Wprowadzenie do współczesnej inżynierii AUTOMATYKA

Transkrypt

1 Wprowadzenie do współczesnej inżynierii AUTOMATYKA Dr hab. inż. Andrzej Dębowski, prof.pł Instytut Automatyki Zakład Techniki Sterowania Akwarium II piętro godz. przyjęć: środy Instytut Automatyki PŁ 1/52

2 Podstawowe pojęcia i definicje automatyka nauka o sterowaniu sterowanie celowe oddziaływanie na wyodrębniony proces dynamiczny sterowany proces dynamiczny obiekt sterowania identyfikacja obiektu sterowania sprzężenie zwrotne oddziaływanie skutku na przyczynę regulacja wykorzystanie sprzężenia zwrotnego do sterowania obiekt regulacji obiekt sterowany w oparciu o sprzężenie zwrotne elementy (człony) i sygnały schematy blokowe (schematy funkcjonalne) Instytut Automatyki PŁ 2/52

3 Układ dynamiczny wielowymiarowy - układ o wielu wejściach i wielu wyjściach Wyróżniamy następujące grupy sygnałów: - sygnały wejściowe (sterujące) u 1 (t), u 2 (t),..., u p (t) - sygnały wyjściowe (odpowiedzi) y 1 (t), y 2 (t),..., y q (t) - sygnały zakłócające z 1 (t), z 2 (t),..., y r (t) Ogólnie: p q r W najprostszym przypadku element ma jedno wejście jedno wyjście i nie podlega zakłóceniom. Instytut Automatyki PŁ 3/52

4 Klasyfikacja układów sterowania Omówimy podział układów sterowania biorąc pod uwagę ich strukturę oraz posiadane informacje o procesie (tzn. wiadomości o obiekcie, celu sterowania i ewentualnych zakłóceniach). Możliwe są jeszcze inne sposoby klasyfikacji układów sterowania np.: ze względu na rodzaj zjawisk fizycznych występujących w regulatorach (elektroniczne, mechaniczne, pneumatyczne), ze względu na charakter matematycznych równań opisujących zachowanie się układu w stanach ustalonych lub dynamicznych (liniowe, nieliniowe), ze względu na sposób pomiaru wielkości regulowanej (analogowe, cyfrowe), ze względu na sposób wypracowania sygnału sterującego (ciągłe, dyskretne, impulsowe, logiczne). Instytut Automatyki PŁ 4/52

5 Podział ze względu na strukturę układu sterowania Podział ze względu na strukturę układu oznacza, że brane są pod uwagę powiązania między elementami wchodzącymi w skład tego układu. Wyróżniamy następujące struktury układów: - układ automatycznego sterowania w systemie otwartym - układ automatycznego sterowania w systemie zamkniętym (układ automatycznej regulacji) -układ automatycznego sterowania w systemie zamkniętootwartym Instytut Automatyki PŁ 5/52

6 Układ automatycznego sterowania w systemie otwartym Układ nazywa się układem automatycznego sterowania w systemie otwartym (krótko układem otwartym), gdyż nie ma sprzężenia zwrotnego między czynnościami wykonywanymi, a czynnością rozkazodawczą. Jako przykład układu sterowania w systemie otwartym można podać prosty układ sterowania poziomu wody w zbiorniku, gdzie nie ma powiązania między czynnościami wykonywanymi przez dalsze elementy z czynnościami wykonywanymi przez elementy początkowe nie ma powiązania wstecznego, a więc nie istnieje oddziaływanie zwrotne. Aby osiągnąć określony przyrost poziomu h należy włączyć pompę na czas t. Stosunek h/ t zależy od wydajności pompy i w podanym układzie może być przyjęty jako stały. Instytut Automatyki PŁ 6/52

