Informatica de Proces - Suport de Curs

7/26/2019 Informatica de Proces - Suport de Curs

1/70

Informaticde proces suport de curs

1

Adelaida Mihaela DUINEA

INFORMATICA DE PROCES

-notie de curs-


2/70


2

CUPRINS

CURS 1 Proces fizic noiuni generale 3

CURS 2 Justificarea utilizrii calculatoarelor de proces 10

CURS 3 Clasificarea aplicaiilor de control 15

CURS 4 Regulatoare. Algoritmi de reglare 21

CURS 5 Componente utilizate n sisteme digitale de control 26

CURS 6 Interfee de proces 31

CURS 7 Reele industriale de comunicaii 37

CURS 8 Tipuri de traductoare 41

CURS 9 Prelucrarea digitala semnalelor 46

CURS 10 Sisteme de timp real 51

CURS 11 Sistemul SCADA 60

CURS 12 Sistemul SCADA - continuare 64

BIBLIOGRAFIE 70


3/70


3

CURS 1

PROCES FIZIC - NOIUNI GENERALE

Definirea noiunii de proces fizic

Prin proces fizic, cu referire la o instalaie sau utilaj tehnologic, se nelege ansamblul

transformrilor de energie i mascare au loc n acesta, de la intrare la ieire i poate fi reprezentat

formal printr-o schembloc de forma:

Figura 1. Schema bloc a unui proces fizic

unde prin Wii Wese neleg fluxurile de materii prime i respectiv produsele finite exprimate, prin

echivalene, n aceleai uniti de msur.

Descrierea proceselor tehnologice se poate efectua pe baza relaiilor de bilanntre Wii We.

Daco asemenea relaie, neglijnd evidenierea pierderilor se poate exprima formal prin relaia

Wi- We=0

rezultun regim de echilibru denumit i regim staionar.

DacWi- We0

procesul se aflntr-un regim de dezechilibru sau regim dinamic, adesea denumit i tranzitoriu n

vederea restabilirii echilibrului.

Caracterizarea unui proces se realizeaz cu ajutorul unor mrimi de intrare i de ieire.

Mrimile de intrare sunt variabile msurabile, mai puin perceptibile, i caracterizeaz evoluia

procesului. Mrimile de intrare, notate u1, u2, ..., un, sunt variabile de origine externsusceptibile de

a influena evoluia procesului. Atunci cnd se poate aciona asupra variabilelor de intrare acestemrimi poartdenumirea de variabile de comand.

Figura 2. Mrimi caracteristice procesului

Evoluia unui proces, strile prin care acesta trece (fenomenele de acumulare, de transfer i

de disipare de mas i energie) se apreciaz cu ajutorul mrimilor de stare notate x1, x2, ..., xn.

ProcesWi We

Procesu1

u2un

y1

y2

yn

z1 z2 zn


4/70


4

Independent de mrimile de intrare este posibil de-a constata existena unor variabile a cror

aciune influeneaz evoluia procesului (mrimile de ieire, notate cu y1, y2, ..., yn), numite

perturbaii i notate z1, z2, ..., zn). Perturbaiile ce acioneaz asupra proceselor pot fi interne

(parametrice) sau externe (aditive). Aciunea perturbaiilor aditive influeneazmrimile de ieire

pe cnd aciunea perturbaiilor parametrice se concretizeazn modificri structurale ale procesului.

Din punct de vedere cantitativ, variaia n timp a mrimilor de intrare, de ieire i de stare

poate fi descriscu ajutorul modelelor matematice. Un model matematic constituie o abstractizare

avnd ca obiectiv obinerea unor descrieri simple a realitii, procesul existnd independent de toate

modelele.

Concepte de baza

In procesul de studiere a oricarui domeniu primul pas este definirea termenilor cu care se

opereaza. In continuare sunt definite principalele concepte utilizate in cadrul Informaticii de proces:

Procesul= o transformare a unui sistem, indicatprin modificarea unor mrimi de proces

(ex.: modificarea temperaturii, a presiunii, a poziiei, etc.).

Proces industrial= ansamblul transformrilor realizate ntr-o instalaie tehnologic, ce au

ca scop producerea unor materiale, echipamente sau servicii.

Parametrii de proces= mrimi fizice care caracterizeazun proces.

Parametrii de intrare: mrimi fizice msurabile, exterioare procesului, care

influeneaz evoluia acestuia. Un sistem de control acioneaz asupra procesuluicontrolat prin unul sau mai muli parametri de intrare.

Parametri de stare: nglobeaz informaia referitoare la evoluia anterioar a

procesului i care poate sinflueneze evoluia viitoare a acestuia.

Parametri de ieire: mrimi a cror evoluie dorim so controlm sau care, n mod

indirect caracterizeaz o stare nemsurabil a procesului (ex.: temperatura este o

msura energiei nglobate n sistem).

Perturbaiile sau zgomotele =mrimi fizice care influeneazevoluia unui proces, dar a

cror mrime i evoluie n timp este necunoscuti/sau necontrolat. Scopul unei scheme

de reglaj este eliminarea sau cel puin reducerea efectului produs de zgomote asupra

procesului. Perturbaiile pot fi variate: zgomote electromagnetice, variaii ale parametrilor

de mediu (temperatur, presiune, umiditate, etc.), variaii ale surselor de alimentare, variaii

ale calitii materiilor prime

Funcia de transformare sau de transfer a unui proces = expresia dependenei dintre

parametrii de ieire (vectorul de ieire), parametrii de stare (vectorul de stare) i

parametrii de intrare (vectorul de intrare) ai unui proces. Aceastdependenpoate sfie

liniar(exprimabilprintr-o funcie liniar) sau neliniar. De cele mai multe ori funcia de


5/70


5

transformare a unui proces se exprimca soluie a unor ecuaii integro-difereniale. Funcia

de transformare modeleazdin punct de vedere analitic comportamentul unui proces.

Reglaj automat = un ansamblu de operaii efectuate n bucl nchis sau deschis, cu

scopul de a stabili o dependen, pe baza unei legi prestabilite, ntre parametrii de proces.

Caracterul automat al reglajului este dat de faptul cnu existo intervenie directa omului

n ciclul de reglaj.

Funcia de reglaj = definete modul de generare a comenzilor (parametri de intrare pentru

proces) pe baza mrimilor msurate (parametri de ieire pentru proces) i a valorilor

prescrise

Obiective:

meninerea unei mrimi de proces la o valoare prestabilit,

minimizarea abaterilor, imprimarea unei anumite evoluii n timp pentru un parametru de proces

Semnal- mrime purttoare a unei informaii. Prin semnale se asigurfluxul bidirecional

de informaii ntre sistemul de control i procesul controlat. Semnalele sunt n general

descrise prin funcii de timp (ex.: sinus, cosinus, treaptunitar, impuls).

Clasificare dupnatura semnalelor:

semnale analogice care au un domeniu continuu de valori

semnale digitale care au un numr finit de valori discrete; de cele maimulte ori se folosesc semnale care au douvalori distincte (codificate cu 0 i

1) i care reprezint dou stri diferite ale unui element de proces (ex.:

nchis/deschis, valid/invalid, pornit/oprit, etc.)

Clasificare dupcomportamentul in timp:

semnale continue au variaie continun timp

semnale discrete (eantionate) au variaie discretn timp, adicfunciile

ce le reprezintau valori definite doar la anumite momente de timpDin punct de vedere fizic cele mai utilizate semnale sunt cele electrice, hidraulice,

pneumatice, optice i mecanice. n sistemele actuale de control se prefer utilizarea semnalelor

electrice.

Se numete sistem de control ansamblu construit cu scopul de a permite urmrirea i

modificarea evoluiei unui proces pe baza unei legi prestabilite


6/70


6

Complexitatea unui sistem de control depinde de complexitatea procesului controlat, de

obiectivele urmrite i de precizia cu care obiectivele trebuie ndeplinite. n figura 3 s-a reprezentat

schema de principiu a unui sistem automat de control, care cuprinde un proces controlat i un

sistem de control.

Se numete Sistem digital de control(eng. DCS- Digital Control System) un sistem decontrol care utilizeaztehnici i componente digitale pentru control (ex.: circuite logice, automate

de stare, memorii, programe, etc.). n aceast categorie sunt incluse i sistemele de control care

utilizeaz unul sau mai multe calculatoare. n cadrul sistemului de control calculatorul poate s

ndeplineascdiverse funcii:

urmrire i vizualizare a parametrilor de proces,

de stocare a datelor culese,

transmitere la distana informaiilor sau Controlul direct al procesului.

Proces tehnologic

Sistem de control

Materii prime ienergie

Produse i energie

Perturbaii

Mediu

Parametriimsurai

Comenzi

Figura 3. Schema de principiu a unui sistem automat de control


7/70


7

Se numete Sistem cu control digital direct(eng. DDC Direct Digital Control) sistemul

de control la care evoluia procesului este controlatnemijlocit de un sistem digital, frintervenia

direct a operatorului uman sistemului digital i revine ntreaga responsabilitate privind buna

funcionare a procesului controlat.

n cazul unor procese complexe de fabricaie, care implicun numr mare de parametri de

proces i funcii complexe de coordonare i control se utilizeazsisteme de control organizate pe

mai multe nivele ierarhice. n figura 5 se prezint un exemplu de astfel de sistem, n care se

utilizeaz dispozitive inteligente de automatizare (senzori - S i elemente de execuie - EE),

echipamente autonome de control (automate programabile - AP i regulatoare - R), calculatoare de

proces i reele digitale de comunicaie.

Sistem de calcul

Interfee de proces

Proces controlat

S S S EE EE

S - senzorEE - element de execuie

Figura 4. Exemplu de sistem de control prin calculator

.... ....


8/70


8

Clasificarea aplicaiilor de control

funcie de modul de operare:

control pe bazde logicbinar

control secvenial

control n buclnchis

funcie de numrul de procesoare implicate i modul de organizare a acestora:

control uniprocesor

control centralizat multiprocesor

control ierarhic

control distribuit

funcie de obiectivul urmrit:

urmrire i nregistrare evenimente sau parametri de proces

reglaj local controlul i coordonarea micrii

control optimal

Tipuri de control

Controlul binar = semnalul de comand generat de sistemul de control se exprim sub

forma unei expresii logice n care termenii sunt parametrii procesului.

