Název:	Prostředky automatického řízení
Zkratka:	PAŘ
Typ:	povinný
Rozsah:	14 týdnů, týdně 3 hodiny přednášek + 2 hodiny laboratorních cvičení
Kredity:	6
Způsob ukončení:	zkouška
Katedra:	katedra řídicí techniky FM TUL
Přednášející:	Dr. Ing. Mgr. Jaroslav Hlava

 
Stručná anotace předmětu:

Průmyslové analogové a číslicové PID regulátory a jejich konstrukční uspořádání, varianty a modifikace PID algoritmu, experimentální metody nastavování PID regulátorů, principy a implementace samonastavujících se a adaptivních PID regulátorů. Model prediktivní řízení, principy, vlastnosti a komerční implementace. Vizualizace technologických procesů, systémy HMI/SCADA a jejich programování. Elektrické pohony a akční členy a jejich regulační vlastnosti. Regulační ventily, jejich vlastnosti, výpočet a použití. Distribuované řídicí a měřicí systémy, sériová komunikace, průmyslové komunikační systémy: principy jejich práce a nejčastěji používané typy těchto systémů.

 
Témata přednášek:

Analogové PID regulátory, jejich realizace a varianty, regulátory s interakcí a bez interakce, beznárazové přepínání mezi ručním a automatickým provozem. Nespojité dvou- a třípolohové regulátory, polohové PD, PI, PID a DPID regulátory. Analogová a číslicová realizace těchto regulátorů, příklady průmyslových provedení.

Struktura a konstrukční uspořádání průmyslových číslicových PID regulátorů, varianty užívaných PID algoritmů, specifické problémy číslicové regulace (aliasing, wind-up), vliv konečné délky slova. Běžné strukturní modifikace PID regulátorů, vážení žádané hodnoty, PID regulátory se dvěma stupni volnosti. Možnosti poskytované průmyslovými PID regulátory pro řízení nelineárních soustav a pro rozšíření regulačního rozsahu akčních členů: gain scheduling a split range control.

Praktické metody nastavování parametrů PID regulátorů nevyžadující znalost přesného matematického modelu řízené soustavy. Přehled metod (ZN pravidla a jejich modifikace; Cohen-Coon; Chien, Hrones a Reswick; pravidlo souhrnné časové konstanty, Latzelova metoda; IMC; lambda tuning atd.) jejich vlastností a aplikačních oblastí.

Samočinně se nastavující a adaptivní PID regulátory. Nejběžnější algoritmy používané v komerčně dostupných průmyslových PID regulátorech a PLC blocích (reléová zpětná vazba a její různé komerční implementace v regulátorech firem ABB Automation, Fisher Rosemount a Honeywell; Foxboro EXACT; Honeywell Accutune; blok PID Self-Tuner pro Simatic S7 atd.), jejich principy, možnosti a omezení.

Vizualizace technologických procesů, systémy HMI/SCADA, základní přehled vývoje a stavu dostupných programových prostředků, jejich architektura a principy jejich programování. Spolupráce vizualizačních programů s hardwarovými prostředky (komunikační rozhraní, interní v/v karty, programovatelné automaty). OLE for Process Control. HMI/SCADA systém Control Web 2000.

Pohony a akční členy. Regulační vlastnosti elektrických pohonů. Dynamické vlastnosti stejnosměrných motorů s permanentními magnety, princip realizace jejich řídicích členů, statické a dynamické vlastnosti těchto členů a jejich vliv na chování pohonu. Asynchronní servomotory, principy jejich řízení. Vlastnosti servopohonů s asynchronními motory. Krokové motory, jejich vlastnosti a způsoby řízení. Regulační ventily, jejich vlastnosti, charakteristiky, výpočet a použití. E/P a P/E převodníky.

Komunikace v řídicích systémech, sériová komunikace, nejdůležitější vlastnosti rozhraní TIA/EIA 232 F a TIA/EIA 485 A, rozhraní typu proudová smyčka. Průmyslové komunikační systémy (fieldbusy). Vymezení pojmu a oblasti použití, jejich zařazení do struktury referenčního modelu ISO/OSI, charakteristiky fyzické a spojové vrstvy.

Průmyslové komunikační systémy pro systémovou úroveň. Systémy definované evropskou normou EN 50170 (Profibus, P-Net, WorldFIP), Foundation Fielddbus, totálně distribuované automatizační systémy: technologie LonWorks.Průmyslová komunikační sběrnice CAN. Komunikace na úrovni snímačů a akčních členů: AS-Interface. Protokol HART pro komunikaci se Smart snímači.

 
Náplň cvičení:

Implementační aspekty číslicových PID regulátorů, nastavení regulátoru optimální z hlediska potlačení poruch a sledování změn žádané hodnoty, srovnání kvality regulace dosažené s různými typy dynamiky regulovaných soustav při použití jednotlivých popsaných přístupů k nastavování PID regulátorů, řízení nelineárních soustav pomocí PID regulátorů.

Nastavovací postupy vycházející z metody vnitřního modelu a problém robustnosti regulátoru, jednoduché přístupy k samočinnému nastavování parametrů PID regulátorů (zejména metoda reléové zpětné vazby a její modifikace). Uvedené pokusy s PID regulátory jsou prováděny částečně na laboratorních modelech a částečně s využitím simulace a případových studií typických regulačních systémů některých v praxi významných typů regulovaných soustav. Zde je výchozím bodem především soubor studií publikovaný v (Levine, 2000).

Základy práce s vizualizačním software, předpokládá se nejprve základní seznámení formou naprogramování několika jednodušších úloh vysloveně školní povahy (v zásadě obdobných jako v učebnici (Schnell & Keim, 1999) ) a v návaznosti na to vytvoření o něco komplexnějšího programu umožňujícího vizualizaci a řízení laboratorního modelu reálné soustavy.

Základy práce s regulovanými pohony a frekvenčními měniči, výpočet parametrů pohonu vhodného pro danou aplikaci, programování inteligentních servoměničů.

Návrh a výpočty regulačních ventilů.

Průmyslová komunikace: demonstrace některých významných systémů (Profibus, AS-Interface, popř. protokol HART pro komunikaci s inteligentními snímači).

 
Literatura:

Hlava, J. (2000), Prostředky automatického řízení II: Analogové a číslicové regulátory, elektrické pohony, průmyslové komunikační systémy, Praha: Vydavatelství ČVUT

Bílý, R., Cagaš, P., Cagaš, R., Hladůvka, D., Kolařík, M., Sobotík, J., Zálešák, M., & Zgarba (1999), Control Web 2000, Praha: Computer Press

Schnell, G., & Keim, V. (1999), Prozessvisualisierung unter Windows, Überwachung und Steuerung technischer Prozesse (SCADA), Wiesbaden: Vieweg Verlag

Kissell E. T. (1999), Industrial Electronics: Applications for Programmable Controllers, Instrumentation & Process Control, and Electrical Machines & Motor Controls, Prentice Hall

Levine, W., S. (Ed.), (2000), Control System Applications, CRC Press LLC

 
Prerekvizity: -

Navazující:    -

 
Datum poslední změny: 16.10.2001