Podstawy Automatyki

Podstawy Automatyki
Wykład 8 - Wprowadzenie do automatyki procesów dyskretnych
dr inż. Jakub Możaryn
Instytut Automatyki i Robotyki
Warszawa, 2015
dr inż. Jakub Możaryn
Podstawy Automatyki
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
dr inż. Jakub Możaryn
Podstawy Automatyki
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.
dr inż. Jakub Możaryn
Podstawy Automatyki
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).
dr inż. Jakub Możaryn
Podstawy Automatyki
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.
dr inż. Jakub Możaryn
Podstawy Automatyki
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).
dr inż. Jakub Możaryn
Podstawy Automatyki
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 x1 , x2 i x3
z rozmieszczonych w tym pomieszczeniu przekaźników temperatury T o
jednakowym progu przełączania.
xi = 0 gdy T < Ti
(2)
xi = 1 gdy T ­ Ti
dr inż. Jakub Możaryn
Podstawy Automatyki
Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 1
Istnieją różne warianty zależności sygnału wyjściowego układu od
sygnałów wejściowych – tablica.
Nr stanu
0
1
2
3
4
5
6
7
x1
0
0
0
0
1
1
1
1
x2
0
0
1
1
0
0
1
1
x3
0
1
0
1
0
1
0
1
y1
0
0
0
0
0
0
0
1
y2
0
0
0
1
0
1
1
1
0
0
0
0
0
0
y3
0
albo
albo
albo
albo
albo
albo
1
1
1
1
1
1
1
y4
0
0 albo 1
0 albo 1
1
0 albo 1
1
1
1
Tablice wartości (Tablice prawdy)
Tablice wartości określają wartości sygnałów wyjściowych różnych
wariantów układu dla wszystkich kombinacji wartości sygnałów
wejściowych.
dr inż. Jakub Możaryn
Podstawy Automatyki
Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 1
Nr stanu
0
1
2
3
4
5
6
7
x1
0
0
0
0
1
1
1
1
x2
0
0
1
1
0
0
1
1
x3
0
1
0
1
0
1
0
1
y1
0
0
0
0
0
0
0
1
y2
0
0
0
1
0
1
1
1
Układy kombinacyjne
W układach realizujących zależności y1 = f1 (x1 , x2 , x3 ) i
y2 = f2 (x1 , x2 , x3 ) istniejący w danej chwili stan sygnału wyjściowego
zależy tylko od aktualnego stanu sygnałów wejściowych
dr inż. Jakub Możaryn
Podstawy Automatyki
Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 1
Opis wariantów oznaczonych jako y3 i y4 jest niejednoznaczny i wymaga
dodatkowego wyjaśnienia.
Nr stanu
0
1
2
3
4
5
6
7
x1
0
0
0
0
1
1
1
1
x2
0
0
1
1
0
0
1
1
x3
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
y3
0
albo
albo
albo
albo
albo
albo
1
1
1
1
1
1
1
y4
0
0 albo 1
0 albo 1
1
0 albo 1
1
1
1
Działanie układu z sygnałem wyjściowym y3 polega na tym, że
jeśli pojawił się stan wejść x1 = 0, x2 = 0, x3 = 0 to w kolejnych
stanach wyłączana jest wentylacja – sygnał wyjściowy układu y3 = 0;
jeśli pojawił się stan wejść x1 = 1, x2 = 1, x3 = 1 to w kolejnych
stanach włączana jest wentylacja – sygnał wyjściowy układu y3 = 1;
dr inż. Jakub Możaryn
Podstawy Automatyki
Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 1
Nr stanu
0
1
2
3
4
5
6
7
x1
0
0
0
0
1
1
1
1
x2
0
0
1
1
0
0
1
1
x3
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
y3
0
albo
albo
albo
albo
albo
albo
1
1
1
1
1
1
1
y4
0
0 albo 1
0 albo 1
1
0 albo 1
1
1
1
W przypadku układu o sygnale wyjściowym y4 , włącza wentylację wtedy,
gdy dowolne 2 przekaźniki wykażą przekroczenie nastawionej
temperatury, a wyłącza gdy wszystkie przekaźniki mają sygnał zerowy.
dr inż. Jakub Możaryn
Podstawy Automatyki
Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 1
Nr stanu
0
1
2
3
4
5
6
7
x1
0
0
0
0
1
1
1
1
x2
0
0
1
1
0
0
1
1
x3
0
1
0
1
0
1
0
1
0
0
0
0
0
0
y3
0
albo
albo
albo
albo
albo
albo
1
1
1
1
1
1
1
y4
0
0 albo 1
0 albo 1
1
0 albo 1
1
1
1
Układy z pamięcią
W przypadku układów o sygnałach wyjściowych y3 i y4 , 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).
dr inż. Jakub Możaryn
Podstawy Automatyki
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 y3 i y4
pożądane zmiany sygnałów wyjściowych dokonywane są na podstawie
informacji o stanie realizowanego procesu (sygnały x1 , x2 i x3 ). 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.
dr inż. Jakub Możaryn
Podstawy Automatyki
Automatyka procesów dyskretnych
Rysunek : Układ a) kombinacyjny lub sekwencyjny, b) sekwencyjny czasowo
zależny
dr inż. Jakub Możaryn
Podstawy Automatyki
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.
dr inż. Jakub Możaryn
Podstawy Automatyki
Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 2
Rysunek : Schemat układu napędowego dla przykładu 2 - układ sekwencyjny
dr inż. Jakub Możaryn
Podstawy Automatyki
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
dr inż. Jakub Możaryn
Podstawy Automatyki
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.
dr inż. Jakub Możaryn
Podstawy Automatyki
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
dr inż. Jakub Możaryn
Podstawy Automatyki
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.
dr inż. Jakub Możaryn
Podstawy Automatyki