Transcript Sklopovska oprema
Slide 1
OSNOVNA SKLOPOVSKA OPREMA
POTREBNA ZA RAČUNALNU
AUTOMATIZACIJU
Slide 2
Uvid u proces se dobiva preko njegovih procesnih
veličina (npr. temperatura, protok, tlak…). Procesne
veličine opisuju osobine procesa.
Fizikalne (procesne) veličine koje se mjere zovu se još i
procesne mjerene veličine.
- Procesne mjerene veličine pretvaraju se pomoću
senzora u izmjerene veličine koje se dalje mogu koristiti
za davanje informacija operatoru (čovjeku) i kao ulazne
veličine za računalnu automatizaciju procesa.
Slide 3
Sklopovska oprema za automatizaciju mora biti
prilagođena tehničkom procesu te mora omogućiti
prijenos podataka između procesa i računala.
Slide 4
Sklopovsku opremu možemo podijeliti u tri skupine:
• Sklopovska oprema pri procesu
• Sklopovska oprema za pretvorbu i prijenos
podataka (dijalog)
• Računalo
Slide 5
Proces
Dijalog
..
.
Podaci iz
procesa
Računalo
Pretvorba i
prijenos
podataka
..
.
Intervencija
u proces
Računalo
Mjerni ili
upravljački
algoritam
Slide 6
SKLOPOVSKA OPREMA PRI PROCESU:
Oprema koja daje informacije o procesu
• Mjerni pretvornici
Oprema koja utječe na proces
• Upravljači članovi
Slide 7
Mjerni pretvornici
Pretvaraju procesne mjerene veličine u procesne
signale.
TEMPERATURA
TLAK
PROTOK
.
.
.
NAPON
STRUJA
Slide 8
Mjerni pretvornici
Gotovo sve neelektrične veličine se uporabom
prikladnih mjernih pretvornika (transducer) mogu
mjeriti električnim postupcima
Slide 9
Tom pretvorbom mogu se :
• razne fizikalne veličine mjeriti jednom
metodom odnosno jednom vrstom mjernog
instrumenta,
• male promjene neelektrične veličine, nakon
pretvorbe u električnu, pojačati, a zatim lako
prikazati i izmjeriti manje osjetljivim
mjerilima,
• obaviti mjerenja na daljinu,
• mjeriti i bilježiti vrlo brze promjene
neelektričnih veličina
Slide 10
Pretvornik se najčešće sastoji iz:
• osjetila (davač, senzor, sonda)
• sklopa za oblikovanje signala
• pokazivača (mjerni instrument, registracijski
uređaj, osciloskop i sl.)
Slide 11
BLOK SHEMA MJERNOG
PRETVORNIKA
Slide 12
Izbor pretvornika ovisi o očekivanom opsegu promjene
mjerene veličine, njezinoj frekvenciji, očekivanoj
točnosti mjerenja, vrsti i razini normiranog izlaznog
signala, dozvoljenom vlastitom potrošku (kod pasivnih
osjetila), utjecaju (interakciji) mjerene veličine s
ostalim fizikalnim veličinama
Osnovno svojstvo – pretvornik ne smiju djelovati na
sredinu u kojoj se mjeri.
Slide 13
Pametna (smart) osjetila
Mikroračunalo je pridodano samom osjetilu. Na taj
način su omogućuju relativno složene obrade podataka
u samom senzoru čime se poboljšava kvaliteta izlaznih
podataka.
Slide 14
Podjela osjetila prema mjerenim veličinama:
• Mjerenje gibanja (pomak, brzina, ubrzanje…)
• Mjerenje naprezanja sile i momenta
(pretvornici
sile,
zakretnih
momenta,
deformacija…)
• Mjerenje tlaka (kapljevinski pretvornici,
pretvornici tlaka, pretvornici vakuuma…)
• Mjerenje temperature (bimetal, otpornička
osjetila, termoparovi…)
Slide 15
• Mjerenje protjecanja ( pretvornici protoka s
promjenjivim padom tlaka na suženju, potisni
pretvornici, protoka, turbinski pretvornici
protoka…)
• Mjerenje razine kapljevina, sipina, krutina
(plovak, tlačno osjetilo, kapacitivni pretvornici,
ultrazvučni pretvornici…)
• Mjerenje
vlažnosti
(rosisni
vlagomjer,
apsorbijski…)
• Mjerenje
gustoće
(ronila,
hidrostatski
pretvornici…)
• …
Slide 16
Podjela osjetila prema vrsti izlaza:
• Osjetila s analognim izlazom
• Osjetila digitalnim izlazom
Slide 17
Osjetila s digitalnim izlazom ili digitalni davači
Postoji više vrsta digitalnih osjetila. Ovdje će biti
prikazane samo neke.
Slide 18
Običan prekidač
Najjednostavnije, a najvjerojatnije i najupotrebljavanije
digitalno osjetilo je običan prekidač.
Kad je prekidač otvoren to se može smatrati stanjem 0 a
kad je zatvoren stanjem 1. Prema tome to bi bilo osjetilo
s jednobitnim izlazom.
Prekidač se može aktivirati ručno ili kod promjene
mjerne veličine plovkom, IC zrakom, porastom tlaka itd.
