Ústav technických zařízení budov MĚŘENÍ A REGULACE Ing. Václav Rada, CSc. www.fce.vutbr.cz/tst/rada.v ZS – 2003/2004 9.

Prezentace na téma: "Ústav technických zařízení budov MĚŘENÍ A REGULACE Ing. Václav Rada, CSc. www.fce.vutbr.cz/tst/rada.v ZS – 2003/2004 9."— Transkript prezentace:

1 Ústav technických zařízení budov MĚŘENÍ A REGULACE Ing. Václav Rada, CSc. www.fce.vutbr.cz/tst/rada.v ZS – 2003/2004 9

2 Teorie řízení OBSAH PROCESNÍ INSTRUMENTACE - systémy spojení snímače (čidla) se vstupem do řídících a ovládacích systémových částí - popis sběrnic a jejich vlastnosti

3 Teorie řízení OBSAH MODEL EKVITERMICKÉ REGULACE TOPENÍ - analýza výchozích podmínek - úvodní matematický popis - blokové schema modelu - simulace na modelu - analýza dosažitelných výsledků (viz předchozí model vytápění)

4 Teorie řízení PROCESNÍ INSTRUMENTACE Blokové schema systému snímače U U 0 až 10 V 0 až 20 mA 4 až 20 mA

5 Teorie řízení PROCESNÍ INSTRUMENTACE Blokové schema systému snímače A D digitální výstup - sběrnice (bus ) υ E E A Zobrazení hodnoty - displej

6 Teorie řízení PROCESNÍ INSTRUMENTACE Blokové schema systému snímače digitální výstup - sběrnice (bus ) Mikropočítač - zobrazení - filtrace - nulování - linearizace - kompenzace - korekce - alarm υ A A D

7 Teorie řízení SBĚRNICE Pro propojení signálové se používají komunikační sběrnice (bus) – jejich uspořádání a systém jakým se kódují přenášená data a v jakém pořadí jsou po komunikační sběrnici posílána je obsaženo v definici dané sběrnice (busu), v její „normě“ a popisu dosažitelném v protokolech IEC (International Electrotechnical Commision) Nejznámější a nejpoužívanější jsou: Foundation Fieldbus –Profibus – CAN (Control Area Network) – CANopen – FIP (Factory Industrial Protocol) – Modbus – DeviceNet – LonTalk – ControlNet – P-Net – Ethernet (klasikcý protokol TCP/IP) – Interbus S – EIB (European Installation Bus) – i-bus – DeviceBus – HART – Bitbus (od Intelu) – BacNet – AS-interface – Data Highway plus (od Allan-Bradley)

8 Teorie řízení SBĚRNICE Sběrnice dost důsledně vychází z klasického komunikačního systému reprezentovaného sedmi vrstvami modelu ISO/OSI. Některé mají navíc nad 7. vrstvou (nejvyšší) svoji „8.“ vrstvu nazvanou „Uživatelská aplikace“, která je s ní velice úzce svázána a je přesně definována. Další obvyklou anomálií bývá sloučení „linkové (2.)“ a „aplikační (7.)“ vrstvy do speciálního tzv. „komunikačního zásobníku (communication stack)“.

9 Teorie řízení SBĚRNICE Uspořádání základního modelu ISO/OSI: 7. vrstva …. aplikační (--- nad ní stojí uživatelský SW) 6. vrstva …. prezentační 5. vrstva …. relační 4. vrstva …. transportní 3. vrstva …. síťová 2. vrstva …. linková 1. vrstva …. fyzická -spojovací vedení (reální dráty, optické kabely apod.) - protistrana navazuje na komunikační vedení svojí 1. vrstvou a se svým SW komunikuje svoji 7. vrstvou

10 Teorie řízení SBĚRNICE - Fieldbus FIELDBUS – původně je sériová průmyslová sběrnice – hlavně na severoamerickém trhu – vychází z: doporučení ISA (Instrumrnt Society of America) SP50 + definice v IEC 1158 + projekt ISP (Interoperable Systems Project) + standard WorldFIP. Spojuje prvky Profibusu a FIP a má prvky pro napojení na průmyslový Ethernet. Má pouze tři vrstvy: uživatelská aplikace + komunikační zásobník (slučuje i vlastní datovou linkovou vrstvu a prostředky FAS a FMS ) + fyzická vrstva

11 Teorie řízení SBĚRNICE - Fieldbus Základní přenosová rychlost = 31,25 kbitů/sec, rychlá varianta má 1 nebo 2,5 Mbitů/sec. Tato rychlost je dostatečná pro regulační úlohy řízení teploty, hladiny, průtoku a pod „pomalých“ procesů. Je definována a reálně konstruována i pro práci v prostředí s nebezpečím výbuchu (EEx). Napájení přístrojů je obvykle přímo po sběrnici (u výbušného prostředí j a je pouze pro „pomalou“ variantu. Topologie je krátkými odbočkami (do 1 metru) nebo dlouhými odbočkami – celková délka je maximálně 1900 metrů.

