FLUXUL INFORMATIONAL IN CADRUL SISTEMELOR DE COMANDA NUMERICA CNSEM - Curs5

Sisteme cu circuit deschis Sisteme cu circuit inchis Sistem automat: ansamblul alcatuit din elementele necesare automatizarii (dispozitivul de automatizare) si procesul de prelucrare (instalatia automatizata) pe un anumit sistem tehnologic Sisteme cu circuit deschis Sisteme cu circuit inchis Functie de modul de circulatie a informatiilor de deplasare CNSEM - Curs5

*Circulatia informatiei este intr-un singur sens: de la ECN la OM Sisteme cu circuit deschis Program de prelucrare Element de executie Element de actionare Echipament de CN Organul mobil Date de intrare Comenzi Marimi de natura electrica Cuplu/forta Trenuri de impulsuri Semnale numerice codificate Marimi de natura analogica *Circulatia informatiei este intr-un singur sens: de la ECN la OM CNSEM - Curs5

*sistemul poarta denumirea de sistem de reglare numerica Sisteme cu circuit inchis Program de prelucrare Element de executie Element de actionare Echipament de CN Organul mobil Element de masura Bucla de reactie *sistemul poarta denumirea de sistem de reglare numerica CNSEM - Curs5

SISTEME DE REGLARE NUMERICA Etapa imediat superioara comenzii discrete a proceselor/sistemelor Structuri inchise de tip conducere Structuri deschise de tip comanda CNSEM - Curs5

Schema bloc a unui sistem de reglare numerica fara legaturi functionale intre miscarile dupa diferitele axe Dispozitiv de introducere a datelor Dispozitiv de citire Dispozitiv de decodificare si conversie Bloc de memorare Y X ECN ECN EE EA OM EM EE EM EA OM θy θx CNSEM - Curs5

Schema bloc a unui sistem de reglare numerica cu legaturi functionale intre miscarile dupa diferitele axe Dispozitiv de introducere a datelor Dispozitiv de citire Dispozitiv de decodificare si conversie Bloc de memorare Y X ECN Interpolator ECN EE EA OM EM EE EM EA OM θy CNSEM - Curs5 θx

Interpolatorul este denumit si director sau generator functional cu doua roluri: Interpoleaza liniar, circular, parabolic, etc. coordonatele intermediare ale curbei date sau genereaza o curba determinata ce trece prin punctele de coordonate discrete Genereaza vitezele de deplasare ale saniilor masinii-unelte(SEM) dupa axele de coordonate, rezultanta lor respectand viteza de avans impusa in prelucrare , astfel incat sa asigure dependenta cinematica vy=f(vx) rezultata din parametri geometrici ai curbei in prelucrare. CNSEM - Curs5

Strategia conducerii centralizate Pentru calculatorul de proces: Siguranta in functionare de 99-99.5% Timp mediu de buna functionare de 1000-2000 ore Echipamentul trebuie inzestrat cu capacitate de monitorizare si diagnoza. Microcalculator SSIA SSIN SSOA SSON Proces (sistem condus) Calculator de proces Interfete specializate Iesiri analogice/numerice Intrari analogice/numerice CNSEM - Curs5

Observatii. Prezinta dezavantajele legate de fenomenul de saturatie datorita task-urilor in timp real, care solicita multiplexat atat resursele principale ale subsistemelor INPUT-OUTPUT cat si ale unitatii centrale unice. Task – un program caruia i se asociaza o zona de memorie si un nume utilizat la lansarea in executie, capabil sa indeplineasca o functie distincta in cadrul sistemului Pentru sistemele multitasking (sisteme ce permit rezidenta simultana a mai multor task-uri) modulele hard si soft utilizate in comun de diferite task-uri de timp real sunt puncte nevralgice ale schemelor de conducere cu calculator de proces, influentand negativ fiabilitatea. CNSEM - Curs5

