Přednášky: 1. Hlavní principy diskretizace a číslicové realizace PID regulátorů (odvození diferenčních rovnic). Specifické problémy číslicové regulace (aliasing, wind-up). 2. Implementace číslicových PID regulátorů v podobě programu, vliv konečné délky slova, potřeba přesného časování, kolísání periody vzorkování (jiter), pojem reálného času. 3. Základní principy systémů reálného času s důrazem na vestavěné platformy (FreeRTOS, Arduino Real-Time extension). 4. Obvyklé konstrukční realizace průmyslových kompaktních regulátorů, varianty provedení vstupů a výstupů, PID regulátory s nespojitým výstupem realizovaným pomocí PWM modulace, připojení elektricky ovládaných ventilů. Historický exkurs: analogová realizace PID regulátorů. 5. Důležité strukturní modifikace PID regulátorů (vážení žádané hodnoty). Možnosti poskytované průmyslovými PID regulátory pro řízení nelineárních soustav a pro rozšíření regulačního rozsahu akčních členů (programované zesílení a řízení s rozděleným rozsahem). Nespojité dvou- a třípolohové algoritmy dostupné v průmyslových regulátorech. 6. Průmyslové automatizační systémy, vývoj od prostředků určených pouze pro logické řízení k současným komplexním systémům umožňujícím logické i spojité řízení. 7. Funkční bloky pro spojité řízení a možnosti, které poskytují pro realizaci složitějších regulačních struktur jako kaskádní řízení či dopředná kompenzace měřitelných poruch. 8. Softwarové prostředky pro řízení, vizualizace technologických procesů, systémy HMI/SCADA 9. Průmyslová komunikace a rozhraní. Příklady průmyslových komunikačních systémů Profibus, AS-i, Modbus. 10. Průmyslový Ethernet (Modbus TCP, Profinet, Ethernet/IP). 11. Hydