Upload
ngoduong
View
231
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
1
Sistemi realnog vremena_10
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović 1
SISTEMI REALNOG VREMENA
Sistemi nadzora i upravljanja složenih sistema
Vanr.prof. Dr. Lejla Banjanović-Mehmedović
Sadržaj izlaganja
� Arhitekture sistema nadziranja i upravljanja
� Primjeri distribuiranih sistema� Sabirnice polja� Procesna periferija
Sistemi realnog vremena_10
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović 2
2
Sistemi realnog vremena_10
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović 3
Arhitekture sistema nadziranja i upravljanja
� Centralizirana arhitektura� Distribuirana arhitektura s pojedinačnim
(point-to-point) vezama� Distribuirana mrežna arhitektura
Sistemi realnog vremena_10
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović 4
Centralizirana arhitektura� Sadrži samo jednu procesorsku
jedinicu, izravno povezanu sprocesom za koji je zadužena i s operatorskim sučeljem.
� Njezine prednosti bile su niska cijena i jednostavnost.
� Zbog sve niže cijene i sve jednostavnije instalacije složenijihupravljačkih arhitektura centralizirana arhitektura je zastarjela.
� Njezina primjena je ostala ograničena na manje podsisteme sa strogo lokalnim nadzorom i upravljanjem.
HMI (Human Machine Interface) –operatorsko sučelje.CPU (Central Process Unit) –centralna procesorska jedinica.
3
Sistemi realnog vremena_10
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović 5
Redudantnost u računarskim sistemima upravljanja
� Upravljanje sa jednim računarom u povratnoj sprezi sa postojanjem backup računara
� Izbjegnut problem da pad centralnog računara znači pad cijelog sistema
Shema upravljanja sa duplim računarom
Sistemi realnog vremena_10
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović 6
Distribuirani sistem
� Distribuirani računarski sistemi (DRS) su sistemi u kojima više neovisnih procesora i memorijskih resursa podržava interakciju procesa i/ili baza podataka usmjerenu ka postizanju zajedničkog cilja
� Bazne pretpostavke distribuiranog pristupa su:� svaka jedinica izvršava slične taskove ostalim jedinicama� u slučaju neispravnosti ili preopterećenja jedne jedinice sav posao ili
samo dio posla može se prenjeti na druge jedinice
� Prednosti koje distribuirani sistemi pružaju u odnosu na centralizirane sisteme� manji početni troškovi izvođenja, � veća pouzdanost, � proširljivost,� brži odziv itd.
� rezultiraju njihovom vrlo širokom primjenom.
4
Sistemi realnog vremena_10
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović 7
Distribuirana arhitektura s pojedinačnim (point-to-point) vezama
� Sadrži više procesorskih jedinica fizički smještenih blizu nadziranih uređaja i operatorskih stanica.
� Kako lokalne procesorske jedinice mogu raditi ako jenjihov dio sistema nadzora i upravljanja ispravan, bezobzira na zbivanja u preostalom dijelu sistema (kvarovi, održavanje), bitno je povećana pouzdanost sistema!
Sistemi realnog vremena_10
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović 8
Distribuirana mrežna arhitektura� Procesorske jedinice nisu
povezane pojedinačnimkomunikacijskim vezama, već su spojene na zajedničkukomunikacijsku mrežu.
� Savremeni sistemi nadzora i upravljanja koriste mrežnu distribuiranu arhitekturu, dok se point-to-point veza upotrebljava uglavnom za povezivanjespecijalnih, nestandardnih uređaja.
5
Sistemi realnog vremena_10
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović 9
Primjer distribuirane arhitekture
Sistemi realnog vremena_10
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović 10
Primjer izvedbe distribuiranogsistema firme ABB
� Kontrolna logika je distribuirana kroz nekoliko kontrolera, razmjenu mjerenja i proračun veličina.
6
Sabirnica polja (Fieldbus)
� Industrijski komunikacioni protokoli koji se koriste napolju mjerenja i upravljanja se nazivaju sabirnice polja (fieldbus protokoli). � ovi protokoli u SCADA sistemima su napravljeni isključivo za
rad u uslovima smanjene pouzdanosti komunikacije� da omoguće siguran prijenos podataka, garantujući pouzdan
prijenos podataka do željenih destinacija� većina protokola posjeduje sistem za detekciju grešaka i
tehnike za ponovno slanje poruka
Sistemi realnog vremena_10
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović 11
Sabirnica polja (Fieldbus)� Mreža podataka povezana sa
sistemom upravljanja� Omogućava:
� Uvećanu fleksibilnost� Unapređuje sistemske
perfomanse, te olakšava sistemsku instalaciju, proširenje i podršku
� Smanjuje ožičenje (ožičenjeje tradicionalno 4-20 mA, rezultirajući u dugimnizovima kablova (nekoliko100 km)).
� Jednostavno locira kvar i olakšano održavanje
� Sabirnice polja fizički povećavaju postrojenja : 1m -1000km
Sistemi realnog
vremena_10Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
Tipična mrežna arhitektura sabirnice polja u industrijskoj automatizaciji
12
7
Sabirnica polja u industrijskim aplikacijama
� Primjene:� Pumpe, upravljačke elektrode, ventili, motori,
senzori nivoa vode, mjerači protoka,senzoritemperature, mjerači gasa (CH4).
� Neki dijelovi postrojenja mogu se nalaziti unutareksplozivne atmosfere.