Npr. kod regulacije nivoa tekućine, kad razine tekućine
dosegne određeni nivo, plovak se podigne i uključi
prekidač.
Slide 19
Kružni mehanički davač s binarni izlazom
Slide 20
Linearni mehanički davač s binarnim izlazom
Slide 21
Elektronički 2-bitni davač
Slide 22
Oblikovanje analognih signala
Različite vrste senzora upotrebljavaju za svoj
različite fizičke zakona što za posljedicu ima
različite analogne izlaze iz senzora (u vrsti, obliku i
veličini izlaznog signala).
Kako bi se analogni signali mogli dalje obrađivati
(prenositi, pretvarati u digitalne…) moraju biti
istog oblika i u istom rasponu vrijednosti.
Slide 23
Stoga se analogni signal (iz osjetila) se prije prijenosa,
odnosno pretvorbe u digitalni mora obraditi
(oblikovati). Obrada se najčešće sastoji iz:
• Kondicioniranja - pretvorbe signala na zajednički
format tj. oblik i veličini koja se može dovesti na
A/D pretvarač (npr. u naponski opseg od 0 - 5 V).
Pri tome se mora održati točnost informacije.
Kondicioniranje je moguće i u samom osjetilu.
• Filtriranja (otklanjanje utjecaja smetnji)
Slide 24
Upravljači član
Pretvaraju procesne signale dobivene iz računala u
procesne veličine.
Najčešće se sastoji iz aktuatora i izvršnog člana.
Aktuator je mehanička naprava koja pomiče ili
upravlja nečim. Aktuator je pretvarač energije u
kretanje (npr. motor).
Izvršni član je pogonjen aktuatorom i utječe na
ulaznu veličinu u proces (npr. ventil).
Slide 25
SKLOPOVSKA OPREMA ZA PRETVORBU SIGNALA
Analogno-digitalni (A/D) pretvarači
Digitalno-analogni (D/A) pretvarači
Slide 26
PRETVORBA ANALOGNOG SIGNALA U DIGITALNI
A/D pretvarači zahtijevaju točno određeni iznos i
oblik i veličinu ulaznog analognog signala.
Slide 27
Pretvorba analognog signala u digitalni sastoji se iz
sljedećih koraka:
• Uzorkovanja (engl. sampling)
• Kvantizacija
• Kodiranje
Slide 28
Pri pretvorbi analogni signal se diskretizira po
vremenu i amplitudi.
Pri tome se mora voditi računa da ne dođe do
oštećenja (gubitka) informacija.
Slide 29
Uzorkovanje
Diskretizacija po vremenu (vremenski razmak
između uzimanja dva uzorka) mora biti takva da
koraci uzimanja uzoraka signala budu dovoljno
gusti da se ne izgubiti niti jedan harmonik korisnog
signala i time ošteti informacija.
Kvantizacija
Diskretizacija po amplitudi mora imati dobro
razlučivanje. Mora se točno pratiti amplituda
signala.
Slide 30
Kodiranje
A/D pretvarač pretvara analogni signal u binarni
broj. A/D pretvarač mora imati dovoljan broj
bitova kojima se prikazuje analogni signal.
Slide 31
Uzimanje uzorka i njegovo pamćenje
Ulaz
Uzorkovanje i
pamćenje
(Sample and Hold)
Izlaz
Upravljanje
Slide 32
Zadatak sklopa za uzimanje uzorka je da ”učita”
trenutnu vrijednost analognog signala tj. da uzme
uzorak analognog signala te ga zapamti dok se
očitana vrijednost u A/D pretvaraču ne pretvori u
digitalnu veličinu.
Najčešće se s elektroničkog gledišta to ostvari tako da
se ulaznim analogni naponom preko pojačala nabije
kondenzator, nakon čega se prekida veza ulaznog
napona i kondenzatora. Napon na kondenzatoru
ostaje nepromijenjen sve dok se ne uzme sljedeći
uzorak.
Slide 33
A/D pretvarači
A/D pretvarači pretvaraju analogni u digitalni
signal.
Analogni
ulaz
Analogno
digitalni
pretvarač
(A/D)
.
.
.
2n-1
21
20
Izlazni
digitalni
podaci
Slide 34
Postoji više načina pretvorbe analognog u digitalni
signal.
Ovdje će biti razmatrana pretvorba koja se temelji na
pretvorbi analognog signala u vrijeme, zatim se
mjerenju vremena dobije binarni broj (tzv. Wilkinsova
metoda)
Slide 35
Pretvaranje ulaznog analognog signala u vrijeme
Slide 36
Mjerenje vremena pomoću elektroničkog sata
Slide 37
D/A pretvarači
D/A pretvarači pretvaraju digitalni u analogni
signal.
2n-1
Digitalni
ulazi
21
20
.
.
.
Digitalno
analogni
pretvarač
(D/A)
Izlazni
analogni
signal
Slide 38
Jedna od izvedbi D/A pretvarača.
Slide 39
Bistabili koji prikazuju binarnu brojku upravljaju
strujom čiji je iznos proporcionalan težinskoj
vrijednosti bistabila u binarnom brojevnom
sustavu.
