Sterowniki Programowalne (SP) Automatyka i Robotyka Wydział Elektrotechniki i Automatyki Politechnika Gdańska

Transkrypt

1 Sterowniki Programowalne (SP) Automatyka i Robotyka Wydział Elektrotechniki i Automatyki Politechnika Gdańska Wykład organizacyjny Semestr V, AiR rok akademicki 2014/2015

2 Informacje formalne SP to przedmiot obowiązkowy dla studentów III roku studiów Igo stopnia (V. semestr) Kierunek Automatyka i Robotyka Specjalności: Automatyka i Systemy Sterowania Robotyka i Systemy Mechatroniki Wymiar zajęć: Wykład - 2 godziny/tydzień Ćwiczenia - 1 godzina/tydzień 2 Laboratorium - 1 godzina/tydzień Kod przedmiotu: Sposób zaliczenia: Zaliczenie Liczba punktów ECTS: 4

3 Prowadzący Odpowiedzialny za przedmiot dr inż. Jarosław Tarnawski s.4, tel Współprowadzący dr inż. Tomasz Rutkowski s.4, tel mgr inż. Bartosz Puchalski s.11 mgr inż. Tomasz Karla s.11 3

4 Treści programowe Struktury sterowania i miejsce SP w tej strukturach. Zagadnienia sterowania bezpośredniego i wymagania stawiane urządzeniom pracującym w tej warstwie. Rys historyczny powstania SP zastępujących układy sterowania stycznikowo-przekaźnikowe. Główne cechy i wymagania stawiane SP: niezawodność, elastyczność, łatwość i możliwości programowania, skalowalność, możliwości komunikacyjne. Podstawowi producenci SP i podstawowe rodziny SP dostępne na rynku. Normy IEC-1131 i EN Elementy funkcjonalne SP. Podział SP ze względu na potencjalne zastosowania, budowę, możliwości. Zasada działania SP. Cykl pracy. SP jako urządzenia spełniające postulat czasu rzeczywistego. 4

5 Treści programowe cd. Zagadnienia doboru SP do zadania automatyzacji procesu technologicznego. Określanie funkcjonalności SP modułowych przez: dobór jednostki centralnej, modułów we/wy, modułów komunikacyjnych oraz modułów specjalizowanych. Metody programowania SP, języki: drabinkowy, lista instrukcji, sekwencyjne schematy funkcyjne, schematy bloków funkcyjnych, tekst strukturalny. Celowość i metody mieszania poszczególnych sposobów programowania. Dostępne typy danych, funkcji i operacji na danych w SP. Ograniczenia obliczeniowe i programistyczne. Algorytmy sterowania i regulacji w SP. Algorytmy wbudowane, metody realizacji programowej prostych sposobów sterowania i regulacji. Metody implementacji wybranych algorytmów sterowania dyskretnego. Wprowadzenie do metod implementacji w SP rekursywnych metod estymacji, filtracji. Demonstracja implementacji regulatorów adaptacyjnych, rozmytych, predykcyjnych oraz modułów specjalizowanych. 5

6 Treści programowe cd. Zagadnienia komunikacyjne w SP: wymiana danych pomiędzy sterownikami, wymiana danych z innymi elementami struktury sterowania. Wybrane standardy komunikacyjne w SP. Realizacja sterowania zdecentralizowanego oraz rozproszonego w oparciu o sieć SP. Ograniczenia w stosowalności SP. Komputery przemysłowe jako rozwinięcie idei SP pozbawione ograniczeń i jednocześnie części zalet SP. Zagadnienia logicznego i fizycznego włączania SP w układy sterowania: podłączanie urządzeń pomiarowych oraz wykonawczych różnego typu. Współpraca SP z systemami sterowania nadzorczego, systemami akwizycji danych SCADA oraz bazami danych z wykorzystaniem dedykowanych serwerów komunikacyjnych i uniwersalnego sposobu wymiany danych OPC. 6

7 Rozkład zajęć Wykład Wtorek, , E41 Ćwiczenia Laboratoria (grupy 14osób) Laboratoria i ćwiczenia rozpoczynają się w drugim tygodniu semestru 7

8 Efekty kształcenia umiejętności i kompetencje Rozumienie zadań, funkcji i umiejscowienia SP w systemie sterowania. Umiejętność doboru właściwego SP do realizowanego zadania automatyzacji. Znajomość metod programowania SP. Praktyczna umiejętność programowania w języku drabinkowym i w języku tekst strukturalny. Umiejętność implementacji w SP podstawowych algorytmów sterowania (dwustanowe, trójstanowe, PID, sterowanie regułowe). Rozumienie zasad implementacji bardziej złożonych algorytmów sterowania. Umiejętność realizacji sterowania rozproszonego z wykorzystaniem technik sieciowych w SP. Umiejętność zaprojektowania i wykonania współpracy SP z systemem SCADA z zastosowaniem serwerów komunikacyjnych dedykowanych i zunifikowanych OPC. Wykorzystanie SP do pracy w pętli (ang. Hardware-in-the-loop) obejmujące podłączenie fizycznego obiektu lub systemu czasu rzeczywistego operującego na sygnałach fizycznych. 8

9 Zaliczenie przedmiotu cd. Zajęcia są obowiązkowe obecność na zajęciach (ćwiczenia i laboratoria) jest podstawowym kryterium zaliczenia przedmiotu. Nieobecności należy odrobić w zakresie i terminie uzgodnionym z prowadzącymi. Każde zajęcia laboratoryjne są ocenianie pod kątem zaliczenia i przyswojenia niezbędnej dawki wiedzy Przed wybranymi zajęciami laboratoryjnymi odbędą się wejściówki. 9

