1

TEMETEME

•• DISTRIBUIRANI UPRAVLJADISTRIBUIRANI UPRAVLJAČČKI SISTEMIKI SISTEMI

•• PLC PLC –– programabilni logiprogramabilni logiččki kontrolerki kontroler

Distribuirani sistemi upravljanja

Pod tehnološkim procesom podrazumijeva se, u naširemsmislu, transformacija energije ili materijala iz jednog oblikau drugi s određenom namjenom. Tehnološki procesi po tipuodvijanja transformacije mogu biti kontinualni i šaržni. Najvažniji tehnološki i industrijski procesi su: petrohemijski, hemijski, toplotni, proizvodnja energije itd.

Fizički gledano, upravljanje procesa uključuje ventile zaregulaciju protoka tečnosti ili gasova, grejne elemente zaregulaciju temperature, procesne posude i drugu sličnuopremu kojom se manipuliše materijom i njenim fizičkimveličinama i parametrima.

2

U slučaju velikih i složenih tehnoloških procesa brojveličina i parametara koje direktno treba mjeriti, regulisati i upravljati toliko je veliki da je potrebna neka forma nadgledanja pojedinačnih, lokalnih, regulatora u ciljupovećanja efikasnosti upravljanja. Pri tome grupetehnoloških cjelina ili procesa mogu biti prostorno, geografski, udaljene.

Ovakvim procesima koji su geografski razuđeni, a koji saaspekta nivoa upravljanja zahtijevaju sve nivoeupravljanja (direktno upravljanje. regulaciju, nadgledanje, optimizaciju i koordinaciju) ne može se upravljati nazadovoljavajući način korištenjem centralizovanog sistemaupravljanja jer ovaj nije dovoljno fleksibilan i pouzdan.

Distribuirano upravljanje je takvo upravljanje kojeomogućava upravljanje procesa ili postrojenja, tako štose oni podjele u nekoliko tehnoloških cjelina sa gledištaupravljanja i odgovornosti u tehničko-tehnološkom i informacionom smislu, pri čemu je svaka cjelinaupravljana sopstvenom upravljačkom strukturom iliregulatorom. Pri tome, sve upravljačke strukture(operativne stanice ili procesne stanice), međusobnokomuniciraju preko komunikacionih medija raznih vrsta.

Ovakva definicija potiče od vremena kada je važio moto: ''veći tehnološki proces, veći sistem upravljanja '', što je dovelo do povećanja komandnih sala i ožičenja, pa time i poskupljenja sistema upravljanja i smanjenja njihovepouzdanosti.

3

4

KoriKoriššććenjeenje raraččunara u industrijiunara u industriji

• prikupljanje i pamćenje podataka• obrada podataka• analiza• prikazivanje

Informaciona funkcijaInformaciona funkcija

Informaciona funkcija ne mijenja stanje na Informaciona funkcija ne mijenja stanje na procesu, niti utiprocesu, niti utičče na na njegovo odvijanjee na na njegovo odvijanjeBlagovremene informacije o procesu koje pomažu pri donošenju odluka

Nadgledanje procesa (monitoring)Nadgledanje procesa (monitoring)

5

AkvizicijaAkvizicija podatakapodatakaSStanje mtanje mjjerne opremeerne opreme

• provjera tačnosti• konverzija• filtracija

stanje opremestanje opreme• provjera zabranjenih kombinacija (sprečavanje havarija)• detekcija otkaza

stanjestanje proizvodaproizvoda•• praćenje procesa proizvodnje• provjera receptura• kontrola kvaliteta

indirektna meranjaindirektna meranja

KoriKoriššććenjeenje raraččunara u industrijiunara u industriji

• upravljanje u zatvorenoj sprezi (DDC)

• plansko upravljanje: programsko, sekvencijalno i numeričko upravljanje

• nadzor nad radom procesa (supervizija)

UpravljaUpravljaččke funkcijeke funkcije

6

UpravljaUpravljaččke funkcijeke funkcije

upravljanje u zatvorenoj sprezi – raraččunar u unar u zatvorenoj sprezizatvorenoj sprezigeneriše upravljačke signale koji se prenose na izvršne organe

upravljanje u zatvorenoj sprezi – raraččunar u unar u otvorenoj spreziotvorenoj spreziizračunava upravljanje i saopštava ga operateru (operatorski vođen upravljački sistem)

Programsko upravljanjeProgramsko upravljanje

puštanje sistema u rad • ispitivanje stanja svih pogona, priprema pojedinih elemenata (zagrijevanje, podizanje pritiska, dovođenje u početni položaj itd...)• vođenje sistema u radnu tačku

zaustavljanje sistema• prevođenje u bezbjedan rad ("the show must go on")• potpuno (plansko) zaustavljanje• havarijsko zaustavljanje - "sve stop"

7

Sekvencijalno upravljanjeSekvencijalno upravljanje

sekvenca•A do p1• B do p2• mixer 5 min• pusti grijač• kad dostigne temperaturu drži 30 min• otvori C

A B

C

M

+ -

kontroler

topla voda

mjeračpritiska

mjeračtemperature

referenca

Sekvencijalno upravljanjeSekvencijalno upravljanje

Ako jeAko je pritisnut taster START tadatada otvori ventila AAko jeAko je pritisak veći ili jednak od p1 tadatada zatvori ventila A i otvori ventil BAko jeAko je pritisak veći ili jednak od p2 tadatada zatvori ventil BAko suAko su ventili A i B zatvoreni tadatada pusti miješalicu u radAkoAko mikser radi tadatada pusti kontroler temperature u radAko jeAko je temepreratura veća ili jednaka od θ tadatada startuj mjerač vremenaAkoAko jeje izmjereno vrijeme veće ili jednako od 30 minuta tadatadaisključi kontroler (zatvori dovod tople vode), zaustavimiješalicu i otvori ventil C

akoako ((uslovuslov) ) tadatada ((akcijaakcija))

8

NumeriNumeriččkokoupravljanjeupravljanje

upravljanje • namijenjeno posebnoj vrsti mašina• kodirano alfanumeričkim znacima

Supervajzorsko Supervajzorsko upravljanjeupravljanje

• referentne vrijednosti• predhvarijska stanja• recepture• izveštaji• ...