Suma struja proporcionalna binarnoj vrijednosti
prikazanoj u bistabilima protječe kroz otpornik R i
stvara na njemu napon koji u analognom obliku
prezentira binarni broj.
Slide 40
SKLOPOVSKA OPREMA ZA PRIJENOS PODATAKA
Iz mjernog pretvornika signali se mogu prenositi
do malih udaljenosti.
Kod većih udaljenosti javljaju se greške zbog
utjecaja smetnji i zbog gubitka energije (signal
slabi).
Uređaji za pretvorbu i prijenos pretvaraju signale
• u oblik koji se može prenositi
• u oblik koji je otporan na smetnje
Slide 41
Odabir prijenosnog uređaja:
Prilikom odabira prijenosnog uređaja mora se
uzeti u obzir:
• udaljenost
• točnost prijenosa
• količina podataka (brzina prijenosa)
• vrsta
• tip medija
Slide 42
MEDIJI ZA PRIJENOS PODATAKA
Klasifikacija medija za prijenos
• Žičani mediji.
Zahtijevaju da se računala povežu nekom vrstom
žice.
– Bakrene žice.
– Optička vlakna.
• Bežični mediji.
Računala nisu povezana nikakvim materijalom.
Podaci se prenose kroz prostor nekom vrstom
elektromagnetskih valova.
– Radio valovi.
– Mikrovalovi.
– Infracrvene zrake.
– Laserske zrake.
Slide 43
Bakrene žice
Podaci se prenose pomoću električne struje.
Koristi se bakar jer je on dobar vodič električne struje, a
još uvijek relativno jeftin.
Pojavljuje se problem interferencije – dvije žice induciraju
struju jedna u drugoj i tako proizvode smetnju.
Konstrukcija pojedinih tipova žica nastoji smanjiti
interferenciju.
Lagano se savijaju i spajaju.
Tradicionalno se primjenjuju za povezivanje računala u
LAN.
Slide 44
U upotrebi su tri tipa bakrenih žica:
• neoklopljena upletena parica (Unshielded twisted
pair – UTP).
• koaksijalni kabel (Coaxial cable – coax)
• Oklopljena upletena parica (Shielded twisted pair) kombinacija UTP i coax.
Slide 45
Optička vlakna
• Mogu prenositi signal na puno veću udaljenost
nego bakrena žica.
• Ostvaruju najveću moguću brzinu prijenosa.
• Otporne su na elektromagnetske smetnje.
• Mogu se donekle savijati, ali ne pod pravim kutom.
• Teško ih je spajati i popravljati u slučaju loma.
• Primjenjuju se u WAN za povezivanje udaljenih
lokacija, a također i u LAN.
• Tanke niti stakla u plastičnim ovojnicama.
• Podaci se prenose pomoću svjetla određene boje
kojeg proizvodi light emitting dioda (LED) ili laser.
Slide 46
Radio valovi
• Elektromagnetski valovi iz frekventnog raspona koji
se inače koristi za radio ili televiziju.
• Podaci se prenose preko valova određene
frekvencije, slično kao radio program.
• Računala moraju imati antene za emitiranje i
primanje valova.
• Domet ovisi o izabranoj frekvenciji valova.
• Primjenjuju se za “wireless” LAN-ove, pogotovo za
spajanje prijenosnika na mrežu.
• Također se primjenjuju za uspostavljanje
interkontinentalnih veza između dijelova Interneta.
U tom slučaju su potrebni sateliti.
Slide 47
Mikrovalovi
• Elektromagnetski valovi iz frekventnog raspona
iznad onog koji se koristi za radio ili televiziju.
• Podaci se opet prenose preko valova određene
frekvencije, slično kao radio program.
• Za razliku od radio valova, mikrovalovi se mogu
usmjeriti prema jednoj točki, čime se štedi energija
i sprečava “prisluškivanje”.
• Također, mikrovalovi mogu nositi više informacija
nego radio valovi.
• Mana im je da ne mogu proći kroz neke vrste
zapreka. Antene se zato moraju postaviti tako da
među njima postoji “optička vidljivost”.
• Primjena je u gradskim WAN-ovima, tamo gdje bi
inače bilo skupo polaganje žica.
Slide 48
Infracrvene zrake
• Elektromagnetski valovi iz infracrvenog (toplinskog)
spektra, dakle iznad frekventnog raspona
mikrovalova, a ispod raspona vidljive svjetlosti.
• Podaci se prenose preko valova određene
frekvencije.
• Jeftino rješenje u odnosu na druge bežične medije
jer ne zahtijeva antene.
• Infracrvene zrake imaju mali domet, svega nekoliko
metara.
• Koriste se za bežično povezivanje uređaja unutar
jedne sobe.
Slide 49
Laserske zrake
• Podaci se pretvaraju u svjetlo, koji se umjesto
optičkim vlaknima prenosi zrakom.
• Koristi se lasersko svjetlo, zato jer ono ima relativno
veliki domet i može se usmjeriti prema jednoj točki.
• Primjena je ograničena zato jer laserske zrake ne
mogu proći kroz vegetaciju, snijeg ili maglu.
• Prijemnici i predajnici moraju opet biti postavljeni
tako da među njima postoji “optička vidljivost”.
