Základy a vývoj AutomatIzace

2. Základy a vývoj AutomatIzace 06. Automatické řízení

3. Automatické řízení Automatické řízení lze technicky dosáhnout několika způsoby, které se podstatně liší principem od působení řídícího systému na řídící systém. Z tohoto hlediska rozdělujeme automatické řízení na • Logické • Spojité • Diskrétní • Fuzzy

4. Logické řízení Využívá k řízení dvouhodnotových veličin. Jejich působení je takové, že jsou vždy jenom dvě možnosti - ventil je otevřen / zavřen- vypínač sepnut / vypnut, atd. Podobně i informace o stavu objektu jsou dvouhodnotové veličiny - hladina je nad / pod minimální hodnotou, teplota je nad / pod °C, atd. Dvouhodnotové veličiny jsou vyjadřovány formálně 0 a 1.

5. Jsou analogické s proměnnými výrokové logiky, a proto jsou vztahy mezi proměnnými nazývány logické funkce a řídící obvody pracující na tomto principu jsou logické řídící obvody. • matematický základ logického řízení • kombinační logické řízení • sekvenční logické řízení • programovatelné logické automaty Logické řízení

6. Matematický základ logického řízení • logické proměnné • logické funkce • zákony formální logiky Logické řízení

7. Logické proměnné • Logické číselné proměnné, mohou nabývat pouze dvou hodnot :PRAVDA / NEPRAVDA anglicky: TRUE / FALSE “logická 1” / “logická 0” obecně zjednodušeně: 1 / 0 • využití ve vztahu k technologickému procesu : vyjadřují mezní stav zařízení nebo hodnotu veličiny vůči dané mezi např.: log. proměnná X popisující stav čerpadla: čerpadlo X, v klidu 0, v chodu 1 log. proměnná Y popisuje teplotu kapaliny: 20°C nad 20°C 0,pod 20°C 1

8. Logické funkce Logické funkce je analogií číselných funkcí, ale jejich argumenty jsou logické proměnné, výsledek může nabývat pouze dvou hodnot. Logické funkci můžeme definovat: • a) pravdivostní tabulkou, která udává hodnotu logické funkce pro každou možnou kombinaci hodnot jejích argumentů • b) logickým výrazem, který se skládá z logických proměnných spojených operátory elementárních logických funkcí

9. Logické funkce Logické funkci můžeme definovat: • a) pravdivostní tabulkou, která udává hodnotu logické funkce pro každou možnou kombinaci hodnot jejích argumentů • b) logickým výrazem, který se skládá z logických proměnných spojených operátory elementárních logických funkcí

10. Zákony formální logiky Booleova algebra Boole se zabýval přiřazováním hodnot 0 a 1 různým kombinacím nul a jedniček, které představují různé vstupní logické stavy. Taková přiřazení označujeme jako booleovské funkce. Booleova algebra je pak soustava pravidel pro zápis a vyhodnocování logických vztahů.

11. Spojité řízení Je tam, kde akční zásah je spojitě nastavován, tak i údaje o řízeném systému jsou měřeny jako veličiny spojitě proměnné v čase. Spojitý řídící systém vytváří ( na rozdíl od diskrétního systému) nepřetržitou vazbu mezi vstupy a výstupy. Všechny veličina spojitého systému jsou, spojitě proměnné v čase a žádná z nich není dvouhodnotová ani diskrétní.

12. Diskrétní řízení Je důsledek nasazení počítačů jako regulátorů i když jeho počátky byly při řízení spojitých systémů, diskrétně měřených ( řízení polohy letadla, měřené radiolokátorem).U řídících počítačů, které ani nedovedou zpracovávat spojitý signál, je nutné převést spojitý signál na diskrétní. Diskrétní řídící systém vytváří vztah mezi vstupy a výstupy jako vztah mezi posloupnosti impulsů, snímaných v časovém sledu daném tzv. vzorkovací periodou.

13. Diskrétní řízení • Mezi okamžiky vzorkování není regulovaná veličina měřena a ani akční veličina není upravována. Tato vzorkovací perioda je tím kratší, čím rychlejší je řízený proces. • Zatímco spojité řízení je dnes spíše na ústupu, můžeme realizovat logické a diskrétní řízení na jednom a tomtéž programovatelném automatu. Na druhé straně diskrétní řízení realizované s velmi krátkou dobou periodou vzorkování může být přibližně shodné se spojitým.

14. Výhody diskrétního řízení Centralizace a decentralizace řídících systémů: řídící systém je možné rozdělit na několik vzájemně spolupracujících subsystémů, které spolu spolupracují po průmyslových komunikačních linkách. • distribuovaný řídící systém • víceúrovňová struktura.

15. Technologická vrstva doplněná snímači a akčními členy je řízena regulačními prvky • kompaktními regulátory • PLC • inteligentní moduly • PC Výhody diskrétní řízení

16. Spolehlivost systému – je dána střední dobou mezi poruchami nebo střední dobou mezi opravami ( dosahuje se hodnoty 104 – 105 ). Snadná změna struktury • protože algoritmus řízení je dán programem a modulární stavebnicí • je možné změnit strukturu vhodnou volbou modulů a změnou programu řídících členů. Výhody diskrétního řízení

17. Parametry regulátorů: • Snadná změna parametru regulačních členů buď změnou programového vybavení nebo struktura ovládání je realizována programově natolik variabilní. • Možnost řadu důležitých parametrů nastavovat z ovládacího panelu resp. je možné zvolit režim automatického nastavení. • Snadný přenos informace na velké vzdálenosti: používá se binárně kódovaných dat, která jsou odolnější než analogový signál • Snadnější oživení, nastavení a montáž Výhody diskrétního řízení

18. Fuzzy řízení U není základem řízený systém a jeho model, ale pozornost je zaměřena na člověka (tzv. experta), který umí systém řídit, ale přitom nemá pojem o klasickém matematickém modelu řízeného systému. Takový člověk pak soustavu řídí na základě pravidel typu „jestliže hladina klesá, otevři přívod vody“.

19. Fuzzy regulátor musí nejdříve přiřadit zvoleným vstupním veličinám jazykovou hodnotu. To se provede nejlépe pomocí tzv. funkce příslušnosti – bývají voleny ve tvaru lichoběžníka či trojúhelníka. Tato etapa se nazývá fuzzifikace. V dalším kroku určí fuzzy regulátor na základě znalostí experta slovní hodnoty akční veličiny (např. regulační odchylka je záporná malá). Nakonec převede slovní vyjádření na konkrétní číselné hodnoty veličin – tzv. defuzzifikace. Fuzzy řízení

20. Toto řízení je vhodné pro řízení systémů, které nedovedeme popsat, ale které dovedeme řídit. Je možné určit hodnotu výstupu, aniž známe vzorce mezi vstupem a výstupem. Fuzzy řízení