Συλλογή Μεταφορά και Έλεγχος Δεδομένων Θεωρία ΚΕΦ 1

ΣΥΛΟΓΗ ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΚΑΙ
ΕΛΕΓΧΟΣ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ
ΑΡΧΕΣ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ
ΚΕΦ 1
ΕΙΣΑΓΩΓΗ

n 1.1 Εισαγωγή.
n 1.2 Ιστορική εξέλιξη του αυτοματισμού.
n 1.3 Δομή συστήματος αυτοματισμού.
n 1.4 Απλά και σύνθετα συστήματα
αυτοματισμού.
• 1.4.1 Ευφυή αισθητήρια.
n 1.5 Διάγραμμα αυτοματισμού.
n 1.6 Κύκλωμα ελέγχου – κύκλωμα
ισχύος.

12/16/2012 ΛΕΥΘΕΡΟΥΔΗΣ ΘΕΟΔΩΡΟΣ ΠΕ1708
ΠΕ1708 2

1.1 Εισαγωγή
n Τι είναι αυτοματισμός ;
n Γιατί έχουμε την ανάγκη να
φτιάξουμε συστήματα αυτοματισμού ;
n Τι μας προσφέρει ; (πλεονεκτήματα)
n Υπάρχουν μειονεκτήματα ;
n Δώστε μου μερικά παραδείγματα
αυτομάτου ελέγχου. (συσκευές)

ΠΕ1708 3

n Τα συστήματα αυτοματισμού ή
συστήματα αυτομάτου ελέγχου είναι
εκείνα που λειτουργούν χωρίς να
χρειάζονται ανθρώπινη επιτήρηση ή
παρέμβαση και δρουν κατά
προκαθορισμένο τρόπο, ώστε να
επιτευχθεί κάποιο επιθυμητό
αποτέλεσμα με προκαθορισμένη
ακρίβεια.
ΠΕ1708 4

n Ιδιαίτερη σημασία έχουν οι αυτοματισμοί στην
βιομηχανική παραγωγή.
n Με την αυτοματοποίηση της παραγωγής, οι
επιχειρήσεις προσπαθούν να βελτιώσουν την
παραγωγικότητά τους μειώνοντας ταυτόχρονα
το κόστος παραγωγής.
n Αυτό επιτυγχάνεται μέσω :
n Εξοικονόμησης ενέργειας.
n Καλύτερης διαχείρισης των πρώτων υλών.
n Βελτίωσης της ποιότητας των προϊόντων.
n Μείωσης του κόστους εργασίας.
ΠΕ1708 5

1.2 Ιστορική εξέλιξη του αυτοματισμού

n Σαν πρώτη συσκευή αυτοματισμού
μπορεί να θεωρηθεί ο ρυθμιστής του
Ήρωνος του Αλεξανδρέως (130 π.χ)

ΠΕ1708 6

ΠΕ1708 7

ΠΕ1708 8

ΠΕ1708 9

ΠΕ1708 10

n Αλλά, ενώ στην αρχαιότητα
έχουμε αρκετές αυτόματες
κατασκευές μετά δεν έχουμε
καμία σημαντική πρόοδο.
n Από τον 18Ο αιώνα αρχίζει
ξανά ή έρευνα, με τον
φυγοκεντρικό ρυθμιστή
ταχύτητας, για τον έλεγχο
της ταχύτητας των
ατμομηχανών του James
Watt.
ΠΕ1708 11

ΠΕ1708 12


n Όλες οι κατασκευές βασίστηκαν στο
ταλέντο και την εμπειρία των
εφευρετών και στερούνταν
μαθηματικής βάσης.
n Το κενό αυτό το καλύπτουν οι :
n Maxwell (1868).
n Vyshnegradski (1876).