Slide 50
Usporedba raznih vrsta medija
• Žičani mediji općenito ostvaruju veće propusnosti,
bolje se mogu zaštititi od “prisluškivanja”, nisu
osjetljivi na atmosferske prilike.
• Bežični mediji općenito imaju manju cijenu
uvođenja (osim kod satelita), nisu podložni
oštećenjima medija, lakše ostvaruju “broadcast”
iste poruke većem broju primatelja.
• Kod svih vrsta medija moguće su greške ili gubici pri
prijenosu podataka.
• Za ožičenje LAN-a bakar je jeftinije rješenje, a
staklo pouzdanije i s većim dometom.
Slide 51
MULTIPLEKSERI
Multiplekser (MUX) je uređaj koji skenira određen
broj ulaznih signala i u određenim vremenskim
trenutcima prosljeđuje po jedan signal na izlaz.
Drugim riječima multiplekser je uređaj koji prima
informacije iz više nezavisnih izvora, i prenosi u
odgovarajućim vremenskim trenucima samo
jednu informaciju na izlaz.
Multiplekseri mogu biti:
• analogni (ulazni signali su analogni)
• digitalni (ulazni signali su digitalni)
Slide 52
Ulazni signali
MULTIPLEKSERIRANJE
..
.
Izlazni
signal
Slide 53
DEMultiplekser (DEMUX) je uređaj koji na ulazu
ima jedan signal te ga u određenom vremenskom
trenutku posljeđuje na jedan od više mogućih
izlaza.
Drugim riječima demultiplekser je uređaj koji
prima jednu informaciju na ulazu te je prosljeđuje
na odgovarajući izlaz.
Slide 54
..
.
Izlazni
signal
Izlazni signali
DEMULTIPLEKSERIRANJE
Slide 55
Multiplekseri/demultiplekseri se mogu koristiti kod
prijenosa podataka:
• između procesa i računala (ulaz podataka u
računalo) - MUX
• između računala i procesa (izlaz podataka iz
računala) - DEMUX
Slide 56
Analogni
multiplekser
.
.
.
Senzori
Računalo
Ulazni
interface
A/D
Analogna
obrada
signala
Izlazni
interface
ULAZ PODATAKA U RAČUNALO –
uporaba analognog multipleksera
Slide 57
Analogni multiplekseri
Svrha analognog multipleksera je izbjegavanje više
A/D pretvarača.
A/D pretvarači su brzi a ulazne veličine mjenjaju se
relativno sporo pa je moguće da jedan A/D pretvarač
poslužuje više senzora.
Slide 58
Multiplexor usmjerava više analognih signala
dobivenih s različitih senzora na jedan analogni izlaz.
Multiplekser svakom signalu na ulazu dodjeljuje
određeno vrijeme (engl. time sharing). Na izlazu
multipleksera se u jednom trenutku vremena može
nalaziti signal samo jednog ulaza.
Vrijeme koje multiplekser dodjeljuje pojedinim
ulazima može se razlikovati za različite ulaze.
Računalo upravlja multipleksorom i određuje
redosljed “prozivanja” ulaznih signala koji ne mora
biti strogo sekvencijalni.
Slide 59
Digitali
multiplekser
A/D
Ulazni
interface
Računalo
.
.
.
A/D
Senzori
Analogna
obrada
signala
Izlazni
interface
ULAZ PODATAKA U RAČUNALO –
uporaba digitalnog multipleksera
Slide 60
Analogni
demultiplekser
.
.
.
Upravljački
član
Računalo
Izlazni
interface
D/A
Analogna
prilagodba
signala
Izlazni
interface
IZLAZ PODATAKA IZ RAČUNALA –
uporaba analognog multipleksera
Slide 61
RAČUNALO
Prima podatke o procesu, te na temelju njih
generira upravljačke signala pomoću kojih se
utječe na proces.
Slide 62
Upravljanje procesom može biti dislocirano od
procesa ili pri samom procesu. Kod složenijih
sustava najčešće se koristi kombinacija
mikroprocesorski
kontrolnih
jedinica
(Microprocessor Control Unit - MCU) tzv.
Mikrokontrolera, pri procesu i dislociranog
računala. Pri tome MCU nadziru odnosno
upravljaju pojedinih podprocesima te prosljeđuju
informacije u nadređeno računalo.
Slide 63
Brodski sustavi
Podsustavi
Slide 64
RAČUNALO
MCU
Senzor
…
MCU
Senzor
Senzor
…
MCU
Senzor
Senzor
… Senzor
Slide 65
Mikroprocesorske kontrolne jedinice (MCU)
Prima podatke iz više senzora te na taj način prati i
upravlja procesom (npr. kod motora upravlja
pripremom gorive smjese, paljenjem smjese,
nadgleda sastav ispušnih plinova, te obavlja brojne
druge funkcije).
Današnje MCU imaju i priključke za dijagnostičke
uređaje.
Slide 66
Najvažniji dijelovi mikroprocesorske kontrolne jedinice
su mikroprocesor, radna memorija i sklopovi za ulaz i
izlaz podataka. U radnoj memoriji (danas je najčešće
izvedena u Flash tehnologiji) pohranjen je algoritam
upravljanja procesom.
