STEROWNIKI i REGULATORY (ES1A520 302)

STEROWNIKI i REGULATORY (ES1A520 302) Kierunek: Elektrotechnika (APiTM), sem. V Szczegółowy program wykładu 30 godz. 1. Systemy sterowania w przemyśle. Podstawowe składniki sprzętowe systemu automatyki. Klasyfikacja regulatorów i sterowników programowalnych 2. Urządzenia wejściowe i wyjściowe do sterowników PLC. Budowa toru pomiarowego, kondycjonowanie sygnałów. Przetworniki pomiarowe. 3. Architektura i dobór sterowników PLC. Struktura sprzętowa sterownika. Moduły wejściowe i wyjściowe sterownika, Moduły specjalizowane. 2. godz. 4. Standaryzacja metod programowania sterowników PLC norma PN-IEC 61131. Oznaczenie punktów automatyki. Typy danych i deklaracje zmiennych 5. Elementy oprogramowania sterowników. Instrukcje podstawowe, funkcje logiczne, układy czasowe i liczenia, znaczniki. 6. Adaptacja sterownika PLC do obiektu sterowania. Synteza algorytmu procesu i sterowania metodą GRAFCET. 7. Typy języków programowania sterowników PLC (zdefiniowane w IEC- 61131) - standard dokumentacji SFC; języki graficzne (LD, FBD); języki tekstowe (ST, IL). Przykładowe zastosowania w zadaniach sterowania procesem przemysłowym 8. Zwiększenie niezawodności systemów sterowania: bezpieczeństwo systemu; redundancja sprzętowa i programowa. Programowanie czasowo optymalne. 9. Architektura wielofunkcyjnego regulatora mikroprocesorowego. Charakterystyka CPU i pamięci, modułów wejść i wyjść, modułu komunikacji i innych (sterownik panelu, WD, T/C, zasilanie). 10. Podstawowe funkcje regulatora wielofunkcyjnego (PSW-8). Konfiguracja i parametryzacja regulatora wielofunkcyjnego. Pozycjonowanie i ustawianie parametrów. Analiza konfiguracji. 11. Układy regulacji PID. Regulacja stałowartościowa i nadążna. Kompensacja zakłóceń. Regulacja stosunku. Bezpośrednie sterowanie cyfrowe (DDC) i sterowanie punktem pracy (SPC) 12. Transmisja danych do sterownika PLC. Sieci przemysłowe typu Profibus i Profinet. 6 godz. 13. Systemy SCADA: sterowanie nadrzędne; wizualizacja procesów. 1

Literatura: 1. Kamiński K.: Podstawy sterowania z PLC, GRYF 2009. 2. Kręglewska U., Ławryńczuk M., Marusak P.: Control Laboratory exercises, Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa 2007. 3. Kwaśniewski J.: Sterowniki PLC w praktyce inżynierskiej, Wydawnictwo BTC, Legionowo 2008 4. Kwaśniewski J.: Programowalne sterowniki w systemach sterowania, Kraków 1999. 5. Łukasik Z., Seta Z.: Programowalne sterowniki PLC w systemach sterowania przemysłowego, PR, Radom 2000. 6. Mikulczyński T., Samsonowicz Z.: Automatyzacja dyskretnych procesów produkcyjnych, WNT, Warszawa 1997. 7. Trybus L.: Regulatory wielofunkcyjne, WNT, Warszawa 1992. 8. Solnik W., Zajda Z.: Komputerowe sieci przemysłowe Profibus DP i MPI, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2007. 9. Wróbel Z., Sapota G.: Sterowniki programowalne: laboratorium, Uniwersytet Śląski, Katowice 2003. 10. Norma IEC 61131 Sterowniki programowalne. 11. Materiały organizacji PNO Polska - www.profibus.org.pl Prowadzący dr inż. Wojciech Trzasko Kierownik Zespołu Dydaktycznego dr inż. Lech Grodzki 2

Piramidalna struktura sterowania i zarządzania procesem produkcyjnym: Automatyzacja procesów technologicznych: Sterowanie automatyczne: celowe postępowanie, które na podstawie mierzonych sygnałów i zbioru reguł sterowania (algorytmu) wypracowuje sygnał wyjściowy, Zabezpieczenia i blokady, Sygnalizację stanów normalnej i awaryjnej pracy, Pomiar wielkości fizycznych charakteryzujących dany proces, Przekazywanie wyników na odległość (transmisja danych) Przetwarzanie wyników na inną dogodną postać

W_1 Systemy sterowania w przemyśle. Podstawowe składniki sprzętowe systemu automatyki. Sygnał dowolna wielkość fizyczna niosąca informację: elektryczny hydrauliczny pneumatyczny Elementy automatyki: pomiarowe (czujniki, przetworniki, termostaty, itp.) zadające (nastawniki, panele sterujące, klawiatury, panele operatorskie) regulatory (autonomiczne lub zrealizowane komputerowo) wykonawcze (siłowniki, silniki, styczniki, grzałki, pompy, itp.) System automatyki nazywamy zbiór elementów fizycznych powiązanych ze sobą w określony sposób, stanowiący całość o określonym przeznaczeniu i scharakteryzowany pewną liczbą wielkości zwanych zmiennymi stanu: systemu sterowania - obiekt sterowania systemu sterującego - zestaw urządzeń technicznych (elementów automatyki) umożliwiających zautomatyzowanie danego procesu. System sterowania System sterujący 4