9

KoriKoriššććenjeenje raraččunara u industrijiunara u industriji

Integracija nadzora i upravljanja cjelokupnim proizvodnim procesom

Upravljanje proizvodnjomUpravljanje proizvodnjom

Planiranje proizvodnjeUpravljanje skladištemKomercijalni poslovi

Planiranje poslovanja radne organizacijePlaniranje poslovanja radne organizacije

Poslovni informacioni i upravljaPoslovni informacioni i upravljaččki sistemki sistem• koordinacija porudžbina sa planom proizvodnje i transportnim mogućnostima• upravljanje svakim pogonom i koordinacija potražnje sirovina od strane pojedinih pogona• upravljanje stanjem sirovina i gotovih proizvoda u skladištima• blagovremeno snabdjevanje sirovinama• opravke i preventivno održavanje opreme• rukovođenje osobljem koje radi u pogonima• istraživanje i razvoj radi povećanja kvaliteta i produktivnosti, kao i razvoja novih prozvoda• ...

10

Hijerahijsko upravljanje procesomHijerahijsko upravljanje procesomKompleksnost zahtjeva dovodi do podjele na funkcionalne cjeline koje su relativno nezavisne i koje razmjenjuju informacije

komande

informacije

informacije

ograničenja

Odlučivanjeograničenja

informacije

komande

informacije

Hijerahijsko Hijerahijsko upravljanje upravljanje procesomprocesom

1

3

2

3

mini računari

off-line

mikro računari

teorija odlučivanja

11

Centralizovano Centralizovano raraččunarsko unarsko upravljanjeupravljanje

Distribuirano Distribuirano raraččunarsko upravljanjeunarsko upravljanje

12

Distribuirano Distribuirano raraččunarsko upravljanjeunarsko upravljanje

Informacioni sistem

InformacionaInformaciona mremrežžaa

PoslovniPoslovni sistemsistem

ProcesnaProcesna mremrežžaa

UpravljaUpravljaččkaka mremrežžaa

ProcesniProcesni u/i u/i modulimoduli i PLCi PLC

PLCPLCOperatorskiOperatorskiinterfejsinterfejs

Distribuirano Distribuirano raraččunarsko unarsko upravljanjeupravljanje

NadzorNadzor i i upravljanjeupravljanje

13

Komunikacione mreKomunikacione mrežžee

Process level

Device network

Control network

Control level

Information level

Information networkveliki paketi, mala učestanost, bez striktnih vremenskih ograničenja

mali paketi, velika učestanost, vremenski kritične aplikacije

Topološke strukture distribuiranih SAU

Da bi se na jedinstven način izvršio prikaz različitihtopologija DSAU usvojićemo skup grafičkih simbola sasledećim značenjem:

funkcija automatizacije, koja u sebi sadrži funkcije regulacije, upravljanja i akvizicije

funkcija vođenja, koja u sebi sadrži funkcije nadzora, opsluživanja i koordinacije rada kako pojedinih djelova procesa i procesa u cjelini

funkcija upravljanja komunikacijom, koja omogućuje da veći broj učesnika ukomunikaciji vrši razmjenu unformacija posredstvom jedinstvenog komunimacionog podsistema

funkcija optimizacije, koja koja predstavlja dio funkcije vođenja, ali se u postojećim sistemima odvaja od funkcije vođenja i izvršava se u posebnom računaru

informacioni, odnosno izvršni organi koji su u kontaktu sa upravljanim procesom

14

Klasičan sistem automatizacije, strukturno gledano, zvjezdaste je strukture, koju karakteriše vremenskiparalelan rad komponenti, prostorna centralizacija i totalna funkcionalna decentralizacija. Pri tome, jednafunkcionalnost zahtjeva prisustvo jednog uređaja. Ovakav sistem naziva se centralizovani sistem.

Kada se koristi direktno digitalno upravljanje primjenomprocesnog računara, tada se ima potpuna centralizacija, struktura je zvjezdasta, a sve funkcije odvijaju se na jednommjestu tj. u procesnom računaru . Ovi sistemi su nepouzdanijer kada otkaže procesni računar sve funkcije koje je on ostvarivao prestanu da budu ostvarivane.

Da bi se prevazišao problem smanjenepouzdanosti došlo se na ideju da se primjene DSAU. Drugi motiv ogleda se u težnji da se SAU prilagodi procesuupravljanja. Treći motiv za razvoj i promjenu DSAU treba tražiti u razvojutehnologije proizvodnje mikroprocesora i mikroračunara, koji je doveo do naglogpada cijene hardwer-a, što je sveomogućilo realizaciju konceptadistribuiranog upravljanja.

15

DSAU koji treba da ispuni zahtjeve koje nameće proces upravljanja, posvojoj strukturi svojevrsna je kopija procesa upravljanja. Razmjenainformacija, odnosno komuniciranje između pojedinih dijelova sistema, obavljalo bi se komunikacionim linijama koje odgovaraju informacionimtokovima procesa. U ovakvom sistemu problem komunikacije i njeneorganizacije postaje dominantan. Nisu u pitanju samo sredstva koja zarealizaciju komunikacije stoje na raspolaganju, nego i cijena njenogkorištenja.

Mada na strukturu distribuiranih sistemautiče još čitav niz faktora, kao što sufunkcionalna moć pojedinih njegovihdijelova, način organizacije vođenja, optimizacija, problem redundanse, itd., struktura se prvenstveno javlja kaokompromis između zahtjeva kojenameće proces i zahtjeva zaadekvatnom komunikacijom. Na slici je data opšta strukturna šema DSAU.

