1 Aby możliwe było sterowanie procesem należy określić



Pobieranie 89.34 Kb.
Data01.05.2016
Rozmiar89.34 Kb.
1

Aby możliwe było sterowanie procesem należy określić:

  • zadania sterowania

  • zdefiniować wielkości wej. (sterujące)

  • wielkości wyj. (sterowane)

  • zakłócenia

  • wskaźniki jakości sterowania



Podział ze względu na powiązania z procesem:

a) systemy nadzorowania, systemy centralnej rejestracji i przetwarzania danych (monitorowania)

b) systemy sterowania automatycznego


  • systemy sterowania bezpośredniego - system cyfrowy spełnia rolę wielokanałowego regulatora procesu. Systemy te umożliwiają stosowanie złożonych algorytmów sterowania, zapewniają dużą dokładność sterowania, mogą sterować procesami szybkozmiennymi.

  • systemy sterowania nadrzędnego - oddziaływają na konwencjonalne układy regulacji przez dobór nastaw, zamiany wartości zadanych. System cyfrowy spełnia funkcję nadrzędną w stosunku do automatyki konwencjonalnej.

  • systemy wbudowane (ES – embedded systems) - są integralnie związane z procesem i nie można go od nich oddzielić.

System sterowania bezpośredniego (Direct Digital Control) - System cyfrowy realizuje tu takie same funkcje, jakie mogą być wykonywane przez konwencjonalne regulatory.

System wejściowy doprowadzony do systemu cyfrowego podlega operacjom oblicz.

a) wartość zmierzona przekształcona jest w Algorytmie Przekształcenia w taki sposób, aby liczbowo reprezentowała wielkość regulowaną w jednostkach technicznych

b) wyznaczenie uchybu regulacji w oparciu o pamiętaną wartość zadaną w (PAC) i zmierzoną wartość regulowaną

c) na podstawie wartości uchybu wyznaczona jest nowa wartość sygnału sterującego za pomocą tzw. Algorytmu Sterowania

Sygnał sterujący wysyłany jest do obiektu w odpowiednim momencie czasu zwanym chwilą impulsowania.



3



I. Układ wyjść analogowych

zadanie - przekazuje dyskretne informacje na analogowe urządzenia nastawcze

Umożliwia:

- sterowanie zmiennych procesorowych typu ciągłego

- sterowanie przyrządów wskazujących typu analogowego i rejestratorów

Wyróżniamy dwie struktury

a) indywidualny przetwornik C/A

b) z jednym przetwornikiem C/A

Źródło sygnału odniesienia:

- napięciowe

- prądowe

Dokładność przetworzenia zależy od stabilności układów przetwarzania. Dlatego wprowadza się stabilizację:

- temperatury

- wzmocnienia

- dryftu 0 (zmiana poziomu odniesienia w czasie)

Układ przełączników analogowych – układy diodowe lub półprzewodnikowe, sterowane, umożliwiające załączanie i rozłączanie poszczególnych elementów deszyfratora. Kiedy zależy nam na bardzo dokładnym przełączaniu stosujemy przełączniki na bazie tranzystorów polowych.

^ układ wyjść analogowych z indywidualnymi przetwornikami C/A dla każdego elem. nastawczego

^ układ wyjść analog z jednym przetwornikiem C/A

5

- wprowadza adresy rejestrów wyjściowych do deszyfratora adresów



- wprowadza dane na magistralę danych

- generuje wymagane sekwencje sygnałów

- melduje powrót do stanu gotowości

- sprawdza poprawność transmisji danych (CRC etc)



III Układ wejść analogowych

^ wejścia analogowe w kanale automatyki

zadanie – cykliczne przetwarzanie analogowych sygnałów z układu pomiarowo-przetwarzającego na sygnały cyfrowe wprowadzane do jedn.centr. lub pamięci

Układy wejść analogowych dzielimy na:

- niskonapięciowe < 1V

- wysokonapięciowe > 1V

Multiplekser – przełącza wejścia z wyjściem; zespoły przełączników analogowych opartych na ukł. półprzewodnikowych.

Parametry multipleksera:

- zakres przenoszonych napięć

- dolna wartość napięcia jest określana poziomem szumów (górna 10-24V)

- tolerancja dla wspólnych napięć

- podstawowa szybkość próbkowania (częstotliwość, z jaką multiplekser wybiera wejścia)

- dopuszczalna prędkość próbkowania (przez chwile może z taka pracować)



Wzmacniacz sygnałów niskonapięciowych

Parametry wzmacniaczy:

a) szerokość pasma przenoszenia (zależnie od częst. prób.) – zwykle wymagane pasmo 0-30 kHz

b) wrażliwość wzmacniacza i zera wzmacniacza na wpływy temperatury i upływ czasu. Dla wzmacniaczy jest ona rzędu 1-10µV/oC. Dla eliminacji dryftu zera stosuje się specjalne układy

c) współczynnik tłumienia wspólnych napięć

d) tolerancja dla wspólnych napięć – określa maksymalną wartość wspólnego napięcia, przy którym wzmacniacz nie ulega uszkodzeniu



Typy wzmacniaczy:

a) ze względu na sposób wyboru wzmocnienia

- o stałym współczynniku tłumienia

- o regulowanym (sterowanym) …

b) ze względu na liczbę wejść

- wzmacniacze różnicowe

- z wejściem pojedynczym

Wzmacniacze próbkująco-zapamiętujące

Sygnał wyjściowy takiego wzmacniacza jest proporcjonalny do sygnału wejściowego. W czasie zapamiętania sygnał ten ma wartość stałą równą wartości chwilowej w chwili przełączania próbkowania na zapamiętywanie.

