"Z A T W I E R D Z A M Prof. dr hab. inż. Radosław TRĘBIŃSKI Dziekan Wydziału Mechatroniki i Lotnictwa Warszawa, dnia... S Y L A B U S P R Z E D M I O T U NAZWA PRZEDMIOTU: Wersja anglojęzyczna: Projektowanie systemów sterowania PLC Design of PLC control systems Kod przedmiotu: WMLAACSM-PSSPLC, WMLAACNM-PSSPLC Podstawowa jednostka organizacyjna (PJO): Wydział Mechatroniki i Lotnictwa (prowadząca kierunek studiów) Kierunek studiów: Specjalność: Poziom studiów: Forma studiów: Język prowadzenia: Mechatronika Automatyka i sterowanie studia drugiego stopnia studia stacjonarne i niestacjonarne polski Sylabus ważny dla naborów od roku akademickiego: 01/01 REALIZACJA PRZEDMIOTU Osoby prowadzące zajęcia (koordynatorzy): mjr dr inż. Paweł DOBRZYŃSKI PJO/instytut/katedra/zakład: Wydział Mechatroniki i Lotnictwa, Katedra Mechatroniki. ROZLICZENIE GODZINOWE a. Studia stacjonarne semestr forma zajęć, liczba godzin/rygor (x egzamin, + zaliczenie na ocenę, z zaliczenie) punkty ECTS razem wykłady ćwiczenia laboratoria projekt seminarium II 60/x 1/z 16/+ 10/+ razem 60 1 16 10 b. Studia niestacjonarne semestr forma zajęć, liczba godzin/rygor (x egzamin, + zaliczenie na ocenę, z zaliczenie) punkty ECTS razem wykłady ćwiczenia laboratoria projekt seminarium II 6/x 8 /z 16/+ 8/+ razem 6 8 16 8. PRZEDMIOTY WPROWADZAJĄCE WRAZ Z WYMAGANIAMI WSTĘPNYMI Informatyka techniczna (Informatyczne systemy mechatroniki). Wymagania wstępne: umiejętności programowania urządzeń mikroprocesorowych w językach wysokiego i niskiego poziomu.
. ZAKŁADANE EFEKTY KSZTAŁCENIA Symbol W1 W U1 U Efekty kształcenia Student, który zaliczył przedmiot, ma uporządkowaną wiedzę z automatyki wraz elementami robotyki i teorii sterowania w odniesieniu do układów i systemów mechatronicznych ma podstawową wiedzę w zakresie metod identyfikacji i diagnostyki urządzeń i systemów mechatronicznych potrafi opracować dokumentację dotyczącą realizacji zadania inżynierskiego i przygotować tekst zawierający omówienie wyników realizacji tego zadania rozumie aparat matematyczny stosowany w zakresie dyscyplin naukowych, do których odnoszą się efekty kształcenia kierunku mechatronika, potrafi rozwiązać podstawowe zagadnienia matematyczne występujące w procesie projektowania układów mechatronicznych odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku K_W06 K_W09 K_U0 K_U07 U umie analizować i projektować proste układy automatyki K_U1 U U5 U6 U7 U8 potrafi sformułować algorytm, posłużyć się językami programowania wysokiego i niskiego poziomu oraz odpowiednimi narzędziami informatycznymi do opracowania programów komputerowych do symulacji działania urządzeń mechatronicznych lub sterujących tymi urządzeniami potrafi zaproponować ulepszenia istniejących rozwiązań projektowych, modeli elementów, układów i systemów mechatronicznych potrafi wykorzystać możliwości sprzętu i oprogramowania do rozwiązywania złożonych problemów numerycznych do symulacji komputerowej i wizualizacji potrafi zaprojektować układ, urządzenie, oraz system mechatroniczny z uwzględnieniem kryteriów użytkowych i ekonomicznych używając właściwych metod, technik i narzędzi potrafi przeprowadzić analizę pracy oraz krytycznie ocenić funkcjonowanie elementu w układzie, urządzeniu bądź systemie mechatronicznym K_U1 K_U18 K_U0 K_U1 K_U 5. METODY DYDAKTYCZNE Wykłady ilustrowane prezentacjami komputerowymi Power Point w celu dostarczenia wiedzy określonej efektami W1, U1-U8. Ćwiczenia audytoryjne polegające na grupowym rozwiązywaniu zadań w celu usystematyzowania wiedzy określonej efektami W1, U1-U8. Ćwiczenia audytoryjne i laboratoria polegające na wykonywaniu przez grupę studentów zadań projektowych i badań różnych układów cyfrowych w celu opanowania umiejętności U1- U8. Ćwiczenia rachunkowe związane z zagadnieniami omawianymi na wykładzie, obejmują przypomnienie, utrwalenie i usystematyzowanie wiedzy wcześniej nabytej, uzyskanej jako rezultat ukierunkowanej pracy własnej poprzez rozwiązywanie zadań i problemów Ćwiczenie laboratoryjne ukierunkowano na samodzielne wykonanie projektów systemów sterowania i automatyki z wykorzystaniem sterowników PLC.