OSNOVNA SKLOPOVSKA OPREMA
POTREBNA ZA RAČUNALNU
AUTOMATIZACIJU
Slide 2
Uvid u proces se dobiva preko njegovih procesnih
veličina (npr. temperatura, protok, tlak…). Procesne
veličine opisuju osobine procesa.
Fizikalne (procesne) veličine koje se mjere zovu se još i
procesne mjerene veličine.
- Procesne mjerene veličine pretvaraju se pomoću
senzora u izmjerene veličine koje se dalje mogu koristiti
za davanje informacija operatoru (čovjeku) i kao ulazne
veličine za računalnu automatizaciju procesa.
Slide 3
Sklopovska oprema za automatizaciju mora biti
prilagođena tehničkom procesu te mora omogućiti
prijenos podataka između procesa i računala.
Slide 4
Sklopovsku opremu možemo podijeliti u tri skupine:
• Sklopovska oprema pri procesu
• Sklopovska oprema za pretvorbu i prijenos
podataka (dijalog)
• Računalo
Slide 5
Proces
Dijalog
..
.
Podaci iz
procesa
Računalo
Pretvorba i
prijenos
podataka
..
.
Intervencija
u proces
Računalo
Mjerni ili
upravljački
algoritam
Slide 6
SKLOPOVSKA OPREMA PRI PROCESU:
Oprema koja daje informacije o procesu
• Mjerni pretvornici
Oprema koja utječe na proces
• Upravljači članovi
Slide 7
Mjerni pretvornici
Pretvaraju procesne mjerene veličine u procesne
signale.
TEMPERATURA
TLAK
PROTOK
.
.
.
NAPON
STRUJA
Slide 8
Mjerni pretvornici
Gotovo sve neelektrične veličine se uporabom
prikladnih mjernih pretvornika (transducer) mogu
mjeriti električnim postupcima
Slide 9
Tom pretvorbom mogu se :
• razne fizikalne veličine mjeriti jednom
metodom odnosno jednom vrstom mjernog
instrumenta,
• male promjene neelektrične veličine, nakon
pretvorbe u električnu, pojačati, a zatim lako
prikazati i izmjeriti manje osjetljivim
mjerilima,
• obaviti mjerenja na daljinu,
• mjeriti i bilježiti vrlo brze promjene
neelektričnih veličina
Slide 10
Pretvornik se najčešće sastoji iz:
• osjetila (davač, senzor, sonda)
• sklopa za oblikovanje signala
• pokazivača (mjerni instrument, registracijski
uređaj, osciloskop i sl.)
Slide 11
BLOK SHEMA MJERNOG
PRETVORNIKA
Slide 12
Izbor pretvornika ovisi o očekivanom opsegu promjene
mjerene veličine, njezinoj frekvenciji, očekivanoj
točnosti mjerenja, vrsti i razini normiranog izlaznog
signala, dozvoljenom vlastitom potrošku (kod pasivnih
osjetila), utjecaju (interakciji) mjerene veličine s
ostalim fizikalnim veličinama
Osnovno svojstvo – pretvornik ne smiju djelovati na
sredinu u kojoj se mjeri.
Slide 13
Pametna (smart) osjetila
Mikroračunalo je pridodano samom osjetilu. Na taj
način su omogućuju relativno složene obrade podataka
u samom senzoru čime se poboljšava kvaliteta izlaznih
podataka.
Slide 14
Podjela osjetila prema mjerenim veličinama:
• Mjerenje gibanja (pomak, brzina, ubrzanje…)
• Mjerenje naprezanja sile i momenta
(pretvornici
sile,
zakretnih
momenta,
deformacija…)
• Mjerenje tlaka (kapljevinski pretvornici,
pretvornici tlaka, pretvornici vakuuma…)
• Mjerenje temperature (bimetal, otpornička
osjetila, termoparovi…)
Slide 15
• Mjerenje protjecanja ( pretvornici protoka s
promjenjivim padom tlaka na suženju, potisni
pretvornici, protoka, turbinski pretvornici
protoka…)
• Mjerenje razine kapljevina, sipina, krutina
(plovak, tlačno osjetilo, kapacitivni pretvornici,
ultrazvučni pretvornici…)
• Mjerenje
vlažnosti
(rosisni
vlagomjer,
apsorbijski…)
• Mjerenje
gustoće
(ronila,
hidrostatski
pretvornici…)
• …
Slide 16
Podjela osjetila prema vrsti izlaza:
• Osjetila s analognim izlazom
• Osjetila digitalnim izlazom
Slide 17
Osjetila s digitalnim izlazom ili digitalni davači
Postoji više vrsta digitalnih osjetila. Ovdje će biti
prikazane samo neke.
Slide 18
Običan prekidač
Najjednostavnije, a najvjerojatnije i najupotrebljavanije
digitalno osjetilo je običan prekidač.
Kad je prekidač otvoren to se može smatrati stanjem 0 a
kad je zatvoren stanjem 1. Prema tome to bi bilo osjetilo
s jednobitnim izlazom.
Prekidač se može aktivirati ručno ili kod promjene
mjerne veličine plovkom, IC zrakom, porastom tlaka itd.