Structuri ierarhizate de conducere distribuita (sarcina de conducere este divizata intre mai multe module, pe mai multe nivele executive si decizionale) Sistem de conducere coordonator Nivel superior de conducere (procesor de coordonare) Marimi de coordonare Reactie informationala Informatii de proces PEn Nivel inferior de conducere (procesoare de executie) PE1 PE2 Comenzi Perturbatii Subproces n Subproces 1 Subproces 2 Proces tehnologic CNSEM - Curs5

La nivel superior exista un procesor de coordonare Observatii. La nivel superior exista un procesor de coordonare La nivel inferior exista procesoare de executie – PE, de obicei regulatoare digitale. Coordonatorul rezolva probleme de optimizare globala si situatiile conflictuale la nivelul PE. Degrevarea PE de elaborarea referintelor face posibila functionarea lor in timp real din punct de vedere al task-urilor asociate subprocesului repartizat. Avantaje: Miniaturizare Pret de cost redus Consumuri mici, serii mari Flexibilitate Putere de calcul mare CNSEM - Curs5

Caracteristicile nivelului actual al regulatoarelor digitale: Se pot substitui regulatoarelor analogice nu numai in structurile de conducere distribuita, ci si in reglarea individuala a unor parametri Utilizarea RD devine avantajoasa cand acesta se substituie la cel putin 3 unitati de reglare analogica, dar si cand algoritmii de reglare monovariabila sunt deosebit de complecsi Inglobeaza module de interfata, iar pentru aplicatii de mare viteza sunt dotate cu procesoare de semnal VLSI din categoria DSP CNSEM - Curs5

Caracteristicile nivelului actual al regulatoarelor digitale: Regleaza procese tot mai rapide Incorporeaza algoritmi tot mai performanti (neliniari, multivariabili, adaptativi, structurali); Transpune software functiile unor module de prelucrare a semnalelor: adaptatoare, compensatoare si liniarizare traductoare, elemente de raport, divizare, sumare, filtre, etc; Utilizeaza functii de autodiagnoza si protectie ( de la mentinerea si verificarea coeficientilor de reglare, la dublarea alimentarii prin rezervare). CNSEM - Curs5

COMUNICATII INDUSTRIALE Se refera la comunicatia intre elementele ce compun, supravegheaza si comanda instalatiile industriale, intreprinderea in ansamblul ei. CNSEM - Curs5

Comunicatia intre elementele ierarhice ale unui sistem de conducere, ca si intre componentele sistemului de conducere la nivel inferior, constituie unul din factorii esentiali in ceea ce priveste succesul intregului sistem de conducere. Proiectarea si exploatarea unor astfel de sisteme ridica probleme legate de interconectarea eficienta a unor echipamente gata proiectate. CNSEM - Curs5

COMUNICATII LA NIVELUL HALEI DE PRODUCTIE CNSEM - Curs5

COMUNICATII LA NIVELUL HALEI DE PRODUCTIE Sistemele de comanda automata: Au revolutionat fluxurile si tehnicile de manufacturare. Au facut automatizarea posibila, accesibila si abordabila. Produc date referitoare la produsele manufacturate, date profitabile din punct de vedere al imbunatatirii calitatii. Daca datele colectate si produse de sistemele de comanda automata sunt adunate si procesate, ele pot fi folosite la imbunatatirea procesului, automat la cresterea profitului. CNSEM - Curs5

Dezavantajele colectarii si procesarii manuale a datelor: COMUNICATII LA NIVELUL HALEI DE PRODUCTIE Dezavantajele colectarii si procesarii manuale a datelor: Datele colectate sunt de cele mai multe ori imprecise. Colectarea manuala exclude notiunea de timp real. Sunt mari consumatoare de timp, presupunand un effort uman consistent. Datele finale pot fi disponibile dupa un interval relativ lung de timp. Corectarea erorilor la nivelul productiei in timp real este imposibila. CNSEM - Curs5

Specificatii de productie. Categorii de informatii de timp real necesare in sistemele de comunicatii moderne: Ordine precise Instructiuni precise. Specificatii de productie. rapoarte. Alarme, etc. CNSEM - Curs5