7

Zasada działania polega na:



- całkowaniu napięcia wej. przez określony i stały przedział czasu t1 przy napięci początkowym Ur

- odejmowaniu od wyniku całkowania poczynając od chwili t1 całki ze stałej wartości napięcia odniesienia Uo, aż do chwili t2, powrotu (?) wyniku całkowania do wartości początkowej UR

- wówczas przedział czasu t2 i t1 jest proporcjonalny do wartości średniej przetwarzanego napięcia

Zwykle, ze względu na uzyskanie określonej dokładności przetwarzania w przetwornikach typu całkującego realizuje się co najmniej dwukrotne całkowanie. Pozwala to wyeliminować błędy systematyczne (niedokładność 0, niedokładność komparatora) oraz błędy wynikające z sieci. Częstotliwość przetwarzania dobiera się jako wielokrotność częstotliwości sieci.

Zasada działania:

Impuls START zeruje licznik binarny i załącza napięcie przetwarzania U (przełącznik analogowy P1) na wejście wzmacniacza całkującego, na którego wyjściu znajduje się napięcie wsteczne UR określone uchybem komparatora. Równocześnie następuje zliczanie impulsów taktujących w liczniku binarnym n-bitowym. Z chwilą przepełnienia licznika (po czasie t1) układ sterowania otwiera przełącznik P1 i zamyka P2, załączając na wejście wzmacniacza napięcie odniesienia U0 . Równocześnie zaczyna się ponowne zliczanie impulsów w wyzerowanym liczniku. Napięcie odniesienia jest całkowane, a impulsy zliczane do chwili wystawienia napięcia UR, co sygnalizuje zmiana wyjścia komparatora. Osiągnięty stan odpowiada stanowi wyjściowemu przetwornika A/C.



Układ sterujący blokiem wejść analogowych realizuje następujące czynności:

a) potwierdza otrzymanie rozkazu czytania przekazanego z jednostki centralnej za pomocą przerwania (otrzymany rozkaz musi zawierać adres punktu pomiarowego i informacje o koniecznym współczynniku wzmocnienia)

b) uruchamia wskaźnik zajętości układu wejść analogowych

c) deszyfruje adres punktu pomiarowego

d) deszyfruje informacje o współczynniku wzmacniacza

e) oczekuje na wytłumienie stanów nieustalonych wzmacniacza i multipleksera

f) generuje sygnał rozpoczęcia zapamiętania dla wzmacniacza próbkująco-zapamiętującego

g) generuje sygnał rozpoczęcia przetwarzania A/C

h) oczekuje czas niezbędny na wykonanie przetwarzania

i) uzupełnia słowo otrzymane z przetwornika A/C bitem parytetu

j) powiadamia jednostkę centralną o zakończeniu przetwarzania przerwaniem.

k) na sygnał z jednostki centralnej wysyła wynik przetwarzania do kanału wej-wyj jedn.centr.

l) sprowadza wzmacniacz próbkująco-zapamiętujący i multiplekser do stanu spoczynkowego

ł) kasuje wskaźnik zajętości układu wejść analogowych



IV Układ wejść cyfrowych

Układ ten wprowadza do jednostki centralnej następujące informacje:

a) zmienne procesowe binarne

b) zmienne procesowe ciągłe, lecz mierzone za pomocą przetwornika z wyjść cyfrowych

c) zmienne procesowe analogowe i dyskretne mierzone za pomocą przetworników generujących ciągi impulsów

d) zmienne cyfrowe mające charakter cyfrowy



Budowa układu wejść cyfrowych:

a) podmoduły rejestrów

b) podmoduły liczników

c) modyfikatory sygnałów i układy formujące



Zadania modyfikatorów:

a) przekształcanie zmiennych procesowych binarnych na binarne sygnały napięciowe

b) odfiltrowywanie szumów

c) zapewnienie galwanicznego odprzęgnięcia obwodu wej. zmiennej procesowej od pozostałej części systemu



9

Wymagania stawiane systemom operacyjnym:

a) duża niezawodność pracy, odporność na awarię sprzętu i oprogramowania

b) minimalny rozmiar kodu w stosunku do oferowanych możliwości

c) modularność

d) bardzo duża elastyczność

Zalety stosowania komercyjnych mikrokomputerów jako systemów wbudowanych:

a) dzięki przeniesieniu funkcji sterowniczych systemu do oprogramowania uzyskuje się wysoką elastyczność oraz możliwość późniejszych zmian projektowych

b) łatwa dostępność narzędzi projektowych zarówno sprzętowych jak i programowych takich, jak: symulatory, emulatory, kompilatory, konsolidatory, itd.

