Opis - Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów

KATEDRA STEROWANIA I INZYNIERII
SYSTEMÓW
Studium podyplomowe
Zastosowanie Systemów Automatyki
Spis tresci:
str.
KONTAKT.................................................................................................................... 2
OPIS STUDIUM ........................................................................................................... 3
STRUKTURA ORGANIZACYJNA STUDIUM ....................................................... 5
PROGRAM STUDIUM ............................................................................................... 6
LISTA PRZEDMIOTÓW............................................................................................ 6
PROGRAM PRZEDMIOTÓW .................................................................................. 7
Kontakt
Studium prowadzone jest przez Pracownia Sterowania i Robotyki
Katedra Sterowania i Inzynierii Systemów, Wydzial Informatyki i Zarzadzania
Politechniki Poznanskiej.
Adres:
Katedra Sterowania i Inzynierii Systemów
Politechnika Poznanska
ul. Piotrowo 3A
60-965 Poznan
WWW:
Kierownik studium:
prof. dr hab. inz. Krzysztof Kozlowski
tel.: (61) 665 2197
e-mail: [email protected]
Sekretariat:
Joanna Gawecka
tel.: (61) 665 21 99
fax: (61) 665 21 99
e-mail: [email protected]
Opis studium
Studium „Zastosowania Systemów Automatyki” jest najnowsza propozycja Pracowni
Sterowania i Robotyki Katedry Sterowania i Inzynierii Systemów, Wydzialu Informatyki i
Zarzadzania odpowiadajaca na potrzeby ksztalcenia specjalistów z dziedziny szeroko
pojetej automatyki i robotyki. Dotyczy ono najnowszych zastosowan z tej dziedziny,
miedzy innymi sterowników PLC, oprzyrzadowania i oprogramowania budynków
inteligentnych, systemów czasu rzeczywistego oraz zastosowan robotów w inzynierii
medycznej. Studium jest propozycja dla inzynierów praktyków, po studiach licencjackich
lub magisterskich.
Cel studium
Celem nauczania jest przekazanie mozliwie obszernej i kompletnej wiedzy z zakresu
zastosowan systemów automatyki i robotyki.
Zadaniem studium jest przygotowanie uczestników do:
Samodzielnego rozwiazywania problemów z dziedziny wykorzystania narzedzi
szybkiego
prototypowania,
przemyslowych
i
technik
cyfrowych
programowania
protokolów
wymiany
przenosnego
informacji
oraz
w
sieci
róznych
zastosowaniach automatyki.
Dalszego poglebienia specjalistycznego ksztalcenia w zakresie wykorzystania najnowszych
narzedzi praktycznych w automatyce.
Wymagane przygotowanie
Studium
jest
skierowane
do
szerokiego
kregu
odbiorców.
Przedmioty
podstawowe zaproponowane na studium dotycza specjalistycznych zastosowan
automatyki
w
elektronicznego,
róznych
galeziach
samochodowego,
przemyslu,
miedzy
innymi
budynków
inteligentnych,
przemyslu
zastosowan
sterowników PLC oraz inzynierii biomedycznej. Cwiczenia w nowoczesnych
laboratoriach dobrane sa w taki sposób, aby kazdy z uczestników zapoznal sie z
modelami obiektów rzeczywistych oraz obiektów symulowanych i pozyskal
umiejetnosc poslugiwania sie nimi zarówno ze strony sprzetowej, jak i programowej.
Zdobyte w ten sposób doswiadczenie umozliwi przeniesienie nabytych umiejetnosci
wprost do praktyki przemyslowej.
Wskazane jest posiadanie podstawowej wiedzy z zakresu kursu podstawowego
automatyki i robotyki (z kursu licencjackiego lub magisterskiego), opisu ukladów
dynamicznych, dzialania sys temów mikrokomputerowych, znajomosc dowolnego
systemu operacyjnego (wystarczy w zakresie uzytkowania) oraz zrozumienie zasad
programowania w dowolnym jezyku wysokiego poziomu.
