Wykład 8 - Wprowadzenie do automatyki procesów dyskretnych Instytut Automatyki i Robotyki Warszawa, 2015
Literatura Zieliński C.: Podstawy projektowania układów cyfrowych. PWN, Warszawa, 2003 Traczyk W.: Układy cyfrowe automatyki. WNT, Warszawa 1974 Misiurewicz P.: Podstawy techniki cyfrowej. WNT, Warszawa 1982 Majewski W.: Układy logiczne. WNT, Warszawa 1999 Kościelny W.: Podstawy automatyki, cz. 2. WPW, Warszawa 1984 Barczyk J.: Automatyzacja procesów dyskretnych. Oficyna Wydawnicza PW, Warszawa 2003 Mikulczyński T.: Automatyzacja procesów produkcyjnych. WNT, Warszawa 2006 Sterowanie i automatyzacja procesów technologicznych i układów mechatronicznych. Układy pneumatyczne i elektropneumatyczne ze sterowaniem logicznym. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2002 Świder J., Wszołek G.: Metodyczny zbiór zadań laboratoryjnych i projektowych ze sterowania procesami technologicznymi. Układy pneumatyczne i elektropneumatyczne ze sterowaniem logicznym. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2003 Olszewski i in.: Mechatronika. Wyd. REA, Warszawa 2002 Olszewski i in.: Urządzenia i systemy mechatroniczne, tom I i II. Wyd. REA, Warszawa 2009
Automatyka procesów dyskretnych Procesy ciągłe Procesami ciągłymi nazywamy procesy, do opisu których niezbędne są zmienne przyjmujące nieskończenie wiele wartości (np. procesy regulacji temperatury, ciśnienia, napięcia, składu). Przedmiotem zainteresowań automatyki procesów ciągłych są głównie układy automatycznej regulacji.
Automatyka procesów dyskretnych Procesy dyskretne Procesami dyskretnymi nazywamy procesy, do opisu których wykorzystuje się zmienne o skończonej liczbie wartości; przeważnie są to zmienne dwuwartościowe. Procesy binarne Procesy, do opisu których wykorzystuje się zmienne dwuwartościowe nazywają się procesami binarnymi. Informacje o stanie takich procesów przekazywane są za pomocą sygnałów dwuwartościowych (binarnych).
Automatyka procesów dyskretnych Obszary występowania procesów dyskretnych procesy technologiczne związane z produkcją elementów, montaż maszyn, montaż elementów elektronicznych, pakowanie, dozowanie, układy orientowania i podawania, układy manipulacyjne, robotyka, urządzenia transportu międzyoperacyjnego, sygnalizacja, zabezpieczenia, blokady, elastyczne systemy produkcyjne, automatyka budynków, serwis.
Automatyka procesów dyskretnych Automatyka procesów dyskretnych jako dziedzina techniki zajmuje się problematyką: technicznej realizacji dyskretnych procesów technologicznych i budowy oprzyrządowania technologicznego poszczególnych procesów, doboru napędów, elementów wykonawczych i sensorycznych, projektowania układów sterowania procesami elementarnymi (układy logiczne, układy o średniej skali integracji bloki funkcjonalne, sterowanie komputerowe sterowniki programowalne), sterowania złożonymi systemami produkcyjnymi (sterowanie współbieżne, sieci komunikacyjne), planowania i zarządzania (np. produkcją).
Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 1 Przykład 1 - sterowanie wentylacją Binarny sygnał wyjściowy y układu sterującego wentylacją pomieszczenia { y = 0, silnik wentylatora nie pracuje (1) y = 1, silnik wentylatora pracuje jest wytwarzany na podstawie binarnych sygnałów wejściowych x 1, x 2 i x 3 z rozmieszczonych w tym pomieszczeniu przekaźników temperatury T o jednakowym progu przełączania. { xi = 0 gdy T < T i x i = 1 gdy T T i (2)
Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 1 Istnieją różne warianty zależności sygnału wyjściowego układu od sygnałów wejściowych tablica. Nr stanu x 1 x 2 x 3 y 1 y 2 y 3 y 4 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 albo 1 0 albo 1 2 0 1 0 0 0 0 albo 1 0 albo 1 3 0 1 1 0 1 0 albo 1 1 4 1 0 0 0 0 0 albo 1 0 albo 1 5 1 0 1 0 1 0 albo 1 1 6 1 1 0 0 1 0 albo 1 1 7 1 1 1 1 1 1 1 Tablice wartości (Tablice prawdy) Tablice wartości określają wartości sygnałów wyjściowych różnych wariantów układu dla wszystkich kombinacji wartości sygnałów wejściowych.
Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 1 Układy kombinacyjne Nr stanu x 1 x 2 x 3 y 1 y 2 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 2 0 1 0 0 0 3 0 1 1 0 1 4 1 0 0 0 0 5 1 0 1 0 1 6 1 1 0 0 1 7 1 1 1 1 1 W układach realizujących zależności y 1 = f 1 (x 1, x 2, x 3 ) i y 2 = f 2 (x 1, x 2, x 3 ) istniejący w danej chwili stan sygnału wyjściowego zależy tylko od aktualnego stanu sygnałów wejściowych
Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 1 Opis wariantów oznaczonych jako y 3 i y 4 jest niejednoznaczny i wymaga dodatkowego wyjaśnienia. Nr stanu x 1 x 2 x 3 y 3 y 4 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 albo 1 0 albo 1 2 0 1 0 0 albo 1 0 albo 1 3 0 1 1 0 albo 1 1 4 1 0 0 0 albo 1 0 albo 1 5 1 0 1 0 albo 1 1 6 1 1 0 0 albo 1 1 7 1 1 1 1 1 Działanie układu z sygnałem wyjściowym y 3 polega na tym, że jeśli pojawił się stan wejść x 1 = 0, x 2 = 0, x 3 = 0 to w kolejnych stanach wyłączana jest wentylacja sygnał wyjściowy układu y 3 = 0; jeśli pojawił się stan wejść x 1 = 1, x 2 = 1, x 3 = 1 to w kolejnych stanach włączana jest wentylacja sygnał wyjściowy układu y 3 = 1;
Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 1 Nr stanu x 1 x 2 x 3 y 3 y 4 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 albo 1 0 albo 1 2 0 1 0 0 albo 1 0 albo 1 3 0 1 1 0 albo 1 1 4 1 0 0 0 albo 1 0 albo 1 5 1 0 1 0 albo 1 1 6 1 1 0 0 albo 1 1 7 1 1 1 1 1 W przypadku układu o sygnale wyjściowym y 4, włącza wentylację wtedy, gdy dowolne 2 przekaźniki wykażą przekroczenie nastawionej temperatury, a wyłącza gdy wszystkie przekaźniki mają sygnał zerowy.
Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 1 Układy z pamięcią Nr stanu x 1 x 2 x 3 y 3 y 4 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 albo 1 0 albo 1 2 0 1 0 0 albo 1 0 albo 1 3 0 1 1 0 albo 1 1 4 1 0 0 0 albo 1 0 albo 1 5 1 0 1 0 albo 1 1 6 1 1 0 0 albo 1 1 7 1 1 1 1 1 W przypadku układów o sygnałach wyjściowych y 3 i y 4, określone stany sygnałów wejściowych wywołują zmianę stanu sygnału wyjściowego, po czym ten nowy stan sygnału wyjściowego trwa (jest zapamiętywany ) do chwili pojawienia się stanu wejść, którego następstwem powinna być kolejna zmiana sygnału wyjściowego. Układy takie nazywają się układami z pamięcią albo układami sekwencyjnymi (łac. sequentia następstwo).
Automatyka procesów dyskretnych Tablica wartości (tablica prawdy), wykorzystywana do definiowania działania układów kombinacyjnych, nie nadaje się do opisu działania układów sekwencyjnych; niezbędne są inne metody określania sposobu działania układów sekwencyjnych. W przypadku omawianych układów o sygnałach wyjściowych y 3 i y 4 pożądane zmiany sygnałów wyjściowych dokonywane są na podstawie informacji o stanie realizowanego procesu (sygnały x 1, x 2 i x 3 ). Układy takie nazywają się układami sekwencyjnymi procesowo zależnymi. Odmienną klasę układów sekwencyjnych stanowią układy sekwencyjne czasowo zależne. Są to układy bez sygnałów wejściowych pożądane zmiany sygnałów wyjściowych wywoływane są przez odpowiednio zaprogramowany programator zegarowy.
Automatyka procesów dyskretnych Rysunek : Układ a) kombinacyjny lub sekwencyjny, b) sekwencyjny czasowo zależny
Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 2 Przykład 2 W przyrządzie z napędem pneumatycznym odbywa się zaginanie blachy. Siłownik A mocuje blachę, która wstępnie jest zginana przez siłownik B i ostatecznie doginana przez siłownik C. Operator po ułożeniu blachy, naciśnięciem odpowiedniego przycisku START wywołuje cykl ruchów siłowników. Przebieg tych ruchów przedstawia tzw. diagram krokowy. Układ sterujący pracą siłowników może być zrealizowany jako układ procesowo zależny albo jako czasowo zależny.
Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 2 Rysunek : Schemat układu napędowego dla przykładu 2 - układ sekwencyjny
Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 2 W przypadku układu procesowo zależnego, niezbędne jest wyposażenie siłowników w czujniki wykrywające skrajne położenia tłoków siłowników. Sygnały tych czujników informują o zakończeniu odpowiedniego ruchu danego siłownika i inicjują rozpoczęcie kolejnej czynności. Rysunek : Kontaktronowy czujnik wykrywający położenie tłoka
Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 2 W przypadku realizacji układu sterującego jako układu procesowo zależnego jego sygnałami wejściowymi są sygnał z przycisku START i sygnały czujników wykrywających położenia tłoczysk; sygnałami wyjściowymi sygnały wywołujące ruchy siłowników. Rysunek : Kontaktronowy czujnik wykrywający położenie tłoka Charakterystyczną cechą procesu jest to, że przebieg kolejności zmian sygnałów wejściowych jest określony wynika z założeń dotyczących przebiegu procesu. Układy sekwencyjne sterujące takimi procesami są układami o programach liniowych.
Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 2 Jako układy sterujące czasowo zależne wykorzystuje się mechaniczne lub elektroniczne programatory. Rysunek : Przykład programatora czasowego 1 wałek z krzywkami, 2 silnik, 3 przekładnia, 4 przekaźniki lub zawory sterujące elementami wykonawczymi, 5 pokrętło sterowania ręcznego
Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 2 Rysunek : Przykłady sterowników programowalnych mechanicznie Układy sekwencyjne czasowo zależne są układami bez sygnałów wejściowych; działają bez kontroli przebiegu realizowanego procesu. Układy czasowo-zależne realizują tylko programy liniowe.