ΠΕ1708 13


n Το 1934 εμφανίζεται η έννοια της
ανατροφοδότησης (feedback), δηλαδή της
τροφοδοσίας της εισόδου με ένα τμήμα
από το σήμα της εξόδου.
n Η δυνατότητα αυτή της αυτορύθμισης
έδωσε μεγάλη ώθηση στην ανάπτυξη των
ΣΑΕ (συστημάτων αυτομάτου ελέγχου).
n Η ανάπτυξη της μικροηλεκτρονικής έδωσε
περαιτέρω ανάπτυξη, αφού μπόρεσαν να
κατασκευαστούν πιο σύνθετα συστήματα
με μικρό όγκο.
ΠΕ1708 14


n Τέλος η ανάπτυξη τεχνικών για την
επεξεργασία της πληροφορίας και τη
λήψη αποφάσεων έδωσαν την
δυνατότητα δημιουργίας
αυτοματισμών με υψηλό βαθμό
ευφυΐας.
n Νευρωνικά δίκτυα.
n Τεχνητή νοημοσύνη.
n Έμπειρα συστήματα.
ΠΕ1708 15

1.3 Δομή συστήματος αυτοματισμού
n Τι είναι ένα σύστημα ;
n Ένα σύστημα αντιστοιχεί στο πρότυπο
μοντέλο μιας διαδικασίας και εμφανίζεται να
δέχεται μία ή περισσότερες διεγέρσεις
(εισόδους) και να δίνει μια ή περισσότερες
αποκρίσεις (εξόδους). Οι είσοδοι και οι έξοδοι
είναι συναρτήσεις του χρόνου.

Διέγερση Απόκριση
Είσοδος Ελεγχόμενο σύστημα Έξοδος
Αιτία Αποτέλεσμα
ΠΕ1708 16

n Πιο είναι το βασικό πρόβλημα του
αυτοματισμού ;
n Είναι η σχεδίαση κατάλληλης διάταξης, η
οποία όταν επιδρά στο σύστημα, να του
δημιουργεί κατάλληλη είσοδο ώστε να
παράγεται η επιθυμητή έξοδος.
n Η διάταξη αυτή ονομάζεται ελεγκτής
(controller).
Είσοδος Ελεγκτής Ελεγχόμενο Έξοδος
σύστημα
ΠΕ1708 17

n Άρα αποτελείται από την :
n Είσοδο.
n Τον ελεγκτή.
n Το ελεγχόμενο σύστημα.
n Και την έξοδο.


Είσοδος Ελεγκτής Ελεγχόμενο Έξοδος
σύστημα
ΠΕ1708 18

n Για να λειτουργήσει ο ελεγκτής θα πρέπει να
υπάρχουν μέσα του κάποια στοιχεία τα οποία
θα ρυθμίζουν τις λειτουργίες εκείνες του
ελεγχόμενου συστήματος που εξασφαλίζουν
την επιθυμητή έξοδο :
n Ενεργοποητές (actuators).
n Αισθητήρια (sensors).

Ελεγκ ενεργο
Είσοδος Ελεγχόμενο Έξοδος
τής ποιητές σύστημα
αισθητήρια

n Το σήμα εισόδου του ελεγκτή προέρχεται από ένα ή
περισσότερα αισθητήρια, δηλαδή διατάξεις που
είναι ευαίσθητες σε μεταβολές διαφόρων φυσικών
μεγεθών (σήματα) και αντιδρούν σ’ αυτές
παράγοντας ηλεκτρικό, κατά κανόνα, σήμα.
n Όταν τα αισθητήρια βρίσκονται στον χώρο της
εξόδου και επηρεάζονται από το αποτέλεσμα τότε
έχουμε μια λειτουργία που λέγεται
ανατροφοδότηση.