Npr. kod regulacije nivoa tekućine, kad razine tekućine
dosegne određeni nivo, plovak se podigne i uključi
prekidač.
Slide 19
Kružni mehanički davač s binarni izlazom
Slide 20
Linearni mehanički davač s binarnim izlazom
Slide 21
Elektronički 2-bitni davač
Slide 22
Oblikovanje analognih signala
Različite vrste senzora upotrebljavaju za svoj
različite fizičke zakona što za posljedicu ima
različite analogne izlaze iz senzora (u vrsti, obliku i
veličini izlaznog signala).
Kako bi se analogni signali mogli dalje obrađivati
(prenositi, pretvarati u digitalne…) moraju biti
istog oblika i u istom rasponu vrijednosti.
Slide 23
Stoga se analogni signal (iz osjetila) se prije prijenosa,
odnosno pretvorbe u digitalni mora obraditi
(oblikovati). Obrada se najčešće sastoji iz:
• Kondicioniranja - pretvorbe signala na zajednički
format tj. oblik i veličini koja se može dovesti na
A/D pretvarač (npr. u naponski opseg od 0 - 5 V).
Pri tome se mora održati točnost informacije.
Kondicioniranje je moguće i u samom osjetilu.
• Filtriranja (otklanjanje utjecaja smetnji)
Slide 24
Upravljači član
Pretvaraju procesne signale dobivene iz računala u
procesne veličine.
Najčešće se sastoji iz aktuatora i izvršnog člana.
Aktuator je mehanička naprava koja pomiče ili
upravlja nečim. Aktuator je pretvarač energije u
kretanje (npr. motor).
Izvršni član je pogonjen aktuatorom i utječe na
ulaznu veličinu u proces (npr. ventil).
Slide 25
SKLOPOVSKA OPREMA ZA PRETVORBU SIGNALA
Analogno-digitalni (A/D) pretvarači
Digitalno-analogni (D/A) pretvarači
Slide 26
PRETVORBA ANALOGNOG SIGNALA U DIGITALNI
A/D pretvarači zahtijevaju točno određeni iznos i
oblik i veličinu ulaznog analognog signala.
Slide 27
Pretvorba analognog signala u digitalni sastoji se iz
sljedećih koraka:
• Uzorkovanja (engl. sampling)
• Kvantizacija
• Kodiranje
Slide 28
Pri pretvorbi analogni signal se diskretizira po
vremenu i amplitudi.
Pri tome se mora voditi računa da ne dođe do
oštećenja (gubitka) informacija.
Slide 29
Uzorkovanje
Diskretizacija po vremenu (vremenski razmak
između uzimanja dva uzorka) mora biti takva da
koraci uzimanja uzoraka signala budu dovoljno
gusti da se ne izgubiti niti jedan harmonik korisnog
signala i time ošteti informacija.
Kvantizacija
Diskretizacija po amplitudi mora imati dobro
razlučivanje. Mora se točno pratiti amplituda
signala.
Slide 30
Kodiranje
A/D pretvarač pretvara analogni signal u binarni
broj. A/D pretvarač mora imati dovoljan broj
bitova kojima se prikazuje analogni signal.
Slide 31
Uzimanje uzorka i njegovo pamćenje
Ulaz
Uzorkovanje i
pamćenje
(Sample and Hold)
Izlaz
Upravljanje
Slide 32
Zadatak sklopa za uzimanje uzorka je da ”učita”
trenutnu vrijednost analognog signala tj. da uzme
uzorak analognog signala te ga zapamti dok se
očitana vrijednost u A/D pretvaraču ne pretvori u
digitalnu veličinu.
Najčešće se s elektroničkog gledišta to ostvari tako da
se ulaznim analogni naponom preko pojačala nabije
kondenzator, nakon čega se prekida veza ulaznog
napona i kondenzatora. Napon na kondenzatoru
ostaje nepromijenjen sve dok se ne uzme sljedeći
uzorak.
Slide 33
A/D pretvarači
A/D pretvarači pretvaraju analogni u digitalni
signal.
Analogni
ulaz
Analogno
digitalni
pretvarač
(A/D)
.
.
.
2n-1
21
20
Izlazni
digitalni
podaci
Slide 34
Postoji više načina pretvorbe analognog u digitalni
signal.
Ovdje će biti razmatrana pretvorba koja se temelji na
pretvorbi analognog signala u vrijeme, zatim se
mjerenju vremena dobije binarni broj (tzv. Wilkinsova
metoda)
Slide 35
Pretvaranje ulaznog analognog signala u vrijeme
Slide 36
Mjerenje vremena pomoću elektroničkog sata
Slide 37
D/A pretvarači
D/A pretvarači pretvaraju digitalni u analogni
signal.
2n-1
Digitalni
ulazi
21
20
.
.
.
Digitalno
analogni
pretvarač
(D/A)
Izlazni
analogni
signal
Slide 38
Jedna od izvedbi D/A pretvarača.
Slide 39
Bistabili koji prikazuju binarnu brojku upravljaju
strujom čiji je iznos proporcionalan težinskoj
vrijednosti bistabila u binarnom brojevnom
sustavu.
