Podstawy Automatyki. Człowiek- najlepsza inwestycja. Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Transkrypt

1 Podstaw Automatki Człowiek- najlepsza inwestcja Projekt współfinansowan przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

2 Program 2 Podstaw Automatki Insttut Automatki i Robotki Autor programu: dr inż. Wieńczsław Jacek Kościeln

3 Program część 2 3 L. p. Temat Treść Liczba godzin 1 do Zakres problematki automatki procesów dskretnch. Przkład zautomatzowanch 1 sterowania sterowania procesami dskretnmi procesów dskretnch. Pojęcie układu przełączającego: układ kombinacjne i sekwencjne przkład praktczne, koncepcja układu sekwencjnego procesowo-zależnego i czasowozależnego, problem związane z opisem działania. Środki techniczne automatzacji procesów dskretnch: urządzenia sterujące, wkonawcze (aktuator), sensor. 2 Narzędzia formalne Kod binarne liczb całkowitch nieujemnch naturaln kod dwójkow, kod ze stałm 3 odstępem, kod 1 z n, funkcje logiczne, dwuelementowa algebra Boole a, sstem funkcjonalnie pełne, snteza i minimalizacja funkcji logicznch, alternatwne i koniunkcjne postacie funkcji logicznch, tablice Karnaugha, metoda Quine a Mc Cluske a, funkcje nie w pełni określone, smboliczn (liczbow) zapis funkcji logicznch. 3 Układ kombinacjne Sieci bramkowe i sieci stkowo-przekaźnikowe, smbolika, zasad tworzenia układów, sieci bramkowe i stkowo-przekaźnikowe jako jęzki programowania sterowników PLC, praktczne przkład układów kombinacjnch, zagadnienia dnamiki układów 2 4 Podstaw układów sekwencjnch 5 Przerzutniki asnchroniczne 6 Układ sekwencjne procesowo-zależne asnchroniczne o programach rozgałęzionch kombinacjnch hazard statczn i dnamiczn. Przkład,opis działania, pojęcie stanu wewnętrznego układu sekwencjnego. Klasfikacja układów sekwencjnch : układ procesowo- i czasowo-zależne, układ Moore a i Meal ego, układ asnchroniczne i snchroniczne, układ o programach liniowch i rozgałęzionch, układ ckliczne i ackliczne, układ deterministczne i probabilistczne, zastosowania. Przerzutnik asnchroniczn jako elementarn układ sekwencjn: rodzaje przerzutników asnchronicznch, opis działania, tablica przejść, graf, macierz przejść, realizacje techniczne, przkład zastosowań praktcznch. Formalizacja założeń dotczącch działania układu, wkres czasow, graf, sieć działań, tablica przejść i wjść. Etap projektowania układu Moore a: wodrębnienie stanów wewnętrznch, minimalizacja liczb stanów wewnętrznch, problem kodowania stanów wewnętrznch, wścigi, wznaczanie funkcji wjść i funkcji przejść, wkorzstanie przerzutników do realizacji funkcji przejść, przkład praktczne. Analiza możliwości wkorzstania koncepcji układu Meal ego, metodka projektowania układów

4 Program część 2 4 L. p. Temat Treść Liczba godzin 7 Układ sekwencjne asnchroniczne procesowo-zależne o programach liniowch Praktczne znaczenie układów o programach liniowch, metodka projektowania z wkorzstaniem kodów minimalnch, struktura uniwersalna układu pracującego w kodzie 1 z n, przkład projektowania praktcznch układów pneumatcznch i elektropneumatcznch. 2 8 Przerzutniki snchroniczne jako podstawowe zespoł układów snchronicznch 9 Metodka projektowani układów snchronicznch Pojęcia przerzutników D, T, SR, JK, opis działania przerzutników, tablice przejść, macierze, zależności pomiędz przerzutnikami, metod snchronizacji przerzutników, przerzutniki złożone, automat sterujące przerzutników. Formalizacja założeń dotczącch działania układu snchronicznego, problem kodowania i minimalizacji funkcji wjść. problem z realizacją układów Meal ego. 1 1

5 Program ćwiczeń audtorjnch cz.2 5 L. p. Ttuł ćwiczenia Zakres ćwiczenia 1 Snteza i minimalizacja funkcji logicznch 2 Projektowanie układów kombinacjnch 3 Projektowanie układów sekwencjnch Formułowanie opisu matematcznego układu kombinacjnego, postacie kanoniczne funkcji logicznch, metod minimalizacji funkcji logicznch: metoda algebraiczna, metoda Quine a Mc Cluske a, tablice Karnaugha, minimalizacja funkcji nie w pełni określonch, liczbow zapis funkcji logicznch. Projektowanie układów kombinacjnch jako układów stkowo-przekaźnikowch i układów bramkowch, układ elementów NOR i NAND. Formułowanie założeń dotczącch działania układów sekwencjnch, projektowanie intuicjne, projektowanie formalne. Liczba godzin 2 1 2

