PowerPoint Presentation

OSNOVE AUTOMATIZACIJE(dopunjavati iz sveskupa za strojare)

Klasifikacija brodskih procesa OSNOVNE DEFINICIJEAutomatizacija je tehnika disciplina koja obuhvaa sve mjere s kojima se poveava uinkovitost i smanjuje udio ljudskog rada u proizvodnji i voenju procesa. Automatika (engl. Automatic control) je znanstveno-tehnika disciplina ija su podruja teorija voenja, istraivanje i analiza uvjeta djelovanja i zakonitosti voenja razliitih sustava te sinteza sustava za automatsko upravljanje.

Da li postoje sustavi automatskog upravljanja u prirodi ?Da li postoje u ovjeku ?

Pod pojmom automat podrazumijeva se tehniki ureaj koji samostalno izvrava rad kojeg je zamislio njegov konstruktor. S motrita upravljanja sva sredstva rada, strojevi i procesi koji se upravljaju nazivaju se objektima upravljanja, a onaj sustav kojim se ostvaruje to upravljanje naziva se sustav upravljanja ili regulacije.Automat, objekt upravljanja, sustav upravljanja (regulacije)

Primjer: Brod je objekt regulacije, autopilot i kormilo je sustav upravljanja i regulacijeAutomatizacija broda

- smanjenje brojnosti posade, - smanjenje trokova za posadu, - smanjenje vremena operacija s teretom, - smanjenje kvarova, - smanjenje utroka goriva,

- poboljanje odravanja, - poboljanje radnih uvjeta.Automatizacija se provodi:

daljinskim ukljuivanje brodskih ureaja (on/off), signalizacijom,daljinskim mjerenjimaregulacijom parametara brodskih procesa (temperatura,tlak) centralizacijom dobivenih informacija o procesima te predoavanjem u obliku najpogodnijem ovjeku, automatskom obradom dobivenih informacija, raunalnim nadzorom i upravljanjem,

Automatizacija broda protusudarni sustavi, odravanje kursa brodastabiliziranje broda u nemirnom morusustavi dinamikog pozicioniranjaupravljanje ukrcavanjem i iskrcavanjem tereta, nadzor i upravljanje generatora i stroja, dojava poara, automatsko gaenje ..Primjeri sustava automatizacije na brodu Primjer sustava automatskog upravljanja(mjerenje, obrada, i upravljanje)

RAUNALA I AUTOMATIZACIJA11VRSTE RAUNALNIH SUSTAVA

On line sustav (sustav realnog vremena)

sustav kod kojeg se podaci izravno elektrinim vodovima unose u raunalo. Raunalo izravno upravlja izvrnim organima. Vrijeme unosa podataka reda veliine mikrosekunde. -Upravljanje brzim procesima npr. automobilski motor.

Off line sustav

- unos podataka runo ili preko nekog medija. vrijeme unosa podataka sati, dani, tjedni. npr. program za obradu plaa12OSNOVNI PRINCIPI I SKLOPOVSKI ELEMENTI SUSTAVAUsporedba ovjek - raunalni sustavljudski senzori ( vid, sluh, okus, miris, dodir )

13Veina procesa upravlja se raunalom (avion, brod, automobilski motor, omnitrack)

Raunala nadgledaju i vode proces po programu, osjeaju process i djeluju na process

Ekspertni sustav raunalo koje zamjenjuje strunjaka (eksperta) primjer je sustav za diagnostiku kvarova

Umjetna inteligencija ovjek se trudi da raunalu doda odreene ljudske osobine ( primjer je prepoznavanje lica i emocija )Koje je mjesto raunala u automatizaciji ?14Koraci za izgradnju on line sustava:

definiranje to sustav treba raditi?

izrada mjernog i upravljakog algoritma (program raunala)

specifikacija hardwaera - senzora, meusklopova, raunala, izvrnih organa

interdisciplinarni pristup suradnja strunjaka je neminovna. ( tunel, ok soba ).15PRIMJER INTELIGENTNOG ON LINE SUSTAVA

Inteligentno ponaanje mogunost sustava da se prilagodi novonastaloj situaciji.inteligentna zamjena signalizacijskog plana mjeri promet-rezervni nain voenja (redundantni sustavi) ili runo voenjeprovjera izvrnih organa (da li rade svijetla semafora)-diagnostiki program (detekcija i oznaavanje pokvarenog sklopa) PRIMJERI JEDNOSTAVNIH PROCESA (matematiki opis)Ulazna veliinaIzlazna veliinaPoremeajna veliinaPrimjer procesa sa kanjenjem prvog reda

Razina vode u tankuUlazni tokIzlazni tokPrimjer procesa sa kanjenjem prvog reda

Tank se puni po eksponencijalnomzakonu (uz zatvoren izlazni ventil):

T- vremenska konstanta sustavaPrimjer procesa sa kanjenjem vieg reda

Primjer procesa sa mrtvim vremenom

Izlazna veliina se mijenja nakon kanjenja t Upravljaka veliinaIzlazna veliina ZADACI SUSTAVA UPRAVLJANJAStanje objekta upravljanja ( primjerice broda) odreeno je: - unutarnjim svojstvima objekta- vanjskim djelovanjima na objekt.

U vanjska djelovanja na objekt upravljanja ubrajaju se:

- poremeajne veliine- upravljake veliine.

Poremeajne veliine openito su sluajnog karaktera.Poremeajne i upravljake veliinaSustav automatskog upravljanja osigurava da se izlazna veliina sustava mijenja prema algoritmu funkcioniranja bez obzira na vanjske poremeaje (primjer:razina mora biti stalna bez obzira na promjenu izlaznog toka).

Zadaci sustava upravljanja

Ulazni tokIzlazni tokRazina tekuineRegulirana ili izlazna veliina sustava y(t) je fizikalna veliina koja se regulira (razina tekuine u tanku).

Algoritam funkcioniranja sustava su zahtjevi kojima trebaju udovoljiti izlazne veliine sustava y(t) (odravanje razine na konstantnom nivou).

Zadaci sustava upravljanja

Razina vode u tankuUlazni tokIzlazni tok MJERNI PRETVORNICI (SENZORI ili DAVAI)26SENZORI

Zadatak senzora je da se odreena mjerna veliina iz procesa izrazi u elektrinom obliku ( vrlo sloen zahtjev ) moe i mehaniki, pneumatski, hidrauliki

Danas postoji vie od 10000 vrsta senzora koji obrauju vie od 100 razliitih parametara

Svaki je senzor nauka za sebe veoma su skupi

Postoje senzori s analognim izlazom i senzori sa digitalnim izlazom

27Analogni senzori poloaj, tlak, temperatura, protok, brzina, razina i pri tome se primjenjuju razni fizikalno kemijski principi za dobivanje elektrinog signala. Generiraju analogni signal.

Senzori sa digitalnim izlazom ili digitalni davai. Generiraju digitalni signal

Pametni senzori analogni senzori sa mikroprocesorom. Mogu davati analogni ili digitalni izlaz. Oplemenjeni senzor daje kvalitetnije izlazne signale

Osnovno svojstvo senzora: ne smiju djelovati na sredinu u kojoj mjere.

Analogni senzoriDigitalni senzor

ANALOGNI SENZORI

Ulazne karakteristike senzora

Mjerna veliina fizikalna veliina koja se mjeriMjerno podruje skup vrijednosti mjerne veliine senzoraMjerni opseg razlika gornje i donje granice mjernog opsega

Primjer: senzor temperature sa mjernim podrujem od -20 do +180 C ima mjerni opseg od 200 C.

29

Izlazne karakteristike senzora

Mjerni signal elektrina, hidraulika, pneumatska, mehanikaIzlazno podruje (0 ili 4 do 20 mA, 0 do +/-10 V, 20 do 100 kPa)Vrsta signala analogna i diskretni (binarni, impulsni, digitalni)

30

Izlazne karakteristike senzora

Izlazna impendancija potrebno prilagoditi izlaznu impendanciju pretvornika otporu optereenja smanjivanje greke , optimalan prijenos signala.

Utjecaj uma omjer signal/um

31

Prijenosne karakteristike senzora

Statika ovisnost izlazne o ulaznoj veliini za statiki signal na ulazuDinamikaovisnost izlazne o ulaznoj veliini za dinamiki signal na ulazu

Mjera razine32

Prijenosne karakteristike senzoraLinearnostPrag osjetljivostiPonovljivostHisterezaUtjecaj okolinePouzdanost33 SENZORI TEMPERATUREPostoje 4 osnovna principa:

Promjena obujma tijela sa temperaturom (dilatacija)Promjena otpora vodia ili poluvodiaPromjena napona na spojitu dva vodia u ovisnosti o temperaturi spojita4. Ovisnost energije zraenja o temperaturiPromjena obujma tijela sa temperaturom (dilatacija)

spiralno helikoidno, bihelikoidno, termometar s bimetal. osjetilom Ni+Fe (mali koef. dilatacije u spoju sa mjedi ili Ni+Cr (veliki koef. dilatacije)BIMETALNO DILATACIJSKO OSJETILO (-185 do 400 C) V = Vo ( 1 + (T) + (T)2 + (T)3 + .)l=10 (1+ (T) + (T) 2 +..)37

Kapljevinski do 350 C, toluon, ksilom, etilni alkohol, do 600 C Hg

parni, hlapljive tekuine etan, klorbenzen, etilklorid -40 do 150 C osjetljiviji od kapljevinskih, nelinearna karakteristika

3.plinski, punjeni duikom, -85 do 540 C, dobra dinamika svojstva TLANI MJERNI PRETVORNICI TEMPERATURE(kapljevinski, parni i plinski) p1V/T1= p2V/T2p2= p1T2/T1= k T238Promjena otpora vodia ili poluvodia

OTPORNIKI PRETVORNICI TEMPERATURE( metalna otpornika osjetila-platinski termootpornik)Pt 100, osjetilo od platinske ice - ima otpor 100 na temeraturi od 0 C i temperaturni koeficijent elektrinog otpora = 0.003925 (kvocijent otpora na temperaturama 100 C i 0 C je 1.3925)

Pt 1000 ima 10 puta veu promjenu otpora odnosno osjetljivost, koja se u novije vrijeme na brodovima sve vie koristi.

Parabolina nelinearna karakteristika.

