iAK70

            141724 Sisetööde (madalpinge) elektrik.
            Будем работать с напряжениями 0..5V :)


## ВМЕСТО ВВЕДЕНИЯ

В приложении к моему трудовому договору написано буквально следующее:

  automaatika alused 3 EKAP KÕ *)
  praktika osa sem I: 0 sem II:24  KEV-17
  teooria teeb Popova
  *) Aine praktika osa 24t

В модуле:

  1. Автоматика теория.
  2. Автоматика практика.
  3. Cм. также материал 2016 года "Moodulist" / "О модуле"

Õpiväljund: A -- arvestatud, MA -- mitte arvestatud.

Рассматриваемые подтемы:

  Датчики и сенсоры
    фото-
    аудио-
    термо-
    давления
    акселерометр
    положения в пространстве
    анализаторы среды (дым, угарный газ)
    АЦП и ЦАП
    Протоколы обмена информации с ПЛК

  Актуаторы (исполнительные механизмы)
    светодиодный индикатор
    сервопривод
    двигатель постоянного тока
    шаговый двигатель
    механическое реле (индуктивная нагрузка)
    электронное реле (SSR)
    входы другой электронной схемы

  ПЛК (программируемый логический контроллер)
    "железо" (hardware) и прошивка (firmware).
    Главный цикл контроллера.
    языки МЭК: LD, FBD, IL, ST, SFC (последний для категории 5 и выше)
    Распространенные решения
      Industrial Shields
      Siemens (Logo, Simatic)
      Misubishi (FX, GX)
      GEM Automation
      ESP-32 и Микропитон.
    Литература:
      1. И. В. Петров. Программируемые контроллеры. Стандартные языки и приемы прикладного проектирования. Москва. 2004
      2. John R. Hackworth, Frederick D. Hackworth, Jr. Programmable Logic Controllers: Programming Methods and Applications ©2004


## Начинаем

Прочитаю, для начала, обязательную литературу.

  1. Automaatika Аlused
  2. T.Lehtla. Andurid. Tallinn 1996, TTÜ.

Замечание: Если задачу не хочется решать, возможно это потому, что она слишком большая, чтобы все сделать "в один присест". В таком случае, обычно, я разбиваю ее на несколько более мелких независимых составных частей.

1. Прочитать более короткий документ

   http://pa04.turbodiisel.com/taavi/Automaatika%20alused.doc

   Буду читать, когда есть время (но, чаще всего, нет компьютера), с мобильника и электронной книжки. Для этого:

1.1. перевести doc и преобразовать в epub. Открываю файл программой Microsoft Word 2016 (см. www.tptlive.ee -> Õppetöö -> Tasuta tarkvara, pdf'ы он тоже открывает) а сохраняю как html web page complete. Копирую через буфер обмена (windows clipboard) в bluegriffon (это сильно упростит структуру документа).

1.1.1. Текст переношу в notepad++, руками форматирую его в markdown,

1.1.2. формулы конвертирую в программе smath (smath.info, работает копипаст в обе стороны), картинки редактирую в paint. Поправляю "поехавший текст". -- перевожу автопереводчиками translate.google.com и translate.ru. можно grep'ом вырезать рисунки, ссылки, формулы, чтобы робот-переводчик их не покалечил.

1.1.3. В случае необходимости, создаю словарик. Для этого мне понадобятся virtualbox, linux, aspell.

1.1.4. Полученные части складываю в html . Конвертирую полученный файл в fb2 или epub (calibre).

1.2. Делаю конспект книги (all rights reserved!), обмениваюсь результатами с группой (огромная экономия времени по сравнению с подходом Людовика XIV "Je dois tout faire moi-même" (все приходится делать самому, фр.):

Конспект документа см. в приложении Б.

2. Зная, как я справился с первым пунктом, прочитать

   T.Lehtla. Andurid. Tallinn 1996, TTÜ. Google: AAR3340/Andurid.pdf


## Классы автоматов.

  автоматическая обработка информации.
    на входе информация на выходе информация.

  автоматизация измерений
    на входе физический процесс на выходе информация.

  автоматизация процесса создания и уничтожения.
    на входе информация на выходе физический процесс.
    примеры: производство, репликация, оружие.

  автоматическое регулирование. автоматическое управление.
    на входе физический процесс на выходе физический процесс.


## C наступающим Новым Годом!


## Приложение А. Список используемых программ:

  ОС

    Windows 10 edu
    Linux Debian stretch (Raspbian Desktop)

  Симуляторы;

    VirtualBox
    CircuitMaker 6 Student
    Logisim
    VMLab
    Oshonsoft AVR simulator IDE
    SimulIDE
    CodeSys 2.3
    GEB Automation PLC simulator
    Siemens Logo Comfort v.6,7,8

  Текстовые редакторы

    Microsoft Word
    Notepad++
    Notepad2
    vi, ed, nano (Linux)

  Браузеры

    Chrome
    Firefox
    elinks (linux, использую для 'Save formatted document')

  Другое

    BlueGriffon v.3
    Calibre
    Sumatra PDF viewer
    Arduino CC
    Sequoia view


## Приложение Б. Работа с документом "Automaatika Alused"

  1. Можно подумать над правилами записи формулы в одну строчку и в юникоде.

    1.1. Промежуточная задача -- найти или написать виртуальную клавиатуру недостающих на физической клавиатуре символов (charmap это долго и неудобно). Пока .. smath + copy-paste.

    1.2. Промежуточная задача -- Как писать а не рисовать электронные схемы? (spice, vmlab). Найти или написать конвертер.

  2. Есть с десяток полезных рисунков. Вставить (markdown)


## AUTOMAATIKA ALUSED

  1. Algteadmisi automaatikast.
    1.1. Juhtimine ja automaatjuhtimine.
    1.2. Avatud ja suletud reguleerimissüsteem.
    1.3. Staatiline ja dünaamiline režiim.
    1.4. Elemendi staatiline karakteristika ja ülekandetegur.
    1.5. Regulaatorite liigitus.
    1.6. Elementide süsteemi ülekande tegur.
    1.7. Suletud reguleerimissüsteemi struktuurskeem ja tööpõhimõte.
    1.8. Tagasiside.
  2. Andur.
  2.1. Andurite liigitus.
  2.2. Termotakstid.
  2.3. Takistussild.
  2.4. Reostaat- ja potensiomeeterandur.
    2.4.1. Reostaat
    2.4.2. Potensiomeeter
  2.5. Tensotajurid.
3. Dünaamiline režiim.
  3.1. Üldist.
  3.2. Siirdekarakteristika
  3.3. ARS -- automaatreguleerimise süsteem.


## 1. Algteadmisi automaatikast.


# 1.1. Juhtimine ja automaatjuhtimine.

Automaatjuhtimine toimub ilma inimese vahetu osavõtuta.

Automaatjuhtimise meetodid:

  o  Klassikalised meetodid -- väljundi (vea) järgi juhtimine või häiringu järgi juhtimine. Süsteem toimib tagasisidega (suletud kontuuriga) või tagasisideta (avatud kontuuriga). Kasutatakse lihtsate ühekontuuriliste süsteemide juhtimiseks.

  o  Moodsad meetodid -- põhinevad süsteemi oleku ruumi ja oleku muutujatel. Kasutatakse kui on tegemist keeruka mitme omavahel seotud kontuuriga.

  o  Intellektuaalsed meetodid -- on kujunemisjärgus. Siia kuuluvad hägusloogiline juhtimine, ekspertsüsteemid jne.


# 1.2. Avatud ja suletud reguleerimissüsteem.

`Рисунки:
`
`  а. блок-схемы (ascii)
`  б. электронные схемы (spice, cm6, simulide)
`  в. графики (smath)
`
`   ->-[programm]->-[regulaator]->-[objekt]->-
`
`   ->-(X)->-[ regulaator ]->-[ objekt ]--+-->
`       ^                                 |
`       |                                 |
`        ------------ andur --------------
`
`   sisend x ->-[ y = F(x) ]->- väljund y


# 1.3. Staatiline ja dünaamiline režiim.

Staatiline režiim ehk püsiolek on siis kui kontrollitav parameeter ei muutu. Dünaamiline režiim ehk siirdeprotsess esineb siis kui toimub üleminek ühest püsiolekust teise.


# 1.4. Elemendi staatiline karakteristika ja ülekandetegur.

Elemendi väljundsuuruse ja sisendsuuruse suhe staatilises režiimis nimetatakse staatiliseks ülekandeteguriks. Anduril nimetatakse ülekandetegurit sageli tundlikkuseks.