7 Instytut Automatyki PŁ 7/52

8 Układ automatycznego sterowania w systemie zamkniętym (układ automatycznej regulacji) Regulacją nazywa się taki sposób sterowania, w którym wykorzystano sprzężenie zwrotne, tzn. oddziaływanie wyjścia obiektu na wejście polegające na tym, że sygnały odpowiedzi danego obiektu mają wpływ na kształtowanie sygnałów sterujących. Przykładem regulacji może być omawiany poprzednio układ służący do napełniania zbiornika cieczą wówczas, gdy wskaźnik poziomu i nadajnik rozkazu (przyciski służące do sterowania stycznikiem) zostaną umieszczone obok siebie. Wówczas człowiek chcąc zmienić poziom cieczy o h nie będzie już musiał odmierzać czasu pracy pompy, lecz będzie bezpośrednio obserwował efekt swojego działania. Podejmowane decyzje wynikają z przeprowadzonego w umyśle porówna-nia wartości rzeczywistej z wartością zadaną. O sposobie sterowania będzie decydował uchyb (błąd) regulacji. Instytut Automatyki PŁ 8/52

9 Jest to układ regulacji ręcznej. Człowiek pełni tu funkcje sumatora (detektora uchybu) oraz regulatora. Jeżeli człowiek zostanie zastąpiony urządzenie technicznym, to mówimy wówczas o układzie regulacji automatycznej. Układy sterowania wykorzystujące sprzężenie zwrotne nazywane są krótko układami zamkniętymi. Instytut Automatyki PŁ 9/52

10 Na powyższym rysunku zaznaczono następujące sygnały: y 0 (t) wartość zadana, y(t) wartość rzeczywista e(t) = y 0 (t) - y(t) uchyb regulacji, u(t) sygnał sterujący obiektem, z(t) zakłócenie. Węzeł sumacyjny (sumujący): Węzeł rozgałęźny (zaczepowy, informacyjny): Instytut Automatyki PŁ 10/52

11 W układach zamkniętych występuje pętla sprzężenia zwrotnego obejmująca tor główny od węzła sumacyjnego do węzła rozgałęźnego i tor sprzężenia zwrotnego od węzła rozgałęźnego do węzła sumacyjnego (oczywiście postępując w kierunku przepływu sygnałów). Sprzężenie zwrotne może być dodatnie lub ujemne. Ze sprzeżeniem zwrotnym mamy do czynienia gdy w procesie skutek oddziałuje na przyczynę, czyli innymi słowy sygnał wyjściowy sterowanego procesu ma wpływ na sygnał wejściowy. W układzie zamkniętym (gdzie obieg informacji odbywa się w pętli zamkniętej) występuje dodatnie sprzężenie zwrotne, jeżeli wzrost któregokolwiek z sygnałów w pętli po przejściu przez wszystkie elementy tworzące pętlę spowoduje dalsze zwiększanie wartości tego sygnału (tzn. gdy skutek wzmacnia przyczynę). W przeciwnym razie mamy do czynienia z ujemnym sprzężeniem zwrotnym. Ujemne sprzężenie zwrotne oznacza taki obieg informacji w pętli, że wzrost któregokolwiek z sygnałów po przejściu przez wszystkie elementy tworzące pętlę pociąga za sobą kompensację tego wzrostu. Instytut Automatyki PŁ 11/52

12 Przykładem układu zamkniętego może być przedstawiony dalej układ automatycznej regulacji temperatury. Zadaniem tego układu regulacji jest utrzymanie wewnątrz pojemnika stałej temperatury ϑ 0 wyższej od temperatury otoczenia ϑ z. Rolę elementu zadającego, czujnika, sumatora i regulatora spełnia termometr stykowy, którego górna elektroda może być odpowiednio przesuwana. Przekaźnik, przerywający obwód zasilania grzejnika wówczas, gdy temperatura wewnątrz pojemnika ϑ przekroczy wartość zadaną ϑ 0, pełni funkcję wzmacniacza mocy i może być uważany za element wyjściowy regulatora. Wielkością regulowaną jest temperatura ϑ wewnątrz pojemnika, sterowaniem napięcie U zasilające grzejnik, a zakłóceniem zmieniająca się temperatura otoczenia ϑ z. Instytut Automatyki PŁ 12/52