αισθητήρια
Ελεγκ ενεργο
Είσοδος Ελεγχόμενο Έξοδος
τής ποιητές σύστημα
Αιτία Αποτέλεσ
αισθητήρια μα

Το πρώτο σύστημα ελέγχου με
ανάδραση θεωρείται το
υδάτινο ρολόι του Κτησίβιου
που κατασκευάστηκε στην
Αλεξάνδρεια τον 3ο π.Χ. αιώνα
.

n Τα συστήματα με ανατροφοδότηση
ονομάζονται :
n Συστήματα κλειστού βρόχου. (closed loop
systems)
n Ενώ τα συστήματα χωρίς ανατροφοδότηση
ονομάζονται :
n Συστήματα ανοικτού βρόχου. (open loop
systems)

ΠΕ1708 22

1.4 Απλά και σύνθετα συστήματα αυτοματισμού

n Ένας αυτοματισμός, σχεδόν πάντα,
μπορεί να πραγματοποιηθεί με
περισσότερους από έναν τρόπους.
Κάθε τρόπος μεταφέρει κάποιο βαθμό
«ευφυΐας». Έτσι έχουμε λιγότερο ή
περισσότερο ευφυείς αυτοματισμούς.
n Έλεγχος φωτισμού με χρονοδιακόπτη.
n Έλεγχος φωτισμού με φωτοδιακόπτη.

ΠΕ1708 24

1.4 Απλά και σύνθετα συστήματα αυτοματισμού

n Από τι εξαρτάτε η ευφυΐα ενός
αυτοματισμού ;
n Από τα είδος των αισθητηρίων ;
n Και από τον τρόπο επεξεργασίας τις
πληροφορίας για την λήψη της
Crocodile
τελικής απόφασης. Security
n Σκοπός ενός αυτοματισμού είναι να system
αντιλαμβάνεται καταστάσεις όπως ο
άνθρωπος και να αντιδρά όπως αυτός,
εξαλείφοντας την περίπτωση σφάλματος.
ΠΕ1708 25

1.4.1 Ευφυή αισθητήρια
n Ψηφιακή έξοδο, κατάλληλη για να
τροφοδοτήσει τις εισόδους Η/Υ.
n Αμφίδρομη επικοινωνία, να δίνει σήματα
ανάλογα του φυσικού μεγέθους που μετράει
αλλά και να δέχεται εντολές που σχετίζονται
με την λειτουργία του.
n Δυνατότητα προσπέλασης σε
συγκεκριμένη θέση μνήμης του ψηφιακού
συστήματος με το οποίο είναι συνδεδεμένο.
n Δυνατότητα εκτέλεσης εντολών και
λογικών ενεργειών, οι οποίες του δίνονται
από το ψηφιακό σύστημα με το οποίο είναι
συνδεδεμένο.
ΠΕ1708 26

n Επιπλέων είναι επιθυμητό να περιλαμβάνει
εξελιγμένες λειτουργίες, όπως :
n Αντιστάθμιση δευτερευουσών
παραμέτρων (Π.Χ θερμοκρασία), δηλαδή
τρόπους εξουδετέρωσης των επιπτώσεων από
άλλες αιτίες.
n Ανίχνευση λάθους, δηλαδή δυνατότητα
αντίληψης για το εάν λειτουργεί σωστά και
διάγνωσης πιθανής απόκλισης από αυτήν.
n Αυτοέλεγχο, δηλαδή δυνατότητα
αυτοκαθορισμού των τιμών των διαφόρων
ιδιοτήτων του, με βάση πληροφορίες ή
επιδράσεις του περιβάλλοντος.
ΠΕ1708 27

n Πώς μπορούν να γίνουν όλα αυτά ;
n Ή με την ενσωμάτωση ηλεκτρονικών
κυκλωμάτων στο πακέτο του
αισθητηρίου.
n Ή με την κατασκευή του αισθητηρίου
στο ίδιο κομμάτι ημιαγωγού.