OTPORNIKI PRETVORNICI TEMPERATURE( metalna otpornika osjetila)Platinska ina otpornika osjetila koja se prema meunarodnom dogovoru koriste za precizna mjerenja temperature u podruju od -183 C do + 630 C (upotrebljavaju se i kao badarna osjetila u ovom podruju), a praktina im je primjena u podruju - 265 C do + 1050 C.OTPORNIKI PRETVORNICI TEMPERATURE( metalna otpornika osjetila-bakreni termootpornik)Bakarna otpornika osjetila koriste se u mjernom podruju od - 195 C do + 260 C, imaju linernu karakteristiku, a koeficijent otpora na 100 C i 0 C im je 1.426.

Znatno su otporniji na vibracije od platinskih osjetila, ali su na temperaturama viim od 150 C podloni oksidaciji, to ograniava podruje njihove upotrebe na relativno nie temperature.

OTPORNIKI PRETVORNICI TEMPERATURE( poluvodika otpornika osjetila - termistor)Termistor - smjesa sulfida, selenida ili oksida metala (magnezij, nikal, kobalt, bakar, eljezo). Veliki otpor, veliki negativni temperaturni koeficijent otpora, nelinearna statika karakteristika i mala vremenska konstanta (brz odziv). Izrauju se u obliku ploica, tapia i kuglica.

Mjerno podruje im je - 75 C do + 250 C, a postoje i posebne izvedbe za mjerenje vrlo niskih temperatura (do - 250 C).

a) Ovisnost elektrinog otpora b) Ovisnost elektr. otpora metala o temperaturi. poluvodia (termistora NTC) o temperaturi(za usporedbu dana je i karakteristika termistora)(za usporedbu je dana i karakteristika platine)OTPORNIKI PRETVORNICI TEMPERATURE (RTD)R = R0 (1+ (T) + (T)2 + (T) 3 + ) R = R0 (1 + T)44

a) spoj s dvije ice, b) spoj s tri ice, c) spoj s etiri iceOtpornika osjetila temperature u spoju Wheatstone-ova mostaMJERENJE POMOU METALNIH I POLUVODIKIHSENZORASpojevi sa tri i etiri ice se koriste radi temperaturne kompenzacijeEliminira se utjecaj okolne temperature na otpornost spojnih ica-dodaju se slijepe icePromjena napona na spojitu dva vodia u ovisnosti o temperaturi spojita

a) Seebeckov efektb) Mjerno i referentno spojite termoparaMJERNI PRETVORNICI TEMPERATURETermoparovi

MJERNI PRETVORNICI TEMPERATURETermoparovi

MJERNI PRETVORNICI TEMPERATURETermoparovi Na brodovima se od termoparova najee upotrebljavaju oni iz grupe platina/rodij-platina (PtRh-Pt) za podruje temperature od 0-1500 C. Slina svojstva imaju termoparovi nikrom-nikal (NiCr-Ni) i koriste se za mjerna podruja od 0 do 1000 C, kao i termoparovi Chromel-alumel za podruja temperatura od 700 do 1200 C.

MJERNI PRETVORNICI TEMPERATURETermoparovi Kompenzacija termoparaKompenzacijski termootpornici Pt-100, Pt -40 se ugrauju u referentno spojite.Time se kompenzira utjecaj promjene temperature referentnog spojita. MJERNI PRETVORNICI TEMPERATUREPirometriTijela pod djelovanjem topline isijavaju energiju u obliku elektromagnetskog zraenja (vidljivi i IC spektar)

SENZORI TLAKA

Osjetila pomaka:

Membrane diafragmeMijehoviBourdonova cijevMJERNI PRETVORNICI TLAKA Deformacijski pretvornici tlakaMembrane mogu biti ravne i valovite. Izrauju se iz fosforne bronce, nehrajueg elika, titana, tantala i drugih materijala. Mijehovi : upotrebljavaju se za mjerenje malih tlakova. To osjetilo tlaka je limena cijev s tankom stijenkom i platom u obliku nabora. Na jednom kraju je zatvorena, a na drugi kraj je ugraen prikljuak za mjerni tlak.

MJERNI PRETVORNICI TLAKA Deformacijski pretvornici tlaka- Bourdonova cijevIzvedbe ovog osjetila (raljasto osjetilo za mjerno podruje 0.03 do 100 MPa,uvijeno osjetilo za mjerenje visokih tlakova (do 200 MPa), spiralno i helikoidno osjetilo velike osjetljivosti).

MJERNI PRETVORNICI TLAKA Deformacijski pretvornici tlaka

MJERNI PRETVORNICI TLAKAKapljevinski pretvornici tlaka b) kompenzacijski U-manometar s pominom aicom za uravnoteenje tlakova p1 - p2 = gh i kapacitivnim osjetilom, c) manometar sa zvonom kao osjetilom i linearnim varijabilnim diferencijalnim transformatorom (LVDT) kao pretvaraem razlike tlakova u odgovarajui elektrini signala) potenciometarskib) kapacitivnic) LVDT

MJERNI PRETVORNICI TLAKATenzometarska osjetila (metalna ili poluvodika)

R = kRo, (60, 120, 300 i 600 ) gdje je k - faktor proporcionalnosti (priblino 2) = l/l0, relativna vrijednost istezanja ili zbijanja (m/m - microstrain)

Pretvornik tlaka s membranom i rasteznim osjetilima (do 1500 Bara) MJERNI PRETVORNICI TLAKATenzometarska osjetila (metalna ili poluvodika)

MJERNI PRETVORNICI TLAKAPiezoelektrini pretvornici

Piezoelektrini pretvarai tlaka koriste princip promjene elektrinog naboja u kristalu kvarca pod djelovanjem promjene sile odnosno tlaka. Termiki su osjetljiviji i esto trae posebno hlaenje (vodom ili zrakom). Visoki tlakovi (do 1500 Bara).

MJERNI PRETVORNICI TLAKAInduktivni dava tlakaPrimarni namot ovog pretvaraa se napaja izmjeninim naponom odreene frekvencije, a sa sekundarnog namota se dobije napon proporcionalan primijenjenom tlaku.

MJERNI PRETVORNICI TLAKAKapacitivni senzor

SENZORI SILE I MOMENTA

MJERNI PRETVORNICI SILEekstenziometarPretvararaju mjerenu silu ili moment u mehaniku deformaciju, pa se mjerenjem naprezanja ili pomaka uzrokovanog deformacijom dobije razmjeran mjerni signall = lF / (AE) = kF,

1- duljina elastinog lana A - povrina poprenog presjeka,1- promjena duljine elast. lana zbog sile,F - mjerena sila.

MJERNI PRETVORNICI SILEhidrauliki mjerni pretvorniciHidraulini mjerni lan je ureaj koji pretvara silu ili teinu u proporcionalni hidrauliki tlak fluida-ulja, koji se zatim mjeri ugraenim pretvaraem tlaka.

MJERNI PRETVORNICI SILEelektrini mjerni pretvornici

Pretvarai zasnovani na promjeni elektrine otpornosti ( otpormnika rastezna osjetila - tenzometarska osjetila), induktivnosti (magnetska osjetila) i kapacitivnosti (kapacitivna osjetila)

MJERNI PRETVORNICI MOMENTAHidraulika vodena konicaSastoji se od rotora pokretanog strojem iji moment se mjeri i statora s ogranienim stupnjem slobode zakreta.Zakret statora proporcionalan je razvijenom okretnom momentu , odnosno snazi stroja, pa se mjerenjem sile potrebne da se sprijei zakretanje statora dobije nepoznati moment.

Razvijena snaga se pri tome disipira na zagrijavanje i cirkulaciju vode.

MJERNI PRETVORNICI MOMENTAElektrina konicaIstosmjerni elektrini generator spojen direktno na osovinu pogonskog stroja.

Mjerenjem veliine sile (uz poznat krak) potrebne da se sprijei zakretanje statora (tj. da ga se zadri u poetnom ravnotenom poloaju) dobije se razvijeni moment, a time i snaga stroja.

MJERNI PRETVORNICI MOMENTATenzometarske trake

MJERNI PRETVORNICI MOMENTAInduktivni (pick-up) pretvornik momenta

Mjerenje zakretnog momenta s induktivnim pretvaraem koji koristi princip faznog pomaka to je posljedica uvijanja osovineElektronikim sklopom mjeri se relativni fazni kut izmeu signala sa dviju sondi, te se onda pretvara u odgovarajui istosmjerni elektrini signal.

MJERNI PRETVORNICI MOMENTAOptoelektroniki dava momenta

MJERNI PRETVORNICI MOMENTATVDT (Torzioni Varijabilni Diferencijalni Transformator)

Rotor TVDT je iz magnetskog materijala i na njega su privrena tri uplja cilindrina komada iz magnetskog materijala (A, B, C), s uskim rasporima pod kutom od 35 stupnjeva u odnosu na os vratila rotora. Djelovanjem momenta jedan raspor se smanjuje, a drugi proporcionalno poveava.Kao posljedica, napon se na jednom sekundaru smanjuje, a u drugom poveava, te njihova razlika definira veliinu mjernog momenta. SENZORI POMAKA

MJERNI PRETVORNICI POMAKAPotenciometarski pretvarai pomaka Na otporniko tijelo iz izolacijskog materijala namota se ica iz razliitih legura (Ni-Cr, konstantan, srebro-paladij, platina-iridij).

Umjesto ice kao otpornika tijela takoer se koriste i ugljen, metalni film itd

MJERNI PRETVORNICI POMAKAPotenciometarski pretvarai pomaka Linearnost statike karakteristike je bolja to je optereenje potenciometra manje, tj. to je vei otpor RT.