12 Teorie řízení SBĚRNICE - Fieldbus Standard FF definuje celkem 10 funkčních bloků z nichž se uživatel skládá příslušnou aplikaci: analogový vstup (AI) analogový výstup (AO) odchylka (B = Bias) výběr řízení (CS = Control Select) diskrétní vstup (DI)diskrétní výstup (DO) ruční vkládání (ML = Manual Loader) PD regulátor (PD)PID regulátor (PID) poměrový regulátor (RA = Rratio)

13 Teorie řízení SBĚRNICE - Fieldbus Schemata technologie a implementace systému řízení. 8-22 + 8-23 – s.81

14 Teorie řízení SBĚRNICE - Profibus Profibus (Process Fieldbus) byl vyvinut v na přelomu devadesátých let v Německu (Siemens, FZI Karlsruhe, … ). Definován je v DIN 19 245. Fyzickým přenosovým médiem je „běžná“ stíněná kroucená dvoulinka nebo optické vlákno. je přizpůsobena i pro provoz v prostředí s nebezpečím výbuchu. Přenosová rychlost: 9,6 – 19,2 – 187 – 500 kbitů/sec je dnes rozšířena o: 1,5 – 3 – 6 – 9 –12 – a více Mbitů/sec. Obvyklý počet prvků je do 127 stanic na maximálně 10 segmentech. Používá se zejména pro přenos dat z technologických linek

15 Teorie řízení SBĚRNICE - Profibus Obsahuje 1 + 3 vrstvy: uživatelská aplikace „8.“ (je definována jako komunikační rozhraní ALI = Application Layer interface) + aplikační (obsahuje podvrstvy FMS a LLI = Lower Layer Interface a je vyjádřena komunikačními objekty, komunikačními službami, komunikačními vztahy) + linková (zabezpečuje vytváření * identifikaci a zabezpečení) + fyzická (komunikuje pomocí aplikace služeb FMA, obsahuje prvky dle IEC 1158 nebo RS 485)

16 Teorie řízení SBĚRNICE - FIP FIP (Factory Industrial Protocol) byl vyvinut skupinou firem v Německu, Francii a v Italii. Uplatnila se i v severní Americe. Definován je v DIN 19 245. Fyzickým přenosovým médiem je „běžná“ kroucená dvoulinka nebo optické vlákno. Je přizpůsobena i pro provoz v prostředí s nebezpečím výbuchu. Přenosová rychlost: 31,25 kbitů/sec a 1 – 1,5 Mbitů/sec. Obvyklý počet prvků je do 256 účastníků a je omezen na maximální délku 500 metrů. Používá se zejména pro přenos dat z technologických linek.

17 Teorie řízení SBĚRNICE – P-Net P-Net je dánskou variantou Fieldbusu. Je sběrnicí typu MS (Master – Slave). Výhodou je snadná konfigurovatelnost a nižší cena. Definován je v EN 50 170 – díl 1. Fyzickým přenosovým médiem je „běžná“ kroucená stíněná dvoulinka nebo optické vlákno. Je přizpůsobena i pro provoz v prostředí s nebezpečím výbuchu. Přenosová rychlost: 31,25 – 76,8 kbitů/sec a 1 – 1,5 Mbitů/sec. Obvyklý počet prvků je do 256 účastníků a maximální délku segmentu je 1200 metrů. Používá se zejména pro automatizaci technologických linek.

18 Teorie řízení SBĚRNICE – P-Net Obsahuje 1 + 3 vrstvy: uživatelská aplikace „8.“ (je definována jako komunikační rozhraní ALI = Application Layer interface) + aplikační (obsahuje podvrstvy FMS a LLI = Lower Layer Interface a je vyjádřena komunikačními objekty, komunikačními službami, komunikačními vztahy) + linková (zabezpečuje vytváření * identifikaci a zabezpečení) + fyzická (komunikuje pomocí aplikace služeb FMA, obsahuje prvky dle IEC 1158 nebo RS 485)

19 Teorie řízení SBĚRNICE – CAN CAN (Controler Area network) byl vyvinut firmou BOSH na technologii Intelu hl. pro potřeby automobilového průmyslu. Umožňuje časově nedeterministické řízení v reálném čase. Je otevřená pro každého výrobce. Výhodou je robustnost (odolnost proti poruchám a rušení) snadná konfiguro- vatelnost a nižší cena spolu s vysokou přenosovou rychlostí. Definován je v ISO 11 898. Od ní jsou odvozeny CANopen, DeviceNet SDS a další. Přenosová rychlost: 1 – 1,5 Mbitů/sec. Obvyklý počet prvků je do 256 účastníků a maximální délku segmentu je 1200 metrů.

20 Teorie řízení SBĚRNICE – CAN Obsahuje 1 + 3 vrstvy: uživatelská aplikace „8.“ (je definována jako komunikační rozhraní ALI = Application Layer interface) + aplikační + linková + fyzická