c) krótki czas projektowania

d) powszechna dostępność potrzebnego sprzętu (pamięć, procesor)

Komputerowo wspomagane wytwarzanie

Sieciowe połączenie pojedynczych komponentów i ich pełna integracja z procesem wytwarzania jest określona jako CIM

W skład wchodzą:

RDP – rejestracja danych procesowych

PKP – planowanie i kierowanie produkcją

CAE – komputerowo wspomagane konstruowanie

CAD – projektowanie

CAP – planowanie

CAM – komputerowe wspomaganie wytwarzania

CAQ, CAT – sterowanie jakością



Oprogramowanie KSS

Zakres wymagań:



1. Obsługa we/wy

a) obieganie punktów pomiarowych

b) sprawdzanie wiarygodności

c) obróbka

d) postać i sposób wyprowadzania

e) przekształcanie na efektywny sygnał sterowania



2. Obsługa komunikacji człowiek-system

a) operator procesu-system

b) inżynier automatyk-system

c) programista-system



3. System operacyjny

a) obsługa przerwań

b) zarządzanie wykorzystaniem programu

c) zarządzanie wykorzystaniem pamięci

d) obsługa we/wy (zarządzanie)

e) obsługa zadań drugoplanowych

f) diagnostyka bieżąca

4. Obsługa systemu

a) diagnostyka jednostki centralnej i urządzeń peryferyjnych

b) diagnostyka pętli sterowania i jej elementów

c) programy konwersji

d) gospodarka magazynowania częściami zamiennymi

5. Określanie sterowań

a) parametry obsługi i pętli sterowania

b) generacja pętli sterowania

c) struktura danych opisujących pętle



6. Zarządzanie zbiorami

a) definiowanie i usuwanie zbiorów

b) kopiowanie zbiorów

c) optymalizacja rozmieszczenia

d) operacje na rekordach logicznych

1. Obsługa we/wy

Znaczenie zbierania i przetwarzania zmiennych procesowych w systemie cyfrowym:

a) spełnia rolę czujników pomiarowych

b) umożliwia prawidłową ocenę pracy

c) wymaga rozróżniania i selekcji

Sposoby zbierania zmiennych procesowych:

a) zbieranie cykliczne (głównie dla zmiennych procesowych ciągłych)

b) zbierania sporadyczne (głównie dla zmiennych procesowych dyskretnych)



10

Przetwarzanie podstawowe zmiennych procesowych ciągłych obejmuje następujące czynności:

1. linearyzacja i korekcja charakterystyk statycznych czujników

Niektóre czujniki mają charakterystyki liniowe, lecz nie wszystkie np. dla pomiaru natężenia przepływu i za pomocą zwężki mamy zależność:

lub dla pomiaru natężenia przepływu gazu z korekcją od gęstości, ciśnienia i temp. mamy:

dla pomiaru temperatury za pomocą termometru oporowego: A=C0+C1I+C2I2

Najczęściej stosuje się dwa sposoby przetwarzania:

a) punktową charakterystykę nieliniową aproksymuje się między punktami liniowo

b) aproksymuje się charakterystykę nieliniową wielomianem postaci A=a0+a1I+a2I2+…

2. przeliczanie na wybrane jednostki techniczne

Przeliczanie na wybrane jednostki tech.

Wykonuje się najczęściej tak, aby:

a) uzyskać dokładność względną ok. 0,01% (4-5 znaków w poz.dzies.)

b) dokładność względna była taka sama w każdym przedziale zmian zmiennej analogowej

3. kontrola wiarygodności

Kontrola wiarygodności polega:

a) sprawdzeniu, czy wartość mierzona A mieści się w zakresie pomiarowym czujnika Amin  A  Amax

b) sprawdzeniu, czy szybkość zmian wartości mierzonej A nie przekracza maksymalnej szybkości możliwej Amax: ((Ai – Ai-1) / (ti – ti-1))  Amax

lub dodatkowo (w uzasadnionych przypadkach):

c) porównaniu wyników uzyskanych z różnych czujników

d) porównaniu wyników pomiaru z wynikiem uzyskanym przy wykorzystaniu modelu matem. na podstawie pomiarów innych wielkości

Wartości nie spełniające w/w warunków nie są dalej przetwarzane.



4. filtracja cyfrowa

Parametry filtru cyfrowego dobiera się przez dobór współczynników algorytmu filtracji. Cyfrowym odpowiednikiem analogowego filtru o transmitancji:



jest filtr cyfrowy o transmitancji dyskretnej:



fo – częstotliwość odcięcia

TR – okres realizacji algorytmu filtracji

Uwaga: różne metody – różna dziedzina

5. kontrola przekroczenia wartości granicznych

Cel:


a) informowanie obsługi sygnałem akustycznym lub optycznym o przekroczeniu przez zmienną analogową wartości granicznej

b) zarejestrowanie rodzaju przekroczenia oraz chwili wystąpienia przekroczenia w protokole

c) ewentualne zainicjowanie działania zabezpieczającego proces, np. wyłączenia awaryjnego

Wartości graniczne zadawane są jako:

a) absolutne

b) względne (np. 80-120% wartości zadanej)

Zalety kontroli programowej w stosunku do sprzętowej:

a) łatwe włączenie i wyłączenie kontroli

b) możliwość wprowadzenia dowolnie dużej liczby wartości

c) możliwość eliminacji przypadkowych alarmów przez powtórzenia

8

Układy formujące służą do przekształcania napięć wyjściowych modyfikatorów na sygnały logiczne o odpowiednich poziomach i zboczach.





