1.1 Malo povijesti

Pojava nove tehnologije djeluje na sva područja ljudske djelatnosti, pa djeluje naravno i na teoriju i praksu automatskog vođenja.

Šezdesetih godina automatsko vođenje temeljilo se na tehnologiji analognih računala koja su se koristila i pri simulaciji ponašanja dinamičkih sustava, ali i kao jedinice za vođenje. Pojavom digitalnih računala situacije se drastično mijenja. U samom početku digitalno se računalo upotrebljava samo pri vođenju najsloženijih procesa da bi ih danas u obliku mikroračunala nalazili svugdje.

Prve ideje o upotrebi digitalnih računala u vođenju javljaju se još 50-ih godina. Prva istraživanja su se odnosila na vođenje projektila i aviona. Studije iz tog doba su pokazale da tadašnja digitalna računala nemaju nekakvu praktičnu primjenu u vođenju. Bila su previše velika, trošila su previše energije i nisu bila dovoljno pouzdana.

Prvi značajniji napredak digitalnog vođenja javlja se krajem 50-ih godina u procesnoj industriji. Ozbiljna istraživanja počela su u ožujku 1956. kada je tvrtka Thompson Ramo Woodridge (TRW), koja se primarno bavila zračnom industrijom, za tvrtku Tekaco i izradila studiju izvodivosti za primjenu digitalnog vođenja procesa polimerizacije u rafineriji Pont Arthur Texsas. U suradnji ove dvije tvrtke napravljena je studija izvodivosti "teška" 30 inženjer-godina. 12.ožujka 1959. pušten je pogon digitalni sustav vođenja, temeljen na računalu RW-300, koji je vodio 26 tokova, 72 temperature, 3 pritiska i 3 smjese. Osnovni mu je zadatak bio minimizirati pritisak u reaktorima, optimirati distribuciju sirovina između 5 reaktora, upravljati dotokom tople vode mjerenjem aktivnosti katalizatora i izračunati optimalnu recirkulaciju.

Uspjesti TRW-a potaknuli su ostale proizvođače digitalnih računala u daljna istraživanja pretpostavljajući da u tom području leži veliko tržište za digitalna računala.

Razvoj primjene digitalnog vođenja možemo podijeliti u 7 područja:

1. Pionirski period oko 1955.
2. Period DDC-a (Direct Digital Cotol) oko1962.
3. Period miniračunala oko 1967
4. Period mikroračunala oko 1972.
5. Široka upotreba standardnog digitalnog vođenja oko 1980.
6. Studija inteligentnog digitalnog vođenja (primarno faznog vođenja) oko 1990.
7. NEST (Network Embadded System Technology) u vođenju oko 2000.

1. Pionirski period

... je pokrenuo TW i Tekaco. Prva su računala bila cijevna, koje su trošila puno energije a proračuni su dugo trajali (zbrajanje 1 ms, množenje 20 ml) te nisu bila pouzdana MTBF- Mean Time Between Failure (srenje vrijeme između dva kvara) je bilo od 50-100 sati. Upravo zbog te nepouzdanosti u prvim su primjenama digitalna računala u vođenju korištena tako da su ili tiskali naredbe operateru (eng. Operator Guide Control) koji ih je primjenjivao ili samo mijenjao postotne vrijednosti analognih regulatora (eng. Set-Point Control).

Računala su korištena kod traženja optimalnih radnih uvjeta kod planiranja proizvodnje ili kod sastavljanja izvještaja. Problemi su pretežno tretirani kao statički. U ožujku 1961. 37 sustava je bilo instalirani godinu dana kasnije broj je narastao na 159 i to pretežno u kemijskoj i metalurškoj industriji, te u elektroenergetici.

2. Period direktnog digitalnog vođenja (DDC)

U operativnom modu rada ili upostavljanju postavnih vrijednosti važan dio svake petlje vođenja su i dalje bili analogni regulatori. Bitna se promjena dogodila 1962. ICI (Imperial Chemical Industries) je postavio sustav vođenja u potpunosti temeljen na digitalnim računalima. Mjerene su 224 veličine i upravljano je direktno s 124 ventila. Bio je to početak nove ere digitalnog vođenja: analogna je tehnologija zamijenjena digitalnom uz zadržavanje iste funkcionalnosti sustava. Uveden je pojam Direktno digitalno vođenje (eng. DDC – Direct Digital Control) kako bi se ta činjenica naglasila. Računala su postala brza (zbrajanje 100 ľs, množenje 1ms) i pouzdanija (MTBF preko 1.000 sati).

Osnovna prepreka šire upotrebe je bila cijena. Cijena analognog sustava raste linearno s brojem petlji vođenja, kod digitalnog vođenja inicijalna cijena računala je najveća, bez obzira da li ono vodi 1 ili 100 petlji vođenja. Cijena dodatnih osjetila i trošnih isprava je bila zanemariva u odnosu na cijenu početne investicije. Zbog toga su digitalni sustavi korišteni isključivo kod velikih sustava s velikim brojem regulacijskih petlji.