Distribuirani sistem automatskog upravljanja može bitiprojektovan po mjeri primjene, za specifičnu klasu procesa , ili na bazi distribuirane računarske mreže čija se topologijaodređuje u skladu sa topologijom upravljanog procesa. Pritome, on objedinjuje geografski i funkcionalno odvojenuopremu, uključujući i ulazno-izlazni podsistem, u jedinstvensistem upravljanja, kroz digitalni komunikacioni podsistem.

Ovako realizovani sistem upravljanja ime dvije značajneprednosti: - moguće je realizovati funkcionalna rješenja upravljanja u hijerarhijskoj ili modularnoj formi, - rezultirajući sistemi imaju sve prednosti sistema lokalnogupravljanja i većinu prednosti centralizovanog upravljanja.

16

Komponente DSAU na bazi računarskih mreža

Distribuirani sistem automatskog upravljanja na baziračunarskih mreža sastoji se od:

1. nekoliko lokalnih kontrolera (operativnih stanica, automatizirajućih stanica), od kojih je svaki u stanju daopslužuje simultano nekoliko regulacionih ( upravljačkih ) kontura,

2. komunikacionog digitalnog podsistema, zajedno sahardwer-om i odgovarajućim komunikacionim protokolima,

3. najmanje jednog koordinirajućeg kontrolera(nadzorne stanice),

4. centralnog informacionog sistema, i operatorskoginterfejsa koji takođe može biti distribuiran na svakom nivou(lokalni, nadzorni, centralni ).

PROCES PROCES

KOORDINIRAJUĆIKONTROLER

CENTRALNI INFORMACIONI SISTEM

LOKALNI KONTROLER

LOKALNI KONTROLER

LOKALNI KONTROLER

LOKALNI KONTROLER

LOKALNI KONTROLER

KOMUNIKACIONI BUS (DALEKI)

LOKALNI BUS (BLISKI) LOKALNI BUS (BLISKI)

DSAU na bazi računarske mreže

17

Tipična interna strukturna šema lokalnog kontrolera (operativne stanice, automatizirajuće stanice), data je na slici. Obično sadrži regulacione i upravljačke (sekvencijalne) algoritme koji se ostvaruju softverski obradomodgovarajućih ulaznih signala i podataka generišući izlazne upravljačke signalekoji se koriste za pokretanje izvršnih organa. Broj zatvorenih kontura kojeopslužuju lokalni regulator obično je dvanaest do šesnaest.

IZVOR NAPAJANJA

RAM MEMORIJA

PROM MEMORIJA

INTERFEJSCPU

LOKALNIOPERATOROV

INTERFEJS

DIGITALNI I / O

ANALOGNII / O

INTERNIBUS

PREMA / OD PROCESA

PREMA / OD LOKALNOGOPERATOROVOG

INTERFEJSA

PREMA / OD KOMUNIKACIONOG

BUS-a

LOKALNI KONTROLER

Na sledećoj slici date su u grupama glavne funkcije lokalnog kontrolera. Pri tome, lokalni kontroler može biti kontroler koji dominantno ostvarujeregulacione funkcije (upravljanje u zatvorenoj konturi), sekvencijalnikontroler ili samo uređaj koji prikuplja podatke o procesu, kondicionira ih i pretvara u digitalni oblik tako da se mogu koristiti u ostalim djelovimaDSAU.

ANALOGNI IZLAZI

DIGITALNI IZLAZI

ANALOGNI ULAZI

DIGITALNI ULAZI

LOKALNO POKAZIVANJE

LOKALNI OPERATORSKI

ULAZI

KOMANDE

ZAPISIREGISTRACIJA

ALARM

PREMA KOORDINACIONOM KONTROLERU / INTERFEJS

PREMA VIŠEM NIVOU

18

Kod projektovanja ili specifiranja lokalnog kontrolera neki odglavnih parametra i funkcija moraju biti poznati i to:

• maksimalan broj regulacionih kontura koje mogu bitikonfigurisane,

• opseg mogućih perioda semplovanja,• tipovi i nivoi ulaznih/izlaznih signala,• zahtjevani stepen lokalne autonomije,• način lokalnog vođenja,• stepen samodijagnostike, redundance i samopopravke,• stepen jednostavnosti radi korištenja neekspertnog osoblja,• repertoar upravljačkih algoritama i ostalih algoritama,• stepen standardizacije i modularnosti hardwer-a i softwer-a,

unutar kontrolera i između kontrolera,• tip komunikacionog podsistema (hardwer, protokoli, brzina, itd.)

između kontrolera i drugih dijelova sistema, • dopustiva greška u prenosu podataka između dva kontrolera,

Topologije sistema i protokoli za prenos podatakaodređeni su karakterom DSAU tj. procesom koji treba dabude upravljan. U DSAU neophodno je da raznovrsnaoprema međusobno komunicira, koja je i fizičkimeđusobno udaljena, i da obavlja mnoge funkcije u ciljuostvarivanja algoritama upravljanja. Tada je neophodanodgovarajući podsistem koji treba da organizujekomuniciranje, uzimajući u obzir prioritet poruka,zahtjeve na konfliktne situacije u informacionom smislu, brzinu prenosa podataka unutar sistema (i izmeđučvorova), pouzdanost i tačnost prenosa podataka itd. Skup pravila koji omogućava komuniciranje unutarDSAU naziva se protokol.

19

Kod sabirničke (bus) strukture, svi čvorovi spojeni su nazajedničku sabirnicu. Ova topologija je dosta robusna u slučaju da dođe do fizičkog prekida bus-a. U zavisnosti odtoga gdje dođe do prekida, moguće je da sistem pod određenim uslovima nastavi da radi u autonomnimdijelovima.

Zvjezdasta struktura nije mnogo povoljna za primjene u upravljanju jer, ispadom centralnog čvora dolazi do ispadačitavog sistema, a ostaju da funkcionišu samo perifernidijelovi sistema.