6. TREŚCI PROGRAMOWE lp. temat/tematyka zajęć Sterownik PLC. Zawartość i zalety stosowania normy IEC 611 Elementy języka programowania sterowników PLC. Typy danych i deklaracje zmiennych. Bloki i funkcje standardowe wg normy IEC 6111 (konwersji, liczbowe, bitowe, wyboru i porównania, znakowe, związane z czasem, na wyliczeniowych typach danych). Deklaracja i zastosowanie pochodnych typów danych (alias, typ wyliczeniowy, typ okrojony, tablice danych, typy strukturalne). Środowisko programowania sterowników PLC - UNITY PRO XL. Metodologia tworzenia aplikacji sterowania i automatyki, ustawienia projektu i środowiska programowania. Konfiguracja magistrali lokalnych, zdalnych i sieci polowych i Ethernet. Konfiguracja sposobu wykonywania aplikacji (cyclic, periodic, multitask). Rodzina sterowników PLC Modicon M0. Dobór sprzętu i konfiguracja elementów sterownika do potrzeb aplikacji sterowania i automatyki. liczba godzin wykł. ćwicz. lab. proj. semin.. Elementy i składnia graficznego języka drabinkowego - Ladder Diagram (LD). Realizacja układów przełączających z wykorzystaniem LD. Znaczenie układów blokad i zabezpieczeń programowych i sprzętowych w realizacji funkcji sterowania procesem. Elementy i składnia strukturalnego języka Listy Instrukcji - Instruction List (IL). Konwersja aplikacji sterowania i automatyki pomiędzy językami LD i IL. Stosowanie nawiasów w upraszczaniu diagramów IL. *. Elementy i składnia strukturalnego języka Listy Instrukcji - Structured Text (ST). Wykorzystanie instrukcji blokowych. Realizacja zaawansowanych funkcji sterujących i obliczeniowych z wykorzystaniem pętli: iteracyjnej, repetycyjnej, powtórzeniowej, złożonej oraz stosowanie instrukcji korekcji pętli (opuszczenia, powtórzenia, omijania iteracji, skoku). Deklaracja bloku funkcjonalnego pochodnego (derived funcction block). Wywoływanie funkcji bibliotecznych z zapisem formalnym i nieformalnym. Zagnieżdżanie bloków funkcyjnych. Sposoby deklaracji zmiennych z atrybutami (retain, constant, edge, read_only, write_only) i ich wykorzystanie. * 5. Elementy i składnia graficznego języka bloków funkcyjnych - Function Block Diagram (FBD). Różnice pomiędzy blokami funkcyjnymi a blokami funkcjonalnymi. Zasady wykorzystania bloków producenta sprzętu i oprogramowania. Bloki funkcyjne objęte zapisami normy IEC 6111-. Zasady tworzenia bloków użytkownika. Łączenie funkcji i kolejność wykonywania w programie. Problematyka sprzężeń zwrotnych (pętla jawna i pętla ukryta). Różnice pomiędzy programowaniem bezpośrednim i strukturalnym. 6. Elementy i składnia graficznego języka bloków sekwencyjnych - Sequential Function Chart (SFC). Tworzenie aplikacji do sekwencyjnej i równoległej kontroli sterowanego procesu. Sposoby kontroli procesu za pomocą wyróżników akcji algorytmicznych oraz funkcji kontroli czasu. Integracja aplikacji wielowątkowych za pomocą SFC. * * 7. Wykorzystanie magistrali CANOpen i biblioteki Motion do komunikacji z systemami sterowania urządzeniami napędów asynchronicznych. Projektowanie aplikacji sterowania: mieszalnika produktów sypkich, przenośnika taśmowego, maszyny pakującej. Problematyka szybkiego zliczania zdarzeń asynchronicznych względem jednostki centralnej sterownika PLC. Wykorzystanie modułów szybkich liczników. Dekodery położenia osi inkrementalne i absolutne. Wykorzystanie magistrali CANOpen i biblioteki Motion do komunikacji z systemami sterowania urządzeniami serwomechanizmów. Synteza układu sterowania "krzywki elektronicznej" z wykorzystaniem serwonapędu LEXIUM05. Projektowanie aplikacji *