6 Literatura do części 2 wkładu 6 1. Zieliński C.: Podstaw projektowania układów cfrowch. PWN, Warszawa, Traczk W.: Układ cfrowe automatki. WNT, Warszawa Misiurewicz P.: Podstaw techniki cfrowej. WNT, Warszawa Majewski W.: Układ logiczne. WNT, Warszawa Kościeln W.: Podstaw automatki, cz. 2. WPW, Warszawa Barczk J.: Automatzacja procesów dskretnch. Oficna Wdawnicza PW, Warszawa Kowalowski H. i inni: Automatzacja dskretnch procesów przemsłowch. WNT, Warszawa Mikulczński T.: Automatzacja procesów produkcjnch. WNT, Warszawa 2006

7 Literatura do części 2 wkładu 7 9. Sterowanie i automatzacja procesów technologicznch i układów mechatronicznch. Układ pneumatczne i elektropneumatczne ze sterowaniem logicznm. Praca pod red. Jerzego Świdra. Wdawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice Świder J., Wszołek G.: Metodczn zbiór zadań laboratorjnch i projektowch ze sterowania procesami technologicznmi. Układ pneumatczne i elektropneumatczne ze sterowaniem logicznm. Wdawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice Olszewski M. i in.: Mechatronika. Wd. REA, Warszawa Olszewski M. i in.: Urządzenia i sstem mechatroniki. Część 1. Wd. REA, Warszawa 2009

8 Politechnika Warszawska Insttut Automatki i Robotki Dr inż. Wieńczsław Kościeln PODSTAWY AUTOMATYKI część 2 do sterowania procesami dskretnmi

9 9 Procesami ciągłmi nazwam proces, do opisu którch niezbędne są zmienne przjmujące nieskończenie wiele wartości (np. proces regulacji temperatur, ciśnienia, napięcia, składu). Przedmiotem zainteresowań automatki procesów ciągłch są głównie układ automatcznej regulacji. Procesami dskretnmi nazwam proces, do opisu którch wkorzstuje się zmienne o skończonej liczbie wartości; przeważnie są to zmienne dwuwartościowe. Proces, do opisu którch wkorzstuje się zmienne dwuwartościowe nazwają się procesami binarnmi. Informacje o stanie takich procesów przekazwane są za pomocą sgnałów dwuwartościowch (binarnch).

10 10 W automatce procesów ciągłch rozpatruje się układ sterowania (regulacji) łącznie z obiektem sterowania realizowanm procesem. Zakłócenia Sterowania Wielkości regulowane Obiekt u 1 u 2 u 3 Reg. 1 Reg. 2 Reg

11 11 W automatce procesów dskretnch zajmować się będziem tlko projektowaniem urządzeń sterującch, wtwarzającch binarne sgnał wjściowe,... Obiekt u 1 u 2 u 3 Reg. 1 Urządzenie sterujące Reg. 2 Reg

12 12 W automatce procesów dskretnch zajmować się będziem tlko projektowaniem urządzeń sterującch, wtwarzającch binarne sgnał wjściowe pod wpłwem binarnch sgnałów wejściowch lub bez sgnałów wejściowch; urządzenia takie nazwane są ogólnie układami przełączającmi. Sgnał wjściowe takich układów będziem oznaczać 1, 2, 3 itd., wejściowe - x 1, x 2, x 3 itd. Obiekt 1 u 1 u 2 u 3 Reg. 1 Urządzenie sterujące Reg. 2 Reg. 3 x 1 1 x 2 2 x 3 3

13 13 Układ przełączające o binarnch sgnałach wjściowch i wejściowch - przetwarzające binarne sgnał wejściowe na binarne sgnału wjściowe, nazwane są układami logicznmi. W dalszm ciągu schemat układów przełączającch będą przedstawiane z głównm kierunkiem przetwarzania b) informacji od stron lewej do prawej. u x 1 x 2 u 1 u 2 x n u m... układ przełączając m m

14 14 b) Binarne sgnał wejściowe x 1 x 2 u 1 u 2 x n u m... układ przełączając m m Binarne sgnał wjściowe Sgnał wejściowe układu przełączającego mogą bć: - sgnałami informującmi o stanie procesu, - sgnałami sterującmi, którch zmiana wartości realizowana jest przez operatora lub przez sstem sterowania nadrzędnego, - sgnałami przekazującmi inne informacje, podlegające przetwarzaniu. Sgnał wjściowe układu przełączającego mogą bć wkorzstane do : - sterowania elementami wkonawczmi (napęd, grzejnik, chwtak), - sterowania elementami sgnalizacjnmi (lampka, buczek) lub blokującmi, - przekazwania innch informacji.