MJERNI PRETVORNICI POMAKA Induktivni pretvornikLinearni varijabilni diferencijalni transformatorSlui za mjerenje translatornih pomaka u podruju od -250 do +250 mm

LVDT s demodulacijskim sklopom MJERNI PRETVORNICI POMAKA Induktivni pretvornikLinearni varijabilni diferencijalni transformator

MJERNI PRETVORNICI POMAKASinkro pretvornici pomak Selsini Primarni namot se napaja izmjeninom strujom (50 Hz do nekoliko kHz), a sa sekundarnih namota se uzima izlazni napon kao njihova razlika - diferencijaRotor s jednim primarnim namotom i stator sa tri sekundarna namota u zvijezda spoju, rasporeeni tako da se u njima induciraju naponi meusobno fazno pomaknuti za 120 kutnih stupnjeva

MJERNI PRETVORNICI POMAKASinkro pretvornici pomaka

Sinkroprijenosnici u indikatorskoj vezi (iro i ponavljai) transformatorskoj vezi MJERNI PRETVORNICI POMAKASinkro pretvornici pomaka MJERNI PRETVORNICI POMAKA(induktivni i optiki princip)

Digitalni pretvornici (enkoderi)

Inkrementalni pretvorniciApsolutni davai

induktivni optoelektroniki MJERNI PRETVORNICI POMAKADigitalni inkrementalni davai

MJERNI PRETVORNICI POMAKADigitalni inkrementalni davai

MJERNI PRETVORNICI KUTNOG POMAKADigitalni inkrementalni davaiMJERNI PRETVORNICI KUTNOG POMAKADigitalni inkrementalni davai

Princip realizacije optikog apsolutnog enkodera MJERNI PRETVORNICI POMAKADigitalni apsolutni davai (enkoderi)85-svaki sektor diska predstavlja odgovarajui binarni broj, a pojedini vjenci predtavljaju bit

-mogue registrirati kut pomou etiri para optocouplera ili pomou etkica prikaz azimuta, elektronika vaga

disk se zakrene za odgovarajui kut, svaki kut generira binarni broj koji se unosi u raunalo (tamni djelovi jedinice,svijetli nule)

MJERNI PRETVORNICI POMAKADigitalni apsolutni davai (enkoderi)

Princip apsolutnog davaa kutnog pomaka MJERNI PRETVORNICI POMAKADigitalni apsolutni davai (enkoderi)

8 bitni4 bitniGirokompas posebna vrsta zvrka koji zadrava smjer vrtnje bez obzira na gibanje broda moment inercije rotirajueg zvrka ga uvijek odrava u istom poloaju.MJERNI PRETVORNICI POLOAJAirokompas

Danas postoje i optiki irokompasi bez pokretnih djelova SENZORI BRZINE(za pravocrtne i kutne brzine)

MJERNI PRETVORNICI BRZINELinearni - Indukcijski pretvornikPri mjerenju linerne brzine moe se gibati ili permanentni magnet ili svitak, to za posljedicu ima inducirani napon u svitku proporcionalan linearnoj brzini.MJERNI PRETVORNICI BRZINECentrifugalni mjera ZASTARILO !!!

Centrifugalni osjetnik brzine s LVDT

James Watt speed governor

MJERNI PRETVORNICI BRZINETahogenerator Tahogeneratori istosmjerne struje (do 6000 o/min),polaritet se mijenja sa smjerom okretaja

Tahogenerator izmjenine struje: (do 10000 o/min, spec. do 100000 o/min)

MJERNI PRETVORNICI BRZINEMagnetski pick-up Impulsi (2-10 V) iz magnetskog pretvornika se broje u strogo definiranom vremenskom intervalu, pa se na osnovu broja impulsa u odreenom vremenu odreuje brzina vrtnje. Koriste se za mjerna podruja do 10 000 min-1 (posebne izvedbe i do 40 000 min-1).

MJERNI PRETVORNICI BRZINEOptoelektroniki mjera brzine

MJERNI PRETVORNICIRAZINE

plovkom, tlanim osjetilom, osjetilom sile, tenzometarskim osjetilom, ultrazvunim osjetilomMJERNI PRETVORNICI RAZINEplovak

MJERNI PRETVORNICI RAZINEHidrostatski tlak

MJERNI PRETVORNICI RAZINEDinamometar i tenziometarske trakeZa mjerenje razine naroito viskoznih goriva na brodu je pogodnija upotreba pretvaraa koji ne dolaze u direktni kontakt s gorivom, ve razinu mjere posredno , mjerei teinu rezervoara u kojem se nalazi gorivo.

MJERNI PRETVORNICI RAZINEMikrovalovi

Dava/prima

MJERNI PRETVORNICI RAZINEUltrazvuni

MJERNI PRETVORNICIPROTOKA

Protok se definira koliinom tekuine to protjee u jedinici vremena. Moe biti volumni i maseni protok.Mjerenje protoka svodi na ve poznato mjerenje razlike tlaka, mjerenje pomaka ili brzine vrtnje, pa se i svrstavaju u tri osnovne skupine:

- osjetila protoka na principu razlike tlaka,- mehanika osjetila protoka: pomina i rotacijska,- osjetila protoka zasnovana na svojstvima tekuinaMJERNI PRETVORNICI PROTOKAOpenito

MJERNI PRETVORNICI PROTOKAPricip promjene tlaka

k konstanta (koeficijent odstupanja) A povrina presjeka na suenju specifina teina tekuinep pad tlaka na suenjuod 25 do 6500 kg/h tonost naglo pada kod protoka koji su manji od 15 do 20 % nominalnog protokaMJERNI PRETVORNICI PROTOKATurbinski davai protoka Koriste u vrlo irokom mjernom podruju protoka: od 0.01 do 40000 l/min pa i vie litara. Tlak tekuine moe biti i do 350 MPa.Primjenjuju se u cjevovodima promjera 1 cm do nekoliko desetina cm

MJERNI PRETVORNICI PROTOKATurbinski davai protoka

1. Prirubnica2. Tijelo mjeraa3. Pick-up s magnetom4. Permanentni magnet5. Zavojnica6. Rotorska loptica7. Glavina rotora8. Leaj osovine rotora9. Rotorska osovina10. Nosa difuzora11. Difuzor i usmjeriva fluida12. Usmjerivaka ploa fluida

Brzina vrtnje vijka ovisi o volumnom protoku tekuine = Kd qMJERNI PRETVORNICI PROTOKAElektromagnetski

Koristi za mjerenje protoka elektriki vodljivih tekuina (npr. slatka ili morska voda ). Pogreka +/- 1%.E = B D v

MJERNI PRETVORNICI PROTOKAUltrazvuni

Brzina emitiranog ultrazvunog vala je c, pa se trajanje putovanja akustikog vala niz struju tekuine odredi iz izraza t1 = d/(c+v), a uz struju tekuine iz izraza t2 = d/(c-v). Diferencija vremena trajanja t = t2 t1 = 2dv/(c2 v2) razmjerna je brzini protjecanja tekuine. Za v c (u praksi est sluaj) imamo t =2dv/c2, odnosno v = c2t/2d = k t . Uz poznati presjek cjevovoda, lako se dobije volumni protok q. OSTALI SENZORI

OSTALI DAVAIViskozimetarOSTALI DAVAIViskozimetar

OSTALI DAVAIDetektor ulja u vodi

Ionizacijski detektor dima OSTALI DAVAIDetektor dima

OSTALI DAVAIFotoelektrini detektor dima apsorpcija i refleksija svjetlosti

OSTALI DAVAIDetektor plamenaultraljubiaste do 350 nmvidljive 350 - 800 nmpriblino infracrvene 800 nm - 1.3 minfracrvene 1.3 m - 10 m ili vie.114bar kod se sastoji od niza debljih i tanjih vertikalnih Linija

nosioc informacije je tapi i svijetliji meuprostori

EAN kod sa 13 znakova:

ZZZ PPPPAAAAA KZZZ - prefiks PPPPAAAAA - nacionalni broj artiklaK kontrolni brojitai bar kodova

115

TONOSTSENZORA117Osnovna svojstva senzora su tonost i brzina odziva ( sposobnost senzora da se to vie priblii mjerenoj veliini ).

Na tonost senzora utjee:

-statika greka-dinamika greka-greka ponovljivosti dobivenog signala (reproducibilnost)-mrtvo vrijeme (dead time)-mrtvo podruje (dead zone)

118-statika greka odstupanje vrijednosti koje je senzor detektirao od tone vrijednosti fizikalne veliine u sluaju stalne fizikalne veliine. Izraava se u postotcima odstupanja od cijelog mjernog podruja

-dinamika greka - odstupanje vrijednosti koje je senzor detektirao od tone vrijednosti fizikalne veliine u sluaju promjene fizikalne veliine. Nastaje samo kad se mjerena veliina mjenja i pada na nulu kad se mjerena veliina ustali (uzrok je to vrijednost koju senzor mjeri kasne za stvarnom promjenom mjerene veliine).

119-greka ponovljivosti dobivenog signala ( reproducibilnost ) maksimalno odstupanje ponovnih mjerenja od srednje vrijednosti u sluaju kad je mjerena vrijednost stalna.

Ako senzor ima malu greku ponovljivosti radi se o sistematskoj greki koju je mogue ispraviti odreenim ugaanjima (senzor uvijek ponavlja istu pogrenu vrijednost).

Ako senzor ima veliku greku ponovljivosti onda se radi o sluajnim grekama i nije mogue popraviti senzor ugaanjima.120-- mrtvo vrijeme ( dead time ) vremenski pomak od trenutka kad se mjerena veliina stvarno promijeni da trenutka kada se iskae na izlazu senzora usporava cijeli ulazni lanac pa je neprihvatljivo za brze procese.

-mrtvo podruje (zona) najvea promjena mjerene veliine do koje moe doi a da se ne promjeni izlazni signal iz senzora (osjetljivost senzora).AKTUATORIIZVRNI I REGULIRAJUI(POSTAVNI) ORGANI Analogni i digitalni

121IZVRNI I REGULIRAJUI (POSTAVNI) ORGANIZadaci

Osiguravaju potrebnu snagu za upravljanje i regulaciju.Moraju biti stabilni u ustaljenom i prijelaznom reimu radaLinearne statike karakteristike

Dijele se na:

ElektrikeHidraulikePneumatske

IZVRNI I REGULIRAJUI ORGANIIstosmjerni motor (DC motor)

Dobra dinamika svojstva, iroko podruje upravljanja, pogodni zamale i srednje snage.

Regulacija brzine uzbudom i naponom armature.

IZVRNI I REGULIRAJUI ORGANIIzmjenini dvofazni motor (AC motor)

Dobra dinamika svojstva, iroko podruje upravljanja, pogodni zamanje snage i momente, bez etkica.

Regulacija brzine frekvencijom.