Kadra
Zajecia sa prowadzone przez pracowników Pracowni Sterowania i Robotyki
Katedry Sterowania i Inzynierii Systemów. Wykladowcy oraz prowadzacy cwiczenia
laboratoryjne posiadaja nie tylko wysokie kwalifikacje dydaktyczne gwarantujace
efektywne przyswajanie prezentowanej wiedzy, ale równiez duze doswiadczenie
praktyczne, bedace efektem prowadzonych od wielu lat prac konstrukcyjnych
badawczych. Pracownicy sa konstruktorami m.in. prototypu robota mobilnego, robota
wspinajacego sie oraz wielu ukladów mikroprocesorowych dla zastosowan automatyki
w róznych galeziach przemyslu.
Struktura organizacyjna studium
Organizacja semestrów
Zajecia odbywaja sie w piatki i soboty. Trwaja w dwa semestry , z których kazdy
obejmuje 10 zjazdów. W czasie jednego zjazdu, w piatek odbywaja sie wylacznie
wyklady natomiast w sobote – cwiczenia laboratoryjne. Plan studiów obejmuje lacznie
104 godziny lekcyjne wykladów i 106 godzin lekcyjnych laboratorium.
Miejsce zajec
Zajecia teoretyczne prowadzone sa
w salach wykladowych budynku Wydzialu
Elektrycznego (ul. Piotrowo 3A), natomiast
zajecia laboratoryjne sa prowadzone w
trzech laboratoriach Katedry Sterowania
i
Inzynierii
Systemów:
Laboratorium
Robotów Przemyslowych, Laboratorium
Sterowników PLC oraz Laboratorium Ukladów Automatyki. Wszystkie sa
wyposazone w najnowoczesniejsza aparature naukowo-badawcza
sterowniki,
roboty
nowoczesne
przemyslowe
oraz
modulowe systemy automatyki zarówno
sprzetowe
i
programowe.
Kazde
z
Laboratoriów jest przylaczone do sieci, co
umozliwia
zewnatrz.
sterowanie
urzadzen
z
Program studium
Program nauczania obejmuje 10 przedmiotów z nastepujacych dziedzin:
•
•
•
•
•
Zastosowanie ukladów automatyki w budynkach inteligentnych.
Zastosowanie ukladów automatyki w inzynierii medycznej.
Prototypowanie nowoczesnych ukladów automatyki.
Sterowanie procesorami w czasie rzeczywistym.
Modulowe systemy automatyki w zakresie sprzetu i oprogramowania.
Lista przedmiotów
1. Sterownik PLC.
2. Sieci przemyslowe i cyfrowe protokoly wymiany informacji.
3. Narzedzia szybkiego prototypowania.
4. Budynki inteligentne.
5. Elementy pomiarowe i wykonawcze automatyki.
6. Zastosowanie robotów w inzynierii medycznej.
7. Systemy zdalnego sterowania.
8. Systemy czasu rzeczywistego.
9. Techniki programowania.
10. Cyfrowe systemy sterowania i kontroli.
Program przedmiotów
Sterowniki PLC
zagadnienia
Wyklady
• Budowa i dzialanie oraz zadania stawiane sterownikom PLC.
• Jezyki programowania sterowników, elementy oprogramowania.
• Sprzet i wyposazenie sterowników.
• Budowa, programowanie i realizacja zadan na przykladzie sterownika
AEG Schneider Modicon.
• Wybrane standardy komunikacji przemyslowej wykorzystywane przez
sterownik PLC.
• Projekt ukladu sterowania wykorzystujacego sterownik PLC oraz
wybrany obiekt.
Laboratoria
• Uklad sekwencyjnego sterowania obiektem.
• Badania regulatora PID z wykorzystaniem wejsc i wyjsc analogowo
cyfrowych.
• Uklad sterowania obiektem grzewczym.
• Sterownik polozenia i predkosci dla serwonapedu z silnikiem pradu
stalego.
• Sterownik ruchu silnika krokowego.
• Monitorowanie i wizualizacja pracy ukladu sterowania ze sterownikiem
PLC.
Program przedmiotów
Sieci przemyslowe i cyfrowe protokoly wymiany informacji
Zagadnienia
Wyklady
• Warstwy modelu referencyjnego polaczonych systemów (OSI).
• Architektury: single master – single slave, single master – multiple
slaves, multimaster – multislave.
• Dostep do medium w sieciach single master – multiple slaves,
multimaster – multislave.
• Warstwa fizyczna sieci przemyslowych: protokoly synchroniczne i
asynchroniczne, transmisja róznicowa, TTL/CMOS, petla pradowa,
lacza swiatlowodowe, przesyl bezprzewodowy.