13 Instytut Automatyki PŁ 13/52

14 Układ automatycznego sterowania w systemie zamknięto-otwartym Wpływ zakłóceń na obiekt regulacji przejawia się poprzez zmianę wartości wielkości regulowanej. Jeżeli zakłócenia można mierzyć, to możliwe jest zbudowanie odpowiedniego układu kompensacji, który zmieniałby sygnał sterujący obiektem tak, by zniwelować wpływ występującego aktualnie zakłócenia na wielkość regulowaną. Mamy wówczas do czynienia z otwartym układem sterowania o następującym schemacie blokowym: Dodatkowy tor kompensacji zakłócenia nie jest pętlą sprzężenia zwrotnego, gdyż doprowadzany sygnał nie jest funkcją wielkości sterowanej. Instytut Automatyki PŁ 14/52

15 Układy zamknięte z ujemnym sprzężeniem zwrotnym ze swej natury także kompensują skutki działania zakłóceń dzięki właściwościom takiego sprzężenia (co można sprawdzić na poprzednich rysunkach). W wielu przypadkach może być korzystne połączenie obu sposobów sterowania obiektem w celu lepszego wyeliminowania wpływu zakłóceń na wielkość regulowaną. Układem zamknięto-otwartym nazywa się następujący układ w którym występuje jednocześnie regulator likwidujący uchyb regulacji oraz układ kompensacji zakłóceń oddziałujących na obiekt regulacji Instytut Automatyki PŁ 15/52

16 Algorytmy regulatorów cyfrowych y zad (k) + e(k) Dyskretny algorytm regulacji u (k) Układ u (t) Obiekt y (t) wykonawczy regulacji y (k) Układ pomiarowy Regulator cyfrowy k P T T D 1+ p e (k) e (k-1) T u o (k) U max z 1 D kp T p U min u (k) T p kp T I + + S (k) + S (k-1) z Instytut Automatyki PŁ 16/52

17 Podział ze względu na posiadane informacje o procesie Układy sterowania ze względu na posiadaną informację początkową o procesie (obiekcie sterowania) można podzielić na: - układy sterowania o pełnej informacji o procesie zwykłe: stabilizacji, nadążne (śledzące), sterowania programowego optymalne - układy sterowania o niepełnej informacji o procesie adaptacyjne sterowania rozmytego (fuzzy control) sterowania opartego na sieciach neuronowych Początkową informacja o procesie stanowi zespół danych jakie uzyskano o tym procesie przed uruchomieniem układu automatycznego sterowania. Dane te są uzyskiwane w wyniku postępowania nazywanego identyfikacją obiektu. Dla konkretnego układu nie wystarczy znać postać równań, trzeba znać również wartości współczynników występujących w tych równaniach. Instytut Automatyki PŁ 17/52

18 Układy stabilizacji Podstawowe, najprostsze i najczęściej stosowane układy automatyczne. Zadaniem ich jest utrzymywanie wielkości regulowanej na określonym, możliwie stałym poziomie w obecności zakłóceń działających na proces sterowany. Przykład: Homeostaza (gr. homoíos - podobny, równy; stásis - trwanie) zdolność utrzymywania stałości parametrów wewnętrznych w systemie (zamkniętym lub otwartym). Pojęcie to zwykle odnosi się do samoregulacji procesów biologicznych. Zasadniczo sprowadza się to do utrzymania stanu stacjonarnego płynów wewnątrz- i (w organizmach wielokomórkowych) zewnątrzkomórkowych. Instytut Automatyki PŁ 18/52

19 Układy nadążne (śledzące) Zadaniem ich jest odtworzenie możliwie wierne przez wielkość wyjściową danego obiektu wszelkich zmian wartości zadanej, która w takim układzie zmieniać się ma według pewnej funkcji kierującej n(t), której przebieg znamy jest jedynie do chwili bieżącej, czyli y 0 (t)=n(t)). Przebieg funkcji n(t) w przyszłości pozostaje nieznany, a więc układ regulacji musi być przygotowany na dość nieoczekiwane zmiany wartości zadanej. Przykład: Serwomechanizm Instytut Automatyki PŁ 19/52