Rodzaje układów sterujących blokiem wejść cyfrowych:

a) układy sterujące wczytywaniem stanu pojedynczego podmodułu

b) –˝– sekwencyjnym wczytywaniem grupy podmodułów

c) –˝– wczytywaniem w dowolnej, wybieranej z jednostki centralnej kolejności



Sterowniki programowalne:

a) specjalizowane urządzenia komputerowe

b) elementy: mikroprocesor, rozbudowane układy wej-wyj

c) pożądane cechy

- małogabarytowa konstrukcja

- galwaniczna separacja zasilania

- przyjazny interfejs użytkownika

- dostępne oprogramowanie użytkowe

- hierarchiczny system przerwań

- dostępne standardowe algorytmy sterowania

d) rodzaje sterowników

- uniwersalne

- specjalizowane

e) rodzaje konstrukcji

- pakietowa

- kompaktowa

f) główne zadanie – sterowanie procesami technologicznymi

g) przykłady – SAIA SYSTEM (otwarty – można rozbudować; FESTO SYSTEM - zamknięty



Mikrokontrolery (mikrokomputery jednoukładowe)

a) układy we/wy integralnie związane z procesorem

b) efektywne programowanie w języku asemblera

c) główne ograniczenie – liczba wyprowadzeń

d) efektywne aplikacje wymagają systemów uruchomieniowych

Główne zastosowywania – układy wbudowane (przyrządy pomiarowe, przetworniki pomiarowe, elementy robotów, itp.)

Charakterystyka systemu wbudowanego:

a) typowo posiada dedykowane oprogramowanie

b) często zastępuje poprzednio stosowane wyposażenie elektromech.

c) często występuje bez klawiatury, wyświetlacza, monitora

d) służy do wykonywania zaimplementowanych w niego funkcji (np. ABS)

e) zwykle ma pracować wielokrotnie dłużej niż system macierzysty, w którym jest wbudowany

f) musi nadążać za wymaganiami czasowymi dyktowanymi przez środowisko zdefiniowane przez system macierzysty

g) zwiększona odporność mechaniczna na wibracje i uderzenia

Oprogramowanie – systemy czasu rzeczywistego (RTOS): OS-9, QNX, VRTX

6

Przetworniki A/C

Najczęściej spotyka się przetworniki 10 i 12 bitowe (reprezentując 3-4 pozycji dziesiętnych). Przetwornik A/C przyporządkowuje każdemu sygnałowi z przedziału



jeden sygnał cyfrowy. Przyporządkowanie to nazywa się kwantowaniem sygnału, a liczba k numerem przedziału kwantowania. Zdolność rozdzielczą bezwzględną przetwornika określa najbardziej niekorzystne rozróżnienie tzn. . Względna zdolność rozdzielczość przetwarzania wynosi 1/2n.



Typy przetworników A/C:

a) kompensacyjne

Przetworniki te przetwarzają wartość chwilową napięcia i dlatego zwykle współpracują ze wzmacniaczem próbk-zapam. Charakteryzują się dużą szybkością przetwarzania do 100 k p/s dla 14b i 250 k p/s dla 12b – wymagają jednak starannej filtracji. Kompensowanie to odbywa się na drodze kolejnych porównań napięć.

Zasada działania:

Impuls START zeruje wszystkie przerzutniki rejestrów obu rejestrów i zezwala na wpisanie 1 impulsowi taktującemu do pierwszego przerzutnika rejestru przesuwającego. Powoduje to wpisanie 1 do pamięci przerzutnika rejestru wyjściowego, w wyniku czego przełącznik analogowy binarnego przetwornika C/A zostaje zamknięty i Uca przyjmuje wartość połowy napięcia odniesienia – Umax/2. Jeżeli U < Umax/2 to na wyjściu komparatora pojawi się 1, w wyniku czego zostaje wyzerowany pierwszy przerzutnik rejestru wyjściowego i otwiera się przełącznik analogowy przetwornika C/A. Następny impuls przesuwa 1 do drugiego przełącznika, itd. Ostatni (i+1) impuls taktujący zeruje rejestr przesuwający, wysuwający zeń 1, co stanowi sygnał GOTÓW oznaczający zakończenie konwersji.

b) całkujące (np. z podwójnym całkowaniem)

Przetwarza wartość średnią za określony przedział czasu. Cechuje go mała szybkość, rzędu 1000p/s dla 10-12b.



