2013-06-04

1

Pojęcia podstawowe

Sygnałem nazywamy w automatyce dowolną wielkość fizyczną, będącą
funkcją czasu, wykorzystywaną do przekazywania informacji. Informacja
zawarta jest w

wartości lub kształcie przebiegu sygnału.

Elementem automatyki nazywamy dowolny

podzespół, zespół, przyrząd

lub

urządzenie, występujące w układach automatyki, w którym wyróżnić

można grupę sygnałów wejściowych i grupę sygnałów wyjściowych.

Obiekt sterowania obejmuje

różnorodne zbiory elementów automatyki,

tworzących określoną całość oraz procesy przebiegające w tych zbiorach.

Urządzenie sterujące to ogólnie rozumiany cały zespół środków, za pomocą
których realizuje się sterowanie.

Układem sterowania nazywamy zespół złożony z obiektu sterowania i
urządzenia sterującego, odpowiednio, funkcjonalnie powiązanych ze sobą.

Pojęcia podstawowe

Sterowanie w układzie otwartym

Wielkość

sterowana

y(t)

Sygnał

zadający

w(t)

Urządzenie

sterujące

Obiekt

sterowania

Sygnał

sterujący

u(t)

Zakłócenie z(t)

Manipulator stanfordzki

Zależność wektorów położeń ramienia i końcówki

Zadanie kinematyki odwrotnej m.stanfordzkiego

2013-06-04

2

)

;

(

2

)

;

(

2

lub

0

)

;

(

2

0

)

;

(

2

0

)

;

(

2

)

(

)

;

(

2

)

;

(

2

2

6

4

6

4

6

6

4

6

4

5

5

5

6

3

6

3

6

4

5

6

3

6

3

4

5

6

3

6

3

4

2

3

2

3

1

3

1

3

3

3

1

3

1

1

3

2

2

3

2

3

3

2

/

1
1

z

z

y

x

x

y

x

y

x

y

z

y

x

z

y

x

z

y

z

y

x

n

n

arctg

a

a

arctg

dla

n

n

arctg

dla

a

a

arctg

dla

a

a

arctg

p

p

s

p

c

d

p

p

s

p

c

arctg

d

p

d

p

p

p

arctg

















































































Zestawienie rozwiązań z. odwrotnego kinematyki

Wyznaczenie kąta ϴ

1

Wyznaczenie d

3

Wyznaczenie kąta ϴ

2

Kiść manipulatora stanfordzkiego

Charakterystyka statyczna

2013-06-04

3

Charakterystyki dynamiczne – odpowiedź skokowa

Obrabiarka CNC

A- wrzeciennik
B- wanna podstawy
C- podstawa (nogi: lewa, prawa)
D-

łoże z prowadnicami

E-

suport z sankami narzędziowymi

F

– konik

G- silnik elektryczny (niewidoczny

z tyłu wrzeciennika)

H- pulpit sterowniczy

1. wrzeciono z uchwytem tokarskim
2. skrzynka prędkości
3. skrzynka posuwów (patrz poz. 4 )
4. przekładnia gitarowa (po otwarciu drzwiczek „8”
)
5. przekładnia pasowa (po otwarciu drzwiczek„8”)
6. śruba pociągowa

7. osłona uchwytu
8. drzwiczki przekładni
pasowej i gitarowej
9. osłona tylna
10.osłona imaka
11.osłona śruby pociągowej

Suport

Silniki skokowe (krokowe)

Układ regulacji prędkości obcowzbudnego silnika prądu stałego

Zamknięty układ sterowania

Wielkość

sterowana

y(t)

Sygnał
zadający

w(t)

Urządzenie

sterujące

Obiekt

sterowania

Sygnał

sterujący

u(t)

Zakłócenie z(t)

Uchyb

e(t)

_

Węzeł sumacyjny

Sprzężenie zwrotne - ujemne

pomiar

)

(

)

(

)

(

t

y

t

w

t

e





2013-06-04

4

Wielkość

sterowana

y(t)

Sygnał
zadający

w(t)

Urządzenie

sterujące

Obiekt

sterowania

Sygnał

sterujący

u(t)

Zakłócenie z(t)

pomiar

Uchyb

e(t)

_

Węzeł sumacyjny

Układ zamknięty z kompensacją zakłócenia

Wielkość

sterowana

y(t)

Sygnał
zadający

w(t)

Urządzenie

sterujące

Obiekt

sterowania

Sygnał

sterujący

u(t)

Zakłócenia

z

1

(t) z

2

(t)

pomiar

Uchyb

e(t)

_

Węzeł sumacyjny

Układ zamknięty z kompensacją zakłócenia

y(t)

w(t)

Urządzenie

sterujące

Obiekt

sterowania

u(t)

y(t)

u(t)

y(t)

e(t)

_

Optymalizator

Adaptator

Warstwa sterowania bezpośredniego

Warstwa optymalizacji

Warstwa adaptacji

z(t)

Warstwy sterowania automatycznego

Klasyfikacja układów regulacji automatycznej

Ze w względu na cechę liniowości:

• liniowe
• nieliniowe

Ze w względu na liczbę wejść i wyjść

• jednowymiarowe
• wielowymiarowe

Ze w względu na charakter sygnałów

• ciągłe
• dyskretne
• binarne

2013-06-04

5

System sterowania bezpośredniego DDC

System sterowania nadrzędnego SPC

Sterowanie binarne

Początkowe próby zastąpienia klasycznych regulatorów komputerem
pokazały pewną nadmiarowość funkcjonalną komputerów-systemów
sterujących.