15 Rozważm przkład układów przełączającch. 15 Przkład 1 - sterowanie wentlacją Binarn sgnał wjściow układu sterującego wentlacją pomieszczenia ( = 0 - silnik wentlatora nie pracuje; = 1 - silnik pracuje), jest wtwarzan na podstawie binarnch sgnałów wejściowch x 1, x 2 i x 3 z przekaźników temperatur rozmieszczonch w tm pomieszczeniu. x 1 x 2 x 3 Układ sterowania wentlacją

16 16 Rozważm szereg wariantów zależności sgnału wjściowego układu od sgnałów wejściowch tablica. Nr stanu argumentów x 1 x 2 x albo 1 0 albo albo 1 0 albo albo albo 1 0 albo albo albo

17 17 Wariant pierwsz, oznaczon w tablic jako 1, wraża mśl, że wentlator ma pracować tlko wted, kied wszstkie przekaźniki wkazują przekroczenie określonej wartości temperatur. Nr stanu argumentów x 1 x 2 x Tabelarczna 0 postać 0 opisu działania urządzenia 0 albo 1 jest 0 albo sntetcznm przedstawieniem 0 albo 1 0 albo opisu 1 słownego albo albo 1 0 albo albo albo W tm przpadku tablica jednoznacznie definiuje zależność 1 = f 1 (x 1,x 2,x 3 ). Jest to tzw. tablica wartości (tablica prawd) funkcji 1 = f 1 (x 1,x 2,x 3 ).

18 18 Wariant drugi, oznaczon w tablic jako 2, wraża mśl, że wentlator ma pracować już kied dowolne dwa przekaźniki wkażą przekroczenie określonej wartości temperatur. Nr stanu argumentów x 1 x 2 x albo 1 0 albo albo 1 0 albo albo albo 1 0 albo albo albo

19 19 Nr stanu argumentów x 1 x 2 x albo 1 0 albo albo 1 0 albo albo albo 1 0 albo albo albo W układach realizującch zależności 1 = f 1 (x 1,x 2,x 3 ) i 2 = f 2 (x 1,x 2,x 3 ) stan sgnału wjściowego zależ tlko od aktualnego stanu sgnałów wejściowch układ takie nazwają się układami kombinacjnmi. Stan sgnałów wjściowch układów kombinacjnch nie zależ od sekwencji pojawiania się stanów sgnałów wejściowch.

20 20 b) Binarne sgnał wejściowe x 1 x 2 u 1 u 2 x n u m... układ kombinacjn m m Binarne sgnał wjściowe Działanie układu kombinacjnego opisują zależności (funkcje): f ( x1, x2,... x 1 1 n 2 f2( x1, x2,... xn) m f m ( x, x2 ),... x 1 n Funkcje, którch zmienne niezależne (argument) i zmienne zależne mogą przjmować tlko dwie wartości nazwają się funkcjami logicznmi dwuwartościowmi. )

21 21 u Nr stanu ntów x argumentów 1 x 2 x 3 x 1 1 x 2 x albo 10 0 albo 0 albo albo albo 10 0 albo 0 albo albo albo 1 01 albo albo 10 0 albo 0 albo albo albo 1 01 albo albo 1 01 albo Opis wariantów oznaczonch jako 3 i 4 jest niejednoznaczn. Układ z sgnałem wjściowm 3 włącza wentlację dopiero kied wszstkie przekaźniki wkażą przekroczenie nastawionej wartości temperatur; włącza gd wszstkie przekaźniki wtwarzają sgnał zerow. W stanach argumentów 1 6, wartość sgnału wjściowego może bć 0, jeżeli stan te poprzedzało zdarzenie: x 1 = x 2 = x 3 = 0 lub może bć 1 jeżeli stan te poprzedzało zdarzenie: x 1 = x 2 = x 3 = 1.