Suma struja proporcionalna binarnoj vrijednosti
prikazanoj u bistabilima protječe kroz otpornik R i
stvara na njemu napon koji u analognom obliku
prezentira binarni broj.
Slide 40
SKLOPOVSKA OPREMA ZA PRIJENOS PODATAKA
Iz mjernog pretvornika signali se mogu prenositi
do malih udaljenosti.
Kod većih udaljenosti javljaju se greške zbog
utjecaja smetnji i zbog gubitka energije (signal
slabi).
Uređaji za pretvorbu i prijenos pretvaraju signale
• u oblik koji se može prenositi
• u oblik koji je otporan na smetnje
Slide 41
Odabir prijenosnog uređaja:
Prilikom odabira prijenosnog uređaja mora se
uzeti u obzir:
• udaljenost
• točnost prijenosa
• količina podataka (brzina prijenosa)
• vrsta
• tip medija
Slide 42
MEDIJI ZA PRIJENOS PODATAKA
Klasifikacija medija za prijenos
• Žičani mediji.
Zahtijevaju da se računala povežu nekom vrstom
žice.
– Bakrene žice.
– Optička vlakna.
• Bežični mediji.
Računala nisu povezana nikakvim materijalom.
Podaci se prenose kroz prostor nekom vrstom
elektromagnetskih valova.
– Radio valovi.
– Mikrovalovi.
– Infracrvene zrake.
– Laserske zrake.
Slide 43
Bakrene žice
Podaci se prenose pomoću električne struje.
Koristi se bakar jer je on dobar vodič električne struje, a
još uvijek relativno jeftin.
Pojavljuje se problem interferencije – dvije žice induciraju
struju jedna u drugoj i tako proizvode smetnju.
Konstrukcija pojedinih tipova žica nastoji smanjiti
interferenciju.
Lagano se savijaju i spajaju.
Tradicionalno se primjenjuju za povezivanje računala u
LAN.
Slide 44
U upotrebi su tri tipa bakrenih žica:
• neoklopljena upletena parica (Unshielded twisted
pair – UTP).
• koaksijalni kabel (Coaxial cable – coax)
• Oklopljena upletena parica (Shielded twisted pair) kombinacija UTP i coax.
Slide 45
Optička vlakna
• Mogu prenositi signal na puno veću udaljenost
nego bakrena žica.
• Ostvaruju najveću moguću brzinu prijenosa.
• Otporne su na elektromagnetske smetnje.
• Mogu se donekle savijati, ali ne pod pravim kutom.
• Teško ih je spajati i popravljati u slučaju loma.
• Primjenjuju se u WAN za povezivanje udaljenih
lokacija, a također i u LAN.
• Tanke niti stakla u plastičnim ovojnicama.
• Podaci se prenose pomoću svjetla određene boje
kojeg proizvodi light emitting dioda (LED) ili laser.
Slide 46
Radio valovi
• Elektromagnetski valovi iz frekventnog raspona koji
se inače koristi za radio ili televiziju.
• Podaci se prenose preko valova određene
frekvencije, slično kao radio program.
• Računala moraju imati antene za emitiranje i
primanje valova.
• Domet ovisi o izabranoj frekvenciji valova.
• Primjenjuju se za “wireless” LAN-ove, pogotovo za
spajanje prijenosnika na mrežu.
• Također se primjenjuju za uspostavljanje
interkontinentalnih veza između dijelova Interneta.
U tom slučaju su potrebni sateliti.
Slide 47
Mikrovalovi
• Elektromagnetski valovi iz frekventnog raspona
iznad onog koji se koristi za radio ili televiziju.
• Podaci se opet prenose preko valova određene
frekvencije, slično kao radio program.
• Za razliku od radio valova, mikrovalovi se mogu
usmjeriti prema jednoj točki, čime se štedi energija
i sprečava “prisluškivanje”.
• Također, mikrovalovi mogu nositi više informacija
nego radio valovi.
• Mana im je da ne mogu proći kroz neke vrste
zapreka. Antene se zato moraju postaviti tako da
među njima postoji “optička vidljivost”.
• Primjena je u gradskim WAN-ovima, tamo gdje bi
inače bilo skupo polaganje žica.
Slide 48
Infracrvene zrake
• Elektromagnetski valovi iz infracrvenog (toplinskog)
spektra, dakle iznad frekventnog raspona
mikrovalova, a ispod raspona vidljive svjetlosti.
• Podaci se prenose preko valova određene
frekvencije.
• Jeftino rješenje u odnosu na druge bežične medije
jer ne zahtijeva antene.
• Infracrvene zrake imaju mali domet, svega nekoliko
metara.
• Koriste se za bežično povezivanje uređaja unutar
jedne sobe.
Slide 49
Laserske zrake
• Podaci se pretvaraju u svjetlo, koji se umjesto
optičkim vlaknima prenosi zrakom.
• Koristi se lasersko svjetlo, zato jer ono ima relativno
veliki domet i može se usmjeriti prema jednoj točki.
• Primjena je ograničena zato jer laserske zrake ne
mogu proći kroz vegetaciju, snijeg ili maglu.
• Prijemnici i predajnici moraju opet biti postavljeni
tako da među njima postoji “optička vidljivost”.