• Lokalne interfejsy szeregowe: porty dostepne w komputerach
osobistych RS-232, RS-422/485, USB, FireWire, port równolegly,
magistrale mikrokontrolerów UART, SPI, CAN, I2C, HURT.
• Sieci sredniego zasiegu (miejscowe): MODBUS, PROFIBUS, FieldBus,
LonWorks, FIP, X11, DeviceNet, ControlNet.
• Globalne protokoly wymiany informacji: industrial Ethernet, Power Link .
Laboratoria
• Wymiana danych miedzy komputerem PC a urzadzeniami
zewnetrznymi za posrednictwem magistral: RS-232 + konwerter na
RS-458 + mikrokontroler, USB + mikrokontroler EZ-USB AN2136SC
• Tworzenie aplikacji typu klient-server do wymiany danych z
mikrokontrolerami podlaczonymi za posrednictwem sieci Ethernet:
Zestaw em.Micro, mikrokontroler MSP430 jako mini server WWW.
• Komunikacja ukladów peryferyjnych z mikrokontrolerem z uzyciem
magistral SPI, I2C, CAN.
• Wymiana informacji ze sterownikami programowalnymi (PLC) przez
lacze PowerLink.
• Interfejsy bezprzewodowe: wireless Ethernet – konfiguracja polaczenia
miedzy dwoma sieciami Ethernet w trybie ‘wireless bridge’ w oparciu o
punkty dostepowe ELSA.
• Wykonanie polaczenia bezprzewodowego w oparciu o moduly
Bluetooth.
Program przedmiotów
Narzedzia szybkiego prototypowania
zagadnienia
Wyklady
•
•
•
•
•
Laboratoria
•
•
•
•
•
Budowa systemu projektowania i prototypowania, jego glówne funkcje,
przeglad koncepcji i rozwiazan.
Zintegrowane srodowisko prototypowania i testowania ukladów
sterowania.
Szybkie prototypowanie w srodowisku Matlab/Simulink/RTW (Real
Time Workshop).
Dzialanie w systemie MS Windows narzedzi do testowania i
wizualizacji stanu sterowanego procesu.
Przykladowe aplikacje uzyskane z wykorzystaniem szybkiego
prototypowania.
Srodowisko systemu Matlab, podstawowe operacje matematyczne,
programowanie i wizualizacja wyników.
Modelowanie ukladów dynamicznych s Simulinku.
Podstawy dzialania RTW wspólpracujacego z karta DSP.
Modelowanie prostych ukladów sterowania z wykorzystaniem
poznanych narzedzi.
Prototypowanie zamodelowanych w cwiczeniach 4 ukladów.
Program przedmiotów
Budynki inteligentne
zagadnienia
Wyklady
Laboratoria
•
•
•
•
•
•
•
•
Budynek jako system wieloagentowy.
Ogólna struktura BMS (Building Management System).
Przeglad firm zajmujacych sie BMS w Polsce.
Podstawowe elementy BMS: sterowanie wentylacja i klimatyzacja,
sterowanie wezlem cieplnym, sterowanie instalacji wod-kan.,
sterowanie agregatami wody lodowej, sterowanie oswietleniem,
sterowanie praca wind, oddymanie, instalacja tryskaczowa, kontrola
zuzycia energii (cieplo,prad,woda).
Zasilanie awaryjne budynku.
Wlamania i kontrola dostepu.
Siec strukturalna.
Przyklady rozwiazan budynków inteligentnych w Polsce.
•
•
•
•
•
•
Symulacja prostej struktury BMS.
Wizyta w budynku inteligentnym PFC.
Projekt tablicy budynku inteligentnego.
Symulator kontroli zuzycia energii.
Projekt prostego systemu sterowania praca wind.
Projekt zasilania awaryjnego budynku.
Program przedmiotów
Elementy pomiarowe i wykonawcze automatyki
zagadnienia
Wyklady
Laboratoria
§
Cyfrowe uklady akwizycji danyc h: wyjscia cyfrowe : TTL, totem-pole,
otwarty kolektor, source <=> sink (zródlo <=> splyw), przetworniki
analogowo-cyfrowe (A/D) i cyfrowo-analogowe (D/A) – realizacje, typy,
zalety i wady, wejscia i wyjscia: napieciowe i pradowe.