Controlul secvenial = generarea unei secvene de comenzi care determin o anumit

evoluie n timp a procesului controlat

Calculator central

Calculator deproces

Calculator deproces

Calculator deproces

Reeleindustriale

LAN

Proces controlat

S S S S SEE EE EE EE

Figura 5. Schema unui sistem ierarhic de control

R AP


9/70


9

Control n bucl nchis =urmrete meninerea unui parametru de proces la o valoare

predefinit(reacie inversfeed-back)

Urmrire, vizualizare i stocare datelor - aplicaii de tip SCADA (Supervisory Control

and Data Aquisition)

Reglajul local are ca obiectiv meninerea unui parametru de proces la o valoare

prestabilit

Controlul i coordonarea micrii pentru maini cu comand numeric i roboi

industriali

Controlul optimal se aplicpe un nivel superior al unei scheme ierarhice de control i are

ca obiectiv sincronizarea celulelor autonome de fabricaie n vederea optimizrii unorparametri de performan ai procesului de fabricaie (cost minim, producie maxim,

productivitate maxim, pierderi tehnologice minime

RegulatorProcescontrolat

VP

EE

S

VM

-

+ C

Figura 6. Schema de principiu a unei bucle de reglaj


10/70


10

CURS 2

JUSTIFICAREA UTILIZRII CALCULATOARELOR DE PROCES

Justificarea tehnic.Numrul mare de informaii ce trebuie analizate n cadrul unui proces,

corelaia dintre ele i istoria evoluiei lor face ca o hotrre justicorectsnu mai poatfi luat

n timp util de ctre operatorul uman care supravegheazi conduce un proces.

n cazul instalaiilor energetice conducerea optimal dup criterii ergonomice i tehnice

impune cu necesitate utilizarea sistemelor de calcul n comanda proceselor energetice. n industria

energetics-au conturat dougrupe de utilizri a calculatoarelor de proces:

n conducerea operativa centrelor electrice;

n comanda prin dispecer a sistemului energetic naional.

Eficiena economic a calculatoarelor de proces de la nivelul sistemului energetic se

apreciazpe baza indicatorilor naturali i valorii ce se determin la nivelul fiecrui subsistem i

anume:

subsistemul resurselor primare;

subsistemul centrale electrice;

subsistemul reele electrice (staii i linii);

subsistemul consumatorilor.

Determinarea eficienelor calculatoarelor de proces de la nivelul unui microsistem energetic

compus din centrale, linii i consumatori se face calculnd indicatorii: termen de recuperare,

coeficient de eficien, venit net. Pentru aceasta se determin cheltuielile necesare introducerii

calculatoarelor de proces i se cuantificefectele economice sub formde economii de combustibil

i energie. Din raportul lor rezultindicatorii de eficiencare permit analiza economica aciunii.

Indicatorii de eficiense calculeazcu relaii de forma:

Timpul de recuperare:

t

mcr

E

IIt = [ani] (1)

Coeficientul de eficien:

mc

tef

II

Ep

= [lei venit / leu investit] (2)

Venit net:

)]([ mctnet IIEV = [lei] (3)

Ic- investiiile pentru informatizarea procesului (lei);Im- investiii miniere (iei);


11/70


11

Et- economii valorice totale ca urmare a informatizrii procesului (lei) se calculeazastfel:

Et= n(Etc Cam) = [n(Ecc+ Esi+ Epe) +Ess+Esc camIti] (4)

unde:

Ecc= economia valoricde combustibil prin pstrarea constanta parametrilor aburului (lei/

an);

Esi= economia la nivelul serviciilor interne ale unei centrale;

Epe= economia de personal ca urmare a informatizrii;

Ess= economia valoricla nivelul sistemului (linii, staii);

Esc= economia valoricla nivelul consumatorilor.

Economiile valorice anterioare se calculeazcu relaii de forma:

a) )( tbczcccc BBpE += [lei / an] (5)

n care:

tbcz BB , = economiile de combustibil ce se realizeaz prin ridicarea randamentelor

instalaiilor la nivel cazan, respectiv turbin;

pcc=preul combustibilului (lei / tcc)

( )

cz cz abur apa

cz cz fin cz init

c

n D i iB B B

q

= =

[tcc / an] (6)

unde:

ncz= numrul de cazane;

Dcz= debit cazan [t / h];

iabur= abur [kj / kgcc] = entalpia aburului;

iap= [kj / kg] = entalpia apei;

cf cc

= = creterea randamentelor dupinformatizare.

kt= procent din combustibilul consumat

b) sifsicsi etpnE = (7)

unde nc= numrul de centrale; psi= (8...10) % Pi= consumul propriu tehnologic n central; tf=

timpul de funcionare; esi= [%] = economia la nivelul serviciilor interne din centralgeneratde

introducerea calculatoarelor de proces.

c) persmicpe esPnE = [lei / an] (8)

unde nc = numrul centralelor din sistemul analizat; Pi = puterea instalat [MW]; sm = salariul

mediu al unui specialist [lei / an]; epers= reducerea indicelui de personal [om / MW].

d) eecfreeeptss ptpcE = [lei /an] (9)

Economia la nivelul sistemului este un procent cept (1...2 %) din consumul propriu


12/70


12

tehnologic al energiei transportate.

transpree PIp %)( 75= (10)

peec= preul energiei economisite

e)Ecs= economia la nivelul consumatorilor este un anumit procent (de circa 20%) din energia absorbit

din sistem:

efcccs ptPeE = [lei / an] (11)

Investiiile miniere se determincu o relaie de forma:

BiI mspm = (12)

=mspi investiia specificminier

=B economia de combustibil la nivelul ntregului sistem (centrale, reele, consumatori):

cisstbcz BBBBB +++= (13)

unde: ciss BB + reprezinteconomiile de combustibil datorit informatizrii la nivelul reelei i

respectiv consumatorilor.

Utilizarea sistemelor automate n informatizarea proceselor are drept scop:

creterea performanelor,

ridicarea eficienei n utilizarea resurselor (umane, materiale, energetice, etc.),

mbuntirea calitii produselor,

eliminarea muncii fizice,

eliminarea muncii in medii periculoase (toxice, cu pericol de explozie sau de producere a

unor accidente)

evitarea unor activiti monotone i obositoare pentru om.

eliminarea erorii umane

complexitatea procesului controlat impune utilizarea unor sisteme automate caracterizate de

timp de reacie mai scurt

putere de calcul mai mare

Sistemelor automate au prezentat n timp o evoluie de forma

Sisteme mecanice de reglaj (ex: control nivel lichid)

Sisteme hidraulice si pneumatice

Sisteme electrice (relee, transformatoare, aparate de msur)

Sisteme electronice (regulatoare analogice, filtre, circuite de amplificare/atenuare)

Sisteme automate standardizate prin semnale unificate (0-10V, 4-20mA)


13/70


13

Sisteme digitale utilizate in controlul proceselor (automate programabile, secveniatoare

digitale, etc.)

Sisteme de calcul utilizate in urmrirea si conducerea proceselor (sisteme de calcul dedicate,

procesoare de semnal, microcontrolore)

Sisteme distribuite de control

Sisteme digitale de control pot fi

Sisteme simple de secveniere, numrare, avertizare

Sisteme automate bazate pe calculatoare:

Pentru urmrire si vizualizare procese

Pentru suport decizie si gestiune economico-administrativa

Pentru controlul direct al proceselor (DCC Direct Computer Control) Sisteme dedicate bazate pe microprocesoare

Premai mic

Dimensiuni mai mici

Consum mai mic

Fiabilitate mai mare

Sisteme multiprocesor

Sisteme distribuite (calculatoare + reea)Utilizarea componentelor digitale si a sistemelor de calcul in informatica industrial

prezinturmtoarele avantaje:

precizie mai ridicatn calculul funciei de reglaj

posibilitatea implementrii unor procedee complexe de reglaj, cu un comportament

adaptiv

o mai mare imunitate la zgomote, n special datorit caracteristicilor semnalelor

digitale posibilitatea stocrii i transmiterii la distana informaiilor

modificarea funciei de reglaj se poate face prin program, frsimplice modificri

ale schemei fizice (hardware)

schemele locale de automatizare pot fi integrate uor ntr-un sistem ierarhizat de

control

precizia este influenat ntr-o mai mica msur de precizia componentelor, de

variaiile condiiilor de mediu (temperatura, umiditate) sau de variaiile tensiunii de

alimentare


14/70


14

repetabilitatea n timp a procedeelor de prelucrare (mbtrnirea componentelor are o

influenminor)

prin program pot fi implementate scheme de autocalibrare i de detectare automata a

defectelor

posibilitatea realizrii unor interfee utilizator prietenoase, sugestive i specializate

pentru diferite tipuri de utilizator

Ca dezavantaje pot fi precizate:

erori introduse prin digitizarea semnalelor de intrare i ieire;

un cost mai ridicat pentru schemele simple de reglaj

schema de reglaj este "ascuns" n program i este mai puin vizibilpentru utilizator

limitri de vitez, n special n prelucrarea unor semnale de frecvenmare


15/70


15

CURS 3

CLASIFICAREA APLICAIILOR DE CONTROL

Grupele de clasificare a aplicaiilor de control sunt:

funcie de modul de operare:

control pe baz de logic binar (control binar)- semnalul de comandgenerat de

sistemul de control se exprimsub forma unei expresii logice n care termenii sunt

parametrii procesului.

control secvenial presupune generarea unei secvene de comenzi care determino

anumitevoluie n timp a procesului controlat

control n bucl nchis - urmrete meninerea unui parametru de proces la o

valoare predefinit

funcie de numrul de procesoare implicate i modul de organizare a acestora:

control uniprocesor

control centralizat multiprocesor

control ierarhic

control distribuit

funcie de obiectivul urmrit:

urmrire i nregistrare evenimente sau parametri de proces - aplicaii de tip SCADA

(Supervisory Control and Data Aquisition)

reglaj local - are ca obiectiv meninerea unui parametru de proces la o valoare

prestabilit

controlul i coordonarea micrii - pentru maini cu comand numeric i roboi

industriali

control optimal - se aplicpe un nivel superior al unei scheme ierarhice de control iare ca obiectiv optimizarea unor parametri de performanai procesului de fabricaie

(cost minim, producie maxim, productivitate maxim, pierderi tehnologice minime

ELEMENTELE UNUI SISTEM DE REGLAJ AUTOMAT

Sarcina reglrii:

Reglarea este acel proces, ndeplinit manual sau automat, prin care o mrime fizic este fie

meninut la o valoare prescris constant, fie i schimb valoarea n intervale de timp dateconform unui anumit program, lund astfel o succesiune de valori prescrise.