W_1 Systemy sterowania w przemyśle. Podstawowe składniki sprzętowe systemu automatyki. Proces technologiczny (etap procesu produkcyjnego/przemysłowego) podstawa współczesnych systemów wytwarzania; jest określony przez schemat funkcjonalny oraz opis słowny jego przebiegu (algorytm sterowania procesem). Podział ze względu na charakter zmiennych wejściowych i wyjściowych procesu ciągłe - sygnały z zakresu 0-10V DC nieciągłe (dyskretne) 4-20mA DC dwu-stawne (binarne: stan1 (14-26V) on dwuwartościowe wielostawne mieszane 0 (0-5V) off na typy realizowanych procedur sekwencyjne operacje wykonywane w ściśle określonej kolejności czasowe operacje realizowane z zachowaniem czasu ich wykonania współbieżne (równoległe, wielozadaniowe) jednocześnie realizowane procedury sekwencyjne, czasowe, sekwencyjno-czasowe mieszane 5

W_1 Systemy sterowania w przemyśle. Podstawowe składniki sprzętowe systemu automatyki. w zależności od spełnianej funkcji technologicznej programowe sygnał zadający jest ustalony według przygotowanego programu stałowartościowe - parametr technologiczny jest utrzymywany w granicach dopuszczalnego uchybu nadążne sygnał wyjściowy przebiega analogicznie jak wartość sygnału wejściowego. Rodzaje sterowania automatycznego w zależności od lokalizacji urządzeń: sterującego i sterowanego lokalne bezpośrednio na obiekcie zintegrowane (zcentralizowane) z jednego miejsca wiele obiektów zdalne na odległość rozproszone (wielokomputerowe) Moduł wejść Moduł CPU mikrokomputer Moduł wyjść Programator Interfejs operatora Schemat funkcjonalny regulatora lub sterownika programowalnego 6

Rys historyczny: W_1 Systemy sterowania w przemyśle. Podstawowe składniki sprzętowe systemu automatyki. 1. PLC (Programmable Logical Controller) 1968 General Motors cele: łatwość programowania i utrzymania w ruchu produkcyjnym (szybka wymiana modułów), niezawodność, porównywalne koszty; przemysł samochodowy 1976 sterowniki z kasetami sterowania zdalnego (do kilkuset metrów od jednostki centralnej) 1977 Allen-Bradley mikroprocesor 8080 z koprocesorem do operacji bitowych lata osiemdziesiąte małe sterowniki o sporych możliwościach, niskie ceny lata dziewięćdziesiąte koncepcja rodzin sterowników (mikro kilka przekaźników, małe - 50-150, średnie - 150-500, duże - 500-3000, systemy modułowe, rozbudowany interfejs komunikacyjny, moduły inteligentne z własnym procesorem 1993 norma IEC 1131 informacje ogólne, standaryzuje sprzęt i wymagania testowe, wprowadza języki programowania 2000 - sterowniki programowalne zintegrowane z panelem operatorskim OPLC (graphic operator panel & programmable logic controller) 2002 koncepcja PC Control komputery przemysłowe z oprogramowaniem czasu rzeczywistego 7

W_1 Systemy sterowania w przemyśle. Podstawowe składniki sprzętowe systemu automatyki. 2. Regulatory wielofunkcyjne 1975 Honeywell BC (basic controller) systemu TDC 2000 8 układów PID (kanałów automatyki), system kasetowy, 1978 Powell P-200 Micon, system aparatowy, dynamiczna rezerwacja pamięci 1981- Leeds-Northrup regulator z samonastrajaniem i adaptacją lata osiemdziesiąte mikrokomputery jednoukładowe 8051 Siemens, Foxboro lata dziewięćdziesiąte miniaturyzacja (technologia CMOS), regulatory wielofunkcyjne, wskaźniki LCD przebiegi wielkości regulowanej. 8

Klasyfikacja: W_1 Systemy sterowania w przemyśle. Podstawowe składniki sprzętowe systemu automatyki. (zależnie od funkcji realizowanych przez program oraz rodzaju wejść i wyjść): regulatory PID 1-2 kanały automatyki, we/wy analogowe, kilka we/wy binarnych pomocniczych, regulacja krokowa i dwupołożeniowa, cykl 0.05...0.2s, panel operatorski, współpraca w układach SCADA przetworniki inteligentne przeliczają sygnał pomiarowy na prąd 0/4...20mA, współpraca w układach SCADA, jednoobwodowe układy PID sterowniki logiczne PLC realizują dwustanowe sterowanie logiczne i sekwencyjne, od kilku (typu Compact) do kilku tysięcy sygnałów (modułowe), programowane z komputerów przenośnych lub ręcznych programatorów, 1000 instrukcji 2...10ms, współpraca w układach SCADA regulatory wielofunkcyjne aparatowe, pracują jednocześnie jako regulatory PID i sterowniki logiczne, kilka wejść i wyjść analogowych i binarnych, współpraca w układach SCADA modułowe regulatory kasetowe- oparte na komputerach przemysłowych PC i modułach inteligentnych (redundancja, system Hotswap), do obsługi rozbudowanych systemów i instalacji technologicznych np. produkty grupy KONTRON 9