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.