Računala i procesi

Opis predmeta

Računalni sustavi za mjerenje i prikupljanje podataka te nadzor i upravljanje procesima. Prilagodba računala procesu i procesa računalu. Mreže osjetila. Sinkroni i asinkroni svijet (događaji). Arhitekture računala prilagođene okolini i radu u stvarnom vremenu. Ugrađena mikroračunala, mrežni mikrokontroleri, programabilni logički kontroleri (PLC). Sveprisutno računarstvo, prožimajuće računarstvo i nova područja primjene. Povezivanje računala i okoline. Norme, protokoli, otvorenost. Programska podrška. Komponentno programiranje i povezivanje u složene sustave. Realizacija mjernih i upravljačkih algoritama u asembleru i višim programskim jezicima. Multimedijska sučelja čovjek-računalo-proces. Prikaz stanja dobivenih iz procesa. Računala u proizvodnji. Sustavi nadzora, upravljanja i prikupljanja podataka (eng. Supervisory Control and Data Acquisition - SCADA), raspodijeljeni sustavi upravljanja (eng. Distributed Control Systems - DCS).

Opće kompetencije

Znanja i vještine potrebne za projektiranje, izgradnju i održavanje procesnih računala i sustava. Razvoj i implementacija programske potpore za procesna računala. Razumijevanje interdisciplinarnog pristupa problematici, suradnje i timskog rada.

Ishodi učenja

  1. navesti bitna svojstva procesnih računala.
  2. primijeniti odgovarujuci način interakcije racunala s fizičkim procesom.
  3. objasniti zahtjeve na rad u stvarnom vremenu.
  4. odabrati mikroračunalo za određenu primjenu na osnovu postavljenih zahtjeva.
  5. odabrati odgovarujuće komunikacijske protokole za povezivanje računala i okoline.
  6. opisati industrijske sustave za nadzor, kontrolu i prikupljanje podataka.
  7. primijeniti koncepte bitnim za razvoj pouzdanih mikoračunalnih sustava male potrošnje.
  8. identificirati ulogu i organizaciju računala u procesu.

Oblici nastave

Predavanja

Predavač iznosi teme, objašnjava ih i potkrepljuje primjerima. Studente se potiče da razmišljaju kritički i raspravljaju o temama.

Provjere znanja

Tijekom predavanja pišu se kratke provjere znanja. Osim toga, pišu se međuispiti i završni ispit. Završni ispit sastoji se od pismenog i usmenog dijela.

Pokusi na predavanjima

Predavač tokom predavanja pokazuje programske i sklopovske primjere koji ilustriraju problematiku koja se obrađuje.

Konzultacije

Profesori i asistenti dostupni su za konzultacije tijekom radnog vremena ili na temelju prethodnog dogovora.

Programske vježbe

Kroz domaće zadaće, studenti rješavaju praktične zadatke primjenjujući koncepte usvojene na predavanjima. Pri tome samostalno pišu programe (u raznim programskim jezicima - asembler, C, ljestvičasti dijagrami) koristeći znanje i vještine stečene tokom studija.

Način ocjenjivanja

Kontinuirana nastava Ispitni rok
Vrsta provjere Prag Udio u ocjeni Prag Udio u ocjeni
Domaće zadaće 0 % 24 % 0 % 24 %
Kratke provjere znanja 0 % 12 % 0 % 12 %
Prisutnost 0 % 4 % 0 % 4 %
Međuispit: Pismeni 0 % 20 % 0 %
Završni ispit: Pismeni 0 % 25 %
Završni ispit: Usmeni 15 %
Ispit: Pismeni 50 % 45 %
Ispit: Usmeni 15 %
Napomena / komentar

Za pristup usmenom dijelu ispita /završnog ispita potrebno je minimalno sakupiti 45 bodova iz svih dotadašnjih oblika provjera.