ΠΕ1708 28

η εξέλιξη των αισθητηρίων
n Η πρώτη γενεά δεν είχε ηλεκτρονικό
κύκλωμα.
n Η δεύτερη είχε ηλεκτρονικά κυκλώματα
χωριστά όμως από το υπόλοιπο αισθητήριο.
n Στην Τρίτη γενεά στην κατασκευή του
αισθητηρίου συνυπάρχει και το ηλεκτρονικό
κύκλωμα (ενίσχυση σήματος). Η έξοδός του
είναι αναλογικό ηλεκτρικό σήμα και η
πληροφορία που μεταφέρει βρίσκεται ή στην
τάση ή στο ρεύμα ή στην συχνότητα.
ΠΕ1708 29

ΠΕ1708 30

n Στην τέταρτη γενεά περιλαμβάνουν τα
ηλεκτρονικά και ψηφιακά ηλεκτρονικά
συστήματα στο ίδιο κομμάτι του ημιαγωγού με
το αισθητήριο, η έξοδος είναι ψηφιακή και
δίνεται η δυνατότητα αμφίπλευρης
επικοινωνίας με τον υπολογιστής.
n Τέλος στα πέμπτης γενιάς η μετατροπή των
δεδομένων γίνεται στο αισθητήριο οπότε η
αμφίπλευρη επικοινωνία του αισθητηρίου και
του υπολογιστή είναι ψηφιακή.
ΠΕ1708 31

ΠΕ1708 32

n Τα αισθητήρια της πέμπτης γενιάς περιέχουν
τρία βασικά κυκλώματα :
n Κύκλωμα επεξεργασίας του σήματος
(ενίσχυση, φιλτράρισμα, πολυπλεξία).
n Κύκλωμα ψηφιοποίησης του σήματος.
n Κύκλωμα προσαρμογής, ώστε τα
αισθητήρια να επικοινωνούν με έναν ελεγκτή
χωρίς την μεσολάβηση άλλου κυκλώματος
(interface).

ΠΕ1708 33

ΠΕ1708 34

1.5 Διάγραμμα αυτοματισμού
ΕΛΕΓΚΤΗΣ
Α
Σ Π
Υ Ο
Τ
Σ
ΣΥΛΛΟΓΗ ΛΗΨΗ Ε
ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ Τ Λ
ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΑΠΟΦΑΣΗΣ
Η Ε
Μ Σ
Α Μ
Α

n Η συλλογή της πληροφορίας από τα διάφορα αισθητήρια
γίνεται είτε μέσω απλού καλωδίου (ή ομάδας καλωδίων
δίαυλος – bus), οπτικής ίνας ή ασύρματα.
n Το μήκος του καλωδίου περιορίζεται από την μορφή του
σήματος των αισθητηρίων, (μεγάλο μήκος πιθανόν να
αλλοιώνει το σήμα).

n Ο κάθε ένας τρόπος μεταφοράς έχει τα δικά
του πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Ποιόν
τρόπο θα διαλέξω ;
n Εξαρτάται από πολλούς λόγους :
n Το είδος του αισθητηρίου.
n Την απόσταση.
n Τον όγκο των πληροφοριών.
n Το περιβάλλον στο οποίο θα λειτουργεί.
n Κ.λ.π
ΠΕ1708 36

n Σε περίπτωση που έχουμε μεγάλο όγκο
δεδομένων και η ταχύτητα μεταφοράς είναι
μεγαλύτερη της ταχύτητας επεξεργασίας του
ελεγκτή τότε :
n Κάποια δεδομένα θα χαθούν με αποτέλεσμα
το σύστημα να πάρει λάθος απόφαση.
n Γι’ αυτήν την περίπτωση υπάρχει πρόβλεψη
προσωρινής αποθήκευσης των δεδομένων.

ΠΕ1708 37

ΕΛΕΓΚΤΗΣ
Α
Σ Π
Υ Ο
Τ
Σ
Η Ε
Μ Σ
Α Μ
Α

n Το επόμενο στάδιο είναι η επεξεργασία των
δεδομένων, στο στάδιο αυτό το σήμα δέχεται
μια σειρά από μετατροπές προκειμένου να
γίνει εκμεταλλεύσιμο.