Od svih struktura, bus topologija je najpovoljnija i ona je realizovana kroz razne komercijalne komunikacionesisteme.

20

Sekvencijalni sistemi automatskogupravljanja

Kada se u praksi srijećemo sa ON/OFF funkcijama iliON/OFF stanjima neke opreme u procesima kojimaupravljamo, takav tip upravljanja se naziva logičko iliprekidačko upravljanje. Stanju ON najčešće odgovaralogička 1, a stanju OFF logička 0. Jednostavnost ovakvogtipa upravljanja ga čini pogodnim za upotrebu u upravljanjuautomatskih mašina i procesa u kojima se zahtijeva daproces ili mašina slijede sekvencu operacija. Primjenalogičkog upravljanja u sekvencama rada dovela je do termina sekvencijalno upravljanje.

Sekvencijalno upravljanje može da se realizuje pomoću elektromehaničkih releja, raznih pneumatskih i fluidnihkomponenti, opreme na bazi poluprovodnika (tranzistori, mikroprcesori…) i naravno presonalnih računara. Računarispecijalne namjene koji se koriste za realizacijusekvencijalnog upravljanja se zovu programabilni logičkikontroleri- PLC.

21

Sistem za nadgledanje

Operatorska konzola

Sistem upravljanja opšte namjene

Programabilni logički kontroleri

(PLC)

Senzori Aktuatori Aktuatori Senzori

Regulatori za upravljanje sa

povratnom spregom

PROCES / MAŠINA

Sekvencijalna upravljanja

Sistem upravljanja opšte namjene

Glavna odgovornost sistema upravljanja opšte namjene je dakoordinirano upravlja jednim ili više procesa ili mašina. Sistemupravljanja opšte namjene obavlja sledeće funkcije:

1. Generiše komande i prima informacije o statusu PLC i lokalnih regulatora za upravljanje u povratnoj spreziindividualnih mašina/procesa, kao i informacije o procesnimvarijablama poput brzine, pozicije, temperature….2. Da izdaje komande i prima informacije o statusu aktuatora i senzora bilo da oni opslužuju PLC ili pojedinačne regulatore zaupravljanje u povratnoj sprezi3. Prijem komandi iz i slanje status informacija u operatorskukonzolu za potrebe operatora procesa ili mašine4. Prijem komandi iz i slanje status informacija u ručnukomandu i automatski sistem za nadgledanje rada čitavogsistema ili dijelova sistema unutar zaokruženog procesa iligrupe mašina.5. Izmjena informacija o statusu unutar samog sistema opštenamjene između djelova sistema i podsistema.

22

Memorija CPUKomunikac.

procesor

SISTEMSKI BUS

I/O procesor

I/O BUS (FILD BUS)

Sistem za nadgledanje

Operatorska konzola

Alati za programiranje

Izlazni interfejs PLC Regulatori

Ulazni interfejs

Aktuatori AktuatoriSenzori SenzoriSenzori

Tipična arhitektura sistema upravljanja opšte namjene

Memorija obezbjeđuje storiranje programa i uvođenje podatakau sistem preko komunikacionog procesora.

Centralna procesorska jedinica (CPU) generiše upravljačkadejstva izvršavanjem programa i vrši koordinaciju drugihfunkcija.

Ulazno-izlazni procesor (I/O procesor) obezbjeđuje da CPU izdaje komande i prima informacije o statusu opreme i signala izPLC i regulatora i razmjenjuje podatke neophodne zaupravljačka dejstva preko ulaznog i izlaznog interfejsa.

Komunikacioni procesor prikuplja komande iz procesa i obezbjeđuje status informacija za sistem nadgledanja i operatorsku konzolu i omogućava interakciju sa razvojemprograma i konfiguracionih alata.

23

Sistem predstavljen na prethodnoj slici može da obavlja kompleksne sekvence upravljačkih dejstava kada se primjenjuju na koordinaciju i upravljanje transporta materijala i rada mašina u izradi i sklapanju djelova ili u šaržnim i semišaržnim procesima, kao što su proizvodnja sirovog gvožđa ili proizvodnja ljekova u farmaceutskoj industriji.

Sekvencijalno upravljanje ima sve veći značaj u upravljanju "kontinualnih" procesa, jer oni nijesu stvarno kontinualni. Oni moraju startovati i zaustavljati se sa prethodno preciznodefinisanim sekvencama akcija. Primjer za ovo je startovanjetermoelektrane koja radi na ugalj ili mazut, za čije je punoopterećenje potrebno vrijeme od nekoliko sati. Taj prelaznirežim, ili režim upuštanja termoelektrane od stanja mirovanja do punog funkcionisanja vodi se sekvencijalnim sistemomupravljanja. Isti je slučaj kada se elektrana zaustavlja; jednostavno mora bti ispunjen veliki broj sekvenci upravljanjaprema tačno definisanom redosledu i programu.

Porast značaja sekvencijalnog upravljanja doveo je do povećane potrebe zagrafičkim programiranjem i tehnikama dokumentovanja velikih i kompleksnihplanova sekvencijalnih upravljanja.Međunarodna Elektrotehnička Komisija (IEC) je standardizovalasekvencijalne funkcionalne karte/dijagrame (SFC) za predstavljanje tihplanova. Svaka SFC komponovana je na osnovu tri bazična elementa i to: korak, akcija i tranzicija.

START

Step/korak Dejstva / akcija

Prelaz / tranzicija

Korak predstavlja tekuće stanjePLC i upravljanog sistemaunutar sekvencijalnog plana upravljanja. Na svakom koraku odvija se skup akcija. Uslov prelaza/tranzicije određuje se kada stanje PLC i upravljanog sistema evoluira u sledeći korak ili korake.