IZVRNI i REGULIRAJUI ORGANIKorani motor (step motor)

Motor koji elektrine impulse koje generira raunalo pretvara umehaniki zakret.125

a) s Varijabilnom reluktancijom (korak 15 st) b) s permanentnim magnetom

IZVRNI I REGULIRAJUI ORGANIKorani motor (step motor)

IZVRNI I REGULIRAJUI ORGANIKorani motor kombiniranog djelovanja (step motor)Primjena: Pogon motornih ventila moe se upravljati sa otvorenouventila u diskretnim koracima

IZVRNI I REGULIRAJUI ORGANIHidrauliki sustav

Kombinacija hidraulikog razvodnika i cilindra IZVRNI I REGULIRAJUI ORGANIHidrauliki sustav

IZVRNI I REGULIRAJUI ORGANIRazmjerni elektrohidrauliki servo ventil

IZVRNI I REGULIRAJUI ORGANIPneumatski sustav

IZVRNI I REGULIRAJUI ORGANIRazmjerni elektropneumatski servo ventil

1 bar = 14.50377 psi1 atm = 14.69569 psi

IZVRNI I REGULIRAJUI ORGANITroputni ventil (pozicioner)

Razni oblici vretena ventila IZVRNI I REGULIRAJUI ORGANITroputni ventil (pozicioner) elektromotor ili pneumatski

IZVRNI I REGULIRAJUI ORGANITroputni ventil (pozicioner)

IZVRNI I REGULIRAJUI ORGANISolenoid ventili (digitalni aktuator)

TEMELJNA NAELA SUSTAVA UPRAVLJANJA ILI REGULACIJE

MODEL SUSTAVASISO sustavi (engl. Single Input Single Output)

SIMO sustavi (engl. Single Input Multiple Output)

MISO sustavi (engl. Multiple Input Single Output)

MIMO sustavi (engl. Multiple Input MultipleOutput)

Temeljna naela sustava upravljanja Temeljna su naela sustava upravljanja:

1. naelo otvorenog sustava,

2. naelo kompenzacije

3. naelo povratne veze. NAELO OTVORENOG SUSTAVA Regulator na temelju vodee veliine generira upravljaku veliinu koja se pojaava i modificira u aktuatoru i stvara se izvrna veliina kojom se djeluje na objekt upravljanja.

Zeleno, uto i crveno svijetlo na semaforu mijenjaju se naizmjenino prema unaprijed utvrenim vremenskim intervalima, a bez obzira na gustou prometa. Naelo otvorenog sustava

Izvrna veliina formira se iskljuivo na temelju zadanog algoritma funkcioniranja vodee veliine bez obzira na poremeajne veliine koje mogu djelovati na objekt. Ne nadziru se izlazne veliine!!!!

Primjeri: automatska signalizacija, blokada, zatita, uputanje, zaustavljanje, upravljanje elektrohidraulikim i elektropneumatskim ventilima, logiki elementi, itd. Naelo otvorenog sustava

Primjer otvorenog sustava

NAELO KOMPENZACIJESutina naela kompenzacije je u mjerenju poremeajnih veliina, te, ovisno o rezultatima mjerenja, formiranja izvrnog djelovanja na objekt regulacije (primjer korekcije kursa broda na temelju brzine bonog vjetra).

Namjera je osiguranje promjene izlazne veliine prema zadanoj vodeoj veliini uz ponitavanje mjerljivih poremeaja. Naelo kompenzacije

Primjer kompenzacijeAko se eli odrati konstantan pritisak u posudi bez obzira na promjenu pritiska vanjskog zraka (krivulja 1) tada treba pomicati zasun i regulirati protok zraka G2

Poveanjem pritiska vanjskog zraka stie se posuda i pritisak zraka u posudi tei ka poveanju, meutim pritisak vanjskog zraka pritiska takoer i mijeh 2 te oprugu 1 i die zasun. Opruga koja otvara zasun, poveava se protok G2. Pritisak zraka u posudi ostaje konstantan

NAELO POVRATNE VEZEBitno je uoiti da se kod naela zatvorenog sustava ne mjere poremeajne veliine nego izlazna (regulacijska) veliina!!Blok shema povratne veze

Zadatak sustava automatske regulacije je ostvarivanje uvjeta:

y(t) = r(t)

Informacija o izlaznoj (regulacijskoj) veliini y(t) stalno se mjeri pomou senzora, te se dovodi u komparator gdje se usporeuje s vodeom ili referentnom veliinom r(t).

Naelo povratne veze

Razlika izmeu referentne (vodee) veliine r(t) i regulirane (izlazne) veliine y(t) naziva se regulacijsko odstupanje (t) = r(t) - y(t)Signal regulacijskog odstupanja se dovodi na ulaz regulatora. Zadatak regulatora je da generira upravljaku veliinu koja e upravljati aktuatorom koji generira izvrnu veliinu i djeluje na objekt regulacije na nain da to vie smanji regulacijsko odstupanje (= 0) !!!!!!

Naelo povratne veze

Automobil1) voza prati poloaj automobila u odnosu na put - tu oi imaju funkciju detektora informacije o ostvarenom rezultatu upravljanja, ta se informacija prenosi u mozak;2) mozak vozaa vri usporedbu detektirane veliine o trenutnom poloaju automobila i vodee veliine o putu te donosi odluku o aktiviranju izvrnog organa, ruke, u(t);3) izvrenje odluke na objektu reguliranja y(t): to je upravlja automobila kojega voza rukama pomie.

Regulacija procesa i servomehanizma

Servomehanizam

Regulacija brzine okretaja motora naelo zatvorene petlje

Regulacija brzine okretaja motora naelo zatvorene petlje

Regulacija brzine okretaja motora naelo zatvorene petlje

Naelo povratne veze i naelo kompenzacije (unaprijedno upravljanje) primjer platforma. Do ovdje ..

MODELIRANJE SUSTAVA AUTOMAIZACIJE 2. KOMPONENTE SUSTAVA AUTOMATIKE I NJIHOVE ANALOGIJE

2.1. MEHANIKE TRANSLACIJSKE KOMPONENTE

Grafiki prikaz (simbol) Matematiki simbol Blok komponente

Grafiki prikaz (simbol) Matematiki simbol Blok komponente

Grafiki prikaz (simbol) Matematiki simbol Blok komponente

MASA OPRUGA PRIGUIVA

2.2. MEHANIKE ROTACIJSKE KOMPONENTE

Grafiki prikaz (simbol) Matematiki simbol Blok komponente

Grafiki prikaz (simbol) Matematiki simbol Blok komponente

Grafiki prikaz (simbol) Matematiki simbol Blok komponenteMOMENT INERCIJE ELASTINA OSOVINA LEAJ S TRENJEM

2.3. ELEKTRINE KOMPONENTE

Grafiki prikaz (simbol) Matematiki model Blok komponente

Matematiki modelBlok komponente

Grafiki prikaz (simbol) Matematiki model Blok komponente

Grafiki prikaz (simbol) OTPORNIK ZAVOJNICA KONDENZATOR

2.4. ANALOGIJE MEU KOMPONENTAMA I SUSTAVIMA

Mehanike translacijske veliineMehanike rotacijske veliineElektrine veliineNazivOznakaDimenz.NazivOznakaDimenz.Naziv OznakaDimenz.SilaFNZakretni momentMNmNaponUVBrzinam/sKutna brzinarad/sStrujaIAPomak xmKutni pomakradNabojQAsMasamkgMoment inercijeJInduktivitet zavojniceLHKoef. elast.kN/mKoeficijent elast. na torzijuNm/radKapacitet kond.Koef. visco.BNs/mKoeficijent viskoznogtrenja leajaNms/radOtpornost otpornikaR

2.6. IZVOENJE PRIJENOSNIH FUNKCIJA ELEKTROMEHANIKIH SUSTAVA

(1)(4)(3)(2)(5)(6)(7)(8)(9)3.STRUKTURNI PRIKAZ SUSTAVA AUTOMATIKE (ALGEBRA BLOKOVA)

Blok dijagram regulacijskog kruga

3.1. PRAVILA ALGEBRE BLOKOVA

a)operacija u toki grananja

b)operacija u toki zbrajanja

Svaki izlazni signal iz toke grananja jednak je ulaznom signalu

x1 = x2 = x3

Izlazni signal iz toke zbrajanja jednak je algebarskom zbroju svih ulaznih signalay = x1 x2 Operacije nad blokovima

Serijski (kaskadni) spoj blokova

b) Paralelan spoj blokova

c) Povratna veza

- Prijenosna funkcija otvorene petlje (otvorenog regulacijskog kruga):

- Prijenosna funkcija zatvorene petlje (regulacijskog kruga):

- Izvod prijenosne funkcije zatvorene regulacijske petlje:

Operacije prebacivanjaprebacivanje toke grananja preko (iza) bloka u smjeru toka signala

b)prebacivanje toke zbrajanja preko bloka u suprotnom smjeru od toka signala

c)prebacivanje toke zbrajanja preko bloka u smjeru toka signala (ispred bloka)

Usporedbom ovih jednadbi oito mora vrijediti :

d)prebacivanje toke grananja preko bloka u smjeru suprotnom od toka signala

TransformacijaJednadbaBlok DijagramEkvivalentni blok dijagramSerijska vezaY=G1G2XParalelna vezaY= (G1G2)XPovratna vezaPrebacivanjetoke grananjaiza blokaY=GXPrebacivanjetoke grananjaispred blokaY=GXPrebacivanjetoke zbrajanjaiza blokaY=GXPrebacivanjetoke zbrajanjaispred blokaY=GX1HZ

4.ANALIZA SUSTAVA AUTOMATIKE

4.1. STABILNOST SUSTAVA AUTOMATIKE

. prijenosna funkcija zatvorene kruga

prijenosna funkcija otvorene kruga karakteristina jednadba sustava:

Odziv sustava u ovisnosti o poloaju korijena karakteristine jednadbe sustavaSLUAJPOLOAJ KORIJENAKarakteristine jednadbeODZIV SUSTAVAna impulsnu pobuduSTABILNOST SUSTAVAAStatika stabilnostBStatikagranina stabilnostCStatika nestabilnostDDinamikarelativnastabilnostEDinamikagraninastabilnostFDinamika nestabilnost

4.2. Postupci ispitivanja stabilnosti sustava

4.2.1. Hurwitzov kriterij stabilnosti

4.2.2. Routhov kriterij stabilnosti

Rn..Rn-1..Rn-2..Rn-3................

4.3. Analiza sustava u vremenskom podruju

Dominantni polovi sustava ija je prijenosna funkcija, npr:

su konjugirano- kompleksan par polova p1 i p2, jer su ti polovi najblii Imaginarnoj osi.

Odziv sustava drugog reda na jedininu odskonu pobudu:

Odziv slabo priguenog sustava drugog redana jedininu odskonu (step) pobudu

4.4. Analiza sustava u frekvencijskom podruju

Amplituda:

Faza:

Grafiki prikaz kompleksnog broja

4.5. Postupak crtanja amplitudno-frekvencijskog i fazno- frekvencijskog (Bodeovih) dijagrama

Ulazni i izlazni signal:

eksponencijalni zapis prijenosne funkcije otvorenog kruga

..amplituda

..faza

4.5.1. Crtanje Bodeovih dijagrama elementarnih lanova

Proporcionalni lan nultog reda

Amplitudno-frekvencijska i fazno-frekvencijska karakteristika proporcionalnog lana 0. reda b) Integracijski lan

l=1,2,3...