22 Układ z sgnałem wjściowm 3 (także układ z sgnałem wjściowm 4 ) musi mieć możliwość pamiętania pewnch zdarzeń; układ takie nazwają się układami z pamięcią albo układami sekwencjnmi. 22 Przebieg sgnału wjściowego 3 zależ od kolejności (sekwencji) zmian sgnałów wejściowch, informującch o stanie realizowanego procesu (podobnie w przpadku układu z sgnałem wjściowm 4 ); układ takie nazwają się układami sekwencjnmi procesowo zależnmi. Charakterstczną cechą rozważanego procesu jest to, że przebieg sekwencji zmian sgnałów wejściowch nie jest zdeterminowan - zależ od cznników zewnętrznch. Projektując bardziej złożone układ sekwencjne o niezdeterminowanch sekwencjach zmian sgnałów wejściowch należ przewidzieć wszstkie możliwe sekwencje i określić reakcję układu na wstąpienie każdej z możliwch sekwencji. Układ takie tworzą klasę układów sekwencjnch o programach rozgałęzionch.

23 Innm rozwiązaniem układu sterowania wentlacją może bć wkorzstanie programatora zegarowego, któr włączałb silnik wentlatora w określonch porach dnia wg założonego programu. Taki układ działałb bez sgnałów wejściowch; błb to układ sekwencjn czasowo zależn. 23 Przkład programatora czasowego 1 wałek z krzwkami; 2 silnik; 3 przekładnia; 4 przekaźniki; 5 pokrętło sterowania ręcznego Układ sekwencjne czasowo zależne są układami bez sgnałów wejściowch; działają bez kontroli przebiegu realizowanego procesu.

24 Przkład 2 W przrządzie z napędem pneumatcznm odbwa się zaginanie blach. Siłownik A mocuje blachę, która wstępnie jest zginana przez siłownik B i ostatecznie doginana przez siłownik C. 24 diagram krokow Operator po ułożeniu blach, naciśnięciem odpowiedniego przcisku Start wwołuje ckl ruchów siłowników wg tzw. diagramu krokowego.

25 Siłowniki wposażone są w czujniki binarne wkrwające skrajne położenia tłoczsk. Sgnał tch czujników informują o zakończeniu odpowiedniego ruchu danego siłownika i inicjują rozpoczęcie kolejnego ruchu. 25 Czujnik wkrwając położenie tłoka siłownik A siłownik B siłownik C a 1 a 2 b 1 b 2 c 1 c 2

26 Schemat układów napędowch przrządu do zaginania blach 26 A a 1 ı A a 2 ı a b B b 1 ı B b 2 ı cde C c 1 ı A c 2 ı a b B 1 2 a b 1 2 c Start a 1 a 2 b 1 b 2 c 1 c 2 Układ sterowania binarnego (układ przełączając) a b c

27 Sgnałami wejściowmi układu sterującego pracą urządzenia są sgnał z przcisku Start i sgnał czujników wkrwającch położenia tłoczsk; sgnałami wjściowmi sgnał wwołujące ruch siłowników. 27 Start a 1 a 2 b 1 b 2 c 1 c 2 Układ sterowania binarnego (układ przełączając) a b c Charakterstczną cechą procesu jest to, że przebieg kolejności zmian sgnałów wejściowch jest określon wnika z założeń dotczącch przebiegu procesu. Układ sekwencjne sterujące takimi procesami są układami o programach liniowch.

28 Obszar wstępowania procesów dskretnch: proces technologiczne związane z produkcją elementów, 28 montaż maszn, montaż elementów elektronicznch, pakowanie, dozowanie, układ orientowania i podawania, układ manipulacjne, robotka, urządzenia transportu międzoperacjnego, sgnalizacja, zabezpieczenia, blokad, elastczne sstem produkcjne, automatka budnków, serwis.

29 29 Automatka procesów dskretnch jako dziedzina techniki zajmuje się problematką: technicznej realizacji dskretnch procesów technologicznch i budow oprzrządowania technologicznego poszczególnch procesów, doboru napędów, elementów wkonawczch i sensorcznch, projektowania układów sterowania procesami elementarnmi (układ logiczne, układ o średniej skali integracji bloki funkcjonalne, sterowanie komputerowe sterowniki programowalne), sterowania złożonmi sstemami produkcjnmi (sterowanie współbieżne, sieci komunikacjne), planowania i zarządzania (np. produkcją).

30 Historia 30 Stacja nadawcza poczt pneumatcznej. Pierwsza poczta pneumatczna została uruchomiona w Londnie w 1858 r.

31 Stan aktualn 31 Zautomatzowane stanowisko produkcjne

32 Stan aktualn 32 Przkład linii produkcjnej zautomatzowan środkami pneumotroniki

33 Stan aktualn 33 Element pneumatczne firm PREMA

34 Stan aktualn 34 Programowalne wsp zaworowe firm FESTO

35 Stan aktualn 35 Element wtwarzające podciśnienie i końcówki chwtaków podciśnieniowch firm FESTO