Ústav technických zařízení budov

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

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

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

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

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

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

7. Teorie řízení 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) SBĚRNICE 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 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)“. SBĚRNICE

9. Teorie řízení • 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 SBĚRNICE

10. Teorie řízení 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 < Fieldbus Access Sublayer = F. přístupová podvrstva> a FMS <Fieldbus Message Specification = F. specifikace zprávy>) +fyzická vrstva SBĚRNICE - Fieldbus

11. Teorie řízení 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. SBĚRNICE - Fieldbus

12. Teorie řízení 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) SBĚRNICE - Fieldbus

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

14. Teorie řízení 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 SBĚRNICE - Profibus

15. Teorie řízení 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 <daty>, komunikačními službami <operacemi>, komunikačními vztahy) + linková (zabezpečuje vytváření * identifikaci a zabezpečení) + fyzická (komunikuje pomocí aplikace služeb FMA, obsahuje prvky dle IEC 1158 nebo RS 485) SBĚRNICE - Profibus

16. Teorie řízení 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. SBĚRNICE - FIP

17. Teorie řízení 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. SBĚRNICE – P-Net

18. Teorie řízení 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 <daty>, komunikačními službami <operacemi>, komunikačními vztahy) + linková (zabezpečuje vytváření * identifikaci a zabezpečení) + fyzická (komunikuje pomocí aplikace služeb FMA, obsahuje prvky dle IEC 1158 nebo RS 485) SBĚRNICE – P-Net

19. Teorie řízení 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. SBĚRNICE – CAN

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