24

Kod SFC se razlikuju dva slučaja:izbor-selekcija jednog broja alternativnih nasljednika na sljedeći korak bazirano na uslovima inicijalizacija dvije ili više nezavisnih sekvenci na izvršavanje bazirano na uslovu tranzicije (paralelno odvijanje sekvence)

Svala sekvenca mora imati svoj početak, koga označavamo sa „Start“. Mehanizmi selekcije i paralelnog odvijanja skvenci dati su na slici.

A

B C D

E

A

B C D

E

X Y Z

R S T

X

Y

a) b)

Sekvencijalni funkcionalni dijagrami; a) izbor koraka i konvergencija na korak E; b) Paralelne sekvence (koraci B,C i D) i konvergencija u korak E; na slici X,Y,Z su tranzicije iz jednog koraka u drugi

LEDDER DIJAGRAMI

Sekvencijalni sistemi upravljanja obično su projektovani upoterbom LADDER (lestvičastih) dijagrama, zbog široke primjene elektromehaničkih releja. Mnogi PLC imaju mogućnost programiranja sa ladder dijagramima. Ladder dijagrami uvedeni od programera, transliraju se u ekvivalentne Boolove jednačine sa PLC tako da logičke funkcije mogu biti realizovane.

Namotaji releja

Normalno otvorenkontakt relejaNormalno zatvorenkontakt releja

Solenoid

Signalnasijalica

Normalno otvorenkontakt tastera

Normalno zatvorenkontakt tastera

Normalno otvorenkontakt granicnog prekidacaNormalno zatvorenkontakt granicnog prekidaca

Osnovne komponente koje se koriste u leder dijagramima i od kojih se ovi sastoje su: namotaji releja, kontakti releja, ulazi kao što su granični kontakti raznih prekidača, te aktuatori kao što su namotaji i indikacione lampe, led diode, itd.

25

Upravljački releji. Namotaj releja sadrži pokretno jezgro i elektromagnet. Obično relej ima dva para kontakata, jedan je zatvoren a drugi otvoren, u zavisnosti od toga ima li napona na namotajima ili nema. Obično je kontakt releja normalno otvoren kada je namotaj pod naponom a normalno zatvoren kada je namotaj bez napona.

Solenoid. Solenoid je elektromagnetni aktuator. Obično se koristi za akutaciju, pokretanje pneumatskih i hidrauličkih ventila koji kontrolišu protok fluida u cilindrima.

Sijalica, led dioda. Sijalica ili led dioda često se koriste u sekvencijalnim sistemima upravljanja da indiciraju operatoru stanje mašine ili procesa.

Prekidači. Kontaktni prekidači dopuštaju da neki električni krug bude otvoren ili zatvoren. Normalno otvoreni prekidač (taster) zatvara krug između dva kraja kada se prekidač otpusti.

Granični prekidač. Drugi tip prekidača je granični prekidač koji je aktiviran mehaničkim kontaktom sa manipulativnom polugom. Normalno otvoren granični prekidač uspostavlja krug između dva kraja kada je prekidačaktiviran i otvara krug kada je prekidač deaktiviran.

Električni dijagrami za klasičnu relejnu logiku mogu biti konstruisani crtanjem dvaju vertikalnih linija koje predstavljaju električne provodnike (sabirnice) sa kontrolnim naponom priključenim između njih. Horizontalne linije koje se pojavljuju na dijagramu rezultat su različitih komponenti pomoću kojih se realizuje određena funkcija. Rezultat realizacije tih logičkih funkcija je Ladder (ljestvičasti) dijagram, jer podsjeća na ljestve.

Napon napajanja

PR1 PR2 CR1

L1

CR1

CR1

Indikatorska sijalica (L1) upravljana sa dva tastera/prekidača(predstava pomoću ladder dijagrama)

26

A B

=AB

A

B

=A+B

a)

b)

A

B

=A+B

B

A

A

c)

d)

Konfiguracija kontakata za razne logičke funkcije:a) AND; b) OR; c) EXCLUSIVE OR; d) NOT

Logičke funkcije. Logičke funkcija koje se realizuju relejnom logikom određene su kontaktima prekidača tj. konfiguracijom kontakata u Ladder dijagramu.

TasteriŠta je radno stanje, akcija, nenormalno stanje kodtastera? To je pritisak na taster!

Radni tester vodi u radnom stanju, a normalno (kada ga ne pritiskamo) je otvoren normalnootvoren. Tako mu definiše i sam grafički simbol i NO.

Mirni tester vodi u neradnom stanju, koje je normalnojer ga ne pritiskamo , on je normalno zatvoren. Tako mu definiše i sam grafički simbol i NC.

Normalno otvoren (radni) i zatvoren (mirni)?

Suština ovdje je da su vas pogrešno učili

1) da je normalno da ne radimo.

2) da smo mirni samo kad ne radimo.

27

Rele

Normalno otvoren (radni) i zatvoren (mirni)?

1

2

A1

A2

1

2

A1

A2

3

4

5

6

Kontaktor

glavnikontakti

namotajelmagneta(špulna)

12 – radni (NO)

313 – mirni (NC)

13

14

21

22

pomoćnikontakti

Moderni kontaktori

Normalno otvoren (radni) i zatvoren (mirni)?

28

Princip rada kontaktora

Normalno otvoren (radni) i zatvoren (mirni)?

Nema napona na namotaju, el.magnet ne radi, nema privlačenjakotve, kontakti razdvojeni.

Napon na namotaju ,el.magnetaPrivlači se kotva, kontakti zatvoreni

Kontakti releja ili kontaktoraŠta je radno stanje, akcija, nenormalno stanje kodreleja/kontakotora? To je napon na špulni !

Radni kontakt vodi u radnom stanju, a normalno (kada nema komande) je otvoren normalnootvoren. Tako mu definiše i sam grafički simbol i NO.

Mirni kontakt vodi u neradnom stanju, koje je normalno jer kad nema napona, on je normalno zatvoren. Tako mu definiše i sam grafički simbol i NC.