20 Układy sterowania programowego Zadaniem ich jest również odtworzenie możliwe wierne przez wielkość wyjściową danego obiektu zmian wartości zadanej lecz w sytuacji gdy zmiany te są z góry znane w całym czasie działania urządzenia. Inaczej wartość zadana zmienia się według pewnej całkowicie znanej funkcji p(t) (czyli w każdej chwili). Funkcja p(t) jest generowana przez urządzenie zwane programatorem. Przykład: Sterowanie programowe obrabiarek Układy automatycznej stabilizacji i sterownia programowego mogą pracować jako otwarte lub zamknięte. Układy nadążne ze względu na stawiane im bardzo wysokie wymagania związane z dokładnością w stanach dynamicznych są zawsze układami zamkniętymi. Instytut Automatyki PŁ 20/52

21 Układy optymalne Przy narzuconych ograniczeniach sygnał sterujący procesem musi być zmieniamy tak, aby uzyskane wartości wybranych wskaźników były najlepsze w danych warunkach. Jako wskaźniki jakości regulacji mogą być przyjmowane: czas regulacji (układ czaso-optymalny zapewnia minimum czasu trwania sterowania), wydatek paliwa (układ optymalny ze względu na minimum wydatku pozwoli osiągnąć cel i zaoszczędzić paliwo), zasięg (układ optymalny ze względu na zasięg umożliwi przybycie najdłuższej drogi przy tym samym zapasie paliwa). Historia Johann Bernoulli wspomina jako pierwszy o zasadzie optymalności w związku z problemem brachistochrony Richard E. Bellman rozwijał teorię programowania dynamicznego Lew S. Pontriagin opracował swoją zasadę maksimum, w oparciu o rachunek wariacyjny rozwinięty przez Leonhard a Euler a. Instytut Automatyki PŁ 21/52

22 Układy adaptacyjne Układ adaptacyjny pracuje podobnie jak człowiek. Musi mieć następujące zdolności: rozpoznawanie, zapamiętywanie, wyciąganie wniosków, wyboru decyzji, realizacji wybranej decyzji. Układy adaptacyjne stosujemy wówczas, gdy nie mamy w pełni rozpoznanego procesu. Istnieją dwie drogi opanowywania nieznanych procesów: użycie regulatora adaptacyjnego identyfikacja danego procesu i użycie znacznych prostszych układów o pełnej informacji początkowej. Instytut Automatyki PŁ 22/52

23 Jednym z przykładów układów adaptacyjnych są układy ekstremalne. Stosujemy je, gdy charakterystyka obiektu w stanie ustalonym posiada ekstremum, przy czym zależnie od warunków pracy położenie tego ekstremum ulega zmianie. Instytut Automatyki PŁ 23/52

24 Niech np. sygnał y(t) oznacza straty energii w jakimś urządzeniu. Jeżeli to urządzenie może wypełniać postawione przed nim zadanie przy różnych wartościach sygnału u(t), to warto wartość tego sygnału dobierać przy wolno zmieniającym się sygnale z(t) tak, by straty energii były zawsze minimalne: Instytut Automatyki PŁ 24/52

25 Układ sterujący sprawdza co pewien czas czy aktualna wartość sygnału y(t) odpowiada ekstremum. W tym celu wykonuje kroki próbne powodując, że regulator nieznacznie zmniejsza lub zwiększa sygnał sterujący u(t). Jeżeli zmiana wartości sygnału y(t) jest duża, układ wykonuje krok roboczy we właściwym kierunku. Możliwych jest wiele różnych algorytmów szybkiego poszukiwania ekstremum. Najlepsze, ale zarazem najbardziej skomplikowane, są układy ekstremalne o zmiennym kroku działania. Cechami charakterystycznymi układów ekstremalnych jest to, że nie ma w nich sumatora (gdyż nie ma wartości zadanej) oraz, że znajdują się one w ciągłym ruchu, nawet gdy zakłócenie z=const. Stała wartość sygnału y nie oznacza, że położenie ekstremum nie uległo zmianie. Aby układ był w stanie znaleźć się w położeniu odpowiadającym nowemu ekstremum musi nieustannie wykonywać przynajmniej niewielkie kroki próbne. Układy ekstremalne działają wolno, a więc najczęściej przeznaczone są do regulacji procesów wolnozmiennych. Instytut Automatyki PŁ 25/52

