Urządzenia cyfrowe w układach automatyki

Rodzaje układów z urządzeniami cyfrowymi

Klasyfikacja układów sterowania z urządzeniami cyfrowymi, która została przyjęta 

przed  wprowadzeniem  mikrokomputerów  brała  pod  uwagą  za  punkt  wyjścia 

funkcje  przez  urządzenia  cyfrowe  (Elementy  urządzenia  automatyki…  Kostro 

1983):

• Gromadzenie i obróbka informacji ( wyników pomiarów ),
• bezpośrednie sterowanie przebiegiem procesów technologicznych,
•  sterowanie  przebiegiem  procesów  technologicznych  za  pośrednictwem 

regulatorów analogowych (sterowanie nadrzędne),
•  sterowanie  obiektami  zawierającymi  szereg  urządzeń  dwustanowych 

współpracujących ze sobą 

( sterowanie sekwencyjne),
• programowe sterowanie ruchami mechanizmów.

Układy  z  urządzeniami  cyfrowymi  są,  odpowiednio  do  spełnianych  funkcji, 

nazywane  układami  Centralnej  Rejestracji  i  Przetwarzania  Danych 

(  CRPD),  Bezpośredniego  Sterowania  Cyfrowego  (BSC),  Sterowania 

Nadrzędnego itd.

Układy  Centralnej  Rejestracji  i  Przetwarzania  Danych 
CRPD

Układy  CRPD  powstały  w  wyniku  konieczności  odciążenia  operatorów 

kontrolujących pracę dużych obiektów.

Zwiększenie rozmiarów obiektów oraz wprowadzenia nowych coraz bardziej 

skomplikowanych  procesów  technologicznych  prowadzi  do  zwiększenia 

liczby  kontrolowanych  parametrów.  Gdy  liczba  tych  parametrów  znacząco 

wzrosła do kilkuset a nawet więcej okazało się że kontrolowanie takiej liczby 

parametrów  stało się nierealne.

Przy użyciu środków tradycyjnych ( analogowych przyrządów pomiarowych) 

liczba  przyrządów  jest  bliska  liczbie  kontrolowanych  parametrów.  Ponadto   

wraz ze wzrostem przyrządów rosną wymiary pulpitów i tablic , dodatkowo 

utrudniając prace operatora zmuszonego obserwować część przyrządów  ze 

zbyt dużej odległości. 

W układzie CRPD najbardziej nużąca funkcja tzn. stałe porównywanie 

rzeczywistych wartości mierzonych parametrów z ich wartościami zadanymi, 

zostaje powierzona urządzeniu cyfrowemu, którym obecnie z reguły jest 

komputer.

Sygnały od czujników pomiarowych wprowadzane są poprzez wejściowe  

urządzenia pośredniczące do komputera a tam poddawane są przetworzeniu 

którego wyniki pokazywane są operatorowi. 

Wykorzystuje się przy tym fakt że obiekty przemysłowe charakteryzują się 

dużymi stałymi czasowymi a więc sygnały pomiarowe s przebiegami 

wolnozmiennymi.  Można wiec je poddawać obróbce kolejno, przy użyciu tych 

samych urządzeń – co zmniejsza znacznie koszty.

Zadania jakie spełnia CRPD:

• 

obieganie w określonej kolejności wielu kanałów pomiarowych, dokonywanie 

cyfrowych pomiarów , z automatycznym dopasowaniem zakresów 

pomiarowych do zakresu zmienności wielkości mierzonej i ewentualną 

linearyzację charakterystyk stosowanych czujników pomiarowych,
• Rejestrację wyników pomiarowych na papierze (wydruk) oraz pamięci 

komputera,

•  Wykrywania  przekroczeń  założonych  ograniczeń  zmian  wielkości 

mierzonych, sygnalizacja zaistniałego przekroczenia, rejestracja wielkości 

przekraczającego parametru, 

•  wykonywanie  obliczeń  koniecznych  do  otrzymania  wyniku  pomiaru  w 

postaci i w jednostkach wygodnych dla operatora, 

•  Przetwarzanie  zbieranych  danych  wg  programów  umożliwiających 

uzyskanie  uogólnionych,  systematycznych  wskaźników  analizowanego 

procesu.