4

^ schemat blok przetwornika C/A

Deszyfratory:

a) z wagami 2n

b) drabinkowe

ze źródłami

- napięciowymi

- prądowymi



z napięciowym źródłem sygnału odniesienia

z wagami 2n:



drabinkowy





z prądowym źródłem sygnału odniesienia

z wagami 2n:



drabinkowy





Zadania układu sterującego układem wyjść analog:

- przyjmuje i przechowuje w swoich rejestrach dane i rozkazy z układu wej-wyj

- potwierdza do jedn. centr. przyjęcie rozkazów i danych

- sygnalizuje stan zajętości bloku wyjść analogowych

- wyprowadza dane na magistralę danych

- po zakończeniu przetwarzania sygnalizuje przerwaniem do jedn.centr. powrót do stanu gotowości



II. Układ wyjść cyfrowych

zadanie - przetwarzanie wyniku obliczeń przesyłanego do kanału wej-wyj na sygnał cyfrowy wprowadzany na wskaźniki cyfrowe lub elementy nastawcze z wejściem cyfrowym i utrzymanie się sygnału do momentu pojawienia się nowego



Zadania układu sterującego:

- przyjmuje i przechowuje w swoich rejestrach dane i rozkazy z układu wej-wyj

- potwierdza do jedn. centr. przyjęcie rozkazów binarnych

- sygnalizuje stan zajętości na czas przetwarzania



2

System sterowania nadrzędnego (SPC – Supervisory Control) Dziedzina sterowania nadrzędnego jest bardziej „otwarta”. Rozwijanie sterowania nadrzędnego może być realizowane na bieżąco.

W dziedzinie obliczeń (SPC)

a) dedukowanie bieżących wartości zmiennych procesu, których nie można bezpośrednio zmierzyć

b) realizacja wyspecjalizowanych procedur obliczeniowych dotyczących sterowania

c) predykcja stanów procesów

d) zastawienie danych, dokumentacja



Uwagi ogólne dotyczące KSS:

Wejście:


1. Prawidłowa praca KSS zależy od dobrej informacji

2. Dla KSS możliwe jest wyznaczanie pewnych wartości parametrów w oparciu o inne.

3. Możliwość zmniejszenia wymagań.

Wyjście:


1. Możliwość wybiórczej informacji dla operatora.

2. Analiza alarmów

3. Prosta realizacja ewentualnego ręcznego sterowania.

4. Niezawodność



Podział ze względu na strukturę logiczną:

1. System prosty (simplex)

zalety: prosta struktura; niska cena

wady: duża awaryjność (szeregowa struktura)

2. System prosty z procesorem wej.-wyj.

wada: system szeregowy



3. System Master-Slave

Master musi mieć bardzo silnie rozbudowane układy wej-wyj i nie musi mieć dużej mocy obliczeniowej, Slave odwrotnie.



4. System podwójny

5. Systemy sieciowe

W tym systemie wykorzystuje się systemy (struktury) sieci (pierścień, magistrala, itp.)

Przykład: system sterowania sieci kanalizacji Kopenhagi.

Cechy sprzętu KSS:

1. Rozbudowany system przerwań

- wielopoziomowy

- priorytety

Rodzaje przerwań

- zewnętrzne (zasilanie, czujniki, itp.)

- wewnętrzne (generowane przez procesor – błędy programowe)

- programowe (rozkazy)

Maskowanie przerwań

Zmiana poziomów i priorytetów

2. Pamięć operacyjna

- krótkie słowo

- adresowalna pamięć słowem krótszym niż maszynowe

- wirtualizacja pamięci



3. Metody ochrony pamięci:

- wydzielenie obszaru wyłącznie do dyspozycji SO

- ochrona w oparciu o rejestry LIMIT i DATUM (podają wartości adresów początku i końca obszaru chronionego

- maski ochrony pamięci (1 lub 2bitowe)

- klucz ochrony pamięci (przy danym bloku pamięci umieszczamy identyfikator programu, który może z niego korzystać)

4. Rozbudowane kanały wejścia-wyjścia

a) inicjalizacja kanału:

- adres urządzenia zew.

- kierunek transmisji

- miejsce w pamięci początku danych

- liczba słów

b) rodzaje kanałów

- selektorowy (łączy wybrane urz. zew. z jedn. centr. na cały czas trwania transmisji, do szybkich urządzeń, np. pamieci)

- multiplekserowy (połączenie na czas jednej ramki informacji – czytniki, drukarki)

- znakowy (wymaga zainicjowania i zakończenia transmisji po każdym słowie – sterowniki PLC)



5. Kanał automatyki (połączenie pomiędzy obiektem a jednostką centralną):

11

6. Charakterystyki statystyczne
Średnie arytmetyczne próbki:


Wariancje próbki:

s – odchylenie standardowe

Najczęściej obliczenia wariancji realizuje się w oparciu o zależności:


Algorytm ten wymaga przechowywania jedynie sumy i sumy oraz k wartości zmiennych.

7. całkowanie

Całkowanie stosuje się najczęściej do wyznaczania kumulatywnych przepływów masy lub energii na określony przedziału czasu w celach bilansowania.

Istnieją różne algorytmy całkowania (np. Simsona, metoda trapezów, itp.).