Echipament de productie COMUNICATII LA NIVELUL HALEI DE PRODUCTIE Modelul pe cinci nivele al comunicatiilor de productie Modelul tipic de organizare a personalului Host M Management Zona Supervizor Celula Sef de echipa Masina Muncitor Nivel productie Echipament de productie Echipament CNSEM - Curs5

COMUNICATII LA NIVELUL HALEI DE PRODUCTIE Alcatuit din: echipamente, utilaje si elemente necesare productiei In general sunt simple, fara a fi capabile sa comunice unui sistem de comanda altceva decat starea de pornit/oprit. S-au dezvoltat cipuri dedicate care au permis utilizarea unor mijloace de comunicatie care se pot atasa apoi la o magistrala sau la un bus de comunicatie. Echipament CNSEM - Curs5

Sunt implicate in relatia directa cu produsul COMUNICATII LA NIVELUL HALEI DE PRODUCTIE Caracteristici: Sunt implicate in relatia directa cu produsul Unele deplaseaza produsul Altele adauga valoare produsului Fiecare masina produce date cu semnificatie concreta in cursul procesului de productie Masina Masini cu CN Roboti CNSEM - Curs5

Este necesara perfectionarea continua a acestui nivel COMUNICATII LA NIVELUL HALEI DE PRODUCTIE Intrebari la care trebuie sa “raspunda” controlerele masinilor: La ce trebuie lucrat Cat trebuie facut Ce trebuie facut mai departe Este material suficient, etc Face referire la echipamentele specifice pe task sau actiune Masina Este nivelul care asigura veniturile care permit suportul restului organizatiei. Este necesara perfectionarea continua a acestui nivel CNSEM - Curs5

COMUNICATII LA NIVELUL HALEI DE PRODUCTIE Caracteristici: Reprezinta o grupare logica de masini utilizate pentru a adauga valoare unuia sau mai multor produse. Lucreaza cu o familie de produse sau cu componente cu proprietati similare In model uman Celula Sef de echipa Comunica cu fiecare muncitor Monitorizeaza performantele fiecaruia Coordoneaza eforturile pentru a realiza productia prevazuta Se asigura ca muncitorii comunica intre ei. CNSEM - Curs5

Rolul controlerului de celula: COMUNICATII LA NIVELUL HALEI DE PRODUCTIE Rolul controlerului de celula: Integreaza o serie de masini diferite intr-o celula de lucru pe baza de cooperare Comunica cu fiecare masina din celula Comunica cu alte controlere de celula Are abilitati de: A incarca/descarca programe A schimba diverse date si informatii A porni/opri echipamentele A monitoriza performantele fiecarui echipament sau aparat in parte Celula CNSEM - Curs5

Tipuri principale de comunicatii COMUNICATII LA NIVELUL HALEI DE PRODUCTIE Tipuri principale de comunicatii PRIMITIVE: schimb de date pe linii digitale de intrare/iesire, date binare, de tip DA sau NU. Exemple: Un robot este programat sa astepte executarea programului X pana cand intrarea Y devine TRUE. Un PLC cu intrari si iesiri numerice poate fi conectat la terminalele robotului, obtinandu-se astfel o celula simpla, cu un singur echipament, cu o comunicatie primitiva. PLC-ul poate comanda ce executa robotul. CNSEM - Curs5

COMUNICATII LA NIVELUL HALEI DE PRODUCTIE COMPLEXE: de exemplu la incarcarea/descarcarea programelor sau actualizarea variabilelor. Cele mai multe se refera la comunicatii seriale asincrone, avand la dispozitie un port serial RS-232. Cod ASCII pentru litera A Bit Paritate Bit Stop Bit Start 1 1 1 1000001 Anunta receptorul ca incepe un mesaj Mesajul de transmis Verificarea erorilor Anunta receptorul ca s-a terminat mesajul CNSEM - Curs5