Normalno otvoren (radni) i zatvoren (mirni)?

Eneg. ka mreži

Energ. ka potrošaču

Špulna(komanda)

pomoćni mirni (NC,12)

pomoćni radni (NO, 34)

29

Bitovi u PLCŠta je radno stanje, akcija, neaktivno, nenormalno stanje kodbitova ? To je stanje 1, stanje ON !

Radni bit vodi u radnom stanju (1), a normalno (kada nije 1) je otvoren normalno otvoren kontakt.

Mirni bit vodi u neradnom stanju (0),normalnom stanju on je normalno zatvoren kontakt.

Bit može biti ulaz (na primer I0.0) koji je 1 ako je napon na ulazu, ili izlaz (na primer Q0.0) koji je 1 akoje napon na izlazu, ili čak i samo bit iz memorije (naprimer M0.0) koji je 1 ako je prethodno setovan ili 0ako je prethodno resetovan.

Normalno otvoren (radni) i zatvoren (mirni)?

PLC PLC –– Programmable Logic ControllerProgrammable Logic Controller

30

PLC

Napa-janje

Ulaznimoduli

Izlaznimoduli

Senzori

Aktuatori /indikatori

Specijalni U/Imoduli

Komunikacionimoduli

Uredjaji napogonu

Udaljeniuredjaji

Procesorskimodul

• modularna struktura• otporan na nepovoljne klimo-tehničke uslove• specifičan operativni sistem (prilagođen odabiranju)• ladder programiranje

31

Osnovni elementi PLC sistema

µP sistem izvršava naredbe kao delove programa, jednu po jednu

• ko čuva naredbu? – memorija

• ko prenosi naredbu? - magistrala

• ko dekoduje naredbu? –CPU

• ko izvršava naredbu? – CPU

• ko sinhronizuje sistem? – sistemski sat (clock ili oscilator)

Centralna

procesorska

jedinica

(CPU)

Memorija

za program

Memorija

za podatke

Sistemskisat (clock)Napajanje230V

±10%5V

IO

Ports

Magistrala za podatke

Adresna magistrala

Kontrolna magistrala

Ulazi/ izlazi

OSC- CPU -

mikroprocesorROM RAM

IO ports

A D A D A D A D

C C C C

Princip rada mikroprocesorskog sistema Memorija

CPU Decode & execute

1. fetch phase (faza uzimanja)

2. decode&execute (faza izvršenja)

Fetch instruction

decode instruction

execute instruction

uP sistem izvršava naredbe kao djelove programa, jednu po jednu

• ko čuva naredbu? – memorija

• ko prenosi naredbu? - magistrala

• ko dekoduje naredbu? –CPU

• ko izvršava naredbu? – CPU

• ko sinhronizuje sistem? – sistemski sat (clock ili oscilator)

32

Programiranje na višem nivouLestvičasti dijagrami – Ladder diagrams

- Programski jezik višeg nivoa

- Specijalizovane šeme često korišćene da se dokumentuje kontrolna logika nekon industrijskog sistema

- Bliski relejnim šemama

Komunikacija unutra uP sistema Unutar sistema podaci se prenose paralelno, svi bitoviodjednom. To je brže i efikasnije.

Postoje magistrale (skup paralelnih linija) za instrukcije, podatke i komande. Prenos može biti 8 , 16, 32 , 64 – bitni

D0

D7

Centralna procesorska

Jedinica (CPU)

D0

D7

Memorija

za program

D15 D15

Sl. Primer magistrale preko koje podatke razmjenjuju CPU i memorija za podatke

33

Paralelna komunikacija

• dobra je u lokalu (svi podaci odmah ulaze-izlaze)

• loša na daljinu

•skupa (N žica, N pojačavača, N detektora nivoa ...)

• neotporna na šum (signalna masa, greška bilo kog bita...)

• nije lako sinhronizovati dva udaljena uređaja

Komunikacija sa spoljnjim svijetom -paralelna

Centralna procesorska

Jedinica (CPU) RD/WR

D0

D5

Paralelport

P0

P5

Paralelni analogni prenos signala

• Ulazni analogni signal ( napon 0V – 12V, struja 0 – 20mA) pretvaramo u broj preko analogno/digitalnog konvetrora – AD

• Na izlazu dobijamo analogni signal (napon 0V – 12V, struja 0 –20mA) tako što broj pretvaramo u napon preko digitalnog/analognokonvetrora - DA

Komunikacija –paralelna ali analogni signal

data

Centralna procesorska

Jedinica (CPU)

AD konvertor

DA konvertor

34

Primjena ADC i DAC unutar PLC

Za prenos na daljinu. Manje žica, otporna na šum .. Serijski port vrši serijsko/paralelnu konverziju

Add. decod. CS

Serijski IO port

RX linija

TX linija clock

RD/WR

prekid (TX or RX)

Dozvola prekida serijskog porta

CPU data bus

CPU address bus

CPU control bus

CPU

PISO

SIPO

logika

Serijski prenos od i ka liniji

paralelni prenosod i ka CPU

0

1

1

0

0 1 1 0

1 1 1 01

1

1

0

Komunikacija sa spoljnjim svijetom -serijska

PLC

35

Šta su PLC-ovi ?Programabilni logički kontroler (Programmable Logic Controller) je mikrokontrolerski sistem u kome su hardver i softver specifično adaptirani industrijskom okruženju.

PLC je oklopljen mikrokontroler sa svakim dijelom dobro provjernim, vrijeme razvoja aplikacije se značajno umanjuje.

PLC je originalno namijenjen kao zamena za relejne šeme. PLC se bazira na programu koji se može mijenjati tako da omogućava brze izmjene i proširenja.

Savremeni PLC kontroleri su sposobni za sve vrste komunikacija, RS485, MODBUS, PROFIBUS, Ethernet , IT (internet TCP/IP)

PLC koristi "ladder" ljestvičaste dijagrame za programiranje.

