VO ENJE PROCESARA UNALOM

• Smjer Mehatronika

• razred 4BT

• nastavna cijelina: ra unarski dio

• u itelj Mladen Pti ar

VO ENJE PROCESARA UNALOM

• PRVI DIO

• Rad ra unala u stvarnomvremenu,komponente on-line

na ina rada

PROCES I RA UNALO• PROCES• Proces je odvijanje neke radnje unutar

nekih granica(vremenskih ,prostornih..)

• RA UNALO• Ra unalo je digitalni stroj koji matemati ki

obra uje digitalne podatke koje dobijepreko ulza,te na temelju rezultata obradevrši neku radnju.

• Odnosi procesa i ra unala:

ON-LINE na in rada• Proces možemo voditi (upravljati)

ra unalom “on-line” i “off-line” .

• Off-line na in je takav da prikupljeneinformacije o nekom procesu unašamo ura unalo ru no,pa se dana stakav na in nitine koristi.

• On-Line na in je zapravo rad u stvarnomvremenu.Ra unalo neposredno(direktno)od procesa dobije klju ne informacije uvrlo kratkom vremenu i kao takove jihobra uje.

ON-LINE na in rada• Blok shema on-line na ina rada

• mogu e su druga ije izvedbe– npr. danas osjetila imaju direktni

digitalni izlaz

– mux sekoristi samo ako ima višeosjetila ….

On-line komponente• OSJETILA• Osjetila koja su nama zanimljiva daju na izlazu

neki odre eni elektri ni napon koji odgovaravrijednosti ulazne veli ine osjetila.

• Vrste:foto-tranzistor,foto-dioda,

• termo lan,osjetila na vlagu,dava i impulsa,sklopke-jednobitni signali…

• Izlazni signali osjetila mogu biti :– analogni– digitalni (binarna rijec)

– specijalni digitalni (jednobitovni)

• Važne karakteriste koje moramo znati o osjetilima:

• -ulazne veli ine (mjerna podru ja:GG DG)

• -izlazne veli ine:vrstu izlaznog signala i opseg.

• -prijenosne karakteristike

• -osjetljivost na utjecaje izvan procesa

• -vremenske parametre senzora –pouzdanost–MTBF-srednje vrijeme izme u dva kvara.

On-line komponente• ANALOGNA OBRADA• -izlazni signal iz osjetila

moramo obraditi tako da jeprihvatljiv za sljede i sklop.

• Obi no je signal iz osjetila vrlomalen (niske razine napona)

• To mogu biti :– poja la,s pozitivnm ili

negativnim poja anjem.

– prilago iva i impendancije.

– Filtri za odklon smetnji(neprtrebnih signala)

On-line komponenete• MULTIPLEKSOR• -on se koristi ,ako je u upravljnju procesa

priklju eno više osjetila.

• Služi za preklapanje više ulaza s jednimizlazom preko upravlja kih linija

• koristite se analogni ili digitalnimultipleksori,ovisno o osjetilima.

• važni parametri:– broj ulaza

– brzina preklapanja

– dozvoljen opseg U/I napona

– oblik ulaznih napona

•

I 0

I 1 M U X 4/1 i z l azI 2

I 3

U p r av l j a�

k e l i n i j e

M U X4/1

On-line komponente

• A/D PRETVORBA• A/D pretvorba je pridruživenj enekog digitalnog

broja odre enoj naponskoj razini.

• A/D pretvorba sastoji se od tri koraka:– UZROKOVANJE

– KVANTIZACIJA

– PRIDRUŽIVANJE

• 1.UZORKOVANJE.• Uzorkovanje je podjela ulaznog analognog signala

na diskretne vrijednosti vrijednosti.

• Po Shanovom teoremu frekvencija uzimanja

uzoraka mora biti dva puta ve a od maksimalnefrekvencije ulaznog signala.

• U praksi se uzima 5-10 puta ve a frekvencijauzoraka.

U d i sk r et na v r i j ed no st

A/D pretvorba-uzorkovanje• Najjednostavniji sklop za uzimajne uzoraka je

tkz.SAMPLE/HOLD sklop.Taj sklop imamogu nost pam enja ulaznog signala.

• Algoritam rada:

– ekaj s1

– onda Postavi S1

– onda ekaj S2

– onda postavi S2

• onda opet

• NA ulazu u sklop za uzimanje uzoraka se mogukoristiti razni filtri,da sprije e ulazak neželjnihsignala(smetnji).

START

IZLAZ

S1 S2 -STOP

ULAZ

A/D pretvorba-kvantizacija• Nakon uzorkovanja potrebno je takav diskretni

signal “zaokružiti” na jednu od razina iz kona nogskupa razina .

• To zaukruživanje se zove KVANTIZACIJA.

• Taj kona an skup odre en je brojemizlaznih signala.(n).

• Broj razina je 2~n,svakom nivo pridruženje jedan broj.

• Kvantizacija sam po sebi nosi pogrešku usustav.

• To je greška kvatizacije.

G r ešk a k v an i t i zac i j e

A/D pretvroba -pridruživanje• za dobiveni kvanizacijski nivo

moramo odrediti njegovproporcionalan broj,koji se na kraju

kodira u binarni zapis-to jepridruživanje

Pogreške A/D pretvorbe• Karakteristi ne pogreške A/D pretvorbe:• 1.Rezolucija je minimalna promjena napona na ulazu

A/D koja e izazvati promjenu izl.signala.• 2.diferencijalna nelinearnost-nastaje kao posljedica

kvantiziranja.Za isti izlazni signal ,ulazni napon je +/- Uo.

• 3.Nepostoje i kodovi –ekstremni slu aj,kao

• posljedica iznimno suženog podru ja

• ulaznih naponana jednom dijelu

• prijenosne karateristike.Rezultat je preskakanje

• dig.informacije za taj uski sagment.

• 4.Monotonost promjene izlaznog podataka-zna i

• da se pri pove anju ul.napona izlazni signal mora

• pove ati ili bar ostati isti.

• 5.Integralna nelinearnost-

• prijenosna karakteristika nije pravac nego krivulja

• 6.Greška nule-vrijednost podatka na izlazu ,kad je na ulazu 0V.

• 7.Greška skale-nastaje ako izlazni podatak ne poprima svojukona nu vrijednost,ve neku drugu(ve u ili manju)

• 8.Otvorenost ulaza A/D pr tvara a-zapravo bismo mogli re isporost A7D ,dok je ualz otvoren ,signal se može promjeniti.

• 9.To nost-razlika izme u stavrne i teortske vrijednosti ulaznogsignala.

• Ukupna pogreška A/D pretvar a definirana je zbrojem svihnavedenih mogu ih pogrešaka.

A/D pretvorba-IZVEDBE• Pretvara i koj i se najviše kor iste:

• a)Amplitudno-vremenski (Wilkinsonov)pretvara

• -na ulazu je komparator,koji uspore uje ulazni isignal iz pilastog generatora,

• izlaz komparatora je spojen na reset bistabila ,

• kad je vrijednost pilastog napona jednak ulaznomkomperator se postavi u 1,te resetira bistabil

• i zaustavi brojenje.

• na izlazu bistabila je and sklop ,generator impulsaje spojen na drugi ulaz,na izlaz je spojen broja .

• Svojstva:-velika to nost• -relativno sporo pretvaranje

U a ST A R T

B R O J A

G EN ER A T O RI M PU L SA

S QR

A/D pretvorba-IZVEDBE• b)A/D pretvara sa sukcesivnom aproksimacijo

• D/A pretvara se sastoji:– naponskog komperatora,

– D/A konvertera

– kokontrolne logike

– prstenesto brojilo i AND vrata.

• Princip rada:

• Na po etku je u registru 0,u prstenastom brojilu je 1 uB22.Onda se u prvom koraku postavi 1 u B2 registru(najve i bit=1,ostali 0),prstenasto brojilo se pomakne udesno B21=1.

• Na izlazu iz D/A kon.dobijemo polovicu od Umax.Tajnapon usporedimo s ulaznim naponom,ako je Ude ve i,na izlazu komperatora je 1 ina e 0.

• Ako je jedan, B2 se postavi u 0 ,B1 u jedan,prstenastobrojilo se pomakne u desno,usporedimo i ako je manji B1se ne briše nego se doda B0.

• Svojstva:-velika brzina,to nost ovisi o D/Apretvara u.

• 1.kombinacijski logi kisklopovi

• 2.bistabili-imaju mogu nostpam enja

• 3.broja i-broje ulazne impulse

• 4.digitalni komparatori-uspore uju dav signala na ulazu

• 4.Shmidt-okida -na temeljurazine ualznog signala,okidaizlazni signal

• 5.Vremenski sklopovi(Timeri)-vrše vremenski pomak ulaznogsignala

Pomo ne funkcijskejedinice

Kombinacijski logi kisklopovi

• To su zapravo osnovni logi kisklopovi,

• -NOT,AND,OR,

• te neke kombinacije osnovnihlogi kih sklopova,

• -NAND,NOR,XOR,

BISTABILI• Osnovni sklop bistabila je

tkz.RS-bistabil

• sastoji se od dvaju NANDvrata.