Osnovni podaci amplitudne i fazne karakteristike integracijskog lana prvog, drugog i treeg reda

lAmplitudni dijagramFazni dijagramNAGIBPRESJENA FREKVENCIJA1-20 dB/dek1 rad/s- 902-40 dB/dek1 rad/s- 1803-60 dB/dek1 rad/s- 270

Amplitudno-frekvencijska i fazno-frekvencijska karakteristika integracijskog lanac) Derivacijski lan

l = 1,2,3,...

Osnovni podaci amplitudne i fazne karakteristike derivacijskog lana prvog, drugog i treeg reda

lAmplitudni dijagramFazni dijagramNAGIBPRESJENA FREKVENCIJA120 dB/dek1 rad/s90240 dB/dek1 rad/s180360 dB/dek1 rad/s270

Amplitudno-frekvencijska i fazno-frekvencijska karakteristika derivacijskog lanad) Proporcionalni lan prvog reda

Analiza u niskofrekvencijskom podruju, ( ):

Amplitudno-frekvencijska i fazno-frekvencijska karakteristika proporcionalnog lana prvog reda

e) Obrnuto proporcionalni lan 1. reda

Analiza u niskofrekvencijskom podruju:

Analiza u visokofrekvencijskom podruju:

Fazno-frekvencijska karakteristika obrnuto proporcionalnog lana 1:

Amplitudno-frekvencijska i fazno-frekvencijska karakteristika obrnuto proporcionalnog lana prvog redaf) Poporcionalni lan 2. reda

Analiza u niskofrekvencijskom podruju:

- Analiza u visokofrekvencijskom podruju:

uzvrijedi:

Fazno-frekvencijska karakteristika proporcionalnog lana 2:

Amplitudno-frekvencijska i fazno-frekvencijska karakteristikaproporcionalnog lana drugog redag) Obrnuto proporcionalni lan 2. reda

- Analiza u niskofrekvencijskom podruju:

Analiza u visokofrekvencijskom podruju:

uzvrijedi:

Amplitudno-frekvencijska i fazno-frekvencijska karakteristika obrnuto proporcionalnog lana drugog reda 4.6. Grafo-analitiki kriteriji stabilnosti 4.6.1. Bodeov kriterij stabilnosti

LALFK (Logaritamsko Amplitudno Logaritamsko Frekvencijska Karakteristika)

-FLFK (Fazna Logaritamsko Frekvencijska Karakteristika

Bodeov kriterij stabilnosti

sustav je na granici stabilnosti ako je sustav je relativno nestabilan ako vrijedi .

Definicija relativne stabilnosti sustava s obzirom na iznos amplitudne i fazne priuve: Definicija relativne stabilnosti sustava s obzirom na vrijednosti frekvencije kritine amplitude i frekvencije kritine faze:- sustav je relativno stabilan ako vrijedi- sustav je relativno stabilan ako vrijediAP > 0 dB , FP > 0,- sustav je na granici stabilnosti ako jeAP = 0 dB , FP = 0, - sustav je relativno nestabilan ako vrijediAP < 0 dB , FP < 0. 4.9. Povezanost veliina vremenskog i frekvencijskog podruja

Ovisnost maksimalnog prebaaja o stupnju priguenja Tr = vrijeme porasta:

Tx = vrijeme smirivanja:

tp = vrijeme maksimalnog prebaaja:

5.KRITERIJI ZA OCJENU KVALITETE SUSTAVA AUTOMATIKE

5.1. Zahtjevi u vremenskom podruju

5.1.1. Pogreke sustava automatike (pogreke ustaljenog stanja)

Pogreka poloaja i koeficijent pogreke poloaja:Pogreka brzine i koeficijent pogreke brzine:

Pogreka ubrzanja i koeficijent pogreke ubrzanja:

Vrijednosti pogreaka ustaljenog stanja za sustave prve, druge i tree vrste pogreka

vrsta sust. 0. 1. 0 2. 0

0,

,

.ev = 1/ Kv

ea = 1/ Ka 5.2. Zahtjevi u frekvencijskom podruju

5.3. Integralne ocjene kvalitete sustava

REGULATORIZadatak mu je odravanje regulirane veliine na eljenoj - postavnoj vrijednosti uz osiguranje traene tonosti i stabilnosti cijele regulacijske staze procesaZadatak regulatoraRegulatori mogu biti razliitih izvedbi ovisno o zahtjevima regulacijskog kruga: mehaniki, elektroniki, pneumatski, hidrauliki ili kombinirani.

Prema tipu regulacijskog djelovanja mogu biti: P-regulatori tj. regulatori razmjernog djelovanja, I-regulatori (integralnog djelovanja), D-regulatori (derivacijskog djelovanja)

i najee kombinirani (PI, PD i PID regulatori). Vrste regulatorta

Primjer odravanja konstantne razine tekuine u tanku regulacijom izlaznog toka (ulazni tok se mijenja)razina tankaZadana razinaZadana razinaulazni tokizlazni tokulazni tok

izlazni tokovjek: detektor, komparator regulatorVentil: aktuatorPromjena razine tanka za skokovitu promjenu zadane razinerazina tankaulazni tok

izlazni tokZadana razina

Promjena izlaznog toka za step promjenu ulaznog

Tipovi regulatoraPostoje razliite vrste regulatora:

P regulatorD regulatorI regulator

Mogue su i kombinacije

PPIPIDPD se ne koristi

P-REGULATOR

Primjer P regulatora (mehaniki)

x - trenutna vrijednost regulirane veliine (razine)w - vodea vrijednost (eljena veliina)xw =(x - w) - regulacijsko odstupanjey - postavna veliina (poloaj zasuna)- ulazni upravljaki signal (e =x-w)

a i b - krakovi poluge regulatora

Xmin - minimalna razinaXmax - maksimalna razinaXp - podruje proporcionalnosti

Pojaanje proporcionalnog regulatora je:

Primjer P regulatora - pneumatski

Podeavanje PBTlak u cjevovodu (izlazna - regulirana veliina) djeluje na metalni mijeh MM koji odreenom silom djeluje na polugu.

Na lijevom kraju poluge je zaslon Z koji pritvara sapnicu S.

Jedna grana vodi postavni upravljaki tlak prema membranskom ventilu MV. (postavni tlak reda veliine 1 bar moe proizvesti relativno velike sile).

Opis rada P regulatora - pneumatski

Za bolji odziv regulatora uvedena je negativna povratna veza preko mijeha MPV. Veliina ove povratne veze moe se mijenjati pomicanjem hvatita poluge ovog mijeha.

Sila stvorena mijehom MPV suprotna je sili koju stvara mijeh MM.

Ovaj sustav spada u sustave posredne regulacije, jer koristi pomoni izvor energije (tlak p0).Opis rada P regulatora - pneumatski

Primjer P regulatora - elektriki

Realan sustav mora postojatiodstupanje od par stupnjeva (postoji minimalni napon ispod kojega motor nee raditi)

vee pojaanje manje odstupanje vee pojaanje manje vrijeme uspona vee pojaanje vee oscilacijeIdealan sustavIntegracijsko djelovanje regulatora I-REGULATORe(t)- regulacijsko odstupanjeyr(t)-izlazni signal iz regulatora

Integracijsko pojaanjeOdziv I-REGULATORA na naglu promjenuvodee veliine

I regulator hidraulikog djelovanja Regulator mora odravati tlak p u pneumatskom kanalu na priblino stalnoj vrijednosti bez obzira na potronju pomou zaklopke Zk promjenom njene otvorenosti tj promjenom dobave.

Promjena tlaka mjeri se pomou mijeha Me iji se pomak prenosi na upravljaki stap US upravljakog cilindra (hidraulikog razvodnika) UC.

Opis rada I regulatora - hidraulikog

Hidrauliki servorazvodnik upravlja radom hidraulikog izvrnog cilindra koji preko svog stapa mehaniki djeluje na zaklopku tj. upravlja veliinom njenog otvaranja.

eljena odnosno postavna vrijednost reguliranog tlaka moe se podesiti pomou davaa vodee vrijednosti s oprugom.Opis rada I regulatora - hidraulikog

Proporcionalno integracijsko djelovanje PI-REGULATORkp proporcionalno pojaanje sustavaki integracijsko pojaanje sustavaTi integracijsko vrijeme [s, min]

Vrijeme potrebno da izlazni signal iz regulatora postigne dvostruko veu vrijednost od poetnog skoka(koji je posljedica proporcionalnog dijelovanja) se naziva integracijsko vrijeme Ti izraava se u sekundama, minutama ili u broju ponavljanja u minuti.

to je vei ki, to je manji Ti !!!!PI-REGULATORTEMELJNE ZNAAJKE PI REGULATORAProporcionalno djelovanje daje neposrednost i stabilnost djelovanja, dok integracijsko djelovanje otklanja odstupanje. Postoje oscilacije za vrijeme prijelaznih pojava.

Primjer PI regulatora - pneumatski

Primjer PI regulatora - pneumatskiPri skokovitoj promjeni reguliranog tlaka, djeluje regulator najprije kao P regulator s krutom povratnom vezom preko mijeha MPV. S vremenom raste tlak u integralnom mijehu do tlaka ps. Pritom integralni mijeh djeluje suprotnom silom od mijeha povratne veze MPV, te na kraju poniti njegovo djelovanje. Na taj nain pojaanje dostie postupno maksimalnu vrijednost sustava zaslon-sapnica. Pomou dodatnog volumena DO poveava se vremenska konstanta integralnog djelovanja.Derivacijsko djelovanje regulatora D-REGULATORe(t)- regulacijsko odstupanjeyr(t)-izlazni signal iz regulatora

kd derivacijsko pojaanje sustava Td derivacijsko vrijeme [s, min] D-REGULATOR

PD-REGULATORProporcionalno derivacijsko djelovanje

Vrijeme potrebno da izlazni signal iz regulatora postigne vrijednost proporcionalnog pojaanja kp koji je jednak poetnom skoku (koji je posljedica derivacijskog djelovanja) se naziva derivacijsko vrijeme Td izraava se u sekundama, minutama ili u broju ponavljanja u minuti PD-REGULATOR

TEMELJNE ZNAAJKE PD REGULATORAProporcionalno djelovanje daje neposrednost i stabilnost djelovanja te otklanja vea odstupanja, dok se derivacijsko djelovanje daje brzinu odziva.Preostaje odstupanje regulirane i voene veliine.