PLC ima odvojene ulaza i izlaze.

Veza PLC sa ostatkom sveta

36

Kontrolu procesa čini čitava grupa elektronskih uređaja

Konekcija PLC kontrolera ka centralnom kompjuteru ili internetu

Konekcija više distribuiranih PLC između sebe

Konekcija PLC sa senzorima, Aktuatorima kao i sa raznim komandama i HMI

Internet, Ethernet,

MODBUS, PROFIBUS

Analogni ulazi, digitalni ulazi/izlazi

Ethernet, MODBUS, PROFIBUS

Primjena savremenog PLC

1. Broj žica umanjen za 80%2. Umanjena potrošnja snage u odnosu na relejnu šemu 3. Dijagnostičke PLC funkcije omogućuju laku detekciju greške 4. Promena operacione sekvence cijelog sistema upravljanog sa PLC je veoma jednostavna, treba samo promijeniti i upisati novi program.5. treba manje rezervnih delova 6. mnogo je jeftiniji7. PLC je mnogo pouzdaniji u odnosu na elektromehaničke releje.

Kontrolni orman sa i bez PLC

37

Napajanje 24 VDC or 220 VAC.

Programska memorija : FLASHKorisnicka memorija: RAM

za promjenjive, za stanje ulaza i za def.stanja izlaza

Osnovni elementi PLC kontrolera

Priključci za ulazne signale

Priključci za izlazne signale

Komunicioni port za programiranje

Linije za proširenje - Dodatni ulazi /izlazi-Ostali komunicioni portovi - HMI (displej, tastatora)

CPU

Digitalni ulazi(odvojeni)

Digitalni izlazi(odvojeni i pojačani)

Upravljaju kontaktorima, motorima, relejima, LED diodama

Ovo su digitalni ulazi (tasteri, prekidači , tastature) ali postoje i analogni

Digitalni ulazi/izlazi

38

Analogni ulazi

Analogni izlazi

Ulazi sa raznih senzora (temper, protok, pritisak..)Uglavnom podržavaju dva indust. standarda • strujni ulaz 4mA – 20mA • naponski mV ulaz

Analogni ulazi i izlazi

Generišu promjenjivi analogni signal za regulaciju na primjer ugla zakretanja ventila, kazaljke ... Uglavnom podržavaju ista dva indust. standarda

Osnovne tri faze izvršenja PLC programa

Tri osnovna koraka koja se ponavljaju:

Korak 1.Testiranje ulaza. Koji ima status ON ili status OFF. Svi ovi ulazi se upisuju u odgovarajuće memorijske lokacije. Te vrednosti se koriste tokom celog sledećeg koraka.

Korak 2.Izvršenje programa, instrukciju po instrukciju. Na osnovu programa, i na osnovu stanja u programu korišćenih ulaza odgovarajuća akcija se vrši. Akcija može biti definisana i na osnovu rezultata sačuvanog od ranije u internoj memoriji.

Korak 3. Provera i korekcija izlaza. Izlazi dobijaju stanje u zavisnosti od stanja ulaza iz koraka 1 i izvršenog programa iz stanja 2.

Nakon koraka 3 PLC počinje da izvršava ponovo korak 1. Vrijeme skeniranja zavisi od programa i od tipa PLC.

39

Sve faze izvršenja PLC programa

Način programiranja PLC Ljestvičasta logika (ladder logic) je način crtanja el. logičkih šema. To je grafički jezik, veoma popular kod PLC. Originalno je izmišljen da zamijeni relejnu logiku. Ime je dobio jer program podseća na merdevine.

LD start_tasterO izlazA stop_taster= izlaz

Alternativa STL (statment list) - Instruction List language

40

Način programiranja PLC Stara relejna šema(napajanje, žice, špulne, mirni i radni kontakti releja)

Ljestvičasti PLC programikoji zamjenjuju ovu šemu

41

42

OperativniOperativni sistemsistem

43

2. Komponente

Modularnost – najznačajnije svojstvo PLC-a,

– dodavanje modula zavisi od funkcija koje treba obavitiPLC

Ulazno/Izlazni (I/O) moduli – veza između PLC-a i upravljanogsistema

diskretni I/O – logički signali (graničnici, tasteri, sklopke, ...)

kontinualni I/O – analogni signali (mjerni pretvarači, senzori, ...)

44

45

Komunikacioni (COM) moduli – veza između upravljačkihkomponenti sistema (PLC <-> PLC, PLC <-> PC)

46

47

48

49

50

51

52

53

Computer

Controller

Set point

Error

+

-

SD

Catalys t8500

Powe r Sup ply 0CISCO YSTEMSS Power Supply 1

SwitchProcessor

SE RI ES

SD

Catalys t8500

Power Supply 0CISCO YSTEMSS Power Supply 1

SwitchProcessor

SE RI ES

Computer

Controller

Set point

Error

+

-

Computer

Controller

Set point

Error

+

-

Computer

Controller

Set point

Error

+

-

Computer

Controller

Set point

Error

+

-

ProcesProces ((SistemSistem))

materijala

RazmRazmjjenaena

energije

podataka

industrijskaindustrijskarevolucijarevolucija

54

Upravljanje procesimaUpravljanje procesima"proces je prirodna operacija koja se progresivno odvija kroz niz postepenih promjena koje slijede jedna drugu na relativno utvrđen način i vode ka određenom rezultatu ili ishodu, ili vještačka ili voljno izazvana progresivna opracija koja se sastoji od niza upravljanih akcija ili pokreta koji su sistematično usmjereni ka određenom rezultatu ili cilju"

upravljanje kao intiutivni izbor mogućih opcija

upravljanje kao informisani izbor mogućih opcija

proces mjernaoprema

izvršniorgani izlaziupravljanje

pore

mec

aji

sistem

procesoperator

upravljanje

mjerenja

procesoperator

upravljanje

IstorijaIstorijattPrve ideje – početak pedesetihtržište – vojna industrijaautopilot & automatsko upravljanje oružjembrzi procesi spori računari

