wykład 1 - PB Wydział Elektryczny

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