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. Zarys historyczny rozwoju regulatorów mikroprocesorowych. Klasyfikacja regulatorów i sterowników programowalnych

2 godz.

2. Urządzenia wejściowe i wyjściowe do sterowników PLC. Budowa toru pomiarowego, kondycjonowanie sygnałów. Przetworniki pomiarowe.

2 godz.

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

2 godz.

5. Elementy oprogramowania sterowników. Instrukcje podstawowe, funkcje logiczne, układy czasowe i liczenia, znaczniki.

2 godz.

6. Adaptacja sterownika PLC do obiektu sterowania. Synteza algorytmu procesu i sterowania metodą GRAFCET.

2 godz.

7. Typy języków programowania sterowników PLC (zdefiniowane w IEC61131) - standard dokumentacji SFC; języki graficzne (LD, FBD); języki tekstowe (ST, IL). Przykładowe zastosowania w zadaniach sterowania procesem przemysłowym

6 godz.

8. Zwiększenie niezawodności systemów sterowania: bezpieczeństwo systemu; redundancja sprzętowa i programowa. Programowanie czasowo optymalne.

2 godz.

9. Architektura wielofunkcyjnego regulatora mikroprocesorowego. Charakterystyka CPU i pamięci, modułów wejść i wyjść, modułu komunikacji i innych (sterownik panelu, WD, T/C, zasilanie).

2 godz.

10. Podstawowe funkcje regulatora wielofunkcyjnego (PSW-8). Konfiguracja i parametryzacja regulatora wielofunkcyjnego. Pozycjonowanie i ustawianie parametrów. Analiza konfiguracji.

2 godz.

11. Układy regulacji PID. Regulacja stałowartościowa i nadążna. Kompensacja zakłóceń. Regulacja stosunku. Bezpośrednie sterowanie cyfrowe (DDC) i sterowanie punktem pracy (SPC)

2 godz.

12. Transmisja danych do sterownika PLC. Sieci przemysłowe typu Profibus i Profinet.

2 godz.

13. Systemy SCADA: sterowanie nadrzędne; wizualizacja procesów.

2 godz.

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. Zarys historyczny rozwoju regulatorów mikroprocesorowych.

Sygnał – dowolna wielkość fizyczna nio-

Elementy automatyki:

sąca informację:

• pomiarowe (czujniki, przetworniki, termostaty, itp.)

• elektryczny • hydrauliczny

• zadające (nastawniki, panele sterujące, klawiatury, panele operatorskie)

• pneumatyczny

• 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. Zarys historyczny rozwoju regulatorów mikroprocesorowych.

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 wyjścio- na typy realizowanych procedur wych procesu

• ciągłe - sygnały z zakresu 0-10V DC 4-20mA DC

• sekwencyjne – operacje wykonywane w ściśle określonej kolejności

• nieciągłe (dyskretne)

• czasowe – operacje realizowane z zachowaniem czasu ich wykonania

• dwu-stawne (binarne: stan1 (14 - 26V) „on” 0 (0 - 5V) „off” • dwuwartościowe •

wielostawne

• mieszane

• współbieżne (równoległe, wielozadaniowe) – jednocześnie realizowane procedury sekwencyjne, czasowe, sekwencyjno-czasowe • mieszane

5

W_1 Systemy sterowania w przemyśle. Podstawowe składniki sprzętowe systemu automatyki. Zarys historyczny rozwoju regulatorów mikroprocesorowych.

Rodzaje sterowania automatycznego w zależności od spełnianej funkcji technologicz- w zależności od lokalizacji urządzeń: sterującenej go i sterowanego

• programowe – sygnał zadający jest • lokalne – bezpośrednio na obiekcie ustalony według przygotowanego pro- • zintegrowane (zcentralizowane) – z jedgramu nego miejsca wiele obiektów • stałowartościowe - parametr technolo- • zdalne – na odległość giczny jest utrzymywany w granicach • rozproszone (wielokomputerowe) dopuszczalnego uchybu • nadążne – sygnał wyjściowy przebiega analogicznie jak wartość sygnału wejściowego.

Moduł wejść

Programator

Moduł wyjść

Moduł CPU mikrokomputer

Interfejs operatora

Schemat funkcjonalny regulatora lub sterownika programowalnego 6

W_1 Systemy sterowania w przemyśle. Podstawowe składniki sprzętowe systemu automatyki. Zarys historyczny rozwoju regulatorów mikroprocesorowych.

Rys historyczny: 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. Zarys historyczny rozwoju regulatorów mikroprocesorowych.

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

W_1 Systemy sterowania w przemyśle. Podstawowe składniki sprzętowe systemu automatyki. Zarys historyczny rozwoju regulatorów mikroprocesorowych.

Klasyfikacja: (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