Tipuri de Controlere de Celula COMUNICATII LA NIVELUL HALEI DE PRODUCTIE Tipuri de Controlere de Celula Dispozitive inteligente PLC PC PC PLC PLC 1990 2000 2010 Evolutia platformelor de control CNSEM - Curs5

Sunt usor de inteles de electricienii si tehnicienii din exploatare COMUNICATII LA NIVELUL HALEI DE PRODUCTIE PLC-uri Avantaje: Sunt usor de inteles de electricienii si tehnicienii din exploatare Este foarte usor de utilizat in comunicatiile primitive intre masinile din celula Este simplu de implementat comunicarea intre PLC-uri de aceeasi marca. Dezavantaje: Grad de flexibilitate redus fata de PC-uri CNSEM - Curs5

Ofera mai multa flexibilitate si mai multe capacitati COMUNICATII LA NIVELUL HALEI DE PRODUCTIE PC-uri Avantaje: Ofera mai multa flexibilitate si mai multe capacitati Permite comunicare cu elemente de comanda apartinand unor producatori diferiti Utilizeaza pentru comunicare un software dedicat: SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) CNSEM - Curs5

Arhitectura tipica pentru o aplicatie clasica de control de celula COMUNICATII LA NIVELUL HALEI DE PRODUCTIE Aplicatie dedicata Stocare/citire date Data Socket Text sau fisier binar Protocol dedicat DAQ Driver DAQ Driver DAQ Drivere Alte echipamente Interfata DAQ Module PLC I/O Arhitectura tipica pentru o aplicatie clasica de control de celula CNSEM - Curs5

Arhitectura tipica pentru o aplicatie SCADA COMUNICATII LA NIVELUL HALEI DE PRODUCTIE Aplicatie SCADA Citire date Log Date/Alarme Baza de date Tag Engine Achizitie date Driver DAQ Driver DAQ Drivere Alte echipamente Interfata DAQ Module PLC I/O Arhitectura tipica pentru o aplicatie SCADA CNSEM - Curs5

Avantaje oferite de SCADA: COMUNICATII LA NIVELUL HALEI DE PRODUCTIE Avantaje oferite de SCADA: Elimina eforturile de dezvoltare a aplicatiei prin interpunerea unor module software dedicate pentru comunicare cu echipamente de nivel inferior, respectiv gestionarea bazei de date si a informatiilor aferente. Event-driven: gestionarea evenimentelor (obiectele nu fac nimic pana cand nu survine evenimentul pentru care au fost programate sa lucreze) Programatorul realizeaza aplicatia cu ajutorul meniurilor sau cu icoane grafice, incarcand mai apoi drivere software specifice echipamentelor conectate la calculator. CNSEM - Curs5

Au o privire generala asupra procesului COMUNICATII LA NIVELUL HALEI DE PRODUCTIE Controlerul de zona: Au o privire generala asupra procesului Primesc ordine de la host si atribuie sarcinile spre celule, in vederea indeplinirii acestora Comunica cu ceilalti controleri de zona pentru sincronizarea productiei Utilizeaza metode de comunicatii sincrone, fiind atasati unei retele locle LAN Zona CNSEM - Curs5

se refera la dispunerea fizica a retelei COMUNICATII LA NIVELUL HALEI DE PRODUCTIE Retele LAN (local area network): Reprezinta coloana vertebrala a retelelor de comunicatie Topologia se refera la dispunerea fizica a retelei T2 T2 T3 T3 T1 T1 T1 T2 Tn Host T4 Tn Tn T4 T5 T5 Bus/single highway inel stea Metode peer to peer CNSEM - Curs5

