Część II

3. JAKIE SĄ RÓŻNICE POMIĘDZY KOMPUTERAMI DO PRZETWARZANIA DANYCH I DO STEROWANIA PROCESAMI (W CZASIE RZECZYWISTYM) - SCHEMAT BLOKOWY I FUNKCJE POSZCZEGÓLNYCH BLOKÓW

Rozwój techniki cyfrowej i związane z nim obniżenie kosztów i poprawa parametrów urządzeń cyfrowych zadecydował o szerokim zastosowaniu urządzeń cyfrowych w automatyce.

Urządzenia cyfrowe można podzielić na:

• uniwersalne

• specjalizowane

Urządzenia uniwersalne, czyli komputery, charakteryzują się tym, że program ich działania jest umieszczany w ich pamięci i może być łatwo zmieniany przez zmianę zawartości pamięci.

Program działania urządzeń specjalizowanych jest określany w okresie ich projektowania i budowy, jeżeli więc przy projektowaniu nie przewidziano zmian programu, to potem już tego w zasadzie zrobić nie można.

Zadania spełniane przez urządzenia cyfrowe w układach automatyki można ogólnie sklasyfikować następująco:

• gromadzenie i obróbka informacji o procesie sterowanym, czyli tzw. Centralna rejestracja i przetwarzanie danych (CRPD), w tym szeroko rozumiana sygnalizacja

• bezpośrednie sterowanie cyfrowe przebiegu procesu (BSC lub DDC - Direct Digital Control).

• pośrednie sterowanie przebiegu procesu, realizowane za pomocą regulatorów współpracujących z komputerami. Takie sterowanie jest nazywane sterowaniem nadrzędnym.

• sterowanie włączania i wyłączania silników, zaworów i innych mechanizmów, sterowanie transportu, magazynów itp. Tego typu sterowanie nazywa się sterowaniem sekwencyjnym.

• Sterowanie przesunięć liniowych i kątowych. Typowymi przykładami są tu układy sterowania programowego obrabiarek, układy sterowania walców zgniataczy i in.

Układy pomiarowe, nazywane układami centralnej rejestracji i przetwarzania danych (CRPD), powstały dzięki zastosowaniu techniki cyfrowej do sterowania automatycznego.

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 i tam poddawane przetwarzaniu, którego wyniki przekazywane są następnie operatorowi.

Zadania spełniane obecnie przez układy CRPD można określić następująco:

1. obieganie w określonej kolejności wielu (kilkudziesięciu do kilkuset) kanałów pomiarowych, dokonywanie cyfrowych pomiarów z automatycznym dopasowaniem zakresów pomiarowych do zakresu zmienności wielkości mierzonej i ewentualna linearyzacją charakterystyk stosowanych czujników pomiarowych

2. rejestracja wyników pomiarów na papierze (druk) oraz w pamięci zewnętrznej (np. na taśmach lub dyskach magnetycznych)

3. wykrywanie przekroczeń założonych ograniczeń zmian wielkości mierzonych, sygnalizacja zaistnienia przekroczenia, rejestracja wartości parametru wykazującego przekroczenie w odmienny sposób - np. czerwonym kolorem, ze specjalnym znakiem, w oddzielnej kolumnie, na oddzielnej drukarce lub tp.

4. Wykonywanie obliczeń koniecznych do otrzymania wyniku pomiaru w postaci i w jednostkach wygodnych dla operatora - typowym przykładem jest tu wyliczanie strumienia przepływu masowego gazu na podstawie np. pomiaru różnicy ciśnień na zwężce pomiarowej oraz pomiaru ciśnienia i temperatury albo pomiaru gęstości, do tej kategorii zadań można także zaliczyć wyznaczanie maksymalnej lub minimalnej wartości parametru, tendencji zmian wartości parametrów i in.

5. Przetwarzanie zbieranych danych wg programów umożliwiających uzyskanie uogólnionych, syntetycznych wskaźników analizowanego procesu.

Obecnie układy CRPD są stosowane wszędzie tam, gdzie występuje potrzeba zbierania i opracowywania wyników pomiarów. Jako najważniejsze dziedziny zastosowań są wymienione:

• Omawiana już kontrola procesu technologicznego. Urządzenia instalowane w tym celu są najbardziej rozbudowanymi układami CRPD.