PID-REGULATORProporcionalno integracijsko derivacijsko djelovanje

Proporcionalno djelovanje mu osigurava stabilnost, integracijsko otklanja odstupanje, a derivacijsko poboljava brzinu odziva i priguuje eventualnu sklonost sustava k osciliranju.TEMELJNE ZNAAJKE PID REGULATORA

Primjer PID regulatora - pneumatski

Primjer PID regulatora - pneumatskiPrigunica Pr1 djeluje u poetku tako da je djelovanje povratne veze preko MPV skoro sasvim iskljueno, pa sustav ima veliko pojaanje. Nakon toga poinje djelovati integralni mijeh preko prigunice Pr2 smanjujui utjecaj MPV i time zadravajui vee pojaanje sustava za dulje vrijeme.

Primjer PID regulatora rashladna vodaKASKADNA REGULACIJA

Ventil za regulaciju e moi vrlo teko regulirati razinu u tanku 2 radi vremenskog kanjenja u sustavu veliko odstupanje razine tanka 2 Primjer loe regulacije !!!

Kaskadno spojeni kontroleri dobra regulacijaPuno bolja regulacija razine tanka 2.Ponitava se efekt vremenskog kanjenja tanka 1.

SLAVE P ili PIMASTER - PID

Kaskadna regulacija temperature rashladne vodeDISKRETNI SUSTAVI VOENI VREMENOM(Discrete time system)Izvrni mehanizmi (aktuatori) su u praksi ostvareni kao elementi s kontinuiranim djelovanjem. To su najee motori (elektriki, pneumatski, hidrauliki).

Regulatori mogu biti diskretni - najee su elektronika raunala koji mogu obraivati digitalne brojeve (diskretne veliine).

Kako su prisutne i kontinuirane i diskretne veliine nuni su A/D (analogno-digitalni) i D/A (digitalno-analogni) pretvornici. Sustav s pretvorbom diskretnog u kontinuirani signal

Sabirnica ulaznog porta( 8 bitni digitalni broj)Sabirnica izlaznog porta(8 bitni digitalni broj)

Digitalno raunalo - regulator

Svi ulazni uzorci se smjetaju u memoriju, zatim se obrauju u CPUprema programu zapisanog u EEPROM-u. CPU izraunava izlazneuzorkeSabirnica izlaznog porta(8 bitni digitalni broj)

Sabirnica ulaznog porta( 8 bitni digitalni broj)DISKRETNI SUSTAVI S DISKRETNIM DOGAAJIMA(Discrete event system)

Jednostavni diskretni sustav s diskretnim dogaajimRegulacija temperature prostorije

PROGRAMABINI LOGIKI KONTROLERI (PLC)

Logiki kontroler moe upravljati sustavima sa diskretnim dogaajima

281to je to PLC?ProgramabilniLogikiControler (Regulator)

- je univerzalna programibilna upravljaka jedinica, razvijen kao zamjena za sloene relejne upravljake sklopove

ulaziizlazi281282Prednosti koritenja PLC-a u odnosu na druge (npr. relejne) upravljake skolopovePouzdanost nema mehanikih pokretnih dijelova, otporan na pogonske uvjete rada (temperaturu, vlagu, udarce,...). Adaptivnost - kad se napie i testira, PLC program za upravljanje nekog ureaja moe se bez problema prenijeti na drugi PLC u drugom ureaju. Fleksibilnost jedan PLC ureaj moe izmjenom programa obavljati funkciju sasvim novog, razliitog upravljakog sklopa. Za izmjenu programa potrebno je vrlo malo vremena.Brzina brojne aplikacije na automatiziranim strojevima zahtjevaju vrlo brzu reakciju na pojavu signala. Takve aplikacije jednostavno su izvedive uz pomo PLC-a282283Podjela PLC urejaPrema broju ulaznih i izlaznih stezaljki (poveanjem broja ulazno/izlaznih stezaljki poveava se i sloenost ureaja, snaga procesora i kapcitet memorije)S obzirom na tip signala s kojim rade ureaji, tj. imaju li digitalne i analogne ulaze/izlazePri podijeli na jednosavnije i sloenije ureaje treba uzeti u obzir mogunost izvoenja matematikih operacija nad realnim brojevima (floating point), PID regulaciju, mogunost proirenja, itd. 283284Osnovne cjeline PLC-a

284285Ulazni dioPrikljune vijane stezaljke na koje se spajaju signali iz okoline (dojavni signali iz procesa kojim se upravlja)Mjesto poetka prilagodbe signalaDigitalna ulazna informacija su sklopke, tipkala, senzoriAnalogna ulazna informacija npr. naponski signal od 0 do 10 V s mjernog pretvornika tlaka, temperature i sl.

285286Izlazni dioPrikljune vijane stezaljke na koje se spajaju izvrni ureaji iz procesa kojima PLC alje upravljake signaleNa digitalne izlaze spajaju se magnetni svici, releji, sklopnici, motorske sklopke, signalne lampe, pneumatski razvodnici i sl.Analogni izlazi daju strujne signale za prikaz neke veliine na pokaznom instrumentu, slue kao referenca brzine za frekvencijski pretvara, predstavljaju PID upravljaki signal i sl.

286287Centralna procesorska jedinica (CPU)Centralna procesorska jedinica s memorijom glavna je jedinica PLC ureaja. Procesorska jedinica ita stanja svih ulaza i izlaza PLC ureaja (analognih i digitalnih), logiki ih obrauje u skladu s programom izraenim od strane korisnika, te upravlja izlazima prema rezultatima dobivenim nakon logike obrade.

287288Rad ureajaPLC prema promjeni stanja na njegovim ulazima mora kontinuirano korigirati stanja izlaza, na nain odreen logikom u korisnikom programu. PLC tu internu obradu podataka vrti cikliki u beskonanoj petlji.

Vrijeme jednog ciklusaza oko 500 programskih naredbise kree oko 1,5 ms.

288

PLC moe imati analogne ulaze i izlaze_PROGRAMABINI LOGIKI KONTROLERI (PROGRAMIRANJE)

291Programiranje PLC-aPisanje programa najee se izvodi preko nadreenog PC raunala na kojem je instaliran softver za koriteni PLC.Svaki proizvoa uz svoj PLC daje softver koji je u stvari kombinacija programskog editora, prevodioca (compilera), te komunikacijskog softvera. U editoru se napie programski kod u nekom od programskih jezika te se zatim provjeri sintaksa (compiler). Ako program nema sintaksnih graaka softver ga alje u RAM memoriju PLC-a (komunikacijski softver), koji je tada spreman za rad. 291

Editor293Programiranje i komunikacijaProgram za PLC se pie na raunalu, a potom snima na PLC. Raunalo i PLC povezani su komunikacijskim kabelom (RS 232 standard).

293294Programski jezik PLC-aProizvoai PLC-a nude razne tehnike programiranja. Najee uporabljivane tehnike su : ljestviasti dijagrami (eng. ladder diagram, njem. kontakt plan), funkcijsko blokovski dijagrami (grafiko programiranje), STL (eng. statement list) instrukcijske liste. Grafcet294295Svaki programski logiki put u ljestviastom dijagramu mora imati najmanje jednu izlaznu naredbu, a obino sadri jedan ili vie uvjeta koji moraju biti zadovoljeni da bi se izvrila izlazna naredba.

Uvjeti su najee signali koji dolaze sa ureaja prikljuenih na ulaz PLC-a u kombinaciji sa statusom izlaza, pomonih memorijskih varijabli, vremenskih i brojakih lanova.

Na desnoj strani svakog logikog puta nalazi se izlazna naredba koja se aktivira/deaktivira s obzirom na stanje uvjeta. Izlazne naredbe su npr. 'ukljui izlaz' .Programiranje PLCa - Ljestviasti dijagram295296Programiranje PLCa - Ljestviasti dijagram -Osnovne naredbe za programiranje PLC-a Naredba NO - Normally Open :

Ova naredba ispituje da je li adresirani bit (stanje na ulazu I0.1) u stanju logike jedinice. Ako je uvjet je zadovoljen ostvaruju se logiki kontinuitet.

Naredba NC - Normally Closed :

Ova naredba ispituje je li adresirani bit (stanje na ulazu I0.2) u stanju logike nule. Ako je uvjet je zadovoljen ostvaruju se logiki kontinuitet.

296297Programiranje PLCa - Ljestviasti dijagram -Osnovne naredbe za programiranje PLC-a Naredba Output ukljui izlaz:

Naredba Output koristi se za promjenu stanja (0/1) adresirane lokacije (izlaza Q0.0) kada stanje kruga (logiki kontinuitet) poprimi vrijednost '1' / '0'.297298Programiranje PLCa - Ljestviasti dijagram - TON timer, on-delay

TON vremensko brojilo poinje brojati vrijeme kada se stanje pripadajueg kruga postavi u '1'. Sve dok je stanje kruga visoko, vrijednost akumulatora se poveava. Kada vrijednost akumulatora dostigne predefinirano vrijeme (eng. preset time = PT) vremensko brojilo zavri s radom i na izlazu daje '1', u meuvremenu je na izlazu '0'.

298299Programiranje PLCa - Ljestviasti dijagram -

TOFF timer, off-delayTOFF vremensko brojilo poinje brojati vrijeme kada se stanje pripadajueg kruga postavi u '1'. Sve dok je stanje kruga visoko, vrijednost akumulatora se poveava. Kada vrijednost akumulatora dostigne predefinirani vrijeme (PT) vremensko brojilo zavri s radom i na izlazu daje '0', u meuvremenu je na izlazu '1'. Ovaj bit, da bi bio iskoriten, je potrebno adresirati.

299300Programiranje PLCa- Ljestviasti dijagramLjestviasti dijagrami (eng. ladder diagram) nastali su na bazi strujnih upravljakih shema kojima se prikazuje protok struje u strujnom krugu i koje slue elektriarima kao podloga za oienje istog

300301

Programiranje PLCa - Ljestviasti dijagram 301302Programiranje PLCa - Ljestviasti dijagram -Razlika izmeu ljestviastog dijagrama i strujne sheme je to strujna shema prikazuje stanje kontakata (otvoreno ili zatvoreno) i tako ostvaruje elektrini kontinuitet, dok se u ljestviastom dijagramu ispituje je li naredba istinita 1 ili neistinita 0 i tako ostvaruje logiki kontinuitet.

Strujni put (elektrini kontinuitet) u strujnoj shemi zavrava izvrnim (upravljanim) ureajem, a logiki put u ljestviastom dijagramu izlaznom naredbom.