16/70


16

Mrimea care trebuie meninutla valoarea prescriseste mrimea reglat- temperatura, debitul,

turaia, tensiunea electric, nivelul dintr-un rezervor.

Mrimea de execuie este mrimea obinutla ieirea organului de execuie i cu ajutorul creia se

poate influena uor mrimea reglat, pentru a o aduce la valoarea dorit.

1. Dac se cere ca ntr-un cuptor cu gaz s fie meninutconstant temperatura, aceasta din

urmpoate fi influenatn sensul dorit, (creterea sau scderea) prin modificarea debitului

de gaz de ardere. n acest, caz mrimea reglateste temperatura, iar mrimea de execuie

este debitul de gaz.

2. Dac se urmrete meninerea constant a turaiei unui motor de curent continuu, pentru

variaia turaiei n sensul dorit se variazcurentul de excitaie al motorului. Deci mrimea

reglat este, n acest caz, turaia, iar mrimea de execuie este curentul de excitaie al

motorului.O reglare este necesarnumai atunci cnd mrimea reglatnu poate rmne constant, de la sine, la

valoarea dorit, i are tendina de a-i modifica valoarea, de a se abate mai mult sau mai puin n

urma unor efecte perturbatoare externe sau interne.

Perturbaiile (mrimi perturbatoare) - influene externe sau interne care sunt cauzele abaterilor

valorilor instantanee ale mrimii reglate de la valoarea prescris.

La reglarea unei anumite mrimi se exercitinfluena uneia sau mai multor mrimi perturbatoare:

presiunea variabila gazului, puterea caloricvariabila gazului, temperatura diferita mediuluiambiant, cantitatea variabilde cldurabsorbitde cuptor etc.

La reglarea turaiei motorului de curent continuu se exercit influena unor perturbaii diferite:

tensiunea variabilde alimentare a motorului, variaia cuplului de sarcincerut de maina de lucru

antrenatde motorul respectiv, variaia rezistenei electrice cu temperatura etc.

De regul, efectul influenei uneia dintre mrimile perturbatoare este predominant; aceast

perturbaie este considerat ca principal i aciunea de reglare se manifest n sensul abaterii

mrimii reglate de la valoarea prescrissub influena perturbaiei principale.

Concluzie. Pentru orice reglare trebuie sse stabileascprecis:

care este mrimea reglat;

care este mrimea de execuie cea mai potrivit;

ce mrimi perturbatoare intervin, cum se manifestele i care are efect predominant.

Instalaia automatizat reprezint acea parte a instalaiei sau procesului reglat la ieirea creia

trebuie meninut constant mrimea reglat i asupra creia acioneaz mrimea de execuie i

mrimile perturbatoare.


17/70


17

Deoarece instalaiile sau procesele din industrie sunt complicate, reprezentarea lor n detaliu este

dificil, de aceea ele se reprezint prin imagini formale (coninute n scheme bloc). Blocul este

simbolul cel mai simplu pentru obiecte concrete sau procese.

Figura 1. Schema bloc a elementului automatizat: I.A. instalaia automatizat(obiect reglat)

Reglarea manual

Pentru a menine constant mrimea reglat de la ieirea instalaiei automatizate, trebuie s sestabileascn permanenvalorile instantanee ale acesteia, adictrebuie sse instaleze un element

de msurat (sau traductor) la ieirea instalaiei automatizate, de regulun aparat cu ajutorul cruia

sse citeascvaloarea mrimii reglate, n fiecare moment.

De exemplu dac instalaia de automatizat este un cuptor cu gaz, operatorul uman citete n

permanen indicaiile aparatului de msurat (termometru) i compar n mod continuu valorile

instantanee ale mrimii reglate (temperatura) cu valoarea prescris, constant. Dac rezult o

abatere, el acioneazorganul de execuie (de exemplu manevreaz robinetul), cu ajutorul cruiamodificmrimea de execuie (debitul de gaz) deci mrimea de ieire (temperatura). n cazul cnd

valoarea prescrisa mrimii reglate nu este atinsnc(), valoarea instantanee a mrimii reglate

trebuie mrit(+), iar n cazul cnd valoarea prescriseste depit(+), valoarea instantanee trebuie

micorat(). Pentru aceasta variaia mrimii de execuie care depinde de abaterea mrimii reglate,

i va schimba semnul n raport cu semnul abaterii. Astfel, la creterea temperaturii operatorul

reduce admisia de gaz, pe cnd la scderea temperaturii o crete.

Operatorul execut o inversare a efectelor, care formal se exprim prin schimbarea semnului

mrimii de execuie.

La reglarea manualfunciile de citire a valorilor mrimii reglate i a celei prescrise, de comparare

continua acestor valori i de luare a deciziei privind intervenia asupra organului de execuie revin

operatorului i depind de calitile senzoriale ale acestuia, de ndemnarea sa.

Chiar i n cazul unui operator experimentat, calitatea reglrii manuale depinde n mare msur

starea momentana acestuia, i este afectatde imprecizia unor citiri ale aparatelor de msurat, de

timpul de reacie al operatorului, de obligaia de a urmrii aparatele indicatoare chiar n timpul cnd

manevreazorganul de execuie etc.; se evideniazastfel imperfeciunile unei reglri manuale.


18/70


18

Reglarea automat

n cazul proceselor mai complicate, la care precizia cerut operaiilor de reglare crete, iar ali

indicatori specifici procesului respectiv fac imposibil prezena operatorului uman (de exemplu,

viteza mare de variaie a parametrilor reglai, determinarea implicita variaiei acestora din variaia

altor mrimi fizice, funcionarea la valori nalte a unor parametri ca tensiunea electric, presiunea

aburului etc. sau n medii nocive etc.) se impune eliminarea operatorului uman ca intermediar ntre

aparatele de msurat i organul de execuie i nlocuirea sa printr-un dispozitiv care s execute

automat i n aceeai succesiune operaiile.

Regulatorul automat - dispozitivul care elimin intervenia omului din procesul de reglare i

funcioneazfroperator.

Dacregulatorul este bine ales i corect utilizat, el i exercitfuncia mult mai bine ca operatorul

om deoarece: reacioneazmai repede, lucreazmai uniform i cu precizie orict de bun.Reglarea automatpentru un schimbtor de cldur: acesta este un nclzitor de api este compus

din: rezervor, conducta pentru aprece, conducta pentru apcald, conducta pentru abur (agentul

termic primar), ventilele i serpentinele nclzitorului.

Temperatura apei la ieire se msoarcu termometru. De obicei, consumatorul de apcaldcere ca

temperatura tea apei la ieirea din schimbtor sfie meninutconstant, oricare ar fi debitul de ap

Dqconsumat.

Prin introducerea reglrii automate, operaiile ndeplinite de operator sunt preluate de dispozitiveledin cuprinsul instalaiei de reglare automat.

Instalaia de reglare automat cuprinde: elementul de msurat, elementul de comparaie,

regulatorul automat i elementul de execuie.

Elementul de msurat (traductorul) EM este reprezentat de termometru manometric (1), instalat

pe conducta de apcald, la ieirea din nclzitor. Acest element msoartemperatura tea apei la

ieire i transformenergia termicabsorbitde la apa caldntr-o variaie de presiune, pe care o

transmite prin tubul capilar (2) la tubul Bourdon (3);


19/70


19

Figura 2. Reprezentarea simplificata instalaiei de reglare automata

temperaturii apei la ieirea din schimbtorul de cldur

acesta din urm transform variaia de presiune ntr-o deplasare, prin care se modific poziia

paletei (4). Elementele 1, 2, 3, i 4 la care se poate aduga indicatorul (5), (atunci cnd exist),

formeazmpreunelementul de msurat.

Elementul de comparaie (E.C) compar temperatura apei la ieire te cu valoarea prescris (deconsem) ti, rezultnd abaterea de reglare sau eroarea: xe=t(tite).

n figura 2valoarea prescrisa temperaturii ti=xi=mrimea de intrare, este reprezentatprin punctul

de oscilaie al paletei (4). Acest punct poate fi deplasat manual n sus sau n jos cu ajutorul tijei (5).

Valoarea msurat te a temperaturii apei la ieirea din nclzitor este reprezentat prin poziia

extremitii mobile a tubului Bourdon, articulatcu paleta (4).

Atunci cnd te=ti(deci t=0), mijlocul paletei se aflexact n dreptul ajutajului conic (6). La orice

alt valoare teti, poziia punctului de la mijlocul paletei reprezint o mrime proporional cu

diferena (te=ti). Temperatura te reprezintmrimea de ieire xe, iar deplasarea extremitii tubului

Bourdon reprezint mrimea de reacie xr. Rezult eroarea: xe=xixr=, mrimea de ieire a

elementului de comparaie (E.C.).

Regulatorul automat RA reprezentat simplificat n figur ndeplinete numai o funcie de

amplificare a semnalului primit de la elementul de comparaie.

n spaiul (8) al amplificatorului pneumatic sistem duz-palet alimentat cu aer sub presiune

constant prin elementul de strangulare (7), se obine o presiune proporional cu distana ntre

paleti ajutaj, deci proporionalcu diferena t.


20/70


20

Amplificatorul pneumatic (9) alimentat de la aceeai sursde aer comprimat, produce n conducta

(10) o presiune proporionalcu t=ti-te. Aceastpresiune reprezintmrimea de comandxe, adic

mrimea de la ieirea regulatorului RA. Mrimea de comand este mrimea de intrare pentru

elementul de execuie EE.

Elementul de execuie EE (care ia locul organului de execuie OE de la reglarea manual) este

ventilul (12), care modificdebitul Da al aburului de nclzire.

Ventilul are o membran (11), asupra creia se exercitpresiunea de aer din conducta (10), de la

ieirea din regulator. Seciunea deschiderii ventilului asigur valoarea debitului Da (mrimea de

execuie xm) care se aplicla intrarea schimbtorului de cldur(instalaia automatizatIA).


