Technické prostředky informačních systémů 1. Týden – Úvodní přednáška

Úvod Garant: Prof. Zdeněk Bohuslávek, CSc. Přednášející: Prof. Zdeněk Bohuslávek, CSc. Ing. Jiří Nesládek Ing. Zdeněk Votruba Rozsah: 28+28 Podklady (15): http://www.rabaka.net/TPIS

Cíle předmětu Filosofie, vlastnosti Principy činnosti Kritéria posuzování při výběru TP

Předmět zájmu (TP) Počítače I/O zařízení Komunikace PC, architektura, řídící systémy I/O zařízení HMI – rozhraní obluha-počítač Pořizování dat – snímače, senzory, scannery, … Výstup dat – monitory, tiskárny, projektory, … Komunikace Sítě LAN, WLAN, WAN, … Rozhraní a sběrnice

Oblasti nasazení TP obecně SOHO (Small Office or Home) Masová produkce, nízká cena Zn.: „Přívětivé prostředí a služné zacházení podmínkou“

Oblasti nasazení TP obecně Enterprise (profesionální) Rovněž vyžadují čisté prostředí a „pokojovou teplotu“ Poskytují vyšší spolehlivost, propustnost, zatižitelnost Redundance – disková pole, vícenásobné zdroje, ventilátory Zpravidla rackové provedení Např.: servery, záložní zdroje, velkokapacitní tiskárny, …

Oblasti nasazení TP obecně Industrial (průmyslové provedení) Široký rozsah provozních teplot (40  60 ºC) Vyšší stupeň krytí (prachotěsnost, vodotěsnost) Robustní konektory Solid-state – bez pohyblivých částí (ventilátorů, disků, …) Zpravidla napájecí napětí 24V Často v provedení modulu na DIN lištu Embedded (vestavné) Určené pro montáž do dalších zařízení                         

Oblasti nasazení TP obecně Speciální – vysoká spolehlivost a/nebo odolnost Military – ještě vyšší nároky než na průmyslové provedení Life support systems – když nejde o život, jde vcelku o … Řízení kritických procesů – atomové reaktory apod.                                                                                                                         

Informační a řídící systémy Nasazování počítačových systémů na úrovni řízení technologie je motivováno potřebou co nejdokonalejšího dodržování technolických podmínek, maximální využití kapacity technologického zařízení a zajištěním kvality produkce. Cílem je eliminovat nespolehlivý lidský faktor. Moderní řídící systémy jsou budovány jako distribuované. Funkce jsou rozděleny mezi vzájemně propojené počítače. Rozlišujeme procesní počítače, tj. počítače přímo spojené s technologickým procesem, a pracovní stanice, tj. počítače, které nejsou přímo spojeny s technologií. V souvislosti s počítačovými řídícími systémy často hovoříme o hierarchii. Z funkčního hlediska rozlišujeme vzájemně nadřazené a podřazené úrovně řízení, viz následující snímek

Informační a řídící systémy

Informační a řídící systémy Měření a ovládání – měření veličin v technologickém procesu a jejich kontrola, ovládání akčních členů, ošetření možnosti ručních operací. Základní řízení – regulace, logické řízení, archivace informací o průběhu procesu, analýza procesu za účelem předvídání mezních a havarijních situací, komunikace s operátorem technologie, sběr, kontrola a ukládání technologických dat do databází. Nadřazené řízení – řídící algoritmy založené na bilancích, matematických modelech, aplikacích umělé inteligence (fuzzy logika, expertní systémy, neuronové sítě, …). Optimalizace – určování výrobního sortimentu podle situace na trhu, stavu zásob a úrovně cen. Řízení podniku – veškeré funkce podnikového managementu, tzn. nákup, prodej, skladové hospodářství apod., práce s databázemi, vedení ekonomických agend, sledování finančních toků. Vrcholové řízení (např. na úrovni akciové společnosti) – práce s databázemi, vedení agend, strategické rozhodování a plánování, marketing, výzkum a vývoj, atd.