Przetwarzanie specjalistyczne zmiennych procesowych:

a) szybka transformata Fouriera

b) modele matematyczne i identyfikacja procesów ciągłych

c) identyfikacja modeli statycznych i dynamicznych obiektów

d) predykcja przebiegów czasowych

Przetwarzanie zmiennych procesowych nieciągłych:

a) opracowanie programu produkcji i zaopatrzenia materiałowego

b) określenie kolejności operacji technologicznych potrzebnych do uzyskania produktu finalnego

c) zbieranie danych z przebiegu procesu

d) informacje dla obsługi

W strukturze tej można wyróżnić trzy podsystemy:



1. Podsystem przetwarzania danych o stanie zapasów

Zadania:


a) bieżące uaktualnianie stanu

b) predykcja zapotrzebowania na materiały i surowce

c) prognoza zapotrzebowania na produkty finalne

2. Podsystem przetwarzania danych o stanie zasobów (maszynach, urządzeniach i personelu)

Zadania:


a) bieżące uaktualnianie o stanie zasobów

b) predykcja stanów zasobów

c) aktualne wyniki produkcji

d) informacja o przekroczeniach i niedociągnięciach



3. Model procesu może być wyrażany za pomocą zależności matematyczno-logicznych albo sieci czynności w formie grafu.

13

Przetwarzanie danych na tej liście zależy od następujących operacji:



a) delay - zadanie jest usuwane z listy zadań zawieszonych czasowo

b) cycle - zadanie jest usuwane z listy i ponownie wprowadzane z odtworzoną wartością okresu zawieszenia

c) przeterminowanie - zadanie jest usuwane z listy zadań zawieszonych czasowo oraz z innych list zadań zawieszonych

Zdarzenia zewnętrzne są na ogół związane z przerwaniami zgłaszanymi przez otoczenie systemu:

a) connect (Int, Ev) - utworzenie zdarzenia Ev i związanie go z przerwaniem Int; czynność ta może obejmować utworzenie odpowiednich danych systemowych i zaprogramowanie sterownika przerwań

b) enable (Ev) - włączenie (odmaskowanie) przerwania związanego ze zdarzeniem Ev; każde zgłoszenie tego przerwania będzie pamiętane przez program obsługi zdarzeń, jako wystąpienie zdarzenia Ev

c) await (Ev) - zawieszenia zadania aż do wystąpienia zdarzenia Ev, w chwili wystąpienia tego zdarzenia zadanie jest wznawiane, a informacja o zdarzeniu jest kasowana. Jeżeli zdarzenie wystąpiło i nie zostało obsłużone przed wykonaniem instrukcji await, to zadanie nie jest zawieszone

d) disable (Ev) - wyłączenie (zamaskowanie) przerwania związanego ze zdarzeniem Ev, jeżeli zdarzenie wystąpiło i nie zostało obsłużone przed wykonaniem instrukcji disable, to informacja o nim jest nadal pamiętana

e) disconnect (Ev) - zdarzenie Ev zostaje skasowane, tzn. zerwany zostaje związek tego zdarzenia z przerwaniem, a identyfikator Ev i informacja o wystąpieniu zdarzenia są kasowane



Praca wielozadaniowa

W systemie złożonym z wielu procesorów może być wykonywanych kilka zadań równocześnie. Podobna sytuacja zachodzi w systemie jednoprocesorowym dzielącym czas procesora i innych zasobów między wszystkie zadania. Ponieważ liczba zadań zwykle przekracza liczbę procesorów, zatem te same metody organizacji pracy muszą być zastosowane w obu typach systemów.


Stany zadania:

a) martwe (M) - zadanie jest zarejestrowane na liście zadań, ale nie może żądać ani mieć przydzielonych żadnych zasobów (przed rozpoczęciem i po zakończeniu zadania)

b) gotowe (G) - są spełnione warunki do wykonania zadania; zadania ma przyznane wszystkie potrzebne zasoby i oczekuje na procesor

c) wykonywane (W) - procesor wykonuje instrukcje programu zadania

d) zawieszone (Z) - zadania oczekuje na przydział określonych zasobów, wystąpienia określonego zdarzenia lub upływ czasu


15

Struktura danych podstawowych:

a) zmienne wejściowe

b) komunikaty

c) dane wspólne

d) stałe

e) parametry struktur kaskadowych (określają hierarchię układów sterowania)



6. Zarządzanie zbiorami

Ten etap wymagań dotyczy baz danych.



Zasady projektowania systemów sterowania

1. Cykl opracowania projektu





Analiza wymagań:

dokument: specyfikacja wymagań

- podstawowe funkcje

- żądana dokładność

- szybkość i niezawodność działania

- ograniczenia dotyczące stosowanego sprzętu i oprogramowania

- koszty projektu

- spodziewane efekty wdrażania

Etap kończy oceny recenzentów.

Projektowanie systemów:

a) określenie architektury systemu

b) podział na podsystemy

c) przypisanie funkcji poszczególnym podsystemom

d) zdefiniowanie reguł współpracy podsystemów

e) plan tekstów systemu.