ΕΛΕΓΚΤΗΣ
Α
Σ Π
Υ Ο
Τ
Σ
Η Ε
Μ Σ
Α Μ
Α

n Αφού το σήμα πάρει την κατάλληλη μορφή,
εισέρχεται στην μονάδα λήψης απόφασης.
n Μπορεί να είναι ένα απλό κύκλωμα το οποίο να
συγκρίνει δύο στάθμες σήματος ή
n Ένα πιο σύνθετο κύκλωμα ή πρόγραμμα σε Η/Υ.

ΕΛΕΓΚΤΗΣ
Α
Σ Π
Υ Ο
Τ
Σ
Η Ε
Μ Σ
Α Μ
Α

n Μια σημαντική ενέργεια είναι να ελεγχθεί εάν η λειτουργία
που εξετέλεσε το σύστημα ήταν η σωστή.
n Για τον λόγο αυτό απαιτείται να παρακολουθούν την έξοδο
του συστήματος ένα ή περισσότερα αισθητήρια και να
ρυθμίζουν ανάλογα τη λειτουργία του ελεγκτή δηλαδή να
ενεργοποιούν ένα κύκλωμα σήμανσης. Αυτά τα αισθητήρια
αποτελούν μέρος της ανατροφοδότησης.

1.6 Κύκλωμα ελέγχου και κύκλωμα ισχύος

ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΤΗΣ
ΚΥΚΛΩΜΑ ΙΣΧΥΟΣ
ΕΛΕΓΚΤΗΣ ΣΥΣΤΗΜΑ
ΡΕΛΕ, ΘΥΡΙΣΤΟΡ
ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ Κ.Λ.Π.

n Όταν οι ενεργοποιητές στους οποίους δίνουμε
εντολή για να επιδράσουν στο σύστημα
απαιτούν ισχυρά ρεύματα (ηλεκτροβάνες,
αντιστάσεις θέρμανσης, κινητήρες, κ.λ.π),
είναι αδύνατον να ρυθμίσουμε απευθείας την
λειτουργία τους τότε χρησιμοποιούμε ένα
κύκλωμα ισχύος που ελέγχετε από το
κύκλωμα ελέγχου.
ΠΕ1708 41

1.6 Κύκλωμα ελέγχου και κύκλωμα ισχύος
n Το κύκλωμα ισχύος θα πρέπει να έχει ένα στοιχείο
που θα πρέπει να διαρρέεται από μεγάλα ρεύματα και
ταυτόχρονα να ελέγχεται η λειτουργία του από ρεύμα
χαμηλής τιμής.
n Ηλεκτρονόμοι – ρελέ.
n Θυρίστορ και τρανζίστορ σε λειτουργία διακόπτη.
n TRIAC, DIAC, κ.λ.π.
n Αποτελούν μέρος του κυκλώματος των
ενεργοποιητών.
n Όταν τα ρεύματα είναι ιδιαιτέρα υψηλά τότε μεταξύ
τότε μεταξύ ενεργοποιητή και στοιχείου διέγερσης
(π.χ. κινητήρας) μεσολαβεί ένα ακόμη στοιχείο το
ρελέ ισχύος.

ΠΕ1708 42

Συλλογή Μεταφορά και Έλεγχος Δεδομένων Θεωρία ΚΕΦ 1

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Viewers also liked

Viewers also liked (13)

Similar to Συλλογή Μεταφορά και Έλεγχος Δεδομένων Θεωρία ΚΕΦ 1

Similar to Συλλογή Μεταφορά και Έλεγχος Δεδομένων Θεωρία ΚΕΦ 1 (9)

More from Theodoros Leftheroudis

More from Theodoros Leftheroudis (20)

Συλλογή Μεταφορά και Έλεγχος Δεδομένων Θεωρία ΚΕΦ 1