t-mar - 2009 - mĚŘenÍ - cvič.7 - regulace · algebra. základní rozdíl = booleova algebra...
TRANSCRIPT
© 2015 - Ing. Václav Rada, CSc.
29.z-9.plo
Logické řízení 4
Teorie měření
a regulace
ZS – 2015/2016
Ústav technologie, mechanizace
a řízení staveb
T- MaR
© VR - ZS 2010/2011
Další hlavní téma předmětu
se dotýká obsáhlé oblasti
logického řízení systémů………….…
…. jsou míněny systémy technologické,
pohonné, apod.
……
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
V důsledku rozvoje HW částí počítačové techniky a počítačových
sítí došlo k průniku oblasti ekonomiky a zpracování dat a oblasti
řízení technologických procesů.
Jednou z „postižených“ oblastí je i logické řízení.
Řada základních pojmů a vztahů matematické (tzv. formální) lo-
giky je analogických s pojmy a vztahy známými z algebry - proto se
také formální logika často nazývá podle jejího zakladatele Booleova
algebra.
Základní rozdíl = Booleova algebra pracuje pouze se dvěma hodno-
tami: „pravda“ a „nepravda“, nebo „logická 1“ a „logická 0“.
© VR - ZS 2015/2016
LOGICKÉ ŘÍDICÍ SYSTÉMY
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Základem jsou … Logické proměnné a logické funkce
Logická proměnná je analogií číselné proměnné, ale zatímco číselná
proměnná může nabývat libovolné hodnoty z nějaké množiny (např.
reálných čísel), logická proměnná může nabývat pouze a jedině
dvou hodnot.
Z hlediska řízení to odpovídá určitým mezním stavům reálných
zařízení, např. „otevřeno/zavřeno“, „zapnuto/vypnuto“, „chod/klid“,
ale třeba také „teplota<20oC/teplota20oC“, „světlo/tma“.
© VR - ZS 2015/2016
LOGICKÉ ŘÍDICÍ SYSTÉMY
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Logická funkce je obdobou číselné matematické funkce s tím rozdí-
lem, že jejími argumenty jsou logické proměnné a jejím výsledkem
je buď (logická) 1 nebo (logická) 0.
Matematická funkce je vždy nějak definována, obvykle matematic-
kou formulí - definice logické funkce je pomocí:
pravdivostní tabulky, která udává hodnotu logické funkce pro
každou možnou kombinaci hodnot jejích argumentů,
logického výrazu, který se skládá z logických proměnných spoje-
ných operátory elementárních logických funkcí.
© VR - ZS 2015/2016
LOGICKÉ ŘÍDICÍ SYSTÉMY
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Elementární logické funkce - jsou tři s touto prioritou operací:
- negace (NOT)
- logický součin (AND , „a“ , konjunkce)
- logický součet (OR , „nebo“ , disjunkce).
Tyto funkce představují logické operace obdobné algebraickým.
Pro operace s logickými proměnnými a výrazy platí, podobně jako
při aritmetických operacích, zákony Booleovy algebry.
© VR - ZS 2015/2016
LOGICKÉ ŘÍDICÍ SYSTÉMY
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Logická funkce
© VR - ZS 2015/2016
LOGICKÉ ŘÍDICÍ SYSTÉMY
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
negace (NOT) funkce jedné proměnné
značení:
pravdivostní tabulka: x f(x)0 1
1 0
zápis logickým výrazem:
T- MaR
Logická funkce
© VR - ZS 2015/2016
LOGICKÉ ŘÍDICÍ SYSTÉMY
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
logický součet
(OR , „nebo“ ,
disjunkce)
funkce dvou proměnných
značení:
pravdivostní tabulka: x y f(x)0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
zápis logickým výrazem:
T- MaR
Logická funkce
© VR - ZS 2015/2016
LOGICKÉ ŘÍDICÍ SYSTÉMY
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
logický součin
(AND , „a“ ,
konjunkce)
funkce dvou proměnných
značení:
pravdivostní tabulka: x y f(x)0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
zápis logickým výrazem:
T- MaR
Mezi elementární logické funkce se často zařazují ještě další funkce
dvou proměnných, které jsou však definovány na základě výše uve-
dených tří, takže vlastně již elementární nejsou.
© VR - ZS 2015/2016
LOGICKÉ ŘÍDICÍ SYSTÉMY
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
Shefferova funkce ( NAND , negace log. součinu )
Pierceova funkce (NOR , negace log. součtu)
exclusive OR (XOR, neekvivalence)
implikace
ekvivalence
T- MaR
Další zákony používané při úpravách a zjednodušování logických
výrazů.
© VR - ZS 2015/2016
LOGICKÉ ŘÍDICÍ SYSTÉMY
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
Pro další zjednodušování výrazů se může hodit univerzální vztah:
( V ... libovolný logický výraz )
Pro zjednodušování výrazů se užívají následující zákony formální logiky
T- MaR
© VR - ZS 2015/2016
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
zákon agresivity 0 v součinu a 1 v součtu (zákon dominance)
x.0 = 0 x+1 = 1
zákon neutrality 0 v součtu a 1 v součinu (axiom):
x+0 = x x.1 = x
zákon o vyloučeném třetím (axiom):
zákon komutativní v součtu a součinu (axiom):
x+y = y+x x.y = y.x
zákon asociativní v součtu a součinu (axiom):
x+(y+z) = (x+y)+z x.(y.z) = (x.y).z
zákon distributivní (axiom):
x.(y+z) = x.y + x.z x+(y.z) = (x+y).(x+z)
zákon opakování :
x+x = x x.x = x
zákon dvojí negace :
de Morganovy zákony :
T- MaR
Pro informaci - čtyři základní grafické symboly odpovídající logic-
kým funkcím dvou proměnných – používají se jich při kreslení fun-
kčních blokových schémat logických obvodů:
© VR - ZS 2015/2016
LOGICKÉ ŘÍDICÍ SYSTÉMY
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
AND
logický součin
NAND
negovaný logický
součin
OR
logický součet
NOR
negovaný logický
součet
T- MaR
© VR - ZS 2015/2016
LOGICKÉ ŘÍDICÍ SYSTÉMY
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
Struktura logického řízení
Logické řízení pracuje s dvouhodnotovými signály, které jednak pře-
nášejí informace o stavu procesu do řídicího systému a zpětně pove-
ly z řídicího systému do procesu.
Podobně komunikuje (v nejjednodušším provedení) logický řídicí
systém i s obsluhou (operátorem), tj. informace jí předává prostřed-
nictvím dvouhodnotových signálů (optických a akustických) a po-
vely od ní přijímá rovněž prostřednictvím dvouhodnotových signálů
(tlačítka, spínače).
T- MaR
© VR - ZS 2015/2016
LOGICKÉ ŘÍDICÍ SYSTÉMY
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
Základní bloková struktura logického
řízení (technologického) procesu.
Logický řídicí systém přijímá z říze-
ného procesu dvouhodnotové signály
(spoj 2) a vyhodnocuje je – určitou
část předává obsluze jako informaci o
stavu procesu (spoj 3) a od obsluhy
přijímá příkazy a pokyny (spoj 4) -
podle výsledku vyhodnocení stavu
procesu a podle příkazů obsluhy vysílá
dvouhodnotové povely zpět (spoj 1).
T- MaR
© VR - ZS 2015/2016
LOGICKÉ ŘÍDICÍ SYSTÉMY
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
Podle výsledku vyhodnocení stavu procesu a podle příkazů obsluhy
pak vysílá dvouhodnotové signály jako povely zpět do řízeného
procesu (spoj 1). Jako zdroje signálů z procesu se používají mezní
čidla veličin (hladiny, teploty, tlaku,...), koncové spínače
signalizující polohu některých prvků zařízení (dopravníků, ventilů,
klapek,...), pomocné kontakty stykačů elektromotorů apod. Jako
ovládacích prvků přenášejících řídicí signály do technologického
procesu se používá dvoupolohových ventilů, stykačů elektropohonů,
pneumatických a hydraulických ovladačů klapek a hradítek atd.
T- MaR
© VR - ZS 2015/2016
LOGICKÉ ŘÍDICÍ SYSTÉMY
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
Podle hlediska faktoru času rozlišujeme dva typy logického řízení:
kombinační
sekvenční.
Kombinační logické řízení
… je takové, kdy hodnoty výstupů z řídicího systému jsou dány
pouze okamžitými hodnotami jeho vstupů, tedy nebere se v
úvahu žádný předchozí stav.
Jednoduchým příkladem je kódový zámek, který se otevře
současným sepnutím určitých spínačů z řady.
Při návrhu funkcí kombinačního řízení se nejprve vytvoří pro
každý výstup pravdivostní tabulku.
T- MaR
© VR - ZS 2015/2016
LOGICKÉ ŘÍDICÍ SYSTÉMY
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
Sekvenční logické řízení
… je logické řízení, kdy hodnota výstupů závisí na okamžitých
hodnotách vstupů, ale ještě i na předchozích hodnotách vstupů
a výstupů, čili na tzv. stavu procesu.
Příkladem je opět kódový zámek, který se ale otevře postup-
ným stiskem několika určitých spínačů v určitém pořadí.
Pro uchování informací o předchozím stavu procesu je nez-
bytné mít nějaký paměťový prvek.
T- MaR
© VR - ZS 2015/2016
LOGICKÉ ŘÍDICÍ SYSTÉMY
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
Sekvenční logické řízení
Pro grafické znázornění algoritmu sekvenčního řízení se pou-
žívá nejčastěji tzv. funkční diagram sekvenčního řízení.
Bloky označené Si představují stavy procesu -
Vi jsou logické proměnné obsahující hodno-
ty výstupů ve stavu Si a Ti jsou logické výrazy
definující podmínku přechodu ze stavu Si-1
do stavu Si. Jednotlivým stavům mohou být přiřazeny i
logické funkce představující kombinační
logické řízení a určující z hodnot vstupů
řídicího systému hodnoty jeho výstupů Vi.
T- MaR
© VR - ZS 2015/2016
LOGICKÉ ŘÍDICÍ SYSTÉMY
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Realizace logického řízení pomocí konstrukčního propojování elek-
tronických integrovaných obvodů není pro praxi příliš výhodná, pro-
tože funkce takového řízení jsou jednou pro vždy dané - jsou pouze
v jednodušších jednoúčelových aplikacích.
Mnohem více se uplatňují univerzální logické řídicí systémy, jejichž
funkce je možné programovat podle potřeby - jsou to tzv.
programovatelné logické automaty, zkratkou PLC
(Programmable Logic Controler).
© VR - ZS 2015/2016
LOGICKÉ ŘÍDICÍ SYSTÉMY
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Jak již bylo řečeno, je jimi řešena naprostá většina průmyslových
řídicích aplikací - jejich technické možnosti jsou různé.
Jednoduché přístroje mohou pracovat pouze s dvouhodnotovými sig-
nály a provádět pouze logické operace, složitější mohou zpracovávat
i analogové informace a provádět numerické operace a obvykle mí-
vají už zabudované i číslicové regulační algoritmy, takže mohou být
zapojeny přímo do regulačních smyček – vždy obsahují jednoduché
komunikační jednotky.
Pak se hovoří jako o tzv. procesních počítačích., které umožňují
jejich propojení mezi sebou navzájem nebo s nadřazenými řídicími
úrovněmi.
© VR - ZS 2015/2016
LOGICKÉ ŘÍDICÍ SYSTÉMY
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
© VR - ZS 2015/2016
LOGICKÉ ŘÍDICÍ SYSTÉMY
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
Bloková struktura programovatelného automatu
T- MaR
Jednotlivé bloky mají následující funkce:
I/O (jednotka řízení vstupů a výstupů) snímá hodnoty vstupních
veličin z procesu, konvertuje je do číslicové formy a ukládá do ope-
rační paměti,
CPU (centrální jednotka) zpracovává informace, tj. podle progra-
mu čte z operační paměti hodnoty vstupních a pomocných proměn-
ných, provádí s nimi logické (případně i numerické) operace a výs-
ledky ukládá do operační paměti,
RAM (operační paměť s možností čtení i zápisu) slouží k ukládá-
ní řídicího programu a hodnot vstupních, výstupních a pomocných
proměnných,
© VR - ZS 2015/2016
LOGICKÉ ŘÍDICÍ SYSTÉMY
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
ROM (paměť pouze pro čtení) obsahuje systémové programy pro
činnost automatu, které uživatel nemůže modifikovat,
SPEC (speciální funkce) obsahuje modul hodin, časovače, čítače,
sekvenční registry a případně algoritmy pro regulace, matematické
funkce apod., je-li jimi automat vybaven,
COM (komunikace) zajišťuje komunikaci automatu s okolím po
sériové lince nebo po speciální komunikační sběrnici,
ZDROJ zajišťuje napájení automatu elektrickou energií,
BATERIE zálohuje obsah operační paměti při výpadku napájení.
© VR - ZS 2015/2016
LOGICKÉ ŘÍDICÍ SYSTÉMY
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
Činnost PLC je založena
na cyklickém provádění
řídicího programu, tzv.
skenování..
© VR - ZS 2015/2016
LOGICKÉ ŘÍDICÍ SYSTÉMY
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
© VR - ZS 2015/2016
LOGICKÉ ŘÍDICÍ SYSTÉMY
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
© VR - ZS 2015/2016
LOGICKÉ ŘÍDICÍ SYSTÉMY
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
© VR - ZS 2015/2016
… a to by bylo
vše
7......
T- MaRKYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
T- MaR
ŘÍZENÍ
KYBERNETIKA – TEORIE A PRINCIPY
© VR - ZS 2015/2016