26 Układy sterowania rozmytego (fuzzy control) Ten typ układów automatycznego sterowania oparty jest na logice rozmytej (fuzzy logic) i dotyczy regulatorów dyskretnych, tj. działających w pewnych odstępach czasu. Metoda sterowania rozmytego polega na tym, że zamiast ostrych wartości sygnałów wykorzystuje się ich zapis rozmyty. Dzięki logice rozmytej, w tablicy zawierającej reguły wnioskowania rozmytego można zawrzeć wiedzę empiryczną o sterowaniu danego procesu zebraną przez operatorów obsługujących proces na podstawie praktycznych doświadczeń związanych z jego ręczną obsługą i bez odwoływania się do matematycznego opisu obiektu uruchomić prawidłowo działający układ sterowania automatycznego. Instytut Automatyki PŁ 26/52

27 Inference mechanism maszyna wnioskująca (generator wywodu) Fuzzification rozmywanie (fuzyfikacja) Defuzzification wyostrzanie (defuzyfikacja) Rule base baza wiedzy Instytut Automatyki PŁ 27/52

28 Układy sterowania oparte na sieciach neuronowych Sztuczna sieć neuronowa jest zbudowana z pojedynczych neuronów, z których każdy może mieć kilka wejść i jedno wyjście oraz określoną funkcję aktywacji zmieniającą wartość wyjścia neuronu w zależności od stanu tych wejść. euron McCullocha-Pitsa euron komórka nerwowa Układ elektroniczny odwzorowujący neuron Typowe funkcje aktywacji: skoku jednostkowego - tzw. funkcja progowa liniowa nieliniowa Instytut Automatyki PŁ 28/52

29 Wielowarstwowa sztuczna sieć neuronowa W sztucznej sieci neuronowej może być kilka warstw sztucznych neuronów neuronów. Aby sieć neuronowa nadawała się do rozpoznawania nowych sytuacji, musi zostać najpierw nauczona odpowiedniego zachowania się. Uczenie sieci dokonywane jest z wykorzystaniem symulacji komputerowych. Wykorzystanie sieci neuronowych w charakterze regulatorów sterujących procesami dynamicznymi polega na takim doborze współczynników wag jej neuronów, by działanie całego układu było jak najbardziej zbliżone do sytuacji przyjętych jako wzorcowe. Regulator neuronowy pozwala skutecznie sterować obiektami o nieznanych parametrach lub nieliniowych charakterystykach. Instytut Automatyki PŁ 29/52

30 Fragment stanowiska do badań porównawczych układów sterowania falownikowych napędów trakcyjnych z silnikami indukcyjnymi (asynchronicznymi) oraz silnikami z magnesami trwałymi (synchronicznymi) Instytut Automatyki PŁ 30/52

31 Tramwaj Tatra RT6 1, po gruntownej modernizacji, wyposażony m.in. w nowy asynchroniczny napęd trakcyjny (4 silniki STDa280-4 produkcji Emit-Żychlin, o mocy 104 kw każdy) zasilane z falowników o obniżonej częstotliwości pracy i mieszanym zamkniętootwartym wektorowym układem sterowania, prądowo-zorientowanym. Poznań, październik 2011 Instytut Automatyki PŁ 31/52

32 Sterowanie procesem przemysłowym Urządzenia wykonawcze Proces przemysłowy Czujniki i przetworniki pomiarowe Elementy nastawcze Wskaźniki Człowiek Instytut Automatyki PŁ 32/52

33 Definicja systemu automatyki A System automatyki B Proces przemysłowy Człowiek Zestaw środków technicznych umożliwiających człowiekowi sterowanie procesem przemysłowego i sprawowanie nadzoru nad jego przebiegiem Instytut Automatyki PŁ 33/52