§
Przetworniki pomiarowe : pomiar wielkosci mechanicznych : pomiar sil
i momentów, pomiar kata i dlugosci (przemieszczenia), pomiary
przyspieszenia, pomiar wielkosci fizyko-chemicznych : pomiar
temperatury, pomiar cisnienia, pomiar masy i gestosci, pomiary
optyczne, pomiar odczynu pH, pomiar zmetnienia, systemy wizyjne,
przetworniki dwustanowe: wylaczniki krancowe, bariery optyczne itp.
§
Elektryczne elementy wykonawcze automatyki : silniki pradu stalego –
sterowanie i zabezpieczenia, silniki indukcyjne, serwonaped, silniki
specjalne, naped liniowy.
§
Elementy pneumatyczne i hydrauliczne automatyki.
§
Badanie
przetworników
tachometrycznej.
§
Badanie czujników przyspieszen.
§
Oprogramowanie odczytu danych z czujnika JR3.
§
Badanie serwonapedu z silnikiem pradu stalego i przekladnia
harmoniczna.
§
Cyfrowe uklady pomiaru temperatury i cisnienia.
§
Uklady przelaczajace i przekaznikowe do sterowania silnikiem pradu
zmiennego.
obrotowo -impulsowych
i
pradniczki
Program przedmiotów
Zastosowanie robotów w inzynierii medycznej
zagadnienia
Wyklady
§
§
§
§
§
§
§
Modelowanie biosystemów i uklady wspomagajace ich prace: uklad
nerwowy, uklad krazenia (np. sztuczne serce), uklad oddechowy (np.
respiratory)
Metody i urzadzenia w diagnostyce medycznej (podstawy, przyklady
rozwiazan, zastosowania): metody pomiarowe wielkosci
mechanicznych organizmu, metody ultradzwiekowe, metody
akustyczne, metody chemiczne – czujniki glukozy w diagnostyce
diabetyków, metody i urzadzenia pomiarowe wielkosci elektrycznych
organizmu.
Metody modelowania ukladu szkieletowo-miesniowego.
Komputerowe wspomaganie projektowania protez: biomaterialy
(rodzaje materialów, technologia wytwarzania, przyklady zastosowan),
protezy konczyn górnych, biomechanika kregoslupa, projektowanie i
wytwarzanie endoprotez, urzadzenia do wspomagania chodu,
wspomaganie ruchu chwytnego.
Zastosowania sieci neuronowych w medycynie: sieci neuronowe w
przetwarzaniu i rozpoznawaniu obrazów, sieci neuronowe w
diagnostyce mowy oraz identyfikacji sygnalu mowy, metody
hybrydowe w diagnostyce medycznej.
Zastosowanie telerobotyki w zabiegach laparoskopowych.
Manipulatory i roboty medyczne: roboty do obslugi szpitalnej, roboty
rehabilitacyjne i systemy wspomagajace niepelnosprawnych,
mikroroboty.
Laboratoria
§
§
§
§
§
§
Projektowanie i animacja konczyny górnej.
Rekonstrukcja obrazu 3D na podstawie zdjec 2D.
Modelowanie odksztalcen narzadów wewnetrznych (np. watroba),
symulacja operacji laparoskopowej.
Pomiar i analiza sil dzialajacych na narzedzia laparoskopowe (np.
laproskop) za pomoca czujnika sil i momentów.
Zastosowanie sieci neuronowych w systemach rozpoznawania mowy.
Projektowanie systemów WWW dla potrzeb medycznych
Program przedmiotów
Systemy zdalnego sterowania
zagadnienia
Wyklady
§
§
§
§
§
§
Ogólny opis podstawowych elementów automatyki i robotyki.
Podstawowe elementy systemów robotycznych jako elementy
wieloagentowe.
Metody planowania trajektorii dla robotów on-line oraz off-line.
Zdalny przesyl informacji sterujacych oraz zadanych trajektorii w
zastosowaniach robotów w medycynie, policji oraz budownictwie
wielkoplytowym.
Systemy wieloagentowe automatyki i robotyki pracujace w sieci.
Protokoly przesylu informacji w sieci dla potrzeb zdalnego sterowania.
