352lab

Prostředky automatického řízení

Předmět je určen pro studenty druhého ročníku magisterského studia katedry automatizační techniky a řízení na fakultě strojní. Obsah navazuje na předměty „Automatizační technika“, „Logické prvky a systémy“ z bakalářského studia a předmět „Měřicí a senzorová technika“ v magisterském studiu, využívá nabytých znalosti studenta v těchto předmětech a v předmětech „Automatické řízení“ a „Teorie automatického řízení“ při aplikaci řízení na reálné systémy.

Na cvičeních se studenti seznamují s řízenými a řídicími systémy, které konfigurují pomocí uživatelského rozhraní vytvořeném ve SCADA/MMI prostředí. Při konfiguraci musí využít znalosti nabytých v teoretických předmětech týkajících se řídicích algoritmů, typů regulátorů a nastavení jejich parametrů. Výstupem je 7 protokolů, které je nutno odevzdat do konce aktuálního semestru. V opačném případě je nutno předmět absolvovat znovu.

Témata předmětu (přednášek)

1. Seznámení s problematikou a obsahem studovaného předmětu. Rozdělení prostředků automatického řízení a jejich charakteristika (programové a technické prostředky), systémy řízení, hierarchická struktura.
2. Přehled snímačů a senzorů (návaznost na předměty Automatizační technika, Měřicí a senzorová technika).
3. Akční členy.
4. Distribuované systémy řízení, řešení týmové práce její realizace a schopnosti systémového inženýra. SCADA/MMI systémy jejich vlastnosti a nasazení v hierarchické struktuře řízení.
5. Průmyslové sítě, základní typy, 7 vrstvý model, fyzická vrstva …. aplikační vrstva.
6. Wifi sítě, konfigurace přístupových bodů a konfigurace AD-HOC, připojení řídicích systémů k technologickému procesu (ILAN, LAN, WLAN). Ukázka laboratorní sestavy.
7. Programovatelné logické automaty vnitřní struktura, vývojové prostředí, programování PLC, připojení PLC k řízenému systému.
8. Popis jednočipových počítačů vyšších řad, popis vybraných implementovaných modulů.
9. Programování jednočipových počítačů pomocí vyššího programovacího jazyka.
10. Postupy odladění navrhovaných algoritmů přímo na reálné úloze.
11. Zařízení podporující meziobvodovou komunikaci I2C, SPI (MEMS, paměti, převodníky, …).
12. Inteligentní senzory jejich vnitřní struktura a popis realizace.
13. Počítačově integrované systémy CIM-CAD-CAM-CAP-CAQ-PPS.
14. Časová rezerva.

CZ (přednášky podpora):

EN (přednášky podpora):

Otázky

1. Hierarchická struktura řízení, distribuované a víceúrovňové systémy řízení a jejich dekompozice, důvody nasazení.
2. Statické a dynamické vlastnosti prvků měřicích a řídicích systémů. Základní pojmy – citlivost, přesnost, časová konstanta, perioda vzorkování, kvalita regulace.
3. Základní rozdělení senzorů a snímačů – struktura a vlastnosti, rozsah, přesnost, fyzikální principy a parametry senzorů.
4. Snímače pro měření rozměrů, délky, přítomnosti objektů, polohy, výšky hladiny kapalin a sypkých materiálů (principy hlavních typů snímačů, rozsahy, chyby, příklady aplikací).
5. Snímače pro měření průtoků a tlaků plynů, kapalin a sypkých hmot (principy a provedení snímačů, srovnání vlastností, rozsahy, příklady použití).
6. Snímače pro měření teploty a tepla (fyzikální principy a typy snímačů, porovnání vlastností, kontaktní a bezkontaktní měření, rozsahy a příklady použití).
7. Snímače pro měření rychlosti, otáček, hmotnosti, sil, krouticích momentů a vibrací (základní principy a typy snímačů, rozsahy, příklady použití).
8. Normalizace signálů řídicích systémů (členy pro zesílení signálu, členy pro unifikaci signálů, úrovně normovaných signálů, OZ, tranzistor, dioda, …).
9. Vnitřní struktura řídicích systémů v průmyslu (typy vstup/výstupních signálů, převodníky A/Č, Č/A, způsob spojení s PC, …).
10. Vývojová prostředí pro programování jednočipových procesorů (řady PIC), popis vlastnosti, (ne)výhod jednotlivých prostředí.
11. Výkonové prvky pro spínání akčních členů (tranzistor, tyristor, relé, stykač …).
12. Řídicí počítače IPC (architektura, technické a programové vybavení, způsoby připojení k technologickému procesu, příklad řídicích počítačů třídy IPC, současné trendy v této oblasti).
13. Logické úlohy (postup řešení kombinačních a sekvenčních logických úloh, příklad …).
14. Prvky pro logické zpracování informace (logické obvody, hradla, spínače, obvodové prvky).
15. PLC – vnitřní struktura programovatelných logických automatů, popis jednotlivých částí, kompaktních a modulárních PLC, příklady PLC, komunikační možnosti, nasazení v hierarchické struktuře řízení.
16. PLC – programovací jazyky (popis na příkladech, výhody, možnost konverze mezi jazyky, …).
17. SCADA/MMI systémy (použití, prostředí, vlastnosti, výhody, nasazení systémů v hierarchické struktuře řízení, vazby, programovatelnost a otevřenost systému, řízení v reálném čase …).
18. Přenos informace na malé vzdálenosti – meziobvodová komunikace (I2C, SPI, číslicové přenosové systémy a sběrnice).
19. Jednočipové počítače (základní vlastnosti, vnitřní struktura, možnosti konfigurace, komunikace, implementované moduly, …).
20. Instrukční sada jednočipových počítačů řady PIC, jednoduchý aplikační příklad – vysvětlení instrukcí.
21. Informační vazby hierarchické struktury řízení, architektura, vlastnosti a využití počítačových sítí (model síťové struktury OSI, počítačové sítě LAN-MAN-WAN, odolnost proti rušení, průmyslové počítačové sítě, bezdrátové sítě WLAN, příklady).
22. Pohony a akční členy (struktura, charakteristiky, vlastnosti, srovnání, způsoby jejich řízení).
23. MEMS systémy (vnitřní struktura, možnosti přenosu naměřených dat, vzorkování, příklady použití).

Cvičení

Literatura

SCHMID, Dietmar. Řízení a regulace pro strojírenství a mechatroniku. Přeložil Jiří HANDLÍŘ. Praha: Europa-Sobotáles cz., 2005. ISBN 80-86706-10-9.

BALÁTĚ, Jaroslav. Technické prostředky automatického řízení. Praha: SNTL – Nakladatelství technické literatury, 1986.

HUGHES, Thomas A. Measurement and control basics. 4th ed. Research Triangle Park: ISA, c2007. Resources for measurement and control series. ISBN 978-1-55617-916-7.

BOLTON, W. Instrumentation and control systems. Amsterdam: Elsevier, 2007. ISBN 978-0-7506-6432-5.