21/70


21

CURS 4

REGULATOARE. ALGORITMI DE REGLARE

Elementele de acionare sau de execuie sunt dispozitive de automatizare care transmit procesului

controlat comanda generatde sistemul de control. Exemple: robinet, element de nclzire, motor

electric, etc.

Constructiv, elementele de acionare au 2 pri:

o parte motoare (de acionare);

o parte de execuie

Figura 1.Elemente componente buclreglare

Regulatoarele - reprezintcomponenta inteligent al unui sistem de reglare, figura 1.

Funcia de reglaj, (funcia de transfer a regulatorului) indic dependena dintre semnalul de

comandgenerat i abatere

Reglajul poate fi liniar ideal sau neliniar - real

Clasificarea regulatoarelor

dupnatura semnalului de comandgenerat:

regulatoare continue semnalul de comandeste o funcie continu n raport cu

abaterea i cu timpul (ex.: regulatoare P, PI, PID, etc.)

regulatoare discontinue semnalul de comand este o funcie care are

discontinuiti n raport cu abaterea (ex.: regulatoare bipoziionale, tripoziionale i

n mai multe trepte)

discrete semnalul de comandeste o funcie discretn timp, adic se genereaz

impulsuri modulate n amplitudine, frecven, factor de umplere sau se genereaz

informaii codificate binar

duptehnologia folositpentru implementarea funciei de reglaj

Proces controlat

Elem. deexecuie

Regulator

Traductor

+-

VP

VM

C

m

VE


22/70


22

regulatoare mecanice, hidraulice, pneumatice se folosesc componente

mecanice, hidraulice sau pneumatice mai mult sau mai puin standardizate; este

dificil de implementat o funcie de reglaj, optimdin punct de vedere teoretic;

regulatoare electronice sau analogice se folosesc componente electronice active

(tranzistor, amplificator operaional) i pasive (rezisten, condensator, bobin);

precizia de implementare a funciei de reglaj depinde de precizia componentelor

regulatoare digitale sau numerice utilizeazcomponente digitale (pori logice,

bistabile, etc.), inclusiv microprocesor; funcia de reglaj se implementeazprintr-o

schemlogicsau prin program; n ultimul caz pot fi implementate funcii complexe

de reglaj, iar precizia de reglaj nu depinde de precizia componentelor

dupmrimea constantelor de timp implicate

regulatoare pentru procese lente constantele de timp ale procesului sunt foartemari (peste zeci de secunde); exemple: reglare temperatur, nivel, concentraii de

gaze

regulatoare pentru procese rapide constantele de timp sunt relativ mici (sub

cteva secunde); exemplu: reglarea turaiei motoarelor, poziionare, reglare presiune

dupgradul de adaptabilitate

regulatoare clasice(neadaptive) coeficienii de reglaj se acordeazmanual

regulatoare autoadaptive coeficienii de reglaj se acordeazautomat

Algoritmi de reglare

Alegerea schemei/algoritmului de reglaj se face pe baza urmtorilor parametrii ai procesului

controlat:

timpul mort i constanta de timp a sistemului

precizia solicitat(eroarea staionaradmis)

abaterea maximadmis timpul maxim de atingere a valorii prescrise

timpul maxim de tranziie

costul maxim admis

gradul de stabilitate al sistemului

Reglaj proporional regulator de tip P

comanda este proporionalcu abaterea

c(t) = Kp(t) = Kp(VP-VM(t))


23/70


23

unde:

c(t) comanda la momentul t

(t) abaterea (eroarea) la momentul t

Kp factorul de proporionalitate

VP valoarea prescris

VM(t) valoarea msuratla momentul t

Bp=1/Kp100 [%] - banda de proporionalitate

Regulator P - caracteristici:

- precizie mai buna dect n cazul reglajului bi- sau tri-poziional;

- nu se ine cont de evoluia anterioara abaterii

- nu se recomandpentru sisteme cu timp mort mare- dacabaterea este mare, comandnu mai este proporionalcu eroarea;

- proporionalitatea se menine numai n banda de proporionalitate

Reglajul proporional-integral regulator de tip PI

comanda depinde de abaterea momentani de integrala abaterii efect de filtrare

c(t) = Kp( (t) + 1/Ti (t)dt ) (1)

unde Ti constanta integrativ caracteristici:

reglaj mai bun dect cel de tip P

eliminzgomotele care apar pe valoarea msurat

daca Ti este prea mic sistemul intra n oscilaie

Reglajul proporional-derivativ regulator PD

comanda depinde de abaterea momentani de derivata abaterii

c(t) = Kp( (t) + Tdd(t)/dt ) (2)unde: Td factorul derivativ

caracteristici:

folosit pentru procese lente n vederea detectrii direciei i vitezei de variaie

a abaterii

daca Td este mare, sistemul intr n oscilaie, mai uor dect n cazul

precedent

Reglajul proporional-integral-derivativ regulator de tip PID

Comanda depinde de valoarea momentan, integrali derivata abaterii


24/70


24

c(t) = Kp( (t) + 1/Ti(t)dt +Tdd(t)/dt) (3)

cu factor de corelaie:

c(t) = Kp( (1+qTd/Ti)(t) + 1/Ti(t)dt - TddVM(t)/dt) (4)

unde:

(1+qTd/Ti) factor de corelaie

q constanta de corecie (dependentde construcia regulatorului)

Caracteristici:

performanele cele mai bune n categoria de regulatoare continue

coeficienii regulatorului PID, Kp, Ti, Td trebuie acordai n conformitate cu

comportamentul sistemului controlat (pe baza rspunsului la treapta unitar)

dacreglajul nu este adecvat, sistemul poate sintre n oscilaie

acordarea se face pe baza unor criterii de optimalitate: abaterea minim

integrala ptratului abaterii sfie minim

timp minim de atingere a valorii prescrise

abaterea maximsnu depeasco valoare prestabilit

Acordarea regulatoarelor presupune determinarea constantelor Kp, Ti, Tdpentru o funcionare

optimal

Regulatoare adaptive

Acest tip de regulatoare i determin automat coeficienii de reglaj. Astfel, se face periodic o

estimare a comportamentului sistemului i se acordeaz coeficienii de reglaj. Este recomandat

pentru sistemele care i modificcomportamentul n timp.

Figura 2.Schemregulator adaptiv

Criterii de alegere a tipului optim de regulator

Alegerea soluiei optime de reglaj se face pe baza mai multor criterii:

dupvaloarea raportului dintre timpul mort i constanta de timp a procesului:

Calcul parametri

Regulator Proces

Estimator

VP Y

Kp,Ti,Td

c


25/70


25

( 0 .. 0,3) - regulator bipoziional

Tm/T = (0,3 .. 1) regulator PID

> 1 regulatoare speciale (ex.: regulatoare adaptive)

dupcaracteristicile procesului i ale perturbaiilor:

cu o constantde timp dominant regulator P

cu douconstante de timp dominante regulator PI, PID

cu zgomot mare regulator PI

cu zgomot redus i constantde amplificare mic regulator PD

pe baza experienei acumulate:

reglaj de nivel regulator P, PI

reglaj de debit - PI reglaj de temperatur, presiune: P, PI, PID


26/70


26

CURS 5

COMPONENTE UTILIZATE IN SISTEMELE DIGITALE DE CONTROL

Componente hardware:

procesoare specializate: microcontroloare, procesoare digitale de semnal

memorii

interfee de intrare/ieire

interfee digitale

interfee analogice:

calculatoare specializate:

calculatoare de proces

regulatoare Sisteme de comunicaie reele industriale

CAN

Profibus

Ethernet

Tehnici de programare specifice:

sisteme de reglaj

prelucrarea semnalelor digitale sisteme de timp-real

sisteme distribuite de control

Uniti de comandcu microprocesor

Avantaje:

o mai mare flexibilitate n implementarea funciilor de control

noi funcionaliti: vizualizarea, stocarea i transmiterea la distana datelor

comenzi inteligente primite de la distan, auto-testarea si auto-calibrarea

sistemului

implementarea funciilor de urmrire i control => prin program

Dezavantaje:

procesarea discret a datelor; timp de reacie determinat de timpul de execuie a

programului, care uneori este greu de precizat; limite dimensionale, de cost sau de

consum

Microcontrolere

procesoare specializate pentru aplicaii de control


27/70


27

circuite care incorporeazaproape toate componentele unui micro-sistem de calcul: UCP,

memorie de program, memorie de date, sistem de ntreruperi, porturi de intrare/ieire

digitale, convertoare analog-numerice si numeric analogice, interfee de comunicaie i de

reea

Microcontrolere (C) - caracteristici:

dimensiuni reduse (numr redus de pini)

consum mic

timp predefinit de execuie a instruciunilor

arhitecturtip Harvard: separarea memoriei de program de memoria de date

sistem de ntreruperi simplu, adaptat componentelor periferice (contoare, interfee)

coninute n circuit

frecvene de lucru relativ mici (10-30 MHz); performane de calcul modeste limitri n ceea ce privete capacitatea de memorare

restricii privind posibilitile de extindere a sistemului

Familii de C

O familie este caracterizatprin:

aceeai arhitecturde baz

acelai set de instruciuni

aceleai instrumente de dezvoltare a programelor Diferene ntre variante ale aceleiai familii:

Capacitate de memorie (pentru date si pentru program)

Tipuri de interfee incluse

Numr de porturi, contoare;