34 System automatyki obejmuje: urządzenia do przetwarzania informacji: komputery przemysłowe sterowniki programowalne regulatory jedno- i wielokanałowe panele i stacje operatorskie urządzenia peryferyjne: czujniki i przetworniki pomiarowe urządzenia wykonawcze wskaźniki i elementy nastawcze okablowanie i magistrale komunikacyjne wyposażone w układy wejść i wyjść procesowych Instytut Automatyki PŁ 34/52

35 A. Interfejs pomiędzy człowiekiem a systemem automatyki musi być dostosowany do możliwości percepcyjnych człowieka Obejmuje urządzenia HMI (human-machine interfece) instalowane w miejscach przebywania ludzi: wskaźniki elementy nastawcze panele i stacje operatorskie komputery z oprogramowaniem SCADA (supervisory control and data aquisition) Instytut Automatyki PŁ 35/52

36 B. Interfejs pomiędzy systemem automatyki a procesem musi być dostosowany do wymagań wynikających z charakteru procesu Obejmuje urządzenia instalowane w bezpośrednim sąsiedztwie procesu: czujniki i przetworniki pomiarowe urządzenia wykonawcze regulatory jedno i wielokanałowe sterowniki programowalne komputery przemysłowe z oprogramowaniem dostosowanym do pracy w czasie rzeczywistym Instytut Automatyki PŁ 36/52

37 Zadania systemu automatyki zbieranie informacji o zmiennych procesowych przetwarzanie matematyczne zmiennych procesowych i wypracowywanie decyzji obserwowanie i dokumentowanie przebiegu procesu realizowanie łączności między ludźmi (operatorami procesu) a procesem sterowanie procesem poprzez wdrażanie decyzji własnych lub podjętych przez operatorów autodiagnostyka Instytut Automatyki PŁ 37/52

38 Warstwowa struktura funkcjonalna systemu automatyki Warstwa zarządzania Warstwa zarządzania operatywnego Warstwa sterowania i regulacji nadrzędnej Warstwa sterowania i regulacji bezpośredniej Warstwa urządzeń wykonawczych oraz czujników i przetworników pomiarowych Instytut Automatyki PŁ 38/52

39 Warstwa zarządzania Warstwa regulacji nadrzędnej Warstwa zarządzania operatywnego Warstwa sterowania nadrzędnego Warstwa sterowania grup urządzeń System wizualizacji nadzoru i dokumentacji przebiegu procesu Warstwa regulacji bezpośredniej Warstwa sterowania napędów Warstwa sterowania bezpośredniego Urządzenia wykonawcze ciągłe System sterowania zmiennych procesowych ciągłych System sterowania zmiennych procesowych binarnych Urządzenia wykonawcze dwupołożeniowe Poziom obiektowy Proces przemysłowy System pomiaru i przetwarzania zmiennych procesowych Instytut Automatyki PŁ 39/52

40 Podstawowe sposoby sterowania - sterowanie w układzie otwartym (regulacja ręczna) Zadanie sterowania Układ sterowania Obiekt sterowania Człowiek - sterowanie w układzie zamkniętym (regulacja automatyczna) Zadanie sterowania Regulator Obiekt regulacji Człowiek Instytut Automatyki PŁ 40/52

41 Typowe zadania realizowane w zamkniętych układach regulacji - regulacja stałowartościowa (stabilizacja) - regulacja programowa - regulacja nadążna - regulacja ekstremalna Instytut Automatyki PŁ 41/52

42 Specjalne zadania sterowania realizowane w układach otwartych lub zamkniętych - sterowanie adaptacyjne - sterowanie optymalne Instytut Automatyki PŁ 42/52

43 Rodzaje sterowania logicznego - sterowanie kombinacyjne - sterowanie sekwencyjne Instytut Automatyki PŁ 43/52

44 Zakłócenia w pracy systemu automatyki zmiany fizycznych zmiennych procesowych zmiany parametrów aparatury w wyniku starzenia się gwałtowne zmiany struktury procesu w wyniku awarii urządzeń zmiany zadań produkcyjnych wynikających ze zmiany wielkości lub rodzaju produkcji zmiany właściwości i podaży surowców zmiany popytu na produkty zmiany parametrów ekonomicznych (ceny produktów, koszty surowców i energii Instytut Automatyki PŁ 44/52

