Sterowniki programowalne (SP) - Wydział Elektrotechniki i Automatyki

Sterowniki Programowalne (SP)
Automatyka i Robotyka
Wydział Elektrotechniki i Automatyki
Politechnika Gdańska
Wykład organizacyjny
30.09. 2014
Semestr V, AiR
rok akademicki 2014/2015
Informacje formalne
SP to przedmiot obowiązkowy dla studentów
III roku studiów Igo stopnia (V. semestr)
Kierunek Automatyka i Robotyka
Specjalności: Automatyka i Systemy Sterowania
Robotyka i Systemy Mechatroniki


Wymiar zajęć:


2
Wykład
- 2 godziny/tydzień
Ćwiczenia
- 1 godzina/tydzień
Laboratorium - 1 godzina/tydzień
Kod przedmiotu:
Sposób zaliczenia: Zaliczenie
Liczba punktów ECTS: 4
Prowadzący
Odpowiedzialny za przedmiot


dr inż. Jarosław Tarnawski

s.4, tel. 12-26
[email protected]
Współprowadzący


dr inż.Tomasz Rutkowski

[email protected]
mgr inż. Bartosz Puchalski
[email protected]
mgr inż. Tomasz Karla
[email protected]
3
s.4, tel. 12-26
s.11
s.11
Treści programowe





4
Struktury sterowania i miejsce SP w tej strukturach. Zagadnienia
sterowania bezpośredniego i wymagania stawiane urządzeniom
pracującym w tej warstwie.
Rys historyczny powstania SP zastępujących układy sterowania
stycznikowo-przekaźnikowe.
Główne cechy i wymagania stawiane SP: niezawodność, elastyczność,
łatwość i możliwości programowania, skalowalność, możliwości
komunikacyjne.
Podstawowi producenci SP i podstawowe rodziny SP dostępne na
rynku. Normy IEC-1131 i EN61131.
Elementy funkcjonalne SP. Podział SP ze względu na potencjalne
zastosowania, budowę, możliwości. Zasada działania SP. Cykl pracy. SP
jako urządzenia spełniające postulat czasu rzeczywistego.
Treści programowe cd.
Zagadnienia doboru SP do zadania automatyzacji procesu technologicznego.
Określanie funkcjonalności SP modułowych przez: dobór jednostki
centralnej, modułów we/wy, modułów komunikacyjnych oraz modułów
specjalizowanych.
Metody programowania SP, języki: drabinkowy, lista instrukcji, sekwencyjne
schematy funkcyjne, schematy bloków funkcyjnych, tekst strukturalny.
Celowość i metody mieszania poszczególnych sposobów programowania.
Dostępne typy danych, funkcji i operacji na danych w SP. Ograniczenia
obliczeniowe i programistyczne.
Algorytmy sterowania i regulacji w SP. Algorytmy wbudowane, metody
realizacji programowej prostych sposobów sterowania i regulacji. Metody
implementacji wybranych algorytmów sterowania dyskretnego.
Wprowadzenie do metod implementacji w SP rekursywnych metod
estymacji, filtracji. Demonstracja implementacji regulatorów adaptacyjnych,
rozmytych, predykcyjnych oraz modułów specjalizowanych.



5
Treści programowe cd.
Zagadnienia komunikacyjne w SP: wymiana danych pomiędzy sterownikami,
wymiana danych z innymi elementami struktury sterowania. Wybrane
standardy komunikacyjne w SP. Realizacja sterowania zdecentralizowanego
oraz rozproszonego w oparciu o sieć SP.
Ograniczenia w stosowalności SP. Komputery przemysłowe jako
rozwinięcie idei SP pozbawione ograniczeń i jednocześnie części zalet SP.
Zagadnienia logicznego i fizycznego włączania SP w układy sterowania:
podłączanie urządzeń pomiarowych oraz wykonawczych różnego typu.
Współpraca SP z systemami sterowania nadzorczego, systemami akwizycji
danych SCADA oraz bazami danych z wykorzystaniem dedykowanych
serwerów komunikacyjnych i uniwersalnego sposobu wymiany danych
OPC.