Slide 50
Usporedba raznih vrsta medija
• Žičani mediji općenito ostvaruju veće propusnosti,
bolje se mogu zaštititi od “prisluškivanja”, nisu
osjetljivi na atmosferske prilike.
• Bežični mediji općenito imaju manju cijenu
uvođenja (osim kod satelita), nisu podložni
oštećenjima medija, lakše ostvaruju “broadcast”
iste poruke većem broju primatelja.
• Kod svih vrsta medija moguće su greške ili gubici pri
prijenosu podataka.
• Za ožičenje LAN-a bakar je jeftinije rješenje, a
staklo pouzdanije i s većim dometom.
Slide 51
MULTIPLEKSERI
Multiplekser (MUX) je uređaj koji skenira određen
broj ulaznih signala i u određenim vremenskim
trenutcima prosljeđuje po jedan signal na izlaz.
Drugim riječima multiplekser je uređaj koji prima
informacije iz više nezavisnih izvora, i prenosi u
odgovarajućim vremenskim trenucima samo
jednu informaciju na izlaz.
Multiplekseri mogu biti:
• analogni (ulazni signali su analogni)
• digitalni (ulazni signali su digitalni)
Slide 52
Ulazni signali
MULTIPLEKSERIRANJE
..
.
Izlazni
signal
Slide 53
DEMultiplekser (DEMUX) je uređaj koji na ulazu
ima jedan signal te ga u određenom vremenskom
trenutku posljeđuje na jedan od više mogućih
izlaza.
Drugim riječima demultiplekser je uređaj koji
prima jednu informaciju na ulazu te je prosljeđuje
na odgovarajući izlaz.
Slide 54
..
.
Izlazni
signal
Izlazni signali
DEMULTIPLEKSERIRANJE
Slide 55
Multiplekseri/demultiplekseri se mogu koristiti kod
prijenosa podataka:
• između procesa i računala (ulaz podataka u
računalo) - MUX
• između računala i procesa (izlaz podataka iz
računala) - DEMUX
Slide 56
Analogni
multiplekser
.
.
.
Senzori
Računalo
Ulazni
interface
A/D
Analogna
obrada
signala
Izlazni
interface
ULAZ PODATAKA U RAČUNALO –
uporaba analognog multipleksera
Slide 57
Analogni multiplekseri
Svrha analognog multipleksera je izbjegavanje više
A/D pretvarača.
A/D pretvarači su brzi a ulazne veličine mjenjaju se
relativno sporo pa je moguće da jedan A/D pretvarač
poslužuje više senzora.
Slide 58
Multiplexor usmjerava više analognih signala
dobivenih s različitih senzora na jedan analogni izlaz.
Multiplekser svakom signalu na ulazu dodjeljuje
određeno vrijeme (engl. time sharing). Na izlazu
multipleksera se u jednom trenutku vremena može
nalaziti signal samo jednog ulaza.
Vrijeme koje multiplekser dodjeljuje pojedinim
ulazima može se razlikovati za različite ulaze.
Računalo upravlja multipleksorom i određuje
redosljed “prozivanja” ulaznih signala koji ne mora
biti strogo sekvencijalni.
Slide 59
Digitali
multiplekser
A/D
Ulazni
interface
Računalo
.
.
.
A/D
Senzori
Analogna
obrada
signala
Izlazni
interface
ULAZ PODATAKA U RAČUNALO –
uporaba digitalnog multipleksera
Slide 60
Analogni
demultiplekser
.
.
.
Upravljački
član
Računalo
Izlazni
interface
D/A
Analogna
prilagodba
signala
Izlazni
interface
IZLAZ PODATAKA IZ RAČUNALA –
uporaba analognog multipleksera
Slide 61
RAČUNALO
Prima podatke o procesu, te na temelju njih
generira upravljačke signala pomoću kojih se
utječe na proces.
Slide 62
Upravljanje procesom može biti dislocirano od
procesa ili pri samom procesu. Kod složenijih
sustava najčešće se koristi kombinacija
mikroprocesorski
kontrolnih
jedinica
(Microprocessor Control Unit - MCU) tzv.
Mikrokontrolera, pri procesu i dislociranog
računala. Pri tome MCU nadziru odnosno
upravljaju pojedinih podprocesima te prosljeđuju
informacije u nadređeno računalo.
Slide 63
Brodski sustavi
Podsustavi
Slide 64
RAČUNALO
MCU
Senzor
…
MCU
Senzor
Senzor
…
MCU
Senzor
Senzor
… Senzor
Slide 65
Mikroprocesorske kontrolne jedinice (MCU)
Prima podatke iz više senzora te na taj način prati i
upravlja procesom (npr. kod motora upravlja
pripremom gorive smjese, paljenjem smjese,
nadgleda sastav ispušnih plinova, te obavlja brojne
druge funkcije).
Današnje MCU imaju i priključke za dijagnostičke
uređaje.
Slide 66
Najvažniji dijelovi mikroprocesorske kontrolne jedinice
su mikroprocesor, radna memorija i sklopovi za ulaz i
izlaz podataka. U radnoj memoriji (danas je najčešće
izvedena u Flash tehnologiji) pohranjen je algoritam
upravljanja procesom.