Schema bloc a unei familii de microcontroloare


28/70


28

Principalele componente ale microcontrolorului

UCP unitatea centralde prelucrare asigurexecuia instruciunilor unui program

ROM memoria nevolatil conine programul de aplicaie i eventualele constante de

program; memoria poate fi de tip PROM (se nscrie o singurdat), EPROM (cu posibilitate

de nscriere multipl, off-line) sau EEPROM (cu posibilitate de scriere n timpulfuncionrii programului); dimensiunea memoriei variazfuncie de varianta constructivde

la 0 la 32ko; ea se poate extinde prin adugarea unei memorii externe

RAM memoria de date pstreaz variabilele programului i stiva; n prima parte a

memoriei locaiile pot fi adresate ca registre interne (4 seturi a cte 8 registre); o anumit

zonde memorie poate fi adresatla nivel de bit; capacitatea memoriei depinde de varianta

constructiv(128-512 octei); memoria RAM internpoate fi extinscu o memorie RAM

extern

sistemul de ntreruperi gestioneazcererile interne i externe de ntrerupere; sursele de

ntrerupere sunt: 2 linii externe de ntrerupere, canal serial (recepie sau transmisie de

caractere) i contoare (timer 0,1,2)

generatorul de ceas genereaz semnalul de ceas necesar pentru funcionarea UCP i

furnizeazo frecvende referinpentru contoarele interne i canalul serial

porturile de intrare/ieire permit achiziia sau generarea de semnale digitale; sunt 4 sau 6

porturi a cte 8 semnale; un semnal se configureaz ca intrare, ieire sau semnal

bidirecional

ntreruperiTimer 2Sistem de ntreruperi

ROM RAM Timer 14k-32 ko 128-512 o

Timer 0

UCP

Canal serialCNA CAN

Generator de ceasPort I/E *4

32 linii de I/E

RS 232 Ieire analogic Intrri

analogice

WD

PWM

Reset Ieire PWM


29/70


29

canalul serial implementeazprotocolul de comunicaie RS 232 (canal serial asincron,

bidirecional pe caracter); la unele variante exist un canal serial suplimentar care

implementeazprotocolul I2C; acest protocol permite construirea unei magistrale seriale n

locul celei paralele clasice

timer 0, 1, 2 set de 2 sau 3 contoare utilizabile pentru generarea periodic a unor

ntreruperi (ex.: pentru ceas de timp-real), pentru numrarea unor evenimente externe sau

pentru generarea frecvenei de transmisie serial

CNA convertor numeric/analogic folosit pentru generarea unui semnal analogic;

aceastcomponenteste prezentnumai la variantele mai complexe

CAN convertor analog/numeric folosit pentru achiziia unor semnale analogice; pot fi

citite prin multiplexare pnla 8 intrri analogice

WD contor Watch-Dog utilizat pentru detectarea funcionrii anormale a UCP; daccontorul nu este reiniializat periodic, se consider o anomalie i ieirea contorului va

provoca o reiniializare a procesorului

PWM ieire cu modulaie n lime de impuls (Puls Width Modulation) permite

generarea unei comenzi asemntoare unui semnal analogic, folosindu-se o ieire digital;

prin aplicarea unui filtru trece jos se obine un semnal analogic proporional cu factorul de

umplere al impulsului generat

Accesarea memoriei si a porturilor Registrele interne fac parte din spaiul de memorie destinat datelor

Porturile de intrare/ieire, inclusiv cele de control si stare ocupa un loc predefinit din spaiul

de memorie (SFR Special Function Register)

Moduri de funcionare

funcionare normal(eng. normal mode) toate componentele sunt funcionale, consumul

este maxim

ateptare (eng. idle mode) generatorul de ceas, contoarele i memoria RAM sunt

alimentate, restul componentelor sunt decuplate; consumul este mediu; procesorul este scos

din aceaststare printr-un semnal de reset sau un semnal de ntrerupere

deconectare (eng. power-down mode) memoria RAM este singura component

alimentat, restul fiind decuplate; tensiunea minim admisibil este de 3V, iar consumul

este extrem de mic (comparabil cu curentul de descrcare naturala unei baterii)

Setul de instruciuni structura UCP

UCP are arhitectura pe 8 bii de tip Harvard (memorie de date i de program separate)

Set simplu de instruciuni

Instruciuni relativ simple


30/70


30

Instruciunile nu fac distincie ntre locaii de memorie i porturi spaiu comun de adresare

Adresarea memoriei RAM externe i a memoriei de program se face indirect prin registru

(Data Pointer)

La 12MHz o instruciune se executa n 1 sau 2 s

Timpul de execuie a unui program se poate calcula prin numrarea instruciunilor

Caracteristici comune pentru diferitele variante de C:

integrarea ntr-un singur circuit a componentelor necesare pentru o aplicaie simpl de

control

arhitecturHarvard, care presupune separarea memoriei de program de memoria de date;

scopul urmrit este protejarea zonei de program i creterea vitezei de transfer

mai multe variante constructive, care se adapteaz mai bine la necesitile unei aplicaiiconcrete

set de instruciuni simplu, cu instruciuni executate ntr-un timp bine definit; scopul urmrit

este creterea gradului de determinism i posibilitatea evalurii timpului de procesare a

datelor, ncdin faza de proiectare

seturi multiple de registre interne, utile pentru transferul rapid de date i pentru comutarea

rapidde context

adresarea porturilor de intrare/ieire ca locaii de memorie pentru a permite un acces directi rapid la semnalele de intrare i de ieire

mai multe moduri speciale de lucru pentru un consum minim

conin componente tipice pentru aplicaiile de control: convertoare de semnal, generator

PWM, numrtoare de impulsuri, detector de funcionare anormal(watch-dog), etc.


31/70


31

CURS 6

INTERFEE DE PROCES

Interfeele de proces reprezint conexiunea dintre sistemul de calcul i dispozitivele de

automatizare distribuite n procesul controlat.

Funciile ndeplinite de interfeele de proces sunt:

adaptarea semnalelor de intrare la specificaiile tehnologiei digitale utilizate (n mod

uzual TTL sau CMOS); aceasta presupune adaptare de impedan, amplificare, filtrare,

eantionare i diverse tipuri de conversii;

generarea semnalelor de ieire conform specificaiilor date de dispozitivele de

automatizare ctre care se ndreapt; i aceastfuncie presupune adaptare de impedanide putere, amplificare i conversii;

izolarea galvanica semnalelor de intrare i de ieire, cu scopul de a proteja sistemul de

calcul (partea inteligent) de eventuale defeciuni aprute n partea de proces i care ar putea

s distrug componentele digitale (ex.: conectarea accidental a unor tensiuni ridicate pe

semnalele de intrare sau de ieire, scurtcircuite, etc.);

memorarea temporara datelor;

sincronizareafluxului de date de intrare i de ieire cu viteza de lucru a procesorului.

Structura unei interfee depinde de urmtorii factori:

- numrul de semnale recepionate i transmise;

- natura semnalelor:digitale sau analogice,de tensiune sau de curent, cu codificare pe

nivel, n frecvensau n lime de impuls, etc;

- domeniul de frecvenal semnalelor;

- precizia de prelucrare a semnalelor;- tipul de magistralla care se conecteazinterfaa.

ntr-o interfapot fi utilizate urmtoarele moduri de transfer:

prin program unitatea centralcontroleazdirect transferul de date, pe baza unei rutine

de transfer;

prin ntreruperi fiecare nou transfer este iniiat prin activarea unui semnal de ntrerupere;

transferul propriu-zis se realizeazde unitatea centralprintr-o rutinde ntrerupere;

prin acces direct la memorie un circuit specializat n care controlorul de acces direct la

memorie dirijeaztransferul ntre memorie i interfa;


32/70


32

prin procesor de intrare/ieire presupune un procesor specializat, coninut n interfa,

care se ocupde efectuarea transferului

Schema de principiu a unei interfee de proces prezinturmtoarele componente:

registre (porturi) de ieire (RE)- pentru memorarea semnalelor de ieire;

registre (porturi) de intrare (RI) pentru citirea semnalelor de intrare;

circuite de adaptare (CA) adapteazsemnalele de intrare i de ieire;

circuit de decodificare (Dec) pentru selecia registrelor de intrare i de ieire

Figura 1. Schema de principiu a unei interfee de proces

Tipuri de interfee

Interfee de ieire pentru semnale digitale: prin releu, prin optocuplor, prin tiristor;

Interfee de intrare pentru semnale digitale: prin releu, prin optocuplor;

Interfee de ieire pentru semnale analogice: circuite de conversie;

Interfee de intrare pentru semnale analogice: circuite de conversie.

Interfee de ieire pentru semnale digitale

1. Circuit de ieire digitalprin releu

Primete semnal prin circuitul digital TTL i bobina releului este alimentat nchiznd sau

deschiznd (funcie de tipul contactului releului normal deschis, ND sau normal nchis, NI). n

funcie de robusteea contactelor releului, pot fi comutate tensiuni i cureni mari. Componentele

mecanice ale releului limiteaz frecvena semnalului de ieire (max. 1Hz), comutrile frecvente

provocnd uzura prematura releului n principal prin uzura contactelor. Totodatasiguro bun

separare galvanic.

Adrese

Date

Comenzi

Dec

Selectie

RE

CA

RISelectie

Magistrala sistem

CA CA CA CA CA


33/70


33

Figura 2. Circuit de ieire digitalprin releu

2. Circuit de ieire digitalprin optocuplor(ansamblul LED-fototranzistor)

Funcionare - semnalul este transmis de la fotodiodla fototranzistor, acesta aplicpotenialul V2

prin rezistena R2 ctre tranzistorul T alimentnd circuitul de comand.

Caracteristici:

- asiguro izolare galvanicbun;

- frecvena maxima semnalului este mult mai mare (10KHz- 1MHz);

- comutrile repetate nu afecteazcircuitul (numr nelimitat de cicluri);

- puterea transmiseste mic

Figura 3. Circuit de ieire digitalprin optocuplor

3. Circuit de ieire digitalprin tiristor

Funcionare - semnalul este transmis de la circuitul TTL etajului de comandformat de tranzistorulT1, acesta comandnd tiristorul T2 care permite aplicarea tensiunii Ur pe consumatorul R.

Ieire TTL

Optocuplor

V1 V2

R2R1 R3

Comand

T

K

Circuit de for

Consumator

Circuit TTLR1

R2

D1

T1

V


34/70


34

Caracteristici:

- nu asigurizolarea galvanica circuitului de comandde circuitul de for;

- exist pericolul strpungerii tiristorului, ceea ce permite trecerea tensiunii din

circuitul de forn partea de control;

- consumatorul (elementul de acionare) poate fi comandat n impulsuri

Figura 4. Circuit de ieire digitalprintiristor

Interfee de ieire pentru semnale analogice

Canal analogic de ieire

registrul memoreazvaloarea digitala semnalului analogic;

CD/A convertor digital-analog convertete un semnal digital ntr-o valoare analogic

FTJ filtru trece jos realizeaz filtrarea semnalului de ieire, atenund trecerile brutentre valorile de ieire discrete;

amplificator adapteaz semnalul analogic de ieire conform unui anumit standard de

transmisie (tensiune, curent, impedan), sau conform cu specificaiile dispozitivului de

acionare;

dispozitiv de acionare element de automatizare menit s influeneze evoluia unui

proces;

adaptor transformsemnalul analogic ntr-o comandctre elementul de execuie;

element de execuie dispozitiv care acioneazasupra unui parametru de intrare n proces

(ex.: robinete, valve, motor electric, etc.)