45 Sterowanie pośrednie (off-line) w komputerowym systemie automatyki Urządzenia wykonawcze Proces przemysłowy Czujniki i przetworniki pomiarowe Elementy nastawcze Wejścia procesowe CRPD centralna rejestracja i przetwarzanie danych Komputer Człowiek Instytut Automatyki PŁ 45/52

46 Sterowanie pośrednie (off-line) w komputerowym systemie automatyki Urządzenia wykonawcze Proces przemysłowy Czujniki i przetworniki pomiarowe Wyjścia procesowe Komputer Wejścia procesowe Człowiek Instytut Automatyki PŁ 46/52

47 Sterowanie bezpośrednie (on-line) w komputerowym systemie automatyki Urządzenia wykonawcze Proces przemysłowy Czujniki i przetworniki pomiarowe Wyjścia procesowe Komputer Wejścia procesowe Człowiek Instytut Automatyki PŁ Instytut Automatyki PŁ 47/52

48 Użycie komputera do regulacji on-line - bezpośrednia regulacja cyfrowa Urządzenia wykonawcze Proces przemysłowy Czujniki i przetworniki pomiarowe Wyjścia procesowe Wejścia procesowe Człowiek Komputer DDC direct digital control Instytut Automatyki PŁ 48/52

49 Użycie komputera do regulacji on-line - nadrzędna regulacja cyfrowa Urządzenia wykonawcze Proces przemysłowy Czujniki i przetworniki pomiarowe Wyjścia procesowe Regulator Wejścia procesowe Człowiek Komputer SPC set point control Instytut Automatyki PŁ 49/52

50 Warstwa wizualizacji i sterowania nadrzędnego Magistrala łącząca komputery warstwy nadrzędnej Warstwa sterowania i regulacji bezpośredniej Magistrala łącząca komputery warstwy bezpośredniej Czujniki i przetworniki pomiarowe Urządzenia wykonawcze Magistrala łącząca czujniki i urządzenia wykonawcze dwupołożeniowe Wybrany fragment procesu technologicznego Instytut Automatyki PŁ 50/52

51 Czynniki wpływające na rozpowszechnienie rozproszonych systemów automatyki opartych na sprzęcie i oprogramowaniu HMI (Human-Machine Interface) - mniejszy koszt systemu (sprzęt + oprogramowanie) - większa niezawodność - większa elastyczność (możliwość budowy etapami) - łatwiejsze projektowanie i uruchamianie - lepsze dopasowanie do stawianych zadań - łatwiejsze przygotowanie oprogramowania - uproszczenie okablowania - łatwiejsze zróżnicowanie dostępu dla obsługi Instytut Automatyki PŁ 51/52

52 Funkcje oprogramowania SCADA (Supervisory Control and Data Aquisition): komunikacja ze sterownikami, regulatorami mikroprocesorowymi, koncentratorami danych przetwarzanie zmiennych procesowych (obliczenia zmiennych niemierzalnych, bilansów, wskaźników statystycznych i syntetycznych oddziaływanie na proces, np. sterowanie ręczne z konsoli operatorskiej, zmiana wartości zadanych i parametrów algorytmów regulacji, czasem także sterowanie bezpośrednie w układzie zamkniętym (regulacja) i otwartym (sterowanie binarne, procedury awaryjne) kontrola procesu - sygnalizacja alarmów i raportowanie archiwizacja danych wizualizacja graficzna przebiegu procesu na schematach synoptycznych i wykresach wymiana danych z innymi systemami oraz bazami danych funkcje inżynierskie pozwalające na dokonywanie zmian w bieżącej konfiguracji systemu (modyfikacje obrazów i algorytmów) kontrola dostępu do systemu poprzez hierarchię uprawnień Instytut Automatyki PŁ 52/52