Tjedni plan nastave

  1. Uvod u predmet, organizacija. Mjesto i uloga računala od najjednostavnijih do najsloženijih procesa (npr. termocentrale, hidrocentrale, industrijska postrojenja, kuće, zrakoplovi, raskršća, automobili, vlakovi, svemirske misije, udaljena mjerenja, razminiranje, ....).
  2. Osjetila i povezivanje s računalom, prikupljanje informacija iz procesa, oblici informacije, obrada analognog signala. Principi A/D i D/A pretvorbe, procjena performansi. Složena osjetila (npr. osjetila mirisa, dodira, mina, ...).
  3. Definicija procesa (u najširem smislu), računala (kao sastavnog dijela određenog procesa) te sučelja među njima. Nadzor, upravljanje, otvorena, zatvorena petlja, digitalni regulatori (PID). Primjer izravnog digitalnog upravljanja.
  4. Uloga, pozicija i način uporabe računala u procesu. Računalo u procesu, po mjestu primjene, geografiji, logičkoj povezanosti, (hijerarhijska organizacija, paralelna, postavne vrijednosti), centralistički, raspodijeljeni, mrežni sustavi,
  5. Vrijeme, rad u stvarnom vremenu, vrijeme u operacijskim sustavima, generiranje, mjerenje, sustavi globalnog pozicioniranja (vrijeme i udaljenost, mjerenje meteoroloških podataka iz točnog vremena,...), norme i institucije, sinkronizacija vremena u sustavima.
  6. Arhitekture računala namijenjenih upravljanju procesima. Mikroračunala. Kriteriji odabira mikroračunala (standardni i nestandardni kriteriji npr. dimenzije, potrošnja, geografska raspodijeljenost, rad u stvarnom vremenu). Razvoj mikroračunala, tri različita pristupa razvoju upravljačkog mikroračunala.
  7. Signal vremenskog vođenja (takt), vrste i principi rada generatora takta, oscilatori, odabir oscilatora, vremenski sklopovi i mjerenje vremena. Pulsno-širinska modulacija. Priključci opće namjene mikrokontrolera. Praktični aspekti analogno digitalne i digitalno analogne pretvorbe.
  8. Međuispit.
  9. Osiguravanje pouzdanog rada mikroračunala. Izvori nepouzdanosti. Specijalizirano sklopovlje za osiguravanje pouzdanosti. Potrošnja energije. Projektiranje za malu potrošnju, tehnologije izvedbe sklopova, radne frekvencije. Regulatori napona, baterije, usporedba baterija.
  10. Vrste memorija u mikroračunalima. Programiranje memorije mikroračunala. Program punilac (bootloader). Usporedba arhitektura upravljačkih mikroračunala (naredbe, programiranje). Povezivanje viših programskih jezika i asemblera, optimizacija računalnih resursa vezanih uz karakteristični proces.
  11. Sučelja, protokoli, norme za povezivanje računala i okoline. Povezivanje unutar mikroračunalnog sustava, kratke i srednje udaljenosti. Serijska komunikacija (RS-232, I2C, SPI, RS-485, USB). Zaštita i oporavak od pogreške u prijenosu.
  12. Računalne mreže prilagođene različitim procesima (Ethernet - razvoj i industrijske primjene, ATM, CAN). Sabirnica CAN - svojstva, formati okvira, arbitraža, otkrivanje grešaka, norme i implementacije. Elektromagnetska kompatibilnost. Bežične mreže, frekvencijski pojas i tehnologije raspršenog spektra. Tehnologije WLAN, Bluetooth, Zigbee - osnovne značajke, organizacija mreže, tijek komunikacije.
  13. Programabilni logički upravljač (PLC) - arhitektura, karakteristike, način programiranja, komunikacija, primjer. Sustavi SCADA - svojstva, elementi (sučelje čovjek –računalo, nadzorni sustav, vanjske jedinice, komunikacijska infrastruktura). Primjeri stvarnog sustava SCADA.
  14. Komponentno orijentirano programiranje - koncepti, primjeri (JavaBeans). Bežične mreže osjetila - primjene, izazovi, tehnologije, vrste čvorova, specifičnosti programske podrške, i komunikacije, izvori energije, problemi usmjeravanja obrade i agregacije podataka, sigurnost. Primjeri. Zaključak i rezime naučenog gradiva.
  15. Završni ispit.

Studijski programi

Sveučilišni diplomski
Elektrotehnički sustavi i tehnologija (profil)
preporučeni izborni predmeti (3. semestar)
Programsko inženjerstvo i informacijski sustavi (profil)
preporučeni izborni predmeti (3. semestar)
Računalno inženjerstvo (profil)
Teorijski predmeti profila (1. semestar)
Računarska znanost (profil)
Predmeti specijalizacije profila (1. semestar) (3. semestar)

Literatura

Žagar, Mario (2002.), Arhitektura upravljačkih mikroračunala i njihovo povezivanje s okolinom, Školska knjiga
Smiljanić, Gabro (1991.), Računala i procesi, Školska knjiga
Adelstein, Frank & altri (2004.), Fundamentals of Mobile and Pervasive Computing, McGraw-Hill
Bennett, S. and Linkens, D.A. (Eds.) (1982.), Computer Control of Industrial Processes, IEEE 1081
Ronald J. Tocci, Neal Widmer, Greg Moss (2010.), Digital Systems: Principles and Applications (11th ed), Prentice Hall

Izvedba

ID 34418
  Zimski semestar
5 ECTS
R0 Engleski jezik
R1 E-učenje
45 Predavanja
0 Auditorne vježbe
0 Laboratorijske vježbe
0 Konstrukcijske vježbe

Ocjenjivanje

87.5 izvrstan
75 vrlo dobar
62.5 dobar
50 dovoljan