Etap kończy ocena recenzentów.

Projektowanie i implementacja podsystemów:

a) współbieżne i niezależne wykorzystanie sprzętu oprogramowania podsystemu

b) wynikiem etapu jest zbiór programowych, sprzętowych komponentów systemu wraz z pełną dokumentacją ich powstania

Rewizja:

a) funkcjonalna- czy wszystkie wymagania wymagane w specyfikacji są spełnione

b) fizyczna- czy komponenty są spójne i w pełni udokumentowane.

Testowanie i integracja systemu:

a) połączenie wszystkich komponentów systemu i testowanie zgodnie z planem testów

b) przegląd kwalifikacji

Wynik: raport testowania.



Ocena i akceptacja – w trakcie pracy systemu

Specyfikacja wymagań wg IEEE Std. 830

Cechy:

a) jednoznaczność – zapis każdego wymagania winien mieć tylko jedną interpretację

b) kompletność - specyfikacja winna wymieniać wszystkie istotne wymagania, które powinny być spełnione

c) weryfikowalność – opisy wszystkich wymagań winny być tak formułowane, aby było możliwe jednoznaczne rozstrzygnięcie, czy finalny produkt spełnia te wymagania, czy nie

d) spójność – różne wymagania winny być opisane w specyfikacji z użyciem jednolitej terminologii i nie mogą być wzajemnie sprzeczne

e) modyfikowalność – łatwość zmian zależy od przejrzystości dokumentu (podział na rozdziały, spis treści, indeks, odnośniki, każde wymaganie opisane tylko w jednym miejscu)

f) powiązania – uzasadnienie wymagania poprzez podanie przyczyny, z której wynika (zalecenia użytkownika, normy jakości itd.)

17

7. Konserwacja oprogramowania



Podział kosztów oprogramowania oryginalnego projektu.

Specyfikacja wymagań – 18 %

Projekt wstępny – 7 %

Projekt szczegółowy – 15 %

Programowanie modułów – 20 %

Integracja i testowanie komponentów – 20 %

Instalacja i ocena – 20 %

Koszty konserwacji – 70 – 200 % kosztów projektu.



Przyczyny nieprawidłowości projektowania systemu PLC:

a) niedocenianie roli początkowych faz projektu

b) brak systematycznej oceny etapów prac

c) znikome korzystanie ze sprawdzonych metod inżynierii oprogramowania oraz komponentów systemu wspomagane projektowania (CAD/CAM) i prac inż. (CAE)

d) nieadekwatny i mało wiarygodny proces testowania

e) niepełna dokumentacja



16

Wzorcowy układ specyfikacji.


  1. Wstęp.

a) cel sporządzenia specyfikacji i spodziewany krąg czytelników

b) zakres specyfikacji – lista nazw i funkcje jednostek oprogramowania

c) definicje i skróty nazw

d) dokumenty związane, do których występuje odwołania i sposób dostępu



  1. streszczenie poszczególnych części

  1. Opis ogólny – intuicyjny opis wymagań i ograniczeń

a) otoczenie oprogramowania (związki z innymi systemami)

b) funkcje oprogramowania

c) charakterystyka użytkowników

d) ograniczenia narzucone na swobodę projektowania

e) przyjęte założenia

3. Wymagania szczegółowe – najobszerniejszy i najważniejszy rozdział specyfikacji

a) wymagania na wydajność przetwarzania (liczba końcówek, liczba jednocześnie przetworzonych zbiorów, dokładność obliczeń, czas reakcji)

b) wymagania dotyczące sposobu współpracy z użytkownikiem, komunikacji oprogramowania ze sprzętem, itp.

c) ograniczenia projektowe w swobodzie projektowania (pewne, zgodność ze standardami, konieczność współpracy z innymi systemami)

d) cechy szczególne (organizacja baz danych, zabezpieczenie danych, praca w warunkach awarii, śledzenie komunikacji z użytkownikiem, spodziewane kierunki modyfikacji)

4. Indeks – lista najważniejszych nazw i terminów używanych w treści specyfikacji.

Etapy projektowania oprogramowania:


1. Analiza i specyfikacja wymagań.

Wyniki etapu: dokument określający funkcje realizowane przez oprogramowanie.



  1. Projekt wstępny.

Cel: dekompozycja na komponenty i przypisanie funkcji do poszczególnych komponentów i określenie sposobu ich testowania.

Wyniki etapu:

a) wstępna specyfikacja projektu oprogramowania

b) plan testów kwalifikacyjnych.