Laboratoria
§
§
§
§
§
Komunikacja z systemem mikroprocesorowym poprzez siec lokalna.
System zdalnego monitoringu z wykorzystaniem kamery.
Wykorzystanie lacza radiowego, IRDA do sterowania robotem
mobilnym.
Server video z wykorzystaniem karty Framegrabbera.
Aplikacja klienta dla serwera video.
Program przedmiotów
Systemy czasu rzeczywistego
zagadnienia
Wyklady
§
Projektowanie procesów sterowania w czasie rzeczywistym.
§
Mechanizmy obslugi zdarzen czasu rzeczywistego w wybranych
systemach operacyjnych.
Laboratoria
§
Porównanie wlasciwosci systemów RT-Linux, QNX i OS-9.
§
Szeregowanie procesów, sygnaly i wielowatkowosc.
§
Podstawy projektowania procesów wspólbieznych.
§
Podstawowy modul czasu rzeczywistego: komunikacja z programami
w trybie uzytkownika z wykorzystaniem kolejek FIFO i pamieci
wspóldzielonej.
§
Wspólpraca dwóch watków czasu rzeczywistego w systemie RTLinux.
§
Oprogramowanie portu szeregowego z wykorzystaniem sterownika
RT-COM.
§
Diagnostyka urzadzenia fizycznego z wykorzystaniem systemu czasu
rzeczywistego.
§
Komunikacja sieciowa z wykorzystaniem sieciowego protokolu czasu
rzeczywistego.
Program przedmiotów
Techniki programowania przenosnego
zagadnienia
Wyklady
§
§
§
§
§
§
Laboratoria
§
§
§
§
§
§
Róznorodne aspekty przenosnosci. Przenosne jezyki programowania.
Przenosne narzedzia programistyczne i biblioteki.
Wprowadzenie do projektowania przenosnego oprogramowania w
jezyku C i C++.
Narzedzia wspomagajace przenosne programowanie (1): Makefile.
Narzedzia wspomagajace przenosne programowanie (2): autoconf i
LibTool.
Podsumowanie i dyskusja.
Tworzenie aplikacji dla systemów Linux i Windows z wykorzystaniem
pakietu QT.
Tworzenie aplikacji prze nosnej w jezyku JAVA.
Tworzenie aplikacji przenosnej w jezyku PYTHON.
Tworzenie aplikacji przenosnej w jezyku C/C++.
Wykorzystanie mechanizmu plików „Makefile” do kompilacji
programów z elementami nieprzenosnymi.
Wykorzystanie narzedzi „Autoconf” i „LibTool” do generowania kodu
przenosnego.
Program przedmiotów
Cyfrowe systemy sterowania i kontroli
zagadnienia
Wyklady
•
Metody opisu i analizy cyfrowych ukladów sterowania. Teoria
dyskretnych ukladów liniowych. Dyskretna reprezentacja ukladów
ciaglych. Synteza ukladów cyfrowych. Algorytmy bezposredniego
sterowania cyfrowego. Projektowanie cyfrowych ukladów sterowania.
Analiza skutków kwantyzacji. Automaty skonczone i realizacja funkcji
logicznych.
•
Architektura
wspólczesnych
systemów
mikrokomputerowych.
Najpopularniejsze mikrokomputery jednoukladowe i mikrokontrolery.
•
Urzadzenia i sposoby sprzegania obiektu z kontrolno -pomiarowym
systemem mikrokomputerowym.
•
Typowe
zasoby
systemów
mikrokomputerowych,
pamieci
oraz
sposoby ich wykorzystania, pulpity i konsole operatorskie, urzadzenia
zobrazowania informacji.
Laboratoria
•
Komputerowe systemy modulowe w automatyce i robotyce.
•
Podzial zadan pomiedzy sprzet i oprogramowanie.
•
Uruchamianie i diagnostyka systemów mikrokomputerowych
•
Realizacja funkcji logicznych na programowalnej macierzy GAL.
•
Realizacja funkcji logicznych i automatów na procesorach rodziny 51.
•
Pomiary analogowe w ukladach mikroprocesorowych.
•
Sterowanie PWM jedno i dwubiegunowe.
•
Realizacja odometrii robota mobilnego na DSP.
•
Cyfrowy uklad regulacji z wykorzystaniem karty DSP.