10 Zaliczenie przedmiotu cd. Zaliczenie laboratorium oznacza odbycie z pozytywną oceną prowadzącego każdego laboratorium oraz realizacja pakietu umiejętności praktycznych Konfiguracja sterownika Wprowadzanie programu sterującego Zmiana trybu pracy SP i diagnostyka pracy SP Podgląd i modyfikacja pamięci sterownika Zmiana reprezentacji danych w SP Wymiana danych SP z innymi elementami systemu Opracowanie programu sterującego wykorzystującego dwa języki programowania oraz procedury Czytelność programu: etykiety zmiennych, opisy, strukturalizacja programu 10

11 Warunki zaliczenia cd. Warunki konieczne uzyskania zaliczenia Obecność Zaliczenie wszystkich laboratoriów (w tym pakietu umiejętności praktycznych) Uzyskanie ponad co najmniej 50% punktów z kolokwium wykładzie i co najmniej 50% ze sprawdzianów na ćwiczeniach Zadania do samodzielnego rozwiązania jako opcja po uzyskaniu zaliczenia do max. 10pkt. (tylko dla osób powyżej 50%) Łączna liczba punktów = 50pkt. (kolokwium końcowe) + 50pkt. (sprawdziany) 11

12 Ocena z przedmiotu SP Liczba punktów Ocena powyżej 95 5, , , Prowadzący zastrzegają sobie możliwość podniesienia oceny w uzasadnionych przypadkach 12

13 Indywidualny tok zaliczenia Przeznaczony wyłącznie dla Studentów posiadających rozległą wiedzę i doświadczenie w temacie SP Wymaga kontaktu na początku semestru z Prowadzącymi Wymaga poświadczenia umiejętności praktycznych i wiedzy w zakresie treści programowych przedmiotu 13

14 Literatura 1. Legierski T., Kasprzyk J., Wyrwał J., Hajda J.: Programowanie sterowników PLC, Wydawnictwo Pracowni Komputerowej Jacka Skalmierskiego, Gliwice, Kwaśniewski J.: Programowalne sterowniki przemysłowe w systemach sterowania, ZP Roma-Pol, Pasierbński J., Legierski T.: Programowanie sterowników PLC, Wydawnictwo Pracowni Komputerowej Jacka Skalmierskiego, Kasprzyk J.: Programowanie sterowników przemysłowych, WNT 5. Tatjewski P.: Sterowanie zaawansowane obiektów przemysłowych, Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT,

15 Strona internetowa przedmiotu SP wykłady, informacje organizacyjne, wyniki kolokwiów i egzaminów, materiały pomocnicze, 15

16 Sprawy do ustalenia Podział na grupy ćwiczeniowe Podział na grupy laboratoryjne Pytania 16

17 Harmonogram wykładów Wykład T1 Temat Prowadzący Termin Godziny rektorskie uczelniana inauguracja roku akadmickiego 17 T2 T3 T4 Wykład organizacyjny - PLC, PAC, DCS -definicje, podział, historia, rynek, miejsce w systemie automatyki Sterowniki programowalne GE Fanuc serii Zasady działania systemu (część I) Sterowniki programowalne GE Fanuc serii Zasady działania systemu (część II) T5 Norma IEC TR Interfejs użytkownika UI, interfejsy człowiek-maszyna (MMI, HMI),systemy T6 SCADA JT T7 Język programowania Lista instrukcji (IL) JT T8 Język programowania Structured Text (ST) JT T9 Regulator PID w sterownikach programowalnych JT/BP Proces tworzenia oprogramowania dla sterownika programowalnego - grafy T10 SFC TR T11 Język programowania FBD TR T12 Język C dla sterowników programowalnych BP T13 Możliwości komunikacyjne PLC, moduły I/O ch-ka, układy zasilania JT/TR T14 Kolokwium końcowe T15 Metody implementacji zaawansowanych algorytmów w PLC JT JT JT JT

18 Ćwiczenia Temat Prowadząc y T2 Sterowanie dyskretne na przykładzie termometru TR T3 Styczniki i przekaźniki elektromechaniczne TR LD - Styki przekaźniki, sterowanie światłami w sygnalizatorach na T4 skrzyżowaniu JT T5 LD - Timery, liczniki zadanie zegar z buzikiem JT Sterowanie dwustanowe (model w InTouch) sterowanie w LD do T6 domu BP T7 IL JT T8 T9 Sprawdzian Zasady implementacji w PLC algorytmów danych przez r-nia różnicowe T10 ST JT T11 FBD TR JT 18 T12 SFC TR T13 Sprawdzian T14 PID w PLC BP Implementacja algorytmu estymacji i sterowania adaptacyjnego w T15 PLC JT

19 Laboratoria Temat Prowadzący T2/T3 Konfiguracja PLC BP/JT T4/T5 LD - operacje dyskretne wykorzystanie styków i przekaźników TR T6/T7 LD - Liczniki, timery JT T8/T9 PLC + SCADA JT IL, FBD, ST - realizacja regulatora dwustanowego w róznych językach T10/T11 programowania BP T12/T13 PID w PLC - Hardware in the loop BP T14/T15 Estymacja parametrów modelu w PLC JT 19