sterowania: magazynu, maszyny sortującej, maszyny pakującej, przenośników zsynchronizowanych, podajników zsynchronizowanych. 8. Standardy komunikacji Ethernet z wykorzystaniem sterowników PLC. Model OSI TCP/IP transmisji danych siecią Ethernet. Wpływ zastosowania warstwy transportowej (TCP i UDP) oraz warstwy aplikacji (FTP, SNMP, DHCP, Modbus TCP) na pracę sieciową sterowników PLC M0. Separacja prywatnych sieci lokalnych. Sposób organizacji sieci i routingu w aplikacji rozproszonej z wykorzystaniem sterowników PLC. Wsparcie komunikacji sieciowych w językach programowania PLC. Biblioteka TCP Open. Komunikacja transparentna (Transparent Device Access). Tworzenie aplikacji programowych PLC o podwyższonych standardach niezawodności funkcjonalnej - wykorzystanie mechanizmów: watch-dog, cyklicznej samokontroli wyników przetwarzania, krzyżowej kontroli wyników przetwarzania, redundancji przetwarzania, gorącej rezerwy. 9. Ogólne zasady tworzenia i czytania dokumentacji układów elektrycznych i automatyki w świetle obowiązujących norm. Standard oznaczeń elementów schematów ideowych IEC60617. Symbole graficzne aparatów i urządzeń. Oznaczenia literowo-cyfrowe stosowane na schematach ideowych wg PN-78/E-01 Kody literowe do oznaczania rodzaju elementów. Kody literowe do oznaczania funkcji elementów. Szablony oznaczeń grup elementów. Identyfikacja i redukcja linii połączeniowych. Sposoby oznaczania urządzeń i instalacji technicznych wg norm DIN ISO 119 i EN 616 (przyporządkowanie funkcjonalne, urządzenie, miejsce ustawienia). 10. Oprogramowanie CAE EPLAN P8. Zakładanie nowego projektu schematu systemu sterowania i automatyki z wykorzystaniem szablonu. Wpływ wyboru projektu modelowego na postać dokumentacji systemu sterowania i automatyki. Rodzaje numerowania stron projektowych (ogólne, DIN, KKS). Cechy stron EPLAN P8 (interaktywnej, automatycznej i graficznej). Techniki projektowe w EPLAN P8 (schematyczna, obiektowa, lista materiałów, panel montażowy). Główne funkcje projektowe EPLAN P8. Wykorzystanie bibliotek symboli i makr producentów systemów automatyki i sterowania w tworzeniu projektów. Przypisywanie artykułów do wstawianych elementów. 1 Zasady tworzenia rozgałęzień celowych. Strzałki potencjałowe. Automatyczne generowanie zestawień. Zarządzanie projektami. Tworzenie dokumentacji elektrycznej układu zasilania silnika klatkowego z wykorzystaniem rozgałęzień celowych i strzałek potencjałowych w środowisku EPLAN P8. Wykonywanie prostych projektów układów elektrycznych i automatyki z wykorzystaniem schematów wielokreskowych w środowisku EPLAN P8. Zasady rewizji finalnej dokumentacji wykonawczej systemów sterowania i automatyki. Zasady tworzenia i czytania: Planów przeglądowych i Schematów technologicznych. Symbole aparatów technologicznych i oznaczenia armatury. Symbole punktów pomiaru i automatyki (PA). Oznaczenia literowe punktów pomiarowych w układzie PA wg. PN-M-007-01:1989 (funkcja procesu, funkcja punktu, uściślenie sygnalizacji). Analiza oznaczeń procesów technologicznych na przykładach układów sterowania i regulacji procesów chemicznych, cieplnych, poziomu). Norma EN 816-:009. Analiza schematów technologicznych wykorzystujących oznaczenia punktów automatyki. * * Razem studia stacjonarne 1 16 10 Razem studia niestacjonarne 8 16 8 TEMATY ĆWICZEŃ RACHUNKOWYCH Realizacja układów przełączających z wykorzystaniem LD. Znaczenie układów blokad i zabezpieczeń programowych i sprzętowych w realizacji funkcji sterowania procesem. Konwersja aplikacji sterowania i automatyki pomiędzy językami LD i IL. Stosowanie nawiasów w upraszczaniu diagramów IL.