Calculatorul central: master COMUNICATII LA NIVELUL HALEI DE PRODUCTIE Topologia stea: Calculatorul central: master Contine memoria, echipamentul de procesare si comutare Terminalele: slaves Topologia bus/single highway: Fiecare terminal este legat la un singur cablu Orice emitator/receptor are o cale directa la orice alt emitator/receptor Pentru a asigura coerenta comunicarii, trebuie adoptate metode (protocoale), astfel incat la un moment dat sa emita nu mai mult de un terminal Topologia inel: Un cablu continuu in forma de inel, conecteaza toate terminalele. Este necesara utilizarea unor metode pentru a valida comunicarea intre diferitele terminale, fara ca mesajele sa fie perturbate CNSEM - Curs5

COMUNICATII LA NIVELUL HALEI DE PRODUCTIE Tipuri de cablu Bifilare torsadate (twisted pair): perechi de conductori rasuciti unul in jurul celuilalt, pe intrega lungime a cablului Este cel mai ieftin tip de cablu, fiind si usor de instalat. Cablu coxial: este un mediu de banda larga (broadband), ceea ce inseamna ca pot fi transmise mai multe canale simultan Prezinta o excelenta imunitate la zgomot Fibra optica: cu o tehnologie foarte dinamica Imunitate perfecta la zgomot Suporta cele mai inalte rate de transmisie Transmisie prin frecvente radio: au devenit foarte raspandite in ultima vreme CNSEM - Curs5

COMUNICATII LA NIVELUL HALEI DE PRODUCTIE Tehnologia wireless(fara fir): module ce utilizeaza undele electromagnetice pentru transmiterea datelor Imunitate foarte buna la zgomote si se comporta foarte bine in mediu industrial Nu necesita cablare Retea principala cablata, LAN 1(protocol A) Transceiver de acces bridge gateway Transceiver client 1 Transceiver client n Transceiver client k Transceiver de acces Transceiver de acces Retea principala cablata, LAN 2 Protocol A Retea principala cablata, LAN 2 Protocol B CNSEM - Curs5

Tehnologia spread spectrum(SS): utilizeaza o gama larga de frecvente COMUNICATII LA NIVELUL HALEI DE PRODUCTIE Tehnologia spread spectrum(SS): utilizeaza o gama larga de frecvente Datele de translatat sunt modulate pe o banda mai larga A fost utilizata de americani in al doilea razboi mondial La nivel mondial, pentru uzul comercial, au fost desemnate trei benzi de frecventa, reunite sub numele de ISA (Industrial, Scientific, Medical), anume 900 MHz, 2.4 GHz si 5.7 GHz. CNSEM - Curs5

Metode de acces: token-passing COMUNICATII LA NIVELUL HALEI DE PRODUCTIE Metode de acces: token-passing Un singur echipament poate “vorbi” la un anumit moment de timp, cand are “token”-ul care sa-i valideze folosirea liniei. Este foarte fiabila Ofera timpi de acces predictibili Statia de transmisie seteaza bitul de token ca fiind ocupat adauga campul de informatie adauga mesajul ce doreste sa-l transmita adauga pachetul de transport Contine adresa statiei caruia ii este destinat mesajul CNSEM - Curs5

Celelalte statii examineaza header-ul si verifica adresa COMUNICATII LA NIVELUL HALEI DE PRODUCTIE Mesajul ajunge la statia destinatie, este copiat si se seteaza bitii campului de transport pentru a indica ca mesajul a fost receptionat Celelalte statii examineaza header-ul si verifica adresa Se elibereaza token-ul si este trimis urmatoarei statii spre utilizare Se regenereaza mesajul si este trimis la statia expeditoare CNSEM - Curs5

COMUNICATII LA NIVELUL HALEI DE PRODUCTIE Caracteristici: Este in general un sistem mainframe (compus din una sau mai multe masini), un minicalculator sau un PC Este responsabil pentru software-ul de business, engineering, comunicatiile de nivel inalt intre departamente, birouri, etc. Pachete software de business: de tipul MRP (Manufacturing Resource Planning) Sunt utilizate pentru introducerea comenzilor, facturilor, bonurilor de materiale, verificarea creditelor si platilor clientilor, etc Pot fi folosite pentru generarea comenzilor de productie, pentru materiale, componente si subansamble Host CNSEM - Curs5