Poszukiwania prostszych, a co za tym idzie,

tańszych rozwiązań

zaowocowały mikroprocesorowymi konstrukcjami regulatorów o dużej
swobodzie

wyboru

algorytmów sterowania, zwanych swobodnie

programowalnymi

sterownikami

logicznymi

(Programmable

Logic

Controllers

– PLC). Rozwój takich rozwiązań był niezwykle szybki i ciągle

znajdują one szerokie zastosowania.

Sterowniki PLC

Przekaźnik

Wejścia

Wyjście

A

B

Q

0

0

0

1

0

0

0

1

0

1

1

1

Schemat układu logicznego

Rysunek schematu realizującego funkcję logiczną (Konrad Zuse – twórca
pierwszego komputera)

2013-06-04

6

Sterowniki PLC

Sterownik PLC

Sterownik PLC VersaMax firmy Fanuc

SIEMENS S7400 PLC

CPU1

redundant field
bus connection

CPU2

inputs/outputs

serial connections

Lokalizacja PLC w systemach sterowania

2013-06-04

7

Schemat przykładowego sterownika PLC

CPU

Real-Time

Clock

flash

EPROM

ROM

buffers

signal

conditioning

power

amplifiers

relays

signal

conditioning

serial port

controller

Ethernet

parallel bus

ethernet

controller

RS 232

analog-

digital

converters

digital-
analog

converters

Digital Output

Digital

Input

fieldbus

controller

external

I/Os

extension

bus

field bus

direct Inputs and Outputs

Schemat przykładowego sterownika PLC

Cykl pracy sterownika PLC

Programowanie sterowników PLC

Programowanie sterowników PLC

2013-06-04

8

Structured Text (ST)

VAR CONSTANT X : REAL := 53.8 ;

Z : REAL; END_VAR

VAR aFB, bFB : FB_type; END_VAR

bFB(A:=1, B:=‘OK’);

Z := X - INT_TO_REAL (bFB.OUT1);

IF Z>57.0 THEN aFB(A:=0, B:=“ERR”);

ELSE aFB(A:=1, B:=“Z is OK”);

END_IF

Ladder Diagram (LD)

OUT

PUMP

Function Block Diagram (FBD)

PUMP

AUTO

MAN_ON

ACT

DO

V

Instruction List (IL)

A: LD %IX1 (* PUSH BUTTON *)

ANDN %MX5 (* NOT INHIBITED *)

ST %QX2 (* FAN ON *)

Sequential Flow Chart (SFC)

START STEP

T1

T2

D1_READY

D2_READY

STEP A

ACTION D1

N

D

ACTION D2

STEP B

D3_READY

D4_READY

ACTION D3

N

D

ACTION D4

T3

DI

V

CALC1

CALC

IN1

IN2

OUT

>=1

Języki graficzne

Języki tekstowe

AUTO

MAN_ON

ACT

CALC1

CALC

IN1

IN2

Języki programowania PLC (

IEC 61131-3)

2013-06-04

9

Przykład programu
z określeniem warunków załączenia i wyłączenia wyjścia

System programowania

Ze w względu na zadanie, które mają spełniać:

• regulacja stałowartościowa

• regulacja programowa

• regulacja nadążna

• regulacja optymalna

Ze w względu na zdolność samoczynnego dopasowywania parametrów i
charakterystyk do zmieniających się właściwości obiektów i zakłóceń:

• nieadaptacyjne

• adaptacyjne

Klasyfikacja układów regulacji automatycznej

Komputer jako urządzenie sterujące

2013-06-04

10

Struktura funkcjonalna KSS procesem przemysłowym

Klasyfikacja KSS

Rozproszony układ sterowania

Rozproszony układ sterowania

Sterownik rozproszony

2013-06-04

11

Enterprise Network

directly connected

I/O

Control Bus
(e.g. Ethernet)

Engineer
station

I/O

I/O

I/O

I/O

C

PU

Sensor Bus (e.g. ASI)

Field Bus

gateway

Field Stations

Control Station

with Field Bus

direct I/O

I/O

Field Devices

FB

gateway

gateway

I/O

I/O

I/O

I/O

C

PU

C

O

M

I/O

I/O

I/O

C

O

M

C

PU

C

O

M

C

O

M

C

O

M

I/O

Field Bus

C

PU

C

O

M

2

I/O

I/O

I/O

C

PU

C

O

M

1

C

O

M

2

I/O

C

PU

Operator

station

large
PLCs

small PLC

very simple PLCs

PLC

PLC

C

O

M

1

C

O

M

1

Supervisor

Station

System wizualizacji

System wizualizacji

Cyclic organization block - COB

W strukturze

programów opartej na

logice BLOCTEC bloki organizacy-
jne - COB

określają kolejność

przetwarzania

programów. Zawie-

rają wywołania bloków funkcyjnych i
bloków programowych. Po zakoń-
czeniu przetwarzania

wywołanego

bloku, sterowanie przetwarzaniem
powraca do COB i jest konty-
nuowane

z

tego

miejsca.

Po

zakończeniu wszystkich instrukcji
danego

COB

sterowanie

jest

przekazywane do

następnego COB.

Program block PB

PB zawiera operacje,

które tworzą

logiczne

związki funkcjonalne: Ze

względów

praktycznych

każdy

proces

podlegający sterowaniu jest

dzielony na jednostki funkcjonalne.
Jednostkom takim przypisuje

się

bloki programowe.

Bloki funkcyjne (Function block FB)

Często używane funkcje są oprogramowane w
blokach funkcyjnych.

Można je traktować jako

podprogramy,

zawierające często wykorzystywa-

ne elementarne sekwencje operacji przetwarza-
nia. Aby

mogły być wykorzystywane w wielu apli-

kacjach,

są często przechowywane w bibliote-

kach.

Są wywoływane z różnymi parametrami.