6.4. Technické vybavení počítačových řídicích systémů

6.4.1  Bloková struktura procesního počítače

Blokové schéma procesního počítače a jeho napojení na technologický proces z hlediska technického vybavení je nakresleno na obr. 6.6. Schéma je zobecněné, detailní vnitřní struktura bloků je vždy závislá na konkrétní aplikaci.

Vstupní část zajišťuje snímání signálů z technologického procesu a jejich převod na formu vhodnou pro zpracování v procesní části. Především se to týká analogových signálů, které jsou v analogově-číslicových (A/D) převodnících transformovány na číselné hodnoty, popřípadě jsou upravovány filtrací, aby se odstranily rušivé složky. Binární (dvouhodnotové) signály jsou do počítače přenášeny přes tvarovací obvody, které odstraní případné kmitání signálu v okamžiku přepnutí, a přes optické oddělovače, které zajistí, že je počítač galvanicky izolován od technologického zařízení. Signály z inteligentních čidel jsou již číslicové a jsou přivedeny na vstupní brány (porty) počítače.

Výstupní část zajišťuje transformaci výsledků činnosti počítače na signály, které mohou být zavedeny do ovládacích prvků na technologickém zařízení. Nejčastěji to jsou číslicově-analogové (D/A) převodníky transformující číselnou hodnotu odpovídající vypočtenému akčnímu zásahu na standardní analogový signál (např. proudový 4-20 mA) použitelný k ovládání akčního členu. Některé typy akčních členů mají pohony, které se ovládají pulsy. K přestavení takového akčního členu může sloužit buď jeden puls s polaritou odpovídající požadovanému smyslu přestavení (otevírat, zavírat) a délkou odpovídající požadované velikosti přestavení, nebo posloupnost krátkých pulsů stejné délky s polaritou odpovídající požadovanému smyslu přestavení a počtem odpovídajícím požadované velikosti přestavení akčního členu. První typ převodníků se používá pro ovládání akčních členů se servomotory, druhý pro ovládání akčních členů s krokovými motory. Dvouhodnotové výstupní signály buď spínají relé, na jejichž kontakty pak lze připojit libovolný vnější spínací obvod, nebo na svorky procesního počítače spínají standardní ovládací napětí, obvykle 24 V ss.

Procesní část je tvořena vlastním počítačem a potřebnými doplňkovými zařízeními (komunikace s ostatními částmi řídicího a informačního systému, servisní kanál pro programování, kontrolu a údržbu apod.) a zajišťuje zpracování vstupních signálů podle příslušných řídicích algoritmů na odpovídající akční zásahy. Řídicí algoritmy procesního počítače obvykle realizují základní řízení, tj. logické operace, regulace, jednoduché výpočty atd., složitější algoritmy se většinou realizují na některé nadřazené pracovní stanici. Na určené pracovní stanici obvykle také běží programy zabezpečující komunikaci řídicího systému s operátorem, jen výjimečně je jednoduchý displej a klávesnice součástí procesního počítače.

6.4.2  Struktura moderních distribuovaných řídicích a informačních systémů

Současný vývojový trend technického vybavení řídicích systémů směřuje k dalšímu stupni distribuce technických prvků a zároveň integrace informací.  Schématicky je taková struktura naznačena na obr. 6.7 (zpracováno podle podkladů firmy Fisher-Rosemount).

Základem těchto systémů je digitální komunikace (v obrázku zeleně) po standardizované sběrnici (např. Foundation Fieldbus nebo Profibus), ke které lze připojit jednak počítačové prvky (procesní počítače, pracovní stanice, servery), jednak všechny polní přístroje vybavené mikropočítači (inteligencí), např. čidla, akční členy, dálkově ovladatelné regulátory. tomu, že tzv. polní instrumentace (tj. čidla a akční členy umístěné na technologickém zařízení) je vybavena mikropočítači (tzv. vlastní inteligencí). Takto vybavené přístroje  zajišťují jednak automatickou kontrolu sama sebe, diagnostiku chyb a kalibraci, jednak mohou plnit i další funkce, např. pracovat jako regulátory. K procesním počítačům a  regulátorům se mohou polní přístroje připojovat standardním způsobem (v obrázku modře), např. u analogových signálů proudovou smyčkou. V tom případě lze použít standardních i inteligentních přístrojů. Na komunikační sběrnici se také lze v podstatě kdekoliv  připojovat servisním počítačem (servis MaR) a provádět kontrolu a údržbu systému za jeho provozu. 

6.4.3  Využití osobních počítačů k řízení malých aplikací

Pro menší aplikace, především laboratorní a poloprovozní, a také pro výzkumné a vývojové účely se často používají řídicí systémy tvořené běžným osobním počítačem doplněným kartami analogových a binárních vstupů a výstupů. Tyto karty vyrábí řada firem a mívají 8 až 16 binárních vstupů, 8 až 16 binárních výstupů a obvykle 4 až 8 analogových vstupů a 1 až 2 analogové výstupy. Pracují se standardními signály a lze k nim připojovat běžná čidla a akční členy. Součástí dodávky karet bývá i standardní programové vybavení (např. LabView) včetně číslicových regulačních algoritmů a funkcí pro logické řízení. Představují levnou variantu počítačového řízení, ale je nutné podotknout, že oproti systémům určeným k provozním aplikacím mají menší spolehlivost a nejsou odolné vůči vlivům prostředí, čímž je jejich využití dosti omezeno.

Je třeba zmínit i tu skutečnost, že počítačové řízení stále více proniká i do domácností. Existuje již řada dpotřebičů, jako jsou pračky, myčky, mikrovlnné trouby a jiná spotřební elektronika, které jsou vybaveny mikroprocesory řídícími jejich provoz. Rovněž se vyrábějí speciální domácí procesní počítače, které řídí vytápění, klimatizaci, ohřev vody, zalévání květin atd. V poslední době jsou domácí elektronické přístroje vybavovány možností připojení na internet, takže je možné ovládat jejich funkce na dálku v podstatě odkudkoli.