6
Rozkład zajęć
Wykład
Wtorek, 11.15-13.00,
Ćwiczenia
Laboratoria (grupy 14osób)
7
E41
Laboratoria i ćwiczenia
rozpoczynają się w drugim
tygodniu semestru
Efekty kształcenia –
umiejętności i kompetencje
Rozumienie zadań, funkcji i umiejscowienia SP w systemie sterowania.
Umiejętność doboru właściwego SP do realizowanego zadania
automatyzacji.
Znajomość metod programowania SP. Praktyczna umiejętność
programowania w języku drabinkowym i w języku tekst strukturalny.
Umiejętność implementacji w SP podstawowych algorytmów sterowania
(dwustanowe, trójstanowe, PID, sterowanie regułowe). Rozumienie zasad
implementacji bardziej złożonych algorytmów sterowania.
Umiejętność realizacji sterowania rozproszonego z wykorzystaniem technik
sieciowych w SP. Umiejętność zaprojektowania i wykonania współpracy SP
z systemem SCADA z zastosowaniem serwerów komunikacyjnych
dedykowanych i zunifikowanych OPC. Wykorzystanie SP do pracy w pętli
(ang. Hardware-in-the-loop) obejmujące podłączenie fizycznego obiektu lub
systemu czasu rzeczywistego operującego na sygnałach fizycznych.




8
Zaliczenie przedmiotu cd.

Zajęcia są obowiązkowe – obecność na zajęciach (ćwiczenia
i laboratoria) jest podstawowym kryterium zaliczenia
przedmiotu. Nieobecności należy odrobić w zakresie i
terminie uzgodnionym z prowadzącymi.

Każde zajęcia laboratoryjne są ocenianie pod kątem
zaliczenia i przyswojenia niezbędnej dawki wiedzy

Przed wybranymi zajęciami laboratoryjnymi odbędą się
wejściówki.
9
Zaliczenie przedmiotu cd.

Zaliczenie laboratorium – oznacza odbycie z pozytywną
oceną prowadzącego każdego laboratorium oraz realizacja
pakietu umiejętności praktycznych








10
Konfiguracja sterownika
Wprowadzanie programu sterującego
Zmiana trybu pracy SP i diagnostyka pracy SP
Podgląd i modyfikacja pamięci sterownika
Zmiana reprezentacji danych w SP
Wymiana danych SP z innymi elementami systemu
Opracowanie programu sterującego wykorzystującego dwa
języki programowania oraz procedury
Czytelność programu: etykiety zmiennych, opisy, strukturalizacja
programu
Warunki zaliczenia cd.

Warunki konieczne uzyskania zaliczenia




Obecność
Zaliczenie wszystkich laboratoriów (w tym pakietu
umiejętności praktycznych)
Uzyskanie ponad co najmniej 50% punktów z kolokwium
wykładzie i co najmniej 50% ze sprawdzianów na ćwiczeniach
Zadania do samodzielnego rozwiązania jako opcja po uzyskaniu
zaliczenia do max. 10pkt. (tylko dla osób powyżej 50%)
Łączna liczba punktów =
50pkt. (kolokwium końcowe) + 50pkt. (sprawdziany)
11
Ocena z przedmiotu SP
Liczba punktów
powyżej 95
90-95
80-89
70-79
60-69
51-59
0-50
Ocena
5,5
5
4,5
4
3,5
3
2
Prowadzący zastrzegają sobie możliwość podniesienia oceny w
uzasadnionych przypadkach
12
Indywidualny tok zaliczenia

Przeznaczony wyłącznie dla Studentów posiadających
rozległą wiedzę i doświadczenie w temacie SP