Međutim prednosti digitalnih sustava su bile brojne, od smanjenje troška za operatorski pult, stative analognih instrumenata mogla se zamjeniti jednim pokazivačem i tipkalom. Sustavi su bili puno fleksibilniji. Analogni su se sustavi mijenjali promjenom ožičenja, a digitalni preprogramiranjem.
Razmjeri su posebni DDC jezici koji su programiranje digitalnih sustava vođenje znanto pojednostavili.

U DDC periodu pažnja je bila usmjerena prema temeljnim funkcijama vođenja, za razliku od nadzornih funkcija u pethodnom periodu.

3. Period miniračunala

Tehnologija digitalnih računala je tijekom 60-ih godina znatno napredovala. Pojavljuju se prvi integrirani krugovi. Računala postaju manja, brža, pouzdanija, jeftinija. Uvodi se pojam miniračunala.

Teorijska znanja o digitalnom vođenju koja su prednjačila u odnosu na mogučnost tehnološke primjene sada su dobila tehnologiju na kojoj su se mogla dokazati. Tipično digitalno računalo primjenjeno u vođenju bilo je 16 bitno, imalo memoriju od 124 kbyta. Zbrajanje je trajalo 2ľs, množenje 7ľs, a MTBF se popeo na 20.000 sati. Zbog svega toga broj primjene digitalnog vođenja narastao je sa 5.000 1970. na 50.000 1975.

4. Period mikroračunala

1975. mikroračunalo je koštalo 10.000 $, a istih se godina javlja i mikroračunalo čija cije iznosi 500$.
Pet godina poslije ona pada na 50$. Sustavi su napokon dovoljno jeftini i dovoljno mali da se mogu primjeniti doslovno svugdje, u svakoj petlji automatskog vođenja. Integracijom AID i DIA pretvarača s mikroračunalom javlja se i nova generacija microregulatora (eng. microcontrollers).

5. Široka primjena standardnog digitalnog vođenja

80-te godine su bile prelomne. Nijedan se novi sustav vođenja više ne temelji na analognim regulatorima. Na tržištu se pojavljuju digitalni PFD regulatori, a poseban potstreh daje pojava PLC-ova (Programmable Logic Controlles) koji zamjenjuju dotadašnje relejne sustave, a koje su se softweri mogli lako nadograditi da obavljaju i složenije zadatke DDC vođenja.

Javljaju se sve više distribuirani sustavi, razvijaju se standardni industrijskog umrežavanja podređenih i nadređenih jedinica vođenja. Honeywell je jedan od pionira u tom području.

6. Period inteligentnog digitalnog vođenja

90-te na tržište donose nove pristupe vođenju složenih sustava temeljene na tzv. računalnoj inteligenciji (eng. Computatival Intelligence). Tu se prije svega radi o fuzzy (neizrazitom) vođenju i vođenju temeljenom na neuralnim (živčanim) umjetnim mrežama. Na tržište izlazi cijela nova generacija “inteligentnih” strojeva vođenih ovim tipom regulatora. Realizacija se i dalje temelji na digitalnom računalu s tim da algoritmi nešto drugačiji te nastaje “kopati” postupke čovjeka u procesu vođenja.

7. Period NEST tehnologija

2000.-te su bez daljnjega u znaku globalnog umrežavanja. Internet je unio brojne promjene u živote i navike ljudi pa je normalno da se njegov utjecaj osjetio i u području vođenja.

Nova je filozofija povezivanja tzv. ugradbenih (eng. embeedded) sustava vođenja gdje su svakom osjetilu, svakom regulatoru, svakoj izvršnoj spravi pridodaje vlastiti procesorski sustav, a oni međusobno komuniciraju koristeći standardne tehnologije umrežavanja. Kod jednostvnijih umrežavanja senzora tu su jednostavni protokol umrežavanja npr. Dallasov 1-wire), dok se kod umnožavanja višerazinskih jedinica tu više koristi standarni protokol interneta. To donosi nove prednosti (dostupnost iz bilo kojeg dijela svijeta, malu cijenu zbog masovne uporabe), ali i probleme, prije svega zbog paketnog prenosa podataka. Zbog toga se pojedinim jedinicama vođenja ugrađuju brojne samozaštitne i samopoboljšavajuće funkcije.

Budućnost

Tehnologije se toliko burno razvijaju da budućnost vrlo brzo postaje sadašnjost. Prema mojoj procjeni budućnost na području digitalnog vođenja je:

a) u daljnjoj minijaturizaciji i povezivanju sustava
(Total Network Embedded Systems) posebno s bežičnim vezama (wireless networking)

b) uključivanje osjetila za veličine koje danas nisu lako mjerljive (od osjetila mirisa do spektralne analize i možda čak detekcije genetske strukture,

c) sve veća autonomija i univerzalost sustava vođenja te uključivanje nadzornih i smozaštitnih funkcija.

Cilj je ovog kolegija čitaoce upoznati s temeljnim znanjem o digitalnom vođenju koje nije povezano s tehnologijom realizacije, te zbog toga ne zastarjeva. No prije toga možemo definirati neke temeljne pojave teorije vođenja. Ovdje ćemo to napraviti koristeći sustavni pristup :

:. Slijedeća stranica > Sustavni pristup vođenju