  1. Projekt szczegółowy

Wyniki etapu:

a) specyfikacja projektu opisująca podział na moduły, funkcje, i algorytmy działania modułów

b) podstawowe struktury danych

c) opis testów kwalifikacyjnych

d) opis testów komponentów i modułów


  1. Implementacja – programowanie i testowanie modułów

Wyniki etapu:

a) kod źródłowy i listing programu

b) instrukcje i raporty testowania modułów

c) instrukcje testowania komponentów



  1. Integracja i testowanie komponentów

Wyniki etapu:

a) uaktualniona specyfikacja projektu i kod źródłowy programu

b) raporty testowania komponentów

c) instrukcja testowania jednostki konfiguracyjnej



  1. Instalacja i ocena końcowa

Wyniki etapu:

a) specyfikacja funkcjonalna produktu

b) podręczniki obsługi instalacji i konfiguracji oprogramowania

14

Z każdym zadaniem związana jest tablica stanu zadania:



Podstawowa zawartość tablicy stanu:

a) stan - kod opisujący aktualny stan zadania

b) priorytet - liczba charakteryzująca pilność zadania

c) PSW – kontekst zadania (informacja potrzebna do wznowienia zadania)

d) PSW0 - początkowy kontekst zadania

Struktura RTOS



Egzekutor wielozadaniowy:



Synchronizacja i komunikacja zadań:

a) semafory - zmienna systemowa S, której wartość może być sprawdzana i zmieniana przez wszystkie zadania za pomocą instrukcji

b) wiadomości - zadania muszą przekazywać między sobą dane użytkowe poprzez bufory

c) skrzynki - rodzaj bufora znany (?) nadawcy i odbiorcy wiadomości

d) spotkania - sposób komunikacji oparty na wykonaniu operacji wyspecyfikowanych w innym zadaniu i zwróceniu wyników operacji do zadania wywołującego

Rozproszony system operacyjny - system operacyjny organizujący pracę sieci komputerowej w sposób niewidoczny dla użytkownika, który nie musi znać fizycznego rozlokowania zasobów. Możliwa jest migracja zadań, zbiorów itp. między węzłami sieci. Podstawę stanowi siedmiowarstwowy model sieci wraz z protokołami transmisji, które pozwalają na uniwersalność systemu.

Przykłady: OS – 9 , QNX



5.Określenie sterowań

Wymagania dotyczące algorytmów sterowania:

a) ustalanie parametrów związanych z obsługą pętli sterowania

- podawanie wartości zadanych dla pętli sterowania z częstotliwością dopasowaną do zbierania danych wejściowych

- realizacja sterowania z częstotliwością niezależną od zbierania danych

- organizacja procesów obiegania, obliczania sterowania i wysyłania sygnałów

b) generacja pętli sterowania:

- algorytmy przyrostowe (podają wartość zmiany sygnału sterującego ∆U(n) w n-tej chwili czasu w stosunku do sygnału sterującego U w chwili n-1)

- algorytmy pozycyjne (pozwalają określić nową wartość sygnału sterującego U(n) w n-tej chwili czasu)



12

2. Obsługa komunikacji człowiek-system

Podziału w zależności od użytkownika:

Najczęściej wymaga się, aby wszystkie odwołania do systemu były realizowane w czasie nie dłuższym niż 1s.

a) operator

- aktywizacja i dezaktywizacja dowolnego punktu pomiarowego

- zmiana alarmowych poziomów sygnalizacji

- wprowadzanie lub usunięcie zmiennej z raportu

- zmiana wartości zadanych w pętli sterowania

- wydruk i zmiana organizacji raportu

b) inżynier automatyk

- aktywizacja i dezaktywizacja dowolnego urządzenia sterującego

- dokonywanie zmian parametrów sterowania (nastaw regulatorów)

- zmiana sposobu obiegania punktów pomiarowych

- sprawdzanie ”wieku” danych

- tworzenie i generacja raportów

c) programista

- dokonywanie zmian zawartości pamięci

- możliwość uruchamiania, konsolidacji i uzupełniania oprogramowania

- wydruk raportów

3. System operacyjny

oprogramowanie, które zarządza wszystkimi zasobami systemu

Systemy operacyjne czasu rzeczywistego (Real Time Opearting System)

- konieczność zapewnienia przewidywanej reakcji komputera na pojawiające się zdarzenie w określonym z góry terminie (deadline).

Podział:

a) RTOS


b) HRTOS (Hard RTOS) – przekroczenie deadline’u fatalne w skutkach

zdarzenie (event) - dowolna sytuacja powstała w systemie wymagająca wykonania określonego programu obsługi

zadanie (task) - moduły programowe związane z obsługą poszczególnych zdarzeń

Standard QNX



Rodzaje zdarzeń:

a) zewnętrzne - sygnalizują wyjątkowe sytuacje w otoczeniu komputera (np. przerwania zgłaszane przez urządzenia współpracujące - wyłączniki końcowe)

b) czasowe - sygnalizują upływ określonych odcinków czasowych (najczęściej sygnalizowane przez systemowy program obsługi zegara)

c) wewnętrzne - odpowiadają błędom (wyjątkom) powstającym podczas wykonywania programów (zgłaszane np. przez koprocesor arytmetyczny lub podprogramy)



d) programowe - odpowiadają zdarzeniom generowanym podczas wykonywania zdarzeń (generowane przez jawne odwołania do systemu operacyjnego)

Zdarzenia czasowe służą do prostego sprawdzenia poprawności wykonywania niektórych zadań. System operacyjny tworzy listę zadań zawieszonych czasowo.
: ~inf66205 -> siz -> iss




©absta.pl 2019
wyślij wiadomość

    Strona główna