... Realizacja zaawansowanych funkcji sterujących i obliczeniowych z wykorzystaniem pętli: iteracyjnej, repetycyjnej, po kolekcji, powtórzeniowej, złożonej oraz stosowanie instrukcji korekcji pętli (opuszczenia, powtórzenia, omijania iteracji, skoku). Deklaracja bloku funkcjonalnego pochodnego (derived funcction block). Zasady wykorzystania bloków producenta sprzętu i oprogramowania. Bloki funkcyjne objęte zapisami normy IEC 6111-. Zasady tworzenia bloków użytkownika. Tworzenie aplikacji do sekwencyjnej i równoległej kontroli sterowanego procesu. Sposoby kontroli procesu za pomocą wyróżników akcji algorytmicznych oraz funkcji kontroli czasu. Integracja aplikacji wielowątkowych za pomocą SFC. Sposoby oznaczania urządzeń i instalacji technicznych wg norm DIN ISO 119 i EN 616 (przyporządkowanie funkcjonalne, urządzenie, miejsce ustawienia). Analiza oznaczeń procesów technologicznych na przykładach układów sterowania i regulacji procesów chemicznych, cieplnych, poziomu).... Razem- studia stacjonarne 1 Razem studia niestacjonarne TEMATY ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH Elementy i składnia graficznego języka drabinkowego Ladder Diagram (LD). Elementy i składnia strukturalnego języka Listy Instrukcji - Instruction List (IL). Elementy i składnia strukturalnego języka Listy Instrukcji - Structured Text (ST). Elementy i składnia graficznego języka bloków funkcyjnych - Function Block Diagram (FBD). Elementy i składnia graficznego języka bloków sekwencyjnych - Sequential Function Chart (SFC). Wykorzystanie biblioteki Motion do komunikacji z systemami sterowania urządzeniami napędów asynchronicznych i serwomechanizmów. Oprogramowanie CAE EPLAN P8. Wykorzystanie bibliotek symboli i makr producentów systemów automatyki i sterowania w tworzeniu projektów. Tworzenie dokumentacji elektrycznej układu zasilania silnika klatkowego z wykorzystaniem rozgałęzień celowych i strzałek potencjałowych w środowisku EPLAN P8. * * * *.. Razem- studia stacjonarne 16 Razem studia niestacjonarne 16 TEMATY PROJEKTÓW Projekt systemu sterowania dyskretnego linii technologicznej z wykorzystaniem sterownika PLC MODICON M0 i języka bloków sekwencyjnych (SFC). Projekt systemu sterowania linii technologicznej z wykorzystaniem sterownika PLC MODICON M0 i bloków funkcyjnych do realizacji funkcji ciągłych i funkcji regulacji. Projekt dokumentacji elektrycznej układu zasilania silnika klatkowego z wykorzystaniem rozgałęzień celowych i strzałek potencjałowych w środowisku EPLAN P8. * * * Razem- studia stacjonarne 10 Razem studia niestacjonarne 8 * zagadnienia realizowane przez studenta studiów niestacjonarnych 5
7. LITERATURA podstawowa: P. Dobrzyński Elementy cyfrowych systemów sterowania skrypt WAT 000. J. Świder Sterowanie i automatyzacja procesów technologicznych i układów mechatronicznych; ISBN: 978-8-75-909-. S. Kacprzak Programowanie sterowników PLC zgodnie z normą IEC6111- w praktyce; ISBN: 978-8-60-81-8 J. Kasprzyk Programowanie sterowników przemysłowych; ISBN: 978-8-0-109- uzupełniająca: PN-EN 6111-:00. Sterowniki programowalne Część : Języki programowania (International Standard IEC 6111- Programmable controllers Part: Programming languages) The World's Online Electrotechnical Vocabulary (http://www.electropedia.org) 8. SPOSOBY WERYFIKACJI ZAKŁADANYCH EFEKTÓW KSZTAŁCENIA Przedmiot zaliczany jest na podstawie egzaminu: Egzamin jest przeprowadzany w formie pisemnego testu sprawdzającego z zadaniami zamkniętymi i otwartymi. Warunkiem dopuszczenia do egzaminu jest uzyskanie pozytywnych ocen z przygotowania i wykonania ćwiczeń laboratoryjnych oraz zaliczenia ćwiczeń. Zaliczenie ćwiczeń na ocenę odbywa się na podstawie średniej z pozytywnych ocen za wszystkie efekty kształcenia, na podstawie oceny efektów kształcenia: W1, U1, U, U, U, U5, U6. Efekty kształcenia sprawdzane są na ćwiczeniach audytoryjnych podczas wykonywania zadań w środowisku programistycznym UNITY PRO XL. Ocena 5,0 (bdb),0 (db),0 (dst) Opis umiejętności Potrafi bezbłędnie i samodzielnie opracować algorytm sterowania wybranego obiektu sterowania oraz skonfigurować sterownik PLC, uruchomić aplikację systemu sterowania i przeprowadzić proste testy działania aplikacji i sterowanego obiektu.. Potrafi bezbłędnie i samodzielnie posłużyć się strukturalnymi i graficznymi językami programowania w celu konfiguracji systemu PLC i uruchomienia aplikacji użytkownika.. Potrafi bezbłędnie i samodzielnie posłużyć się odpowiednimi narzędziami informatycznymi w celu przeprowadzenia badań elementów aplikacji sterowania i obiektu.. Potrafi dokonać analizy i syntezy różnorodnych postaci algorytmów sterowania dyskretnego oraz dokonywać konwersji tych algorytmów pomiędzy różnymi językami programowania sterowników PLC zgodnych z normą IEC 6111-. 5. Potrafi samodzielnie tworzyć dokumentację elektryczną układu zasilania silników klatkowych z wykorzystaniem rozgałęzień celowych i strzałek potencjałowych w środowisku EPLAN P8. Potrafi samodzielnie opracować algorytm sterowania wybranego obiektu sterowania oraz skonfigurować sterownik PLC, uruchomić aplikację systemu sterowania i przeprowadzić proste testy działania aplikacji i sterowanego obiektu.. Potrafi samodzielnie posłużyć się strukturalnymi i graficznymi językami programowania w celu konfiguracji systemu PLC i uruchomienia aplikacji użytkownika.. Potrafi dokonać analizy i syntezy różnorodnych postaci algorytmów sterowania dyskretnego oraz dokonywać konwersji tych algorytmów pomiędzy różnymi językami programowania sterowników PLC zgodnych z normą IEC 6111-.. Potrafi samodzielnie tworzyć dokumentację elektryczną układu zasilania silników klatkowych z wykorzystaniem rozgałęzień celowych i strzałek potencjałowych w środowisku EPLAN P8. Potrafi samodzielnie posłużyć się strukturalnymi i graficznymi językami programowania w celu konfiguracji systemu PLC i uruchomienia aplikacji użytkownika.. Potrafi dokonać analizy i syntezy różnorodnych postaci algorytmów sterowania dyskretnego oraz dokonywać konwersji tych algorytmów pomiędzy różnymi językami programowania sterowników PLC zgodnych z normą IEC 6111-.. Potrafi samodzielnie tworzyć dokumentację elektryczną układu zasilania silników klatkowych z wykorzystaniem rozgałęzień celowych i strzałek potencjałowych w środowisku EPLAN P8. Autor(rzy) sylabusa Kierownik Katedry Mechatroniki... Mjr dr inż. Paweł DOBRZYŃSKI 6... Prof. dr hab. inż. Bogdan ZYGMUNT