Traži se odgovarajuće tržište – Hemijska industrija• 1958 Elektrana, Louisiana (USA) –NadzorNadzor & & supervajzorsko upravljanjesupervajzorsko upravljanje• 1959 (15. mart) Texaco comp. Port Arthur (USA) –Zatvorena prva povratna spregaZatvorena prva povratna spregaŠezdesete – projektovanje odgovarajućih računarskih sistema i softveramini (mini (industriindustrijskijski) ) raraččunariunariSedamdesete i nadalje – micromicroraraččunariunari ii jezik jezik C C "odgovor na sve na"odgovor na sve našše molitve"e molitve" –– rađanje Upravljanja u rađanje Upravljanja u realnom vremenurealnom vremenu

55

RaRaččunarski sistem za rad u realnom vremenuunarski sistem za rad u realnom vremenu

računar kao sredstvo za obradu podataka

računar koji radi u realnom vremenu

Pobude iz okruPobude iz okružženjaenja

vremenski događaj (protok vremena)

događaj na procesu

operatorski događaj (interaktivni rad)

sistemski i programski događaji

56

Dva tipa sistema za rad u Dva tipa sistema za rad u realnom vremenurealnom vremenu

sistemi kod kojih je srednje vrijeme izvršavanja operacija, mjereno na nekom definisanom obimu posla, manje od zadatog maksimalnog vremena

sistemi kod kojih se svaka grupa operacija mora završiti u okviru specificiranog maksimalnog vremena

RaRaččunarski upravljan sistemunarski upravljan sistem

57

Sprezanje Sprezanje raraččunara i unara i procesaprocesa

GrGriijajačč vazduhavazduhaVentilator

Grejač

Kontroler

Referentna vrednost

Temperatura

Greška

Upravljanje

Upravljanjemotorom

ON/OFF

PZPO

Ručnoupravljanje

Automatskoupravljanje

Grejač

Ventilator

Poklopac

ON/OFF

CW/CCW

Operatorski pult

Napajanje

Ref. vrednost

Temperatura

PO PZ

Upravljanjemotorom

Ručno/aut

58

Ventilator

GrejacTemperatura

Upravljanje

Upravljanjemotorm

ON/OFF

PZPO

Grejac

Ventilator

Poklopac

Upravljanjemotorom

ON/OFF Cw/ccw

Operator

Napajanje

Rucno/aut

A/DD/ADigitalni izlaz Digitalni ulaz

Uredaji za komunikacijuRacunar

Algoritam upravljanja

Slika ulazaSlika izlaza

Izlazni zadatakIzlazni

zadatak

Ulazni zadatak

Ulazni zadatak

Komunikacioni zadatak

Realizacija jednog algoritamskog korakaRealizacija jednog algoritamskog koraka

]T)1n[(TeTK

]T)1n[(u)nT(u

T]T)1n[(e)nT(eTK)nT(u)nT(eK)nT(u

i

pii

dpip

−+−=

−−++=

grejac

kontroler

referenca

greškaupravljanje

+

-

59

GrafiGrafiččka ka ššema ema jednog jednog algoritamskog algoritamskog korakakoraka

Algoritam izračunavanja un

Ulazni zadatak

Izlazni zadatak

un

en

slobodno

nT (n+1)T

enn = en

kašnjenje

vreme

Vremenski dijagram jednog algoritamskog korakaVremenski dijagram jednog algoritamskog koraka

60

ProjektovanjeProjektovanje raraččunarske aplikacijeunarske aplikacije

• Apstraktni jezici za modeliranje računarskih aplikacija

• MASCOT (modular approach to software construction operation and test) koristi apstraktne objekte za formiranje preliminarnog projekta za virtuelni računar

AktivnostAktivnost

AktivnostUlaz Izlaz

skup operacija koju virtuelna mašina može da realizuje kao zaseban zadatak

61

KomunikacijaKomunikacija

Komunikacije između aktivnosti mogu da se podele u tri kategorije:• direktna razmjena podataka između dvije aktivnosti• deoba informacija između više aktivnosti• sinhronizacioni signali

KanalKanal Pul (Pool)Pul (Pool)Stavi Uzmi

SinhronizacijaSinhronizacija

Predstavlja se pomoću dvije procedure• WAIT (event) – aktivnost se prekida (suspenduje) i čeka na događaj (event) koji je prouzrokovao suspenziju• SIGNAL (event) – ova procedura "saopštava" (obznanjuje) da se odgovarajući događaj desio, sveaktivnosti koje su u stanju čekanja tog događaja nastavljaju rad

Aktivnost Aktivnost

Spoljašni događaj sa procesa se može posmatrati kao SIGNAL

62

Upravljanje Upravljanje grijagrijaččemem

Casovnik realnog vremena

Odabirac Casovnik

Podaci o vremenuUpravljanje

Sprega sa procesom

Perioda odabiranja

Izmerene vrednosti

upravljanje

Displej

Operatorski ulaz

Rukovodilac

Displej

Tastatura

Štampac

Informacije o procesuPodaci o

procesu

Parametri

Podaci o procesu

Podaci o procesu

Parametri upravljackog algoritm

a

vrem

ePe

rioda

oda

bira

nja

vrem

e

Jedinica vremena

Odabiranje

Takt

Aktivnost upravljanjeAktivnost upravljanje

Casovnik realnog vremena

Odabirac Sekvenciranje upravljanja

Merna oprema

Izvršni organi

Ulazni zadatak

Slika ulaza

Izlazni zadatak

Algoritam upravljanja

1

23

Slika izlazaInformacije o

procesu

OdabiranjeTakt

Jedinica vremenane pripada aktivnostiupravljanje