• Nedostatak RS-bistabila što imazabranjena i nedifinirana stanja

• ako RS-bistabilu dodamo vremenckovo enje (takt -CP),dobijemosinkronizacijski RS-bistabil

JK bistabil• Nedotatak RS-a možemo

odkloniti dodavanjem još podva AND-a

• Takav sklop se zove JK-bistabil

• IC TTL-7472

• Postoji još T-bistabil

• D-bitabil

• Nekoliko bistabila iniREGISTAR

• To je 4-bitni registar (D-bistabili)• Registr i su satavne komponente svih

dijelova ra unala.Danas susre emo–8.16,32,64 bitne registre.

BROJA I• Broja i su sklopovi izra eni od bistabila ,a služe

za za brojenje.Kapacitet brojanja ovisi od brojabistabila u broja u.

• Po na inu okidanja brojenja ,broja e dijelimona asinkrone i sinkrone broja e.

• Sinkroni-kada upravljamo svim bistabilimaodjednom,

• Asinkroni-kada upravljamo jednim za drugim,• Po izvedbi dijelimo broja e na:

- binarne-jednostavno broj i broj ualznih signala,doseg je jednak 2~n-1,gdje je n-brojbistabila.Izlazni broj je u “ istom” binarnomkodu.(7493)Broja koj i broj i prema nuli(74191).

- Dekadski-broje u opsegu 0-9-ima 4 bistabila(7490)- Broj i do neodre enog broja-broj i do nekog broja

koj i si sami odredimio.obi no se izvede na na inada više binarnih(dekadskih)broja a spoj imo user iju.

OSTALI SKLOPOVI• BINARNI KOMPARATOR• Sklop koj i uspore uje dva ulaza npr.A/B to

A>B,A<B ,A=B.Kao rezultat postavlja jedinicuna odre eni izlaz neke funkcije usporedbe.(7485)

• SHMIDTOV OKIDA• Preklopni sklop ,kod kojeg se izlaz preklopi iz

jednog logi kog stanja u drugi ,kada ulaznisignal dostigne odnosno padne ispod odre enepreklopne razine.

• TIMERI-vremenski sklopovi• To su monostabili s koj ima skra ujemo

odnosno produžujemo impulse ilipouzru ujemo kašnjenjeimpulsa.Simboli ki se ozana avaju:

• Komercijalni timer :SIMATIC 6EC1 110.

A

Q1 1 2 3 4 5 6

T=2s

Q2

T=3s

PRIMJER REALIZACIJE UPRAVLJANJASTROJA ZA OBRADU METALA.

• Zadatak:• Trebamo projektirati sklop za

upravljanje stroja za obradumetala.Stroj mora imati temepraturnuzaštitu (kod 100°C mora isklju itistroj ),obrada svakog metala traje to no10 sek,moramo imati posebne tipke zazaustavljanje i pokretanje stroja.

• Elemanti i sklopvi koje smijemo koristiti:

• -logi ka vrata (ILI,I,NI)(TTL logika)

• -bistabili (RS,..)

• -timeri

• -A/D pretvara i,

• -sklopke,releji,tipkala,otpornici,napajanje,termo lanak,otpori

• -tranzisor NPN (SZE) za pokretanje releja

• SVAKI NEISKORIŠTENI ULAZSPOJITI S MASOM PREKO R=10K

• OPIS ELEMANATA I SKLOPOVA:

• -termo lanak izlazi napon od 0 do 1.6 V(svakih 10°C 100mV)

• -A/D 4-bitni pretvara (na izlazu istibinarni kod),0V=0(2),1.6V=1111(2),korak100mV

• -relej 12V+/-,radni kontakt 10A/400V

• Rješenje:• Prvi korak je• kreiranje dijagrama

• izvo enja.

Shema sklopa zaupravljanje

• R=10K,R1=1k T1=BC140

A/D pretvara ulazni napon od 0-1.6 V u izlazne brojeve od 0(10) do16(10),za napon od 1V dobijemo broj 10(10) =1010(2),zna i pr iizlazima 1010 stroj se mora zaustaviti.Relej pokre emo pomu u tranzistora,Sve “ viška “ ulaze spoj imo preko R s masom (zbog smetnj i),Sklopke ili tipkala obavezno spajamo preko otpora na masu.R1 je manj i zbog pada napona na njemu (!!4.5V),zaštita od prevelikestruje ulaza.

• Koji je nedostatak sklopa?

• Kraj I.dijela

• Mladen Pti ar