`  K_s = y_0 / x_0

Diferentsiaal ülekandetegur

`  K_d = d y / d x

Suhteline ülekandetegur

  K = (d y / y_0) / (d x / x_0)


# 1.5. Regulaatorite liigitus.

Juhtimise ülesande järgi:

  o  Stabilisaator (pingestabilisaator, nivoostabilisaator).
  o  Programmregulaator (hoiavad ja muudavad väljundsuurust vastavalt ette antud programmile).
  o  Järgivregulaator (kasutatakse siis, kui programmi ei saa teha, sest objekti käitumine pole täpselt teada).
  o  Ekstreemregulaator.
  o  Adaktiivsed (iseseaduvad) või mitteadaktiivsed.

Signaalide järgi:

  o  Pidevatoimelised e analoogregulaatorid.
  o  Katkendliku toimega (releetoimelised).
  o  Impulssregulaatorid.
  o  Digitaalregulaatorid.

Regulaatori omatarbe energia järgi:

  o  Omajõulised -- piisab andurilt saadavast energiast. Lisaenergiat ei vaja.
  o  Elektrilised.
  o  Pneumaatilised.


# 1.6. Elementide süsteemi ülekande tegur.

Süsteemis on kolm põhilist lülitusviisi:

  o  Jadalülitus.

`      K = K_1 * K_2 * K_3 .. K_n

  o  Rööplülitus.

`      K = K_1 + K_2 + K_3 .. K_n

  o  Tagasisidega lülitus.

Positiivne tagasiside tugevdab signaali. Negatiivne tagasiside nõrgendab signaali.


# 1.7. Suletud reguleerimissüsteemi struktuurskeem ja tööpõhimõte.

  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
  . REGULAATOR                      . . aine või energia      F       .
  .                                 . .                 |      |      .
  .       y_0     e=y_0-y_TS        . .                 |      v      .
  . [ P ]---->(X)------------>[ V ]===========>[TM]---[ RE]---[O]---+--
  .            ^                    . .                             | .
  .            |                 tagasiside                         | .
  .             ----------------------------------------------[A]<--  .
  .                                 . . OBJEKT                        .
  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

P -- Programmseade (nukkvõll, tiftidega ketas, perfolint või arvutimälu). Annab ette sätte y_0(t).

A -- Andur muundab väljundsignaali ülekandmiseks ja võrdlemiseks sobivaks suuruseks.

VE -- VõrdlusElemendi väljundis tekib vea signaal (ε).

V  -- Võimendi võimendab veasignaali.

TM -- Võimendi väljundsignaal mõjub TäituvMehhanismile, mille kaudu regulaator mõjutab Reguleerivat Elementi.

RE -- Reguleeriv Element mõjutab Objekti, muutes sellelel antavalt ainet või energia hulka.


# 1.8. Tagasiside.

Tagasiside on väljundi mõju sisendile. Positiivse tagasiside korral on sisendisse tagasi antav signaal sisendsignaaliga samas faasis ja seega tugevdab üldist sisendsignaali. Negatiivse tagasiside signaal on sisendsignaaliga vastasfaasis ja seega nõrgendab üldist sisendsignaali.

                 -------------<-------------   kohalik
                |  -----<-----              |  tagasiside
                | |           |             |
         ----   | |    ----   |     ----    |
        |    |  | |   |    |  |    |    |   |
  ->-+--+    +--+-+->-+    +--+-->-+    +->-+-+-->-
     |  |    |        |    |       |    |     |
     |   ----          ----         ----      | üldine
     |                                        | tagasiside
      --------------------<-------------------


                      ---
                     |   |
  U_sig --->(x)---->-+ K +--+----->--
             |       |   |  |
             ^        ---   v
             |              |
             |        ---   |
             |       |   |  |
              -------+ β +--
                     |   |
                      ---

K -- võimendustegur

β -- Tagasiside. näiteks β = 0.03 (3%)

Negatiivne Tagasiside

`  K_TS = K / (1 + β*K)

Positiivne Tagasiside

`  K_TS = K / (1 – β*K)

Jäik tagasiside -- Mõjub kogu aeg (nii staatilises kui ka dünaamilises režiimis).