302303Programiranje PLCa - Ljestviasti dijagramSvaki strujni krug u strujnoj shemi prikazan je kao zaseban strujni put, a svaki strujni put sadri minimalno jedan upravljani ureaj (npr. motor, relej, arulja ili slino).

Iz strujnog puta moe se uoiti da je rad upravljanog ureaja odreen uvjetima (npr. tipkala, pomoni kontakti i slino) za njegovo ukljuenje.

303

Jednostavi primjer ljestviarskog diagrama

Programiranje PLCa Starter motora

Primjer startera motora

SUSAVI AUTOMATIZACIJE NA BRODOVIMA

BRODSKI MOTORI

Podsustavi brodskog motora

Pozicije senzora na brodskom motoruDIGITALNI ELETKTRONIKI REGULATOR BRZINE

Funkcionalna shema i osnovni signali DR Digitalni regulator

Izbjegavanje podruja kritine brzine stroja Digitalni regulator

Digitalni regulatorOgranienje indexa goriva u funkciji brzine

Ogranienje indeksa goriva ovisno o tlaku goriva Digitalni regulator

Ogranienje goriva pri upuivanju Digitalni regulator

Granice odstupanja stvarne od postavne brzine Digitalni regulator

Program optereivanja / rastereivanja stroja Digitalni regulatorRASPODJELA OPTEREENJA IZMEU DVA MOTORA NA ISTOJ OSOVINI

Upravljanje s dva motora u paralelnom radu Digitalni regulatorDALJINSKO UPRAVLJANJE STROJEM

DALJINSKO UPRAVLJANJE GLAVNIM STROJEM BCS 200 (Bridge Control System) Strukturna blok shema sustava BCS 200 REGULACIJA BRODSKIH PROCESA

Principijelna shema - model sustava hlaenja motora.

Mogua kaskadna regulacija Master regulator daje set point slave regulatoru koji mjeri ulaznu temperaturu motora i upravlja TRV (eliminiraju se poremeaji temperature morske vode ili P2 ). Sustav hlaenja motora

Principijelna shema sustava podmazivanja motora Sustav podmazivanja motora

Sustav pripreme gorivaModel sustava pripreme dizelskog goriva regulacija viskoznosti.

Mogua kaskadna regulacija Master regulator daje set point slave regulatoru koji mjeri temperaturu u izmjenjivau topline i upravlja TRV (eliminiraju se poremeaji u protoku pare).

Sustav pripreme servisnog i uputnog zrakaREGULACIJA SUSTAVA PARE

Ref. Protok zrakaRef. ProtokgorivaRegulacija zraka i goriva u kotlu

Kotao sa vodomO2

Regulacija zraka i goriva u kotlu1 sluaj Regulacija razine tekuine u kotlu

Na razinu tekuine utjee izlazni protok pare i ulazni tlak napojne vode2 sluaj Kaskadna regulacija razine tekuine u kotlu

Na razinu tekuine utjee samo izlazni protok pare a ulazni tlak napojnevode znatno manje utjee na razinu vode.

3 sluaj Kaskadna regulacija razine tekuine u kotluuz kompenzaciju poremeaja izlaznog toka pare

Na razinu tekuine utjeu samo jo poremeaji koji se ne mogu mjeriti.

NADZOR I UVANJE TERETANADZOR I UVANJE TERETA

Standardna konfiguracija sustava nadzora tereta tipa GL-90 AUTOMATSKO UPRAVLJANJE KURSOM

BLOK DIAGRAM UPRAVLJANJA BRODOM PO KURSU

MATEMATIKI MODEL SUSTAVA UPRAVLJANJA

IZBOR RANGA KORMILARENJABRZINSKO KORMILARENJE OTVORENI SUSTAV

SLIJEDNO KORMILARENJE POVRATNA VEZA PO KUTU KORMILA

AUTO PILOTPOVRATNA VEZA PO KURSU BRODA KOJI ZADAJE OVJEK

RegulatorJEDNOSTAVNI AUTOMATSKI PILOT SA PROPORCIONALNIMREGULATOROM i DVIJE POVRATNE VEZE

JEDNOSTAVNI AUTOMATSKI PILOT SA PID REGULATOROMREGULATOROM i DVIJE POVRATNE VEZE

Regulator

PIPIDELEKTRONIKA IZVEBA AUTOPILOTA

KOMPLEKSNIJI REGULATOR AUTOPILOTA

VOENJE BRODA KURS ZADAJE VANJSKO RAUNALO

SUSTAV AUTOMATSKOG UPRAVLJANJA KURSOM BRODA

ADAPTIVNI DIGITALNI AUTOPILOT ADG 3000 VT Ukupna struktura sustava automatskog kormilarenja s komponentama HIJERARHIJSKI DISTIBUIRANI SUSTAVAUTOMATIZACIJE358Centralizirana arhitektura jedno raunalo upravljacjelokupnim procesom - nepouzdano !!

Distribuirana arhitektura vie raunala povezanih na odgovarajuinain upravlja procesomSUSTAVI AUTOMATIZACIJE

DISTRIBUIRANA ARHITEKTURADistribuirana arhitekturaCentralizirana arhitekturaDistribuiranaarhitektura sahijerarhijski nadreenimraunalom360 dekompozicija proizvodnog sustava na zone (engl. cells);

fleksibilna automatizacija koja omoguuje jednostavnu promjenu proizvoda koji se proizvodi;

optimiranje proizvodnje prema raspoloivim resursima i stanju narudbi.

RAUNALNI SUSTAV ZA UPRAVLJANJE PROIZVODNIM SUSTAVOMHIJERARHIJSKI DISTIBUIRANI SUSTAV AUTOMATSKOG UPRAVLJANJA

HIJERARHIJSKI DISTIBUIRANI SUSTAV AUTOMATSKOG UPRAVLJANJA

363

HIJERARHIJSKI DISTIBUIRANI SUSTAV AUTOMATSKOG UPRAVLJANJA Razina 4: Razina voenja poduzea (engl. Plant Management or Corporate Management Level Factory level).

Razina 3: Razina voenja proizvodnje (engl. Production Control or Production Management Level Shop level);

Razina 2: Razina voenja postrojenja/procesa (engl. Plant Supervisory or Process Control Level);

Razina 1: Razina lokalnog upravljanja i regulacije (engl. Direct Control or Local Control Level);

Razina 0: Razina tehnikog procesa (engl. Field or Sensor-Actuator Level);

HIJERARHIJSKI DISTIBUIRANI SUSTAV AUTOMATSKOG UPRAVLJANJAU svakoj se razini izvode odgovarajue funkcije automatizacije

koje pokreu i nadziru izvoenje funkcija automatizacije susjedne podreene razine

te koje se pokreu i nadziru funkcijama automatizacije susjedne nadreene razine.

366

Primjerice, PID algoritam, izveden kao funkcija automatizacije u razini 1, oitava vrijednost regulirane procesne veliine s odgovarajueg mjernog lana i alje upravljaki signal izvrnom organu, koji su dio razine 0.

Optimalne referentne vrijednosti regulirane veliine PID algoritam dobiva od razine 2, u kojoj se izvode funkcije optimiranja rada upravljanoga procesa.HIJERARHIJSKI DISTIBUIRANI SUSTAV AUTOMATSKOG UPRAVLJANJA

Funkcija razina lokalnog upravljanja i regulacije (razina 1)

368Razina lokalnog upravljanja i regulacije (razina 1)

Akvizicija procesnih veliina: prikupljanje trenutanih vrijednosti mjernih veliina procesa i stanja pojedinih komponenata postrojenja (npr. stanja crpki, ventila, motora i sl.) koji su neophodni za uinkovito upravljanje procesom u otvorenoj i/ili zatvorenoj petlji, nadzor procesa, te izradbu izvjea o stanju procesa.

Nadzor procesa/postrojenja i provjera ispravnosti sustava: procesiranje prikupljenih podataka, provjeravanje njihove prihvatljivosti, donoenje odluka o akcijama koje trebapoduzeti, provjeravanje funkcionalnosti raunala i periferijskog sklopovlja, alarmiranje, dojavljivanje pogreaka i kvarnih stanja.

Sekvencijalno upravljanje i upravljanje u zatvorenoj petljiFunkcija razine voenja postrojenja/procesa (razina 2)

370 Optimalno upravljanje procesom: optimiranje se provodi na temelju matematikog modela procesa, a prema nekom kriteriju optimalnosti koji treba osigurati optimalan rad procesa/postrojenja u promjenljivim radnim uvjetima.

Adaptivno upravljanje: na temelju mjernih vrijednosti procesnih veliina estimiraju se parametri matematikog modela procesa iz kojih se zatim izraunavaju optimalne vrijednosti parametara regulatora koje se prosljeuju podreenoj razini (razini 1) u kojoj je regulator implementiran (primjer autopilota).

Optimalna koordinacija rada postrojenja: provodi se na temelju produktivnosti proizvodnje, stanja sirovina, stanja skladita proizvedene robe, cijene energije i odreenog kriterija optimalnosti (primjer rada grupe generatora).

Nadzor performansi postrojenja, pohranjivanje podataka o kvarnim stanjima, izvjeivanje o stanju.Funkcija razine voenja proizvodnje (razina 3)

372Razina voenja proizvodnje (razina 3)

U ovoj se razini implementiraju funkcije koje vie pripadaju podruju operacijskih istraivanja nego podruju automatskog upravljanja.