Obecnie  układy  CRPD  są  stosowane  tam  gdzie 
występuje  potrzeba  zbierania  i  opracowania  wyników 
pomiarów:

• 

kontrola przebiegu procesu technologicznego,

•  kontrola  międzyoperacyjna  oraz  kontrola  końcowa  i  wykonywanie 

dokumentów  kontroli  (atestów),  np.  układy  instalowane  w  przemyśle 

elektronicznym przy produkcji podzespołów.

•  zbieranie  danych  potrzebnych  do  identyfikacji  (  opracowania  modelu 

matematycznego ) procesu przemysłowego,

• zbieranie, rejestracja i przetwarzanie wyników eksperymentów naukowych 
( układy wykonujące pomiary i tabelaryzację wyników,

• 

zbieranie i rejestracja wyników pomiarów w zastosowaniach innych niż 

przemysłowe 

• Kontrola stanu chorego przez pomiar , analizę i sygnalizację przekroczeń 

wartości zadanych parametrów charakteryzujących ten stan.

Komputerowe układy sterowania obiektów

Wyróżnia się dwa rodzaje komputerowych układów sterowania:

• układy bezpośredniego sterowania cyfrowego BSC , 

• układy sterowania nadrzędnego (pośredniego).

Termin bezpośrednie sterowanie cyfrowe 

Direct Digital Control DDC 

– oznacza 

sposób oddziaływania komputera na obiekt sterowany przy którym komputer 

steruje położeniami urządzeń wykonawczych bezpośrednio. Można powiedzieć 

że w układach BSC komputer zastępuje wiele regulatorów konwencjonalnych.

Charakterystyczne dla tego układu jest istnienie wielu kanałów wyjściowych 

oddziaływujących bezpośrednio na proces.  Liczba tych kanałów jest z reguły 

znacznie mniejsza od liczby kanałów wejściowych (pomiarowych). 

Układy BSC podobnie jak układy sterowania nadrzędnego , spełniają 

bowiem także funkcje CRPD tzn. dostarczają personelowi nadzorującemu 

informacji o stanie sterowanego obiektu.

Algorytmy sterowania czyli zależność według których obliczane są 

wartości sygnałów sterujących są w układach BSC stosunkowo proste i na 

ogół zbliżone do algorytmu PID realizowanego przez regulatory 

konwencjonalne.

Sterowaniem nadrzędnym jest nazywany taki sposób sterowania 

obiektu, w którym komputer nadzoruje przebieg procesu 

technologicznego, może oddziaływać na jego przebieg tylko pośrednio, 

drogą zmian nastaw regulatorów.

W układzie sterowania nadrzędnego komputer cały czas zbiera informacje o 

przebiegu procesu natomiast zmian wartości zadanych dokonuje stosunkowo 

rzadko, wtedy gdy zmieniają się warunki pracy obiektu.

W przypadku awarii komputera proces przebiega dalej warunkach takich , jak to 

ma miejsce w konwencjonalnym układzie sterowania.

Komputer w układzie sterowania nadrzędnego wyposażony jest w wiele 

urządzeń  umożliwiających obsłudze wprowadzenia danych i programów , 

kontrolę pracy zestawu , wprowadzenie wyników itd.

Urządzenia wprowadzania danych o obiekcie są takie same , niezależnie od 

realizowanego programu sterowania , takie same zresztą jak w układach CRPD. 

Po stronie wyjściowej w układach BSC sygnały z komputera są wykorzystywane 

do sterowania urządzeń wykonawczych

, a w układach sterowania 

nadrzędnego 

do sterowania zmianami wartości zadanych

 regulatorów.  Jednak 

postać do której trzeba przetworzyć otrzymane z komputera sygnały cyfrowe, 

jest w obu przypadkach jednakowa.

W układach BSC awaria komputera całkowicie pozbawia obiekt sterowania.