Informační a řídící systémy Úrovně 1 až 3 – přímé řízení technologického procesu Úrovně 4 až 6 – ekonomické řízení výroby Nadřazený řídící a informační systém Obsluha (operátor) Řídící počítač je napojen na technologický proces, ze kterého získává informace měřením hodnot technologických veličin a může jej ovládat prostřednictvím akčních členů. Stále zůstává ve většině případů nutností, aby řídící počítač komunikoval vhodným způsobem s obsluhou zařízení – s tzv. operátorem technologie. Operátor může měnit vybrané parametry procesu a zasahuje v situacích, které řídící systém není schopen zvládnout. Technologický proces Řídící počítač

Realizace počítačových ŘS Návrh a realizace počítačového řízení je záležitost poměrně složitá a vyžaduje kvalifikované odborníky a patřičné zázemí. Stupeň náročnosti souvisí s rozsahem, ale nikoliv lineárně – i malá instalace vyžaduje znalosti a zkušenosti. Prostředky potřebné pro návrh, vybudování a provoz komplexních počítačových řídících systémů lze na: expertní znalosti; technické prostředky; programové prostředky; projektové prostředky; finanční prostředky.

Realizace počítačových ŘS Technické prostředky – tzv. hardware musí zabezpečovat po technické stránce všechny funkce řídícího systému se zvolenou řídící strukturou. Zahrnujeme mezi ně: procesní počítače a jednotky styku s procesem; pracovní stanice s potřebnými periferními zařízeními; aplikační, databázové a souborové servery; čidla pro snímání hodnot technologických veličin; akční členy pro realizaci zásahů do technologického procesu; komunikační infrastrukturu; vybavení pracoviště pro základní kontrolu, profylaxi a běžnou údržbu. Programové prostředky – tzv. řídící software obecné programové vybavení – OS, systémové a ovládací programy; základní algoritmy pro řízení technologického procesu (měření, logické řízení, regulace, apod.); programy pro komunikaci řídícího systému s operátorem technologie; speciální algoritmy pro daný technologický proces.

Struktura počítačových ŘS Centralizované řízení – používá jediného řídícího počítače pro řízení celé výroby. Ten je napojen na všechny části technologického procesu, přijímá z něj veškeré informace a vydává veškeré povely. Tento způsob řízení byl obvyklý v počátcích používání řídících počítačů, kdy počítač byl náročný na umístění, byl velký a drahý. Distribuované řízení – spočívá v tom, že řídících (procesních) počítačů je více a jsou rozmístěny přímo u jednotlivých technologických bloků nebo aparátů. Jsou napojeny na pult operátora, kam se přenášejí informace ze všech počítačů a odkud se všem počítačům vydávají povely. Distribuované hierarchické řízení – se od předchozího liší tím, že jednotlivé řídící (procesní) počítače nejsou napojeny na pult operátora, ale na nadřazený řídící počítač, na kterém jsou rovněž provozovány některé řídící algoritmy. Strukturou počítačového řídícího systému rozumíme to, jaké má části, jak jsou propojeny a jak se podílejí na plnění daných funkcí.

Struktura počítačových ŘS V dnešní době se používá prakticky výhradně hierarchické struktury. Základní úroveň bývá osazena programovatelnými automaty a procesními počítači a jako nadřazené počítače se používají podle potřeby pracovní stanice na bázi PC, technologické verze PC, nebo větší a výkonnější počítače. Hierarchických hladin může být několik. Co se týče topologie prvků distribuovaného hierarchického řízení, tak v současné době je zcela volná, protože jako komunikační systém slouží podniková počítačová síť, popřípadě Internet. Rozhraní mezi jednotlivými hierarchickými úrovněmi tu nejsou patrná, umístění prvku do určité hladiny není dáno propojením, ale jeho programovým vybavením a funkcí v celém systému.

Struktura počítačových ŘS

Způsob připojení počítače k technologickému procesu Přímé číslicové řízení – DDC (Direct Digital Control) Dohlížecí řízení – DSC (Digital Supervisory Control) Procesní počítač Technologické zařízení y u Reg. w DDC DSC Při přímém číslicovém řízení probíhají všechny řídící operace v procesním počítači, který přímo měří všechny veličiny a do procesu přímo vysílá všechny ovládací signály na akční členy. Při dohlížecím řízení je regulační obvod osazen lokálním regulátorem a procesní počítač mu nastavuje žádanou hodnotu. Oba způsoby mají své výhody i nevýhody a oba se v praxi používají.