Wstęp do automatyki i robotyki

WyŜsza Szkoła Biznesu w Dąbrowie Górniczej
Kierunek studiów: Informatyka, studia stacjonarne I stopnia
Przedmiot: Wstęp do automatyki i robotyki
Specjalność: InŜynier systemów przetwarzania danych / Przedmiot obieralny
Liczba godzin w
semestrze
1
I
ECTS
WYKŁADOWCA
2
II
3
III
IV
V
VI
30
3
Dr hab. inŜ. Henryk ZYGMUNT prof. WSB
4
VII
FORMA ZAJĘĆ
Wykład
CELE
PRZEDMIOTU
Zapoznanie z konstrukcją i programowaniem układów automatyki i robotyki
stosowanych w sterowaniu procesami technologicznymi w przemyśle
EFEKTY
KSZTAŁCENIA
Wiedza: Poznanie specyfiki elementów i układów automatyki i robotyki. Systemy
sterowania w czasie rzeczywistym. Systemy operacyjne czasu rzeczywistego.
Programowanie sterowników przemysłowych Przemysłowe sieci komputerowe.
Rozproszone systemy automatyki. Podstawy rachunku operatorowego. Układy
automatycznej regulacji. Przykłady zastosowań przemysłowych.
Kompetencje: Projektowanie, kompletacja, progamowanie oraz uruchamianie
rozproszonych układów pracujących w czasie rzeczywistym.
Postawy: Świadomość odpowiedzialności za bezpieczeństwo ludzi oraz obiektów
przemysłowych w wyniku działania zaprojektowanych i uruchamianych urządzeń
sterowania procesami technologicznymi.
WARUNKI
WSTĘPNE
Znajomość podstaw informatyki, systemów operacyjnych, języków programowania: C i C + +
TREŚĆ
PRZEDMIOTU
Układy informatyczne w automatyce i robotyce. Hierarchiczna struktura sterowania.
Otwartość systemów sterowania procesami technologicznym. Systemy czasu
rzeczywistego.
Sprzęt: Architektura sterownika PLC; Moduły wejść i wyjść dwustanowych;. Podsystem
mikrokomputera. Architektura jedno-procesorowego sterownika – Soft-PLC. Moduły wejść
i wyjść analogowych. Moduł regulatora PID. Moduł regulatora histerezowego. Moduł
regulatora z modulacją szerokości impulsów (PWM). Moduły wejść impulsatorowych.
Czasomierze (bloki funkcyjne do odmierzania zadanych przedziałów czasu).
Wymagania dla układów automatyki i robotyki: współbieŜność, poprawność
i bezpieczeństwo, struktury danych uŜywane przez proces. Elementarne operacje na
procesach, zarządzanie procesami. Standardy P0SIX. Rodzaje systemów automatyki
i robotyki.
Wybrane systemy operacyjne czasu rzeczywistego:
System QNX: mikrojądro systemu; architektura systemu; modułowa struktura systemu;
tworzenie procesów, komunikacja międzyprocesowa; protokół QNXnet; przetwarzanie
rozproszone w systemie operacyjnym QNX; komunikacja sieciowa; zwielokrotnienie medium
sieciowego; architektura klient-serwer; asynchroniczna transmisja danych przy uŜyciu
kolejki. Szeregowanie procesów w systemach RTOS. Problem wzajemnego wykluczania
i sekcji krytycznej. Synchronizacja uŜycia zasobów. Semafory. Nadzorowanie czasu.
Sygnały i ich obsługa.
System operacyjny VxWorks. Problem inwersji priorytetów. Dziedziczenie priorytetów.
Programowanie sterowników: Norma IEC 61131-3. Języki programowania. Tekstowe:
1
lista instrukcji IL, tekst strukturalny ST. Graficzne: diagram drabinkowy LD, diagram bloków
funkcyjnych FBD, sekwencyjna sieć działań SFC. Struktura oprogramowania sterowników.
Typy danych. Środowisko ISaGRAF – do tworzenia, testowania i uruchamiania
rozproszonych aplikacji sterowania i regulacji. Zintegrowane środowisko sterowania
i projektowania CONTIX. Algorytmy wybranych bloków funkcyjnych w systemie CONTIX:
regulatora PID, komparatora histerezowego (COMPHYST), modulatora szerokości impulsów
(PWM), człon inercyjny I rzędu (filtr dolnoprzepustowy) (FILT1), blok funkcyjny obliczania
wartości średniej (AVR), opóźnienia (DELAY), czasowe bloki funkcyjne: uniwibratora TP,
opóźnienia impulsu TON, przedłuŜenia impulsu TOF. Implementacja sterownika logicznego.
Narzędzia wspomagające: kompilator programów aplikacyjnych, konsola uruchomieniowodiagnostyczna, oscyloskop sofware’owy.
Sieci komputerowe w systemach czasu rzeczywistego: Modele komunikacji: Klient–
Serwer, Master–Slave, Producent-Konsument. Magistrale komunikacyjne: WorldFIP,
Profibus, CAN, technologia LON. Protokół Modbus. Podział przemysłowych sieci
komputerowych: deterministyczne (przykłady: ARCnet, Token-Ring, FDDI),
niedeterministyczne (Ethernet).
Podstawy rachunku operatorowego: Systemy dynamiczne – równania róŜniczkowe.
Przekształcenie Laplace’a – Carsona. Funkcje operatorowe najczęściej spotykanych funkcji
czasowych. Przekształcenie odwrotne funkcji operatorowych wymiernych.
Układy automatycznej regulacji: Transmitancje operatorowe członów liniowych. Przykłady
układów liniowych pierwszego i drugiego rzędu. Element róŜniczkujący z inercją drugiego
rzędu. Element ze stałym opóźnieniem czasowym. Tramsitancje układów złoŜonych z kilku
członów. Transmitancja zastępcza układu ze sprzęŜeniem zwrotnym. Transmitancje
układów z warunkami początkowymi. Regulatory analogowe: P, PI oraz PID. Cytrowa
realizacja regulatorów PID. Optymalizacja zamkniętych układów regulacji. Przykłady
zastosowania regulatorów PID.
Przykłady zastosowań przemysłowych: Wybrane systemy sterowania procesami
technologicznymi wielkich pieców hutniczych; System sterowania napędami i urządzeniami
technologicznymi taśmy spiekalniczej w aglomerowni; Systemy sterowania i automatycznej
regulacji procesami technologicznymi w bateriach pieców szybowych do wypalania wapna;
Systemy sterowania i automatycznej regulacji procesów technologicznych w młynach
surowców oraz w obrotowych piecach do wypalania klinkieru w cementowniach;
Zastosowanie środowiska ISaGRAF do projektowania, testowania i uruchomienia systemu
w rozproszonym systemie sterowania kruszarnią kamieniaPrzykłady zastosowań techniki
cyfrowej w sterowaniu układami energoelektronicznymi.
LITERATURA
OBOWIĄZKOWA
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
Plaza R., Wróbel E.: Systemy czasu rzeczywistego; WNT, Warszawa 1988
Norma IEC 61131-3, Programmable controllers. Part 3: Programming languages; IEC,
Genewa 1993
Sacha K.: Systemy operacyjne czasu rzeczywistego, Oficyna Wydawnicza Politechniki
Warszawskiej, W-wa 1993
Ułasiewicz J.: Systemy czasu rzeczywistego QNX 6 Neutrino, Wydawnictwo BTC,
Warszawa 2007
Werewka J.: Systemy rozproszone sterowania i akwizycji danych. Sterowniki
programowalne i magistrale miejscowe; CCATIE, Kraków 1998
Sałat R., Korpysz K., Obstawski P.: Wstęp do programowania sterowników PLC, 2010
Legierski T., Kasprzyk J., Wyrwał J., Hajda J.: Programowanie sterowników PLC;
Wydawnictwo Pracowni Komputerowej Jacka Skalmierskiego, Gliwice 1998
Grega W.: Sterowanie cyfrowe w czasie rzeczywistym, Wydawnictwo Wydziału EAIiE
AGH, Kraków 1999
Seta Z.: Wprowadzenie do zagadnień sterowania - Wykorzystanie programowalnych
sterowników logicznych PLC; Wydawnictwo MIKOM, Warszawa 2002
Kwaśniewski J.: Programowalny sterownik SIMATIC S7-300 w praktyce
inŜynierskiej,Wydawnictwo BTC, Legionowo 2009
Kasprzyk J.: Programowanie sterowników przemysłowych, WNT, Warszawa 2006
2
LITERATURA
12.
UZUPEŁNIAJĄCA 13.
14.
METODY
NAUCZANIA
POMOCE
NAUKOWE
PRZYKŁADOWE
TEMATY
PROJEKTÓW
SPOSÓB I
WARUNKI
ZALICZENIA
PRZEDMIOTU
PRZYKŁADOWE
ZAGADNIENIA
(ew. pytania)
EGZAMINU/
ZALICZENIA
Węgrzyn S.: Rachunek operatorowy; PWN Warszawa, 1955
Lerch W.: System operacyjny QNX. Wersja 4.2. Wyd. Quantum Corp., Wrocław 1995
Werewka W., Szmuc T.: Analiza i projektowanie systemów komputerowych czasu
rzeczywistego o róŜnym stopniu rozproszenia, PTI o/Małopolska, Kraków 2001
15. Seta Z.: Wprowadzenie do zagadnień sterowania – Wykorzystanie programowalnych
sterowników logicznych PLC; Wydawnictwo MIKOM, Warszawa 2002
16. WyŜga J.: Uniwersalny cyfrowy regulator prędkości napędu pradu stałego; Materiały
Międzynarodowej Konferencji: „Współczesne kierunki rozwoju elektrotechniki,
automatyki, informatyki, elektroniki i telekomunikacji” zorganizowanej z okazji Jubileuszu
50-lecia Wydziału EAIiE, s.: 81 – 82, AGH, Kraków, 6 – 8 czerwca 2002
17. ISaGRAF Pro. Software Release 4.20. User’s Manual. ICS Triplex ISaGRAF Inc, July
2003.
18. Citko T., Piróg S., Zygmunt H.: Poradnik inŜyniera elektryka, t. 2, Rozdz. 8
Energoelektronika, s. 666-831 , WNT, Warszawa, 1995, 1997, 2007
Wykład z pomocą rzutnika komputerowego (Power Point) + materiały pomocnicze do
wykładu
Skrót wykładu oraz rysunki wyświetlane na wykładzie dostępne na stronie internetowej (na
prawach rękopisu).
n/d
Egzamin ustny
Wymagania stawiane komputerowym systemom w automatyce i robotyce. Cechy
charakterystyczne systemów operacyjnych czasu rzeczywistego. Przykłady
deterministycznych i niedeterministycznych sieci komputerowych stosowanych
w automatyce i robotyce. ZałoŜenia standardu IEC 61131. Języki programowania
sterowników. Wybrane zaganienia z rachunku operatorowego i układów automatycznej
regulacji. Charakterystyka zintegrowanego środowiska sterowania i projektowania np.:
CONTIX lub ISaGRAF.
* Proszę zacieniować odpowiedni rok i semestr
3