• Kontrola międzyoperacyjna oraz kontrola końcowa i wykonywanie dokumentów kontroli (atestów).układy o takim przeznaczeniu są instalowane np. w przemyśle elektronicznym przy produkcji podzespołów , w przemyśle hutniczym do ciągłej kontroli jakości blach i drutów , w przemyśle farmaceutycznym itd. W niektórych dziedzinach dostarczania prze producentów towarów atestów wykonywanych przez układy CRPD staje się coraz bardziej, powszechne a dla towarów wysokiej jakości bywa traktowane przez niektórych odbiorców jako obowiązkowe.

• Zbieranie danych potrzebnych do identyfikacji procesu przemysłowego. Do tego celu są instalowane proste urządzenia dokonujące cyfrowych pomiarów wartości wielu parametrów i rejestrujące wyniki tych pomiarów na taśmie magnetycznej. Wyniki te są później przetwarzane przez komputer w ośrodku obliczeniowym.

• Zbieranie, rejestracja i przetwarzanie wyników eksperymentów naukowych. W tym przypadku stosowane są zarówno układy wykonujące pomiary i tabelaryzację wyników , jak również rozbudowane układy podające wyniki w postaci opracowanej, np. w postaci wykresów.

• Zbieranie i rejestracja wyników pomiarów w zastosowaniach innych niż przemysłowe, np. pomiar i rejestracja podstawowych parametrów silnika głównego i innych ważnych urządzeń na statkach.

• Kontrola stanu chorego przez pomiar, analizę i sygnalizację przekroczeń wartości zadanych parametrów charakteryzujących ten stan.

Schemat blokowy układu wprowadzania danych obiektowych do urządzenia cyfrowego

Układ ten umożliwia wprowadzanie wszystkich spotykanych w praktyce rodzajów sygnałów informujących o stanie obiektu. Urządzeniem cyfrowym, z którym taki układ współpracuje, jest najczęściej komputer.

Sygnały dwuwartościowe wprowadza się przez układy separacji galwanicznej i komutatory półprzewodnikowe. Sygnały krótkotrwałe, pochodzące od przycisków niestabilnych, również przechodzą przez układy separacji galwanicznej i są zapamiętywane w przerzutnikach lub wprowadzane do komputera prze układy przerywania programu. Sygnały tej grupy są wprowadzane w zespołach o liczbie bitów dopasowanej do długości słowa komputera. Sygnały impulsowe również wprowadza się przez układy separacji galwanicznej. Sygnały są zliczane w licznikach, a stan liczników w określonych odstępach czasu jest wprowadzany do komputera. Sygnały impulsowe mogą być też wprowadzane w trybie przerywania programu pracy komputera. Sygnały analogowe wprowadza się przez filtry dolnoprzepustowe i komutator na wejście przetwornika analogowo-cyfrowego. Stosowane w układach wejściowych przetworniki a/c mają kilka zakresów pomiarowych. Właściwy zakres przetwornika jest ustawiany jednocześnie z przyłączeniem prze komutator sygnału wejściowego.

Schemat blokowy układu formującego sygnały do sterowania procesu :

Informacje cyfrowe są zapamiętywane w rejestrach lub licznikach, a następnie przetwarzane do postaci potrzebnej w urządzeniach współpracujących. O wpisaniu informacji przekazywanej z komputera do określonego rejestru lub licznika decyduje adres tego urządzenia, przekazywany jednocześnie z informacją. Sygnały przeznaczone do sterowania cewek zaworów, sprzęgieł, przekaźników oraz podobnych urządzeń są zapamiętywane w jednobitowych elementach pamięciowych, np. w przerzutnikach dwustabilnych. Niekiedy stosuje się niezależne źródła zasilania tych przerzutników i inne środki zabezpieczające zapisaną informację przed skasowaniem. Do wzmacniania tych sygnałów używa się kluczowanych wzmacniaczy tranzystorowych lub tyrystorowych. Sygnały przeznaczone do przetwarzania na postać analogową są zapamiętywane, a następnie doprowadzane do wejścia przetwornika c/a lub do układów sterowania silników.

13

---