� Koriste se u formi Man-Machine Interfejsa u okviru SCADA sistema
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović
Sistemi realnog vremena_10 13
Procesna periferija� Procesna periferija - svi elementi, komponente i uređaji koji
su potrebni za razmjenu informacija između procesorske jednice i tehničkog procesa: � mjerna osjetila (senzori),� izvršni elementi (aktuatori), koji su inkorporirani u tehnički
proces, � kablovi i � ulazno/izlazne analogne i digitalne jedinice koje su sastavni
dio procesnog računara. � Procesni računar prihvata informaciju o toku procesnih veličina
(npr. temperature, pritiska, brzine i sl.) preko ulaznih jezinica i djeluje na odvijanje tehničkog procesa (npr. otvaranjem, zatvaranjem ventila) preko izlaznih jedinica.Sistemi realnog vremena_10
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović 14
8
Prihvat procesnih veličina� U mjerenju, obradi i prihvatu procesnih veličina učestvuju:
� Mjerni član (senzor+pretvarač), pomoću kojih se mjere fizikalne veličine i pretvaraju u električne ili optičke signale, prikladne za prenos do procesnog računara.
� Prenosni medij (npr. bakreni ili optički kabl) za prenos električnih ili optičkih signala.
� Filter za potiskivanje eventualnih superponiranih smetnji.� Sklop za galvansko odvajanje i prilagođavanje s obzirom na amplitudu i
impendanciju A/D pretvarača.� Multiplekser sa cikličnim ili programski upravljanim spajanjem ulaznih
signala na A/D pretvarač.� A/D pretvarač (mora biti brzina pretvarača veća od brzine promjene
analognog signala).
Sistemi realnog vremena_10
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović 15
Djelovanje na proces� Pri djelovanju računara na proces, sudjeluju sljedeći
elementi:� Demultiplekser koji raspoređuje izlazne vrijednosti računara na različite
izlazne kanale.� Registar koji memoriše vremenski diskretne vrijednosti po intervalima
uzorkovanja (do trenutka narednog slanja izlazne veličine na izlazni signal).
� D/A pretvarač koji pretvara digitalnu vremensku diskretnu vrijednost u analogni signal.
� Sklop za galvansko odvajanje i pojačalo snage prilagođeno karakteristikama aktuatora.
� Kabl koji povezuje pojačalo snage sa aktuatorom.� Aktuator koji se sastoji od pretvarača i izvršnog elementa (npr.
servomotora).Sistemi realnog vremena_10
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović 16
9
Digitalne ulazne jedinice
� Ulazne operacije se obavljaju u 2 koraka:1. Adresiranje grupe ulaznih kanala preko adresnog
dekodera� Čitanje linija vezanih za digitalni ulazni registar: postaviti
adresu preko adresnog dekodera => signal SELECT;� Signal ENABLE sa kontrolne sabirnice
2. Prenos binarnih vrijednosti ulaznih signala adresirane grupe na sabirnicu podataka.
Sistemi realnog vremena_10
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović 17
Sistemi realnog vremena_10
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović 18
Digitalni ulazi
Postrojenje
Digitalni ulazni registarAdresni dekoder
CPU
PODACI
KONTROLA
ADRESE
SELECT
ENABLE
Digitalni ulaznisignali
10
Sistemi realnog vremena_10
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović 19
Analogni ulazni sistemPOSTROJENJE
MULTIPLEKSER
SH-KOLO
AD KONVERTOR
ULAZNO/IZLAZNI INTERFEJS
CPU
Signali iz procesa
Izbor kanala
Pojačani signali
Uzorkav anje i zadrška
Stabilan podatak
Signal zapretv aranje
PodaciPretv aranjekompletno
� Iz postrojenja dolazi više ulaznih analognih signala. Kako su A/D pretvarači skupi, koristi se multiplekser u cilju izbora samo 1 ulaznog signala u jedinici vremena.
� Koristeći SH kolo u cilju diskretizacije i zadrške ulaznog signala, signal ide na A/D konvertor kako bi dobili signal u digitalnoj formi, koji može procesirati CPU.
Digitalne izlazne jedinice
� Izlazne operacije se obavljaju u 3 koraka:1. Adresiranje grupe izlaznih kanala preko adresnog
dekodera� Izlazni registar se odaziva samo kada je adresiran.� Signal ENABLE indicira uredjaju da su podaci na sabirnici
stabilni i da se mogu čitati. Registar mora prihvatiti podatke brzo (< 1mikrosec)
2. Prenos binarnih signala od sabirnice podataka do registara.
3. Prenos binarnih signala iz registara na procesne elemente.
Sistemi realnog vremena_10
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović 20
11
Sistemi realnog vremena_10
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović 21
Digitalni izlazi
PostrojenjeDigitalni izlazniregistar
Adresnidekoder
PODACI
KONTROLA
ADRESE
SELECT
ENABLE
Izlazi0-5V
Analogni izlazni sistem
� Analogne izlazne jedinice pretvaraju digitalne diskretne vrijednosti iz procesnog računara u kontinuirane signale. Nako što se digitalna vrijednost pohrani u registar preko prespojnog elementa, slijedi D/A pretvaranje u analognu vrijednost.
� Registar je neophodan kako bi se memorisala digitalna vrijednost sve do prispjeća nove digitalne vrijednosti. Izlaze iz DA treba po pravilu pojačati.
Sistemi realnog vremena_10
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović 22
12
Sistemi realnog vremena_10
Copyright: Lejla Banjanović-Mehmedović 23
Analogni izlazni sistemPOSTROJENJE
DA
ULAZNO/IZLAZNI INTERFEJS
CPU
DADA
SELECT SELECT SELECT
ADRESE
� Forma analognog izlaza:� -5V do +5V� -10V do +10V� 0 do 20mA� 4 do 20mA