Glavna je funkcija ove razine odreivanje redoslijeda proizvodnje (engl. production scheduling) za pojedinane operacije energetskim ogranienjima i zahtjevima.373

Raspored 6 operacija na 3 resursa svaki resurs moe izvriti bilo koji posao

Funkcija razine voenja poduzea(razina 4)

375Razina voenja poduzea (razina 4)

Ovo je najvia razina sustava automatizacije sloenih industrijskih postrojenja u kojoj se implementira iroki spektar funkcija koje obuhvaaju inenjerske, ekonomske, komercijalne i kadrovske aspekte voenja poduzea.376

HIJERARHIJSKA ARHITEKTURA DISTRIBUIRANOG SUSTAVA NA BRODU (HARDWARE)Razina 0: Razina tehnikog procesa (engl. Field or Sensor-Actuator Level); Razina 1: Razina lokalnog upravljanja i regulacije (engl. Direct Control or Local Control Level); Razina 2: Razina voenja postrojenja/procesa (engl. Plant Supervisory or Process Control Level); Razina 3: Razina voenja proizvodnje (engl. Production Control or Production Management Level Shop level); Razina 4 (Ne postoji na brodu !!!!!)SUELJE PREMA OVJEKU378

Suelje prema ovjeku od 4 razine 379Vrste suelja prema ovjeku suelje prema projektantu programske podrke za izradbu, ispitivanje, dokumentiranje i odravanje programa;

suelje za planiranje - za upravu tvrtke;

suelje za nabavu i prodaju za odjele nabave i prodaje.

suelje prema operatoru postrojenja za nadzor i rukovanje postrojenjem na raznim hijerarhijskim razinama;

SUELJE PREMA OPERATERU POSTROJENJA381

Suelja za upravljanje industrijskog procesa (brodski motor)

382

383SCADA Supervisor controll and data aquisition program

Polje porukaPregledno poljeGlavno prikazno poljePolje operatorskih instrukcija384Polje poruka koristi se za prikaz poruka, alarma i upozorenja iz postrojenja. Za prikaz se koriste iroki spektar boja, poglavito u iznimno kritinim situacijama kada se izvodi i miganje odgovarajue ikone uz istodobni zvuni signala.

Zbog relativno malog prostora u ovom se polju prikazuju samo najnovije poruke (alarmi), a starije se spremaju u tzv. zbirna izvjea, koja operator moe naknadno prikazati na ekranu, u glavnom prikaznom polju.

385Pregledno polje obino sadri neophodne informacije o stanju pojedinanog postrojenja ili grupe postrojenja cjelokupnog proizvodnog postrojenja. Informacije koje se prikazuju u ovom polju trebaju omoguiti operateru da vrlo brzo spozna u kojem je postrojenju ili u kojoj grupi postrojenja nastupilo neregularno stanje.

Za stjecanje dubljih spoznaja o stanju pojedinog postrojenja, operator jednostavno izabire to postrojenje (obino klikom mia na njegovu ikonu u preglednom polju) i na ekranu (u glavnom prikaznom polju) se pojavljuje detaljniji prikaznjegova stanja

386Glavno prikazno polje zauzima sredinji dio ekrana. Koristi se za detaljan prikaz stanja svih pojedinanih postrojenja, upravljakih petlji i procesnih veliina. U ovom se polju, takoer, prikazuje i mimiki dijagram upravljanoga postrojenja.

Polje operatorskih instrukcija sadri neke standardne ili korisniki-definirane simbole pomou kojih operator obavlja interakciju s raunalnim sustavom.

387

388

389

390

391

392

393

Integrirani navigacijski sustav

395BRODSKI INTEGRIRANI NAVIGACIJSKI SUSTAVgrupiranje svih instrumenata na jednom mjestuintegracija navigacijskih funkcijaelektronika karta (ECDIS)sustav alarmasatelitska razmjena podatakaoptimiranje rute i potronje gorivaizbjegavanja sudara (CPA, TCPA)automatsko praenje svih podataka bitnih za funkcioniranje brodskih sustava

396

NAELNA SHEMA INS-a

Integrirani navigacijski sustavNMEA (National Marine Electronics Association)

NMEA 2000 standard za mreu srednje brzine koja povezuje pomorske elektronike ureaje. NMEA 2000 je industrijska sabirnika mrea, prema uzoru na CAN mreu, dvosmjerna, serijski prijenos, 250 kbit/sec

NMEA 0183 tvorac je dr. Robert Freeman, proizvoa brodskih autopilota. Mrea omoguava serijski prijenos, 4,8 kbit/sec, asinkrona komunikacija preko serijskog porta na PC-iju

Karakteristika NME 2000 mreeArhitektura mree: Sabirnika 4 ina mrea sa centralnim napajanjem za primopredajne ureaje Sabirnica je zakljuena terminirajuim otpornicima (refleksija).Funkcioniranje mree: Pristupni protokol: Carrier Sense/Multiple Access/Collision Arbitration koji se koristi u CAN (Controller Area Network) Bez centralnog vora Samo konfigurirajuaVeliina mree: Fizikih vorova: do 50 konekcija Funkcionalnih vorova: do 252 mrene adrese Duina: do 200 m ( 250kbits/s ) Razine NMEA 2000 protokola

Aplikacijska razina definirana je NMEA 2000 standardom i zahtjevima proizvoaa opremeUpravljaka razina definirano ISO 11783-5 uz ostale specifine uvjete koje odreuje NMEA 2000 standard. Mrena razina definicija slijedi u buduim verzijama standarda.Podatkovna razina definirana ISO 11783-3 standardom uz ostale specifine zahtjeve koje odreuje NMEA 2000 standard.Fizika razina definira napone signala, karakteristike kabela i konektora.

Fizika razina definira elektrine i mehanike aspekte fizike veze izmeu mrenih spojeva kao i znaajke ureaja i mrenih suelja koja se koriste u mrei.Fizika razina NMEA2000 protokola Temeljna znaajka NMEA 2000 mree, za razliku od veine ostalih mrea, jest ta to ona omoguava spajanje razliitih ureaja male snage na velike udaljenosti.

Ureaji se mogu spajati i otspajati bez zaustavljanja rada mree.NMEA 2000 Fizika razina (napajanje)

Sabirnica se moe napajati:

Sa jednog izvora napajanja,

Sa vie izvora napajanja (redundancija)

Pojedini ureaji mogu imati i svoj izvor napajanja

Mini najdeblji kabel glavna sabirnica (do 8A). Moe se koristiti i za prikljune vodove. Impendancija kabela iznosi 1,6/100m.Mid kabel srednje debljine (do 4A) koji se koristi kao glavna sabirnica kod srednjih i manjih mrea te za prikljune vodove.Micro kabel najmanje debljine (3A) koristi za prikljune vodove. Impendancija kabela iznosi 5,7/100m.

NMEA 2000 Fizika razina (kabliranje)

NMEA 2000 Fizika razina

Koriste se primopredajnici koji generiraju diferencijalni signal,

Primopredajni krug je optoizolatorima odvojen od ostatka ureaja (primopredajnici se napajaju iskljuivo sa sabirnice smetnji)NMEA 2000 Podatkovna razina

Ureaji generiraju okvir data frame koji se alju na mreu,

Okvir sadri 29-bitno identifikacijsko polje, podatke 0 do 8 bajtova, poetne i zavrne bitove, kontrolne bitove, 15-bitno polje za detekciju greke, bitove potvrde prijema.

29-bitno identifikacijsko polje se odreuje prioritet poruke, izvor i odredite

U sluaju da vie ureaja zahtjeva istovremeno slanje okvira preko sabirnice, protokol izvrava arbitrau nema opasnosti od zastoja uslijed collisiona CSMA ND-BWA

Vri se provjera pogrenih okvira pomou 15 bitne CRC metode i zahtjeva se automatska retransmisija u sluaju greke.

Oitava se neispravnost mrenog vorita koje generira greku te ga automatski iskljuuje kako bi se zatitila mrea..NMEA 2000 Upravljaki i Mreni sloj

Mreni sloj je odgovoran :

Za rutiranje podatak izmeu vie segmenata mree

Sloj upravljanja mreom je odgovoran:

za utvrivanje i dodjelu adresa, (do 252 adrese)za identifikaciju ureaja spojenih na mreu (svaki ureaj ima korisniko ime)za inicijalizaciju poetnih uvjeta

NMEA 2000 Aplikacijski sloj

Aplikacijski sloj definira podatkovne poruke PGN

Podaci koji se razmjenjuju izmeu ureaja su zapakirani u PGN (Eng.: Parameter group number).

Svaki PGN je definiran brojem okvira, prioritetom, odreditem, periodinom brzinom prijenosa, vrstom podataka.

PGN je definiran 8-bitnim ili 16-bitnim identifikacijskim poljem u ovisnosti o tome da li je PGN adresirana pojedinom ureaju ili se poruka emitira za sve.

Usporedba NMEA 2000 i Etherneta Podatkovna razina

NMA 2000 (po uzoru na CAN)ETHERNETCSMA ND-BWA (Carrier Sense Multiple Access-Non destructive-Bit wise arbitration) koritenjem metode rivaliteta ne dolazi do smanjenja propusnosti mree uslijed istovremenog pristupa dva ureaja.CSMA-CD (Carrier Sense Multiple Access-Collision detect) prioritetnost nije predodreena pa dolazi do smanjenja propusnosti mree uslijed istovremenog pristupa dva ureaja.Propusnost mree: 62,5 Kbit/s do 1Mbit/sPropusnost mree: 100 Mbit i vieViestruko provjeravanje poslanih poruka na svakom mrenom voritu.Automatska provjera ispravnosti mrenog vorita i iskljuivanje vorita gdje nastaje greka kako bi se zatitio ostatak mree.Zajamena dostava poruke u cijelosti.Primjer NMEA 2000 mree na jahti

Primjer NMEA 2000 mree na jahtiRaunalne mree velikihbrodova

Administrativna mrea obini Ethernet LAN mrea koja se koristi u uredima (PC, prineri, skeneri, backup). Nije sigurnosno vana. Programi komercijalni, email i slino. Satelitska veza.Upravljake mree Sigurnosno kritine, sastoji se Integriranog navigacijskog sustava i Nadzornog-upravljakog sustava za nadzor stroja, tereta, elektrosustava i slino. Oba sustava su povezana Ethernet base 100 Mbit/sec mrea raena po MiTS (Maritime information Technology Standard) Norveka je inicirala.NME2000 industrijska sabirnika mrea, serijski prijenos, 250 kbit/sec, prema uzoru na CAN mreu.NME0183 stariji standard industrijske mree, serijski prijenos, 4,8 kbit/sec, asinkrona komunikacija preko serijskog porta na PC-iju. 411NMEA 2000 sabirnika industrijska mrea srednje brzine koja je dizajnirana da omogui dvosmjernu komunikaciju izmeu brodskih ureaja, senzora i aktuatora razliitih proizvoaa.

Mrea je bazirana na izrazito robusnom CAN protokolu koji se dokazao u eljeznikoj i autoindustriji siguran, pouzdan, robustan. Poboljanje starog NMEA 0183 jer uvodi sabirniku topologiju i vee brzine .

Protokol je otvoren za dalji razvoj mrenog sloja koji e omoguiti routiranje paketa i izgradnju segmentiranih kompleksnih raunalnih mrea.

Upotreba Ethernet mree samo u administrativnom dijelu broda, a NMEA 2000 u sigurnosno kritinim sustavima.

G(s)

X(s)

X1(s)

1

Z(s)

Y(s)

H(s)

X2(s)

+