Βιομηχανικός έλεγχος στην εποχή των υπολογιστών Βολογιαννίδης Σταύρος

Οι πρώτοι υπολογιστές στον έλεγχο (1960) Υβριδικά συστήματα Ο Η/Υ λειτουργούσε παράλληλα με το συμβατικό σύστημα ελέγχου λόγω χαμηλής αξιοπιστίας Οι χειριστές αλληλεπιδρούν με την υπό έλεγχο διαδικασία μέσω μιας κονσόλας δίνοντας διαταγές με διακόπτες. Χιλιάδες καλώδια συνέδεαν την αίθουσα ελέγχου με τους αισθητήρες και τους ενεργοποιητές μιας διαδικασίας. Υπολογισμός βέλτιστων τιμών των μεταβλητών μιας διαδικασίας. Στατιστικά στοιχεία – αναφορές (reports) Επίπονος προγραμματισμός software

ΣΗΜΕΡΑ αίθουσα ελέγχου: Monitor, printers, πληκτρολόγια. Δίκτυο: LAN με οπτική ίνα, ομοαξονικό καλώδιο κλπ. Τελευταία προσπάθειες γίνονται για την ενσωμάτωση ασύρματων δικτύων σε βιομηχανικό έλεγχο. Software: Visual γλώσσες προγραμματισμού Επικοινωνία και συγχρονισμός πολλών «Τοπικών Μονάδων Ελέγχου» - ελεγκτών πεδίου (field controllers) Πρόβλεψη και σήμανση τυχούσας έλλειψης πρώτων υλών ή βλαβών

Τοπικές Μονάδες Ελέγχου «Μικροί» Η/Υ Έλεγχος σε πραγματικό χρόνο Μετάδοση τιμών μεταβλητών μέσω αισθητήρων σε πραγματικό χρόνο Πολλαπλές είσοδοι – έξοδοι Επικοινωνία με τον κεντρικό Η/Υ – ελεγκτή μέσω LAN, Infrared, Bluetooth, Ραδιοφωνικές συχνότητες,Τηλέφωνο Επαναπροσδιρισμός της στρατηγικής ελέγχου από τον κεντρικό Η/Υ.

Έλεγχος με υπολογιστές Ευελιξία στην αλλαγή των μαθηματικών αλγορίθμων ελέγχου Επιπλέον πλεονεκτήματα Καταγραφή και εποπτική παρουσίαση δεδομένων των μεταβλητών Αρχικά τεχνικά προβλήματα Αδυναμία να αναγνωρίσει τα αναλογικά σήματα του μεταδότη Αδυναμία να παράγει τα αναλογικά σήματα που δέχεται ο ενεργοποιητής Λύση Analog to Digital Converter (A/D) Δειγματοληψία του αναλογικού σήματος με κάποιο σταθερό ρυθμό. Digital to Analog Converter (D/A)

Δειγματοληψία Το σήμα συνεχούς χρόνου είναι μια πραγματική συνάρτηση x(t):→  της ανεξάρτητης μεταβλητής t, η οποία εκφράζει τον συνεχή χρόνο. Το σήμα διακριτού χρόνου είναι ένα σήμα x(kT) το οποίο είναι συνάρτηση της μεταβλητής διακριτού χρόνου t=kT όπου T>0 είναι η περίοδος δειγματοληψίας και k=…-2,-1,0,1,2,….

Δειγματοληψία Από πρακτική πλευρά το σήμα δεν εμφανίζεται στιγμιαία τη χρονική στιγμή της δειγματοληψίας αλλά διατηρείται σταθερό για μια ολόκληρη περίοδο δειγματοληψίας μέχρι να ληφθεί νέο δείγμα (δειγματοληψία μηδενικής τάξης). yH(t)=yn-1, tn-1<=t<=tn

Δειγματοληψία Επιλογή ρυθμού δειγματοληψίας Ο Η/Υ να μπορεί να λαμβάνει και να επεξεργάζεται σήματα με τέτοιο ρυθμό χωρίς να καθυστερεί στην εκτέλεση άλλων λειτουργιών του (πχ αλγορίθμων ελέγχου) Να μην χάνεται πληροφορία λόγω του φαινομένου aliasing Θεώρημα Shannon: Η περίοδος δειγματοληψίας πρέπει να είναι τουλάχιστον διπλάσια της μέγιστης συχνότητας που εμφανίζεται στο συνεχές σήμα Θόρυβος Η επιλογή του κατάλληλου ρυθμού δειγματοληψίας γίνεται περισσότερο εμπειρικά παρά επιστημονικά

Απαλοιφή θορύβου - φίλτρα Αναλογικό φίλτρο Ψηφιακό φίλτρο Συντελεστές βαρύτητας Για το κινούμενου μέσου κάνουμε για να βγει ο τύπος: Yk=1/J*Sum(teleytaion J deigmaton ths u) Αντίστοιχα θα ισχύει Y(k-1)=1/J*Sum(teleytaion J deigmaton ths u) Kai ara Yk- Y(k-1)=1/J(uk-u(k-1)) => βγαίνει ο τύπος

Απαλοιφή θορύβου - φίλτρα Εκθετικό φίλτρο Η ομαλοποιημένη έξοδος είναι το άθροισμα της εισόδου και της ομαλοποιημένης εξόδου την προηγούμενη στιγμή πολλαπλασιασμένες με κάποιους συντελεστές βαρύτητας. Καλή απόδοση σε τυχαίο θόρυβο Κινούμενου μέσου όρου Υπολογίζει το μέσο όρο των J προηγούμενων δειγμάτων Καλή απόδοση σε θόρυβο που εμφανίζεται στιγμιαία Φίλτρο ακίδας θορύβου Όταν το πλάτος του θορύβου αλλάζει απότομα και παίρνει εξαιρετικά μεγαλύτερη τιμή από αυτή που είχε την προηγούμενη περίοδο δειγματοληψίας.

Απαλοιφή θορύβου - φίλτρα Υπάρχουν και πολλοί άλλοι αλγόριθμοι ψηφιακών φίλτρων Οι παραπάνω όμως είναι διαθέσιμοι σε όλα εμπορικά συστήματα Η/Υ που είναι κατάλληλα για βιομηχανικό έλεγχο.