Elastne tagasiside -- Mõjub ainult dünaamilises režiimis st siis kui väljundsuurus muutub.


## 2. Andur.

Andur on mõõteseade, mis kontrollib nõutavat parameetrit (nt temperatuuri, kiirust jne) ning muundab selle ülekandmiseks ning edasiseks töötamiseks sobivaks suuruseks.

     |<------------------------- Andur ------------------------>|
     |                                                          |
  X -->[ Tajur/Sensor ]-->[ Mõõtelülitus ]-->[Normeeriv element]--> Y


# 2.1. Andurite liigitus.

Kontrollitava parameetri järgi:

    Temperatuuri järgi.
    Rõhu järgi.
    Kiiruse järgi.
    Läheduse järgi.
    Suitsu järgi
    jne

Väljundsignaali järgi:

    Elektrilised.
    Pneumaatilised.
    Hüdraulilised.

Elektrilised tajurid liigitatakse tööpõhimõtte järgi:

    Takistustajurid.
    Mahtuvustajurid.
    Induktiivtajurid.
    jne

On olemas ka parameetrilised tajurid. Nendel muutub takistus, mahtuvus või induktiivsus.


# 2.2. Termotakistid.

`   -----/\/\/\/------
`            \  t&deg;
`              ---

# 2.3. Takistussild.

` Нарисовать в CircuitMaker 6 Student. Включить нумерацию узлов. Породить Spice описание схемы.

On väga levinud mõõtelülitus. Sillal on 4 õlga ja 2 diagonaali. Sillad jagunevad:

    Tasakaalustatud sillad (täpsemad). Tasakaalustamine toimub käsitsi õlgade takistite muutmise teel.


# 2.4. Reostaat- ja potensiomeeterandur.


# 2.4.1 Reostaat

`  y = R
`  x = l
`  R = F(l)


# 2.4.2. Potensiomeeter

  Схема включения.

`  y = R
`  x = α
`  R = F(α)

  Схема с двумя ползунками.

# 2.5. Tensotajurid.

Tensotakistite töö tugineb füüsikalisele nähtusele ehk materjali deformeerumisel muutuvad nii tema mõõtmed kui ka eritakistus.

Takistuse muutus

`  ΔR = K * (Δl / l) * R

Kasutatakse tensotakisteid metallkonstruktsioonides tekkivate sisepingete uurimisel. Tekkiv takistuse muutus on samas suurusjärgus temperatuuri muutuse mõju tekkiva takistuse muutusel.



Takistis 1 tekib tõmme – takistus suureneb. Takistus 2 tekib surve – takistus väheneb.

Sillal on 4 õlga ja 2 diagonaali (toitediagonaal ja väljund- ehk mõõtediagonaal). Sild on tasakaalus (Uvälj = 0) kui silla vastasõlgade takistuse korrutised on võrdsed.


## 3. Dünaamiline režiim.

# 3.1. Üldist.

Iga reguleerivsüsteem töötab stabiilses režiimis (püsirežiimis) või dünaamilises režiimis. Dünaamiline režiim esineb üleminekul ühest püsirežiimist teise. Dünaamilist režiimi nimetatakse ka siirdeprotsessiks.

Kuidas siirdeprotsess kulgeb? ... süsteemi (või ühe elemendi) omadustest ja muutust põhjustanud sisendsignaalist. Siirdekarakteristika näitab väljundsuuruse muutumist ajas hüppeliselt muutunud sisendsignaali korral.Lisaks siirdekarakteristikale kasutatakse siirdeprotsesside uurimisel veel teisi karakteristikaid, nt sageduskarakteristikaid.



# 3.2. Siirdekarakteristika


# 3.2. ARS -- automaatreguleerimise süsteem.

ARS-de dünaamiliste omaduste uurimist lihtsustab tunduvalt elementide liigitamine nende dünaamiliste omaduste järgi. Enamus reaalselt kasutatavaid elemente mahuvad selles peatükis vaadeldavate tüüplülide hulka.

1. Proportsionaalne lüli ehk võrdeline lüli ehk inertsivaba lüli.

`  y = k * x.

Proportsionaalseks nimetatakse lüli, mille väljund y muutub proportsionaalselt x’ga.

2. Mitteproportsionaalne lüli


# Приложение В. Andurid

TODO..