35/70


35

Figura 5. Canal analogic de ieire

Interfee de intrare pentru semnale analogice

traductorul dispozitiv conectat n proces i care transformvariaia unei mrimi fizice n

variaia unui semnal electric; traductorul se compune dintr-o parte de senzor i un adaptor

de semnal;

amplificatorul are rolul de a adapta semnalul de intrare la domeniul admis al

convertorului analog-digital; n anumite cazuri este necesarizolarea galvanica semnalului

de intrare de restul circuitului

multiplexorul analogic (MUX) permite comutarea mai multor intrri analogice la un

singur convertor analog-digital

filtrul trece jos (FTJ) are rolul de a limita frecvena semnalului de intrare; se considerc

acele componente de semnal care depesc o anumit limitde frecvensunt generate de

zgomote i n consecintrebuie eliminate

circuitul de eantionare/reinere (eng. S/H Sample and hold) are rolul de a preleva

eantioane din semnalul de intrare i de a menine constantvaloarea eantionatpe toat

durata ciclului de conversie

convertorul analog-digital (CAD) convertete un semnal analogic ntr-o valoare digital

registrul de intrare(RI) memoreazvaloarea convertitpentru a fi cititde procesor

Magistrala

sistem

Registru

CD/A FTJ

Amplif.Elem.

exec.

Adaptor

Disp. de execuie

Interfade ieire analogic


36/70


36

Figura 6.Interfee de intrare pentru semnale analogice

Traductor

M

U

X

FTJ

S/H CAD

Interfaa de intrare analogicMagistrala

sistem

RI

Amp.

S

Selecie MUX


37/70


37

CURS 7

REELE INDUSTRIALE DE COMUNICAII

Reelele industriale de comunicaie sunt sisteme de comunicaie dezvoltate cu scopulsatisfacerii cerinelor de comunicaie din mediul industrial.

Ce se transmite ?

Informaii binare/logice - informaii de stare (nchis/deschis, pornit/oprit, validat/invalidat);

Informaie analogic- valori de mrimi fizice de proces;

Informaie mixt- informaii de configurare i reglare.

Cum trebuie sse transmitinformaiile?

- Sigur:

- frpierdere de informaie;

- frerori;

- frintervenia persoanelor neautorizate.

- Exact:

- n concordancu mrimile de proces msurate;

- frzgomote;

- La timp:

- ntrzieri:

- Datoritmsurrii;

- Datorittransmisiei.

Comunicaia n reea este caracterizat,n principal:

- Un mediu, mai multe conexiuni;

- Transmiterea de date complexe n direcii multiple;

- Infrastructura de comunicaie mai ieftin;

- Transmisie sigur/fiabil:

- Prin folosirea tehnicilor digitale de codare i transmisie;

- Mijloace specifice de protecie a datelor (metode de detecie i corecie a erorilor

incluse n protocolul de comunicaie);

- Mediu de comunicaie scalabil i reconfigurabil;

- Standardizare i interoperabilitate.

Cerine specifice de comunicaie:

- Timp determinat/predefinit pentru transmisia mesajelor comunicaie de timp-real;- Nivel predefinit de sigurana/fiabilitate:


38/70


38

- Nivelul de fiabilitate trebuie demonstrat

- Toleranta la defecte, detecia, mascarea si corecia erorilor

- Caracter determinist, predictiv al transmisiei;

- Transmiterea unor structuri specifice de date;

- Achiziia si transmisia periodica datelor;

- Mai multe nivele de prioriti.

Soluii:

- Reele dedicate de comunicaie reele industriale

- Adaptarea reelelor de calculatoare pentru mediu industrial

Clasificarea reelelor industriale de comunicaie cuprinde 3 clase mai importante i anume:

Reele pentru senzori i elemente de acionare (Instrumentation bus, Actuator/Sensor

network);

Reele/magistrale de teren (field buses);

Reele celulare (cell networks)

Acestea diferprin:

numrul de noduri conectate n reea; dimensiunea i distribuia geografica reelei;

Protocol de comunicaie

Determinism&

Predictibilitate

Fiabilitate&Toleranla

defecte

Vitezdereacie

Garanii detimp-real

Interoperabilitate

si scalabilitate

Fluxuri de

date specifice

Simplitate


39/70


39

timpul de reacie maxim impus al reelei;

complexitatea dispozitivelor conectate n reea (gradul de inteligen, resurse disponibile);

costurile de instalare i ntreinere admise (un procent din costurile ntregii instalaii);

fiabilitatea impusi gradul de toleranla defecte;

cerine speciale (medii explozive, zgomote electromagnetice intense, variaii mari ale

parametrilor de mediu, etc.)

- Reele pentru senzori i elemente de acionare

Acestea sunt utilizate pentru controlul la nivelul procesului de fabricaie ca bucle de reglaj i

control secvenial, pentru interconectarea unor elemente simple de automatizare (senzori) cuelemente de complexitate medie (regulatoare, etc.)

Reelele pentru senzori sunt caracterizate de:

Viteza (foarte) mare; timp de reacie sczut( 1-10 ms);

Mesaje foarte scurte (8-16 bii);

Metode deterministe de acces la mediul de comunicaie;

Modele de comunicaie: master-slave;

Protocol simplu la nodurile slave, complex la nodul master; Nivel ridicat de fiabilitate i siguran

Exemple (implementri practice):

CAN Control Area Network: dezvoltat n principal pentru industria automobilisticeste o

reea de tip magistralserial, de dimensiuni mici (50m, 200m), fiecare tip de mesaj avnd

un nivel propriu de prioritate.

Interbus-S: arhitecturde tip inel, controlat de la un nod central. ASi - Actuator Sensor Interface: reea de tip magistral, cu acces prin metoda master-slave.

Este caracterizatde mesaje foarte scurte, cu reconfigurarea automatn caz de defect.

- Reele de teren (fieldbus) Profibus, WorldFIP, DeviceNet

Reelele de teren sunt utilizate pentru controlul unor procese de complexitate medie. Prezint un

protocol relativ complex care implicprezena unei anumite inteligene la nivelul fiecrui nod de

reea (calculatoare de proces, regulatoare, etc.)

Caracteristici:

o Timp de rspuns mediu, predefinit (10-100ms);


40/70


40

o Mesaje scurte i medii (100-250 octei);

o Protocol complex care asigurmecanisme bune de detecie i mascare a erorilor;

o Mecanisme de acces la reea de tip multimaster.

- Reele celulare

Reele celulare sunt reelele pentru interconectarea celulelor flexibile de fabricaie

- Seamncu reelele locale de calculatoare

- Caracteristici:

- Timp garantat de transmisie

- Comportament determinist

- Mesajele au structura complex(similar cu Ethernet)

- Nodurile reelei sunt calculatoare de proces

Protocolul Ethernet n controlul industrial

Ethernet-ul reprezint cel mai rspndit protocol pentru reelele locale de calculatoare, fiind

caracterizat de interfee foarte ieftine i compatibilitate cu sistemul informatic al unei ntreprinderi.

n schimb, nu este un protocol determinist, nu se poate garanta timpul de transmisie i nici

transmisia sigura unui mesaj.

Prezintnssoluii n ceea ce privete:

- transmisia: la frecvene de 100MHz/1GHz evitapariia coliziunilor de date;

- determinismul se asigurprin suprapunerea unui mecanism determinist de acces la mediul

de transmisie peste protocolul clasic Ethernet

Sisteme distribuite bazate pe servicii

Scopul utilizrii acestor sisteme este reducerea complexitii sistemelor distribuite de control.Metoda propus este dezvoltarea unui set de servicii de nivel intermediar care s satisfac

necesitile de comunicaie i sincronizare ale unui sistem de control.

Proiectarea sistemelor distribuite de control moderne implic utilizarea unor modele, tehnici i

instrumente adecvate de comunicaie, adaptate cerinelor specifice din mediul industrial.

Se impune astfel o mai mare atenie mijloacelor de comunicaie utilizate n sistemele de control.

Sunt necesare metode i tehnici speciale de garantare a caracteristicilor critice de comunicaie (ex:

timp de transmisie, timp de reacie, fiabilitate, toleran la defecte, etc.). Totodat este necesar

unificarea standardelor de comunicaie pentru a asigura interoperabilitatea unei game largi de

echipamente de control.


41/70


41

CURS 8

TIPURI DE TRADUCTOARE

Schema unui sistem automat monovariabil simplu n buclnchis.

Elementele unei bucle de reglaj sunt:

- procesul controlat instalaia tehnologic sau echipamentul a crui parametru se

controleaz;

- regulator dispozitiv de automatizare care genereazo comand (c) pe baza abaterii ()

dintre valoarea prescris(VP) i valoarea msurat(VM) a unui parametru de proces (VE -

valoare de ieire);

- traductor dispozitiv care transformo mrime de proces ntr-un semnal electric;

- element de execuie dispozitiv care transformun semnal de comandntr-o aciune (m)

de obicei de naturmecanicprin care se influeneazevoluia procesului

Componentele unui sistem de reglare automat

Traductoare - dispozitive de automatizare utilizate pentru msurarea parametrilor ai unui proces

componente:

element sensibil senzor - transforma o mrime fizic ntr-o mrimemsurabil(de obicei de naturelectric)

adaptor de semnal cu rol de amplificare i filtrare a semnalului de intrare;

eliminare a tensiunii continue reziduale; compensarea comportamentului

neliniar al senzorului; modularea i codificarea informaiei.

Proces controlatElem. de

execuieRegulator

Traductor

+-

VP

VM

C m

VE

Senzor

Adaptor de

semnal

Mrime fizic Semnaltransmis


42/70


42

Traductoare

Semnalul transmis de traductor poate fi:

semnal analogic: semnale unificate (standard) de tensiune: [0-5V]; [0-10V],[ -5 -

+5V] sau de curent: [2-10mA], [4-20mA]

semnal digital:

de stare: 0/1

n impulsuri cu frecvenvariabilsau cu lime de impuls variabil

mesaj digital

Traductoare inteligente fiind traductor clasic + microcontrolor caracterizat de funciile

suplimentare: afiarea local a valorii msurate; autocalibrarea dispozitivului de msurare;

codificarea informaiei transmise; stocarea temporar a datelor; sintetizarea i filtrarea logic a

datelor msurate.Principalele caracteristici ale unui traductor sunt

natura mrimii fizice msurate: temperatura, presiune, nivel, deplasare, umiditate,

concentraie de gaz.

funcia de transformare (relaia dintre mrimea fizicmsurati semnalul de ieire): liniara

(cazul ideal) sau neliniara cazul real (linearizabilpe poriuni)

gama de variaie admisa mrimii de intrare

sensibilitatea de msurare (raportul dintre variaia semnalului de ieire i variaia mrimii deintrare). Ex: la senzor de temperatura:

jonciune semiconductoare: 2mV/grad Celsius

termocuplu: 200V/C

precizia de msurare i eroarea

eroare absoluta

eroare relativa: eroarea/valoarea nominala sau eroarea/domeniul de msur

caracteristica dinamic:

comportamentul in timp al traductorului:

ex: timpul mort al traductorului

natura semnalului de ieire

Traductoare de temperatura

Temperatura este cel mai important parametru de proces.

Principalele tipuri de traductoare de temperatura sunt: termocupluri, termorezistene, termometre

manometrice, pirometre.


43/70


43

Termocupluri

Acest tip de traductoare de temperaturse obine prin alipirea ntr-un punct a doumetale diferite.

n punctul de contact apare o jonciune ce dirijeazpurttorii de sarcinntr-un singur sens. Apare o

tensiune electro-motoare ce depinde de natura metalelor i de TEMPERATURA punctului de

contact.

e = e0+ kT

unde:

e tensiunea electromotoare generatla o anumittemperatur

e0 tensiunea generatde jonciune la temperatura de 0C

T temperatura n C la care se afljonciunea

k constanta termocuplului, indic variaia tensiunii electro-motoare la o variaie de un grad a

jonciunii Avantaje:

precizie foarte mare, liniaritate buna

repetabilitate n timp a msurtorilor

valorile msurate sunt universale, la nlocuire nu necesitreglaje suplimentare

plajfoarte mare de temperatur(- 200 - +1600C)

Dezavantaj:

problema punctului rece valori mici ale tensiunii generate/grad Celsius

necesitcontact fizic cu obiectul msurat

Termorezistenele are la bazprincipiul variaiei rezistenei cu temperatura

legea de variaie:

R = R0(1+t)

unde:R rezistena senzorului la temperatura t

R0 rezistena senzorului la 0C; valorile nominale sunt standardizate: R0= 100, 200

coeficientul de variaie al rezistenei cu temperatura

t temperatura msuratn C

Caracteristici:

linearitate relativ buna funciei de transformare

plajmare de temperatur(-200 - 600C)

prerelativ sczut

precizie moderat


44/70


44

nclzirea termorezistenei la trecerea unui curent de msurafecteazprecizia de

msurare

Termistorii - are la bazprincipiul variaiei negativi exponeniala rezistenei cu temperatura

R = R0 e(1/T-1/T0)

unde:

R rezistena la temperatura T

R0 valoarea de referina senzorului

T temperatura msuratn grade kelvin

T0 temperatura de referin( 298Kelvin = 20C)

constanta de temperatur

Termometrele manometrice - se bazeazpe legea gazului ideal:

pV = RTp = p0(1+ T)

unde:

T- temperatura absolutmsuratn grade Kelvin

p - presiunea gazului ideal

p0 presiunea la temperatura de 0C

constanta de variaie a presiunii cu temperatura

numrul de moli de gazR- constanta universala gazelor

Caracteristici:

precizie foarte mare

dificil de integrat n sisteme de automatizare

se folosesc pentru calibrarea celorlalte traductoare de temperatura

Pirometrele de radiaie- msoartemperatura pe baza energiei (optice) radiante. Ele sunt de dou

tipuri: pirometre de radiaie totali pirometre de radiaie cromaticCaracteristici:

msurarea de la distana temperaturii

plaja mare de variaie a temperaturii

prerelativ ridicat

Traductoare de presiune

presiunea un alt parametru important

se msoarfie pentru presiunea propriu-zisfie pentru a determina indirect alte mrimi (ex:

nivelul de lichid intr-un recipient)

Traductoare de debit


45/70


45

Existmai multe metode de msurare a debitului unui fluid:

prin msurarea unei diferene de presiune

prin msurarea unui cuplu mecanic sau a vitezei de rotaie

prin msurarea unui efect de inducie electromagnetic

Traductoare de nivel

prin msurarea presiunii lichidului la fundul rezervorului

h = p/(*g)

unde: h - nlimea coloanei de lichid

p presiunea staticla fundul rezervorului

densitatea lichidului

g acceleraia gravitaional

prin msurarea cu ultrasunete sau optic a distanei la care se aflsuprafaa libera lichidului(ex.: pentru baraje de acumulare)

cu plutitor i senzor de deplasare

cu senzor capacitiv; se msoar variaia capacitii unui condensator alctuit din dou

armturi verticale introduse n bazin; capacitatea depinde de permitivitatea electric a

lichidului i de nivelul acestuia; lichidul trebuie sfie izolator

Traductoare de deplasare i de vitez

Tipuri: cu inductanvariabil

cu capacitate variabil

cu rezistenvariabil(poteniometru)

cu senzor optic

Traductoare pentru mrimi electrice

tensiune

curent putere

factor de putere

rezisten, capacitate, inductan

Traductoare pentru mrimi fizice i chimice speciale

analizoare de gaze pentru oxigen, monoxid de carbon i bioxid de carbon

traductoare de umiditate relativi absolut

traductoare de vscozitate

traductoare de pH


46/70


46

CURS 9

PRELUCRAREA DIGITALA A SEMNALELOR

Procesarea semnalelor

Semnalul este o mrime fizicpurttoare a unei informaii.

Cele mai importante obiective urmrite prin prelucrarea semnalelor sunt:

- extragerea din semnal a unor componente considerate relevante pentru problema studiat

(ex.: filtrare);

- transformarea semnalului pe baza unei anumite reguli (amplificare/atenuare, ntrziere, etc.).

Domeniile care impun prelucrarea semnalelor sunt:

- Analiza semnalelor - domeniul care se ocupde descompunerea semnalelor complexe n

semnale elementare;

un semnal complex se descrie ca o sum (ponderat) de semnale simple;

(prin pondere se nelege amplitudinea semnalului simplu)

- Sinteza semnalelor - generarea unor semnale complexe, cu anumite proprieti date, care se

obin prin combinarea unor semnale elementare.

Ex: modulatoare, multiplexare, generatoare de semnal, etc.

Criteriile de clasificare a semnalelor:

- Din punct de vedere al predictibilitii, semnalele pot fi:

deterministe, dacevoluia lor este previzibili se pot descrie prin funcii de

timp (ex.: x(t) = A sin(t+))

aleatoare, dacau o evoluie imprevizibilsau mult prea complexpentru a

putea fi exprimatprintr-o expresie matematic(ex.: zgomot)

- Din punct de vedere al evoluiei n timp semnalele pot fi:

continue, dacsunt descrise prin funcii continue de timp

discrete, dacau valori definite doar la anumite momente de timp- Din punct de vedere al amplitudinii, semnalele pot fi :

continue, dacdomeniul de variaie al amplitudinii este un interval continuu

cuantizate, dacamplitudinea poate lua un numr finit de valori

- Semnale analogice -sunt semnalele continue n timp; se studiaz n teoria clasic a

semnalelor (integrale/derivate continue, transformata Fourier, Laplace, etc.)

- Semnale digitale sunt semnale discrete din punct de vedere al evolu iei n timp i

cuantizate ca domeniu de valori; se studiaz prin teoria semnalelor digitale sau discrete(sume integrale, transformata in Z, etc.)


47/70


47

Sisteme liniare. Acestea pot fi:

Sisteme descrise prin ecuaii integro-difereniale liniare, fiind totodatsisteme la care este

valabil principiul suprapunerii efectelor:

Efectul unui semnal complex asupra unui sistem este egal cu suma efectelor produse

de semnalele simple ce compun semnalul complex

Efectul produs de un sistem liniar asupra unui semnal complex de intrare este egal

cu suma efectelor produse asupra componentelor semnalului

Sisteme reale:

Neliniare n ansamblu

Linearizabile pe poriuni

Cauze de neliniaritate:o Efect de saturaie (la valori prea mari)

o Legea de variaie a sistemului este neliniarprin natura fenomenelor

incorporate

o Transformri de stare (ex: fierbere, rupere, etc.)

Exemple de semnale (n domeniul continuu)

Semnal sinusoidalx(t) = A sin(t+) = A sin (2ft + ) = A sin (2/T t + ) (1)

unde:

A amplitudinea semnalului

pulsaia

faza iniiala semnalului

f frecvena semnalului

T perioadat timpul

Figura 1. Semnal sinusoidal


48/70


48

Semnal de tip treaptunitar

( )

>

RTU) prin supervizare.

Sisteme de timp real. Noiunea de sistem de timp real are semnificaia unui sistem de

control care poate elabora decizii i aciona asupra sistemului controlat cu o ntrziere ale crei

efecte nu sunt msurabile sau nu afecteazfuncionarea acestuia.

Comunicaia ntre elementele sistemelor SCADA se face dupmetoda master-slave, n care

una din uniti este master, fiind singura care poate iniia comunicaia. Alte uniti slave pot iniia

comunicaia doar dac masterul le permite sau le d instruciuni n acest sens. Chestionarea

succesiva RTU de ctre MTU se numetescanare. Determinarea intervalului de scanare se face in

funcie de numrul RTU, de cantitatea de date care trebuie transmise pe durata unei conversa ii si

de viteza de variaie a semnalelor de intrare specifice proceselor controlate.

Controlul la distanta. Restricii.

Funciile care pot fi controlate de sistemele SCADA sunt: protecia i msurarea.

Instrumentaia de protecie.

Toate procesele care prin defecte locale pot conduce la deranjamentul unui beneficiar, defectarea

echipamentelor sau poluarea mediului trebuie echipate cu sisteme de protecie. Aceste sisteme pot

fi manuale (monitor i operator) sau automate pentru sisteme cu evoluie rapid.

Proiectarea sistemelor de protecie se face n spiritul a trei axiome:

Acces prioritar la dispozitivele de execuie fade sistemul de control permanent;

Absena elementelor comune cu sistemul de control normal;

Maximsimplitate.

Includerea SCADA n sistemele de distribuie ine seama de ultimele douconsiderente.


66/70


66

Defectele cu risc mare se evit prin instalarea sistemelor de protecie locale, prioritare fa de

sistemele SCADA.

1. Comunicaia

Toate datele transferate intre MTU si RTU sunt in forma numeric (binar). De aceea,

transmiterea unor comenzi de ajustare presupune conversia analog-numerica a mrimilor de

control, transmiterea lor in formnumerici reconstituirea nivelelor de comandprin conversie

numeric-analogicla nivelul RTU. Comunicaia MTU-RTU se face pe linii seriale, deoarece cile

de comunicaie sunt lungi sau foarte lungi. Ordinea de transmisie este MSB..LSB sau

LSBMSB in funcie de protocolul de comunicaie adoptat. In termeni de comunicaii, MTU si

RTU sunt DTE (Data Terminal Equipment), fiecare avnd posibilitatea de a genera un semnal

coninnd informaia care trebuie transmisi de a decodifica informaia din semnalul recepionat.In figura de mai jos este reprezentat principiul de comunicaie. Modem-urile sunt DCE (Data

Comunication Equipment) si au rol de interfa ntre DTE (care le conine) i mediul de

comunicaie.

DTE mediu DTE

fig. 11.1 Comunicatia MTU-RTU

Modemuleste elementul hard esenial. Ca purttoare se folosete unda sinusoidal, care

nu este afectatde distorsiuni de faz. Modularea se poate face n frecven, n amplitudine sau n

faz. AM presupune nmulirea amplitudinii purttoarei cu amplitudinea datelor. FM nseamn

amplitudine constanti frecvenvariabil(liniar sau nu) n funcie de nivelul logic transmis. FM

este mai puin influenat de condiiile atmosferice dect AM. PM presupune modificarea fazei

purttoarei n funcie de amplitudinea datelor. Pe msur ce frecvena datelor se aproprie de

frecvena purttoarei, PM seamntot mai mult cu FM.

2. RTU

RTU este elementul sistemului SCADA care gestioneaz achiziia datelor si memoreaz

valorile msurate pncnd este chestionat asupra lor de MTU. n plus, RTU transmite comenzi dela MTU ctre elementele de execuie (prelucrate sau nu; de exemplu MTU d comanda de

MTU RTUMODEM MODEM


67/70


67

modificare a poziiei unui element mobil cu o valoare oarecare, iar RTU elaboreaz semnalele

necesare comenzii motorului pas-cu-pas care efectueaz acea deplasare). Formatul uzual de

comunicaie este RS-232, iar semnalele asociate unui RTU sunt prezentate n fig. 12.2.

Fig. 11.2. Semnale caracteristice pentru RTU

Monitorizarea semnalelor discrete, corespunztoare unor stri logice asociate unor elemente

ale sistemelor controlate (de exemplu atingerea unor praguri) sau ale proteciilor (pentru

semnalizarea alarmelor) presupune asignarea corespunztoare a biilor dintr-unul sau mai muli

octei, analiza fiind fcutpractice instantaneu, prin compararea coninutului registrelor respective

cu valorile standard, la nivelul unitii centrale (CPU) din RTU.

Decodificarea mesajelor se face dupun protocol de comunicaie chiar de microprocesorul

sistemului, prin rularea unui program denumit driver de protocol. Starea obinuita RTU este cea

de ascultare.

Controlul discret presupune comenzi tip nchis/deschis i poate fi fcut prin mesaje mai scurte, un

octet putnd controla starea a 8 elemente de tip releu (pornit/oprit).

Controlul analogic este dedicat elementelor cu mai multe stri intermediare (valve,

regulatoare de diferite tipuri) i necesitcel puin un octet de control.

Controlul n impulsuri este folosit mai rar, pentru comanda motoarelor pas-cu pas. Doi

octei dedicai sunt testai succesiv bit cu bit (primul este bit de sens), rezultatul fiind trimis direct la

motor.

comenzi de control

MTU

reglaje analogice

pulsuri pentru MPP

comenzi de raspuns

valori masurate

alarme

stare echipament

semnale totalizare

mesaje echipament

Comenzi 0-24 V

Comenzi 4-20 mA

Tren impulsuri MPP

Mesaje seriale RS 232

Semnale 4-20 mA

Semnale alarme

Semnale de stare

Impulsuri msurare

Mesaje seriale RS 232

RTU

SE

NZORI


68/70


68

Fig. 11.3. Arhitectura interna a RTU

3. MTU

MTU i RTU schimb informaii prin acelai mediu i cu acelai protocol. Ca urmare,

interfaa de comunicaie din MTU are aceeai structur, pn la identitate, cu cea din RTU.

Diferena este ca RTU nu poate (prin program) sa iniieze conversaia. Programele interne de

comunicaie pot fi apelate i de operator, dar mai mult de 99% sunt apelate automat, de programul

principal. Comunicaia MTU cu operatorul se face prin monitor video i imprimant, cu interfee i

dupprotocoale identice celor utilizate la computere. In sistemele foarte extinse, MTU are rol de

slave fa de computerele centrale, transfernd date care urmeaz s fie prelucrate la nivelul

superior.

Proiectarea MTU ncepe cu introducerea tuturor datelor caracteristice ale tuturor senzorilor

si descrierea ierarhic a procesului, pe baza crora MTU s poat lua decizii logice i informa

operatorul uman n orice moment asupra strii tuturor elementelor sistemului. Procedeul se numete

configurare. La majoritatea MTU programele de configurare cer introducerea datelor n tabele sau

ferestre corespunztoare (mult mai multe dect la configurarea unui PC). MTU trebuie iniiat cu

adresele tuturor RTU pe care le are in subordine, modul de comunica ie cu fiecare dintre acestea,

terminalele fiecrui RTU(I/O, etc).

MTU stocheazdatele utilizate pe clase i categorii. La proiectare, se definesc dimensiunile

spaiilor de memorie necesare pentru istoria tuturor evenimentelor care urmeazsfie memorate

in vederea detectrii cauzelor si localizrii defectelor. Studiul evoluiei unui sistem pe o perioad

mai mare de timp (zile, sptmni, luni) poate fi fcut prin apelarea bazelor de date prin reele

locale LAN), fra supradimensiona memoria MTU. Sistemele SCADA nu au nsa rol statistic, ci

de ntreinere a funciilor vitale ale unui proces, cu facilitate de ajustare, protecie si monitorizare a

acestuia.


69/70


69

Datele sunt memorate la nivelul MTU pentru o istorie scurt, necesarunei decizii, dup

care sunt terse si nlocuite cu altele noi.

4. Aplicaii

Viteza mare cu care RTU scaneazsenzorii face ca ntrzierile specifice comunicaiei RTU-

senzori sa fie neglijabile; principala ntrziere se produce datoritratelor reduse de comunicaie i a

protocoalelor extinse ntre RTU i MTU. Uneori ntrzierea este acceptabil, alteori nu. Aplicaiile

care vizeazsistemele de generare si distribuie a energiei electrice nu pot funciona cu viteze de

scanare mi mici de 1 scanare la 1.5 secunde.

Utilizarea proiectelor SCADA pentru msurarea in scop tarifar ridica dou probleme:

precizia si securitatea msurtorilor. Marea majoritate a msurrilor se fac cu traductoare simple

crora li se aplicformule simple de corecie. Dacalgoritmul care include toate aceste corecii seimplementeaz n punctele de msurare, toate acestea trebuie saibo putere de calcul crescut.

Soluia este utilizarea calculelor in afara MTU.

Multe mrimi msurate trebuie integrate in timp pentru a cpta o semnificaie utila (de

exemplu puterea active sau reactiva). Pentru a obine mrimile cu semnificaie valoric(energie)

puterea trebuie integrate in timp. Cu ct rata de eantionare a puterilor este mai mare, cu att

integrarea va fi mai precis. Ratele de scanare specifice MTU nu satisfac in nici un caz necesitile

de precizie pentru tarifare. Msurrile cu acest scop se fac la nivelul RTU, care au capacitate decalcul suficientpentru calcule complexe aferente ctorva puncte de msurare.

Ordinea de scanare a RTU de ctre MTU este precizatintr-un program simplu si uor de

modificat in urma configurrii iniiale. In funcie de procesul fizic supervizat, se pot efectua diferite

tipuri de scanri. In regim normal, MTU chestioneazfiecare RTU, ateptnd rspunsul fiecruia.

Pentru un control concertat si riguros al mai multor puncte, MTU trimite comenzi si ateaptdoar

confirmarea de primire de la fiecare RTU, urmnd ca acesta sa acioneze independent.

Daca viteza de rspuns este critica, MTU scaneaz toate RTU intr-o succesiune rapida,transmind comenzile fra mai atepta confirmri de primire sau rspunsuri de la RTU, pe care le

va recepiona la o scanare ulterioara. Eseul repetat de stabilire a liniei de comunicaie intre MTU si

un RTU este semnalat de obicei ca situaie de alarmare.


70/70


BIBLIOGRAFIE

1. Gorgan D.. Proiectarea calculatoarelor, Ed. Albastra, 2005

2. Calin. S. Dumitrache I, Regulatoare numerice, Ed. Didactica, 1985

3. Papadache, Automatizari industriale, Ed. Tehnica, 1978

4. Sangeorzan D., Regulatoare adaptive, ed. Militara, 1992

5. ***, Control Engineering, http://www.controleng.com/

6. ***, www.microchip.com

7. ***, www.ti.com

Date post:	03-Mar-2018
Category:	Documents
Upload:	dragos-bogdan
View:	226 times
Download:	0 times

Informatica de Proces - Suport de Curs

Documents