosti komunikacije� da omoguće siguran prijenos podataka, garantujući pouzdan

prijenos podataka do željenih destinacija� većina protokola posjeduje sistem za detekciju grešaka i

tehnike za ponovno slanje poruka



Sabirnica polja (Fieldbus)� Mreža podataka povezana sa

sistemom upravljanja� Omogućava:

� Uvećanu fleksibilnost� Unapređuje sistemske

perfomanse, te olakšava sistemsku instalaciju, proširenje i podršku

� Smanjuje ožičenje (ožičenjeje tradicionalno 4-20 mA, rezultirajući u dugimnizovima kablova (nekoliko100 km)).

� Jednostavno locira kvar i olakšano održavanje

� Sabirnice polja fizički povećavaju postrojenja : 1m -1000km

Sistemi realnog

vremena_10Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović

Tipična mrežna arhitektura sabirnice polja u industrijskoj automatizaciji

12

7

Sabirnica polja u industrijskim aplikacijama

� Primjene:� Pumpe, upravljačke elektrode, ventili, motori,

senzori nivoa vode, mjerači protoka,senzoritemperature, mjerači gasa (CH4).

� Neki dijelovi postrojenja mogu se nalaziti unutareksplozivne atmosfere.

� Koriste se u formi Man-Machine Interfejsa u okviru SCADA sistema

Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović

Sistemi realnog vremena_10 13

Procesna periferija� Procesna periferija - svi elementi, komponente i uređaji koji

su potrebni za razmjenu informacija između procesorske jednice i tehničkog procesa: � mjerna osjetila (senzori),� izvršni elementi (aktuatori), koji su inkorporirani u tehnički

proces, � kablovi i � ulazno/izlazne analogne i digitalne jedinice koje su sastavni

dio procesnog računara. � Procesni računar prihvata informaciju o toku procesnih veličina

(npr. temperature, pritiska, brzine i sl.) preko ulaznih jezinica i djeluje na odvijanje tehničkog procesa (npr. otvaranjem, zatvaranjem ventila) preko izlaznih jedinica.Sistemi realnog vremena_10


8

Prihvat procesnih veličina� U mjerenju, obradi i prihvatu procesnih veličina učestvuju:

� Mjerni član (senzor+pretvarač), pomoću kojih se mjere fizikalne veličine i pretvaraju u električne ili optičke signale, prikladne za prenos do procesnog računara.

� Prenosni medij (npr. bakreni ili optički kabl) za prenos električnih ili optičkih signala.

� Filter za potiskivanje eventualnih superponiranih smetnji.� Sklop za galvansko odvajanje i prilagođavanje s obzirom na amplitudu i

impendanciju A/D pretvarača.� Multiplekser sa cikličnim ili programski upravljanim spajanjem ulaznih

signala na A/D pretvarač.� A/D pretvarač (mora biti brzina pretvarača veća od brzine promjene

analognog signala).



Djelovanje na proces� Pri djelovanju računara na proces, sudjeluju sljedeći

elementi:� Demultiplekser koji raspoređuje izlazne vrijednosti računara na različite

izlazne kanale.� Registar koji memoriše vremenski diskretne vrijednosti po intervalima

uzorkovanja (do trenutka narednog slanja izlazne veličine na izlazni signal).

� D/A pretvarač koji pretvara digitalnu vremensku diskretnu vrijednost u analogni signal.

� Sklop za galvansko odvajanje i pojačalo snage prilagođeno karakteristikama aktuatora.

� Kabl koji povezuje pojačalo snage sa aktuatorom.� Aktuator koji se sastoji od pretvarača i izvršnog elementa (npr.

servomotora).Sistemi realnog vremena_10


9

Digitalne ulazne jedinice

� Ulazne operacije se obavljaju u 2 koraka:1. Adresiranje grupe ulaznih kanala preko adresnog

dekodera� Čitanje linija vezanih za digitalni ulazni registar: postaviti

adresu preko adresnog dekodera => signal SELECT;� Signal ENABLE sa kontrolne sabirnice

2. Prenos binarnih vrijednosti ulaznih signala adresirane grupe na sabirnicu podataka.





Digitalni ulazi

Postrojenje

Digitalni ulazni registarAdresni dekoder

CPU

PODACI

KONTROLA

ADRESE

SELECT

ENABLE

Digitalni ulaznisignali

10



Analogni ulazni sistemPOSTROJENJE

MULTIPLEKSER

SH-KOLO

AD KONVERTOR

ULAZNO/IZLAZNI INTERFEJS

CPU

Signali iz procesa

Izbor kanala

Pojačani signali

Uzorkav anje i zadrška

Stabilan podatak

Signal zapretv aranje

PodaciPretv aranjekompletno

� Iz postrojenja dolazi više ulaznih analognih signala. Kako su A/D pretvarači skupi, koristi se multiplekser u cilju izbora samo 1 ulaznog signala u jedinici vremena.

� Koristeći SH kolo u cilju diskretizacije i zadrške ulaznog signala, signal ide na A/D konvertor kako bi dobili signal u digitalnoj formi, koji može procesirati CPU.

Digitalne izlazne jedinice

� Izlazne operacije se obavljaju u 3 koraka:1. Adresiranje grupe izlaznih kanala preko adresnog

dekodera� Izlazni registar se odaziva samo kada je adresiran.� Signal ENABLE indicira uredjaju da su podaci na sabirnici

stabilni i da se mogu čitati. Registar mora prihvatiti podatke brzo (< 1mikrosec)

2. Prenos binarnih signala od sabirnice podataka do registara.

3. Prenos binarnih signala iz registara na procesne elemente.



11



Digitalni izlazi

PostrojenjeDigitalni izlazniregistar

Adresnidekoder

PODACI

KONTROLA

ADRESE

SELECT

ENABLE

Izlazi0-5V

Analogni izlazni sistem

� Analogne izlazne jedinice pretvaraju digitalne diskretne vrijednosti iz procesnog računara u kontinuirane signale. Nako što se digitalna vrijednost pohrani u registar preko prespojnog elementa, slijedi D/A pretvaranje u analognu vrijednost.

� Registar je neophodan kako bi se memorisala digitalna vrijednost sve do prispjeća nove digitalne vrijednosti. Izlaze iz DA treba po pravilu pojačati.



12



Analogni izlazni sistemPOSTROJENJE

DA

ULAZNO/IZLAZNI INTERFEJS

CPU

DADA

SELECT SELECT SELECT

ADRESE

� Forma analognog izlaza:� -5V do +5V� -10V do +10V� 0 do 20mA� 4 do 20mA

Documents

Sadržaj izlaganja