Wymaga kontaktu na początku semestru z Prowadzącymi

Wymaga poświadczenia umiejętności praktycznych i
wiedzy w zakresie treści programowych przedmiotu
13
Literatura





1. Legierski T., Kasprzyk J., Wyrwał J., Hajda J.: „Programowanie
sterowników PLC”, Wydawnictwo Pracowni
Komputerowej Jacka Skalmierskiego, Gliwice, 1998
2. Kwaśniewski J.: „Programowalne sterowniki przemysłowe w
systemach sterowania”, ZP Roma-Pol, 1999
3. Pasierbński J., Legierski T.: „Programowanie sterowników
PLC”, Wydawnictwo Pracowni Komputerowej Jacka
Skalmierskiego, 1998
4. Kasprzyk J.: „Programowanie sterowników przemysłowych”,
WNT
5. Tatjewski P.: „Sterowanie zaawansowane obiektów
przemysłowych”, Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT,
2002
14
Strona internetowa przedmiotu SP
www.ely.pg.gda.pl/kiss/dydaktyka/sp
wykłady,
informacje organizacyjne,
wyniki kolokwiów i egzaminów,
materiały pomocnicze,
15
Sprawy do ustalenia
Podział na grupy ćwiczeniowe
Podział na grupy laboratoryjne
Pytania
16
Harmonogram wykładów
Wykład
Temat
T1
Godziny rektorskie uczelniana inauguracja roku akadmickiego
T2
Wykład organizacyjny - PLC, PAC, DCS -definicje, podział, historia, rynek,
miejsce w systemie automatyki
Sterowniki programowalne GE Fanuc serii 90-30. Zasady działania systemu
(część I)
Sterowniki programowalne GE Fanuc serii 90-30. Zasady działania systemu
(część II)
T3
T4
T5
Prowadzący
JT
JT
JT
Norma IEC 61131
Interfejs użytkownika UI, interfejsy człowiek-maszyna (MMI, HMI) ,systemy
SCADA
TR
T7
Język programowania Lista instrukcji (IL)
JT
T8
Język programowania Structured Text (ST)
JT
T9
Regulator PID w sterownikach programowalnych
Proces tworzenia oprogramowania dla sterownika programowalnego - grafy
SFC
T6
T10
JT
JT/BP
TR
T11
Język programowania FBD
TR
T12
Język C dla sterowników programowalnych
BP
T13
Możliwości komunikacyjne PLC, moduły I/O ch-ka, układy zasilania
T14
Kolokwium końcowe
T15
17
Metody implementacji zaawansowanych algorytmów w PLC
JT/TR
JT
Termin
Ćwiczenia
T2
Sterowanie dyskretne na przykładzie termometru
TR
T3
Styczniki i przekaźniki elektromechaniczne
LD - Styki przekaźniki, sterowanie światłami w sygnalizatorach na
skrzyżowaniu
TR
LD - Timery, liczniki zadanie zegar z buzikiem
Sterowanie dwustanowe (model w InTouch) sterowanie w LD do
domu
JT
BP
T7
IL
JT
T8
Sprawdzian
Zasady implementacji w PLC algorytmów danych przez r-nia
różnicowe
JT
T10
ST
JT
T11
FBD
TR
T12
SFC
TR
T13
Sprawdzian
T14
PID w PLC
Implementacja algorytmu estymacji i sterowania adaptacyjnego w
PLC
T4
T5
T6
T9
18
Temat
Prowadząc
y
T15
JT
BP
JT
Laboratoria Temat
Prowadzący
T2/T3
Konfiguracja PLC
T4/T5
LD - operacje dyskretne wykorzystanie styków i przekaźników
TR
T6/T7
LD - Liczniki, timery
JT
T8/T9
PLC + SCADA
IL, FBD, ST - realizacja regulatora dwustanowego w róznych językach
programowania
JT
BP
T12/T13
PID w PLC - Hardware in the loop
BP
T14/T15
Estymacja parametrów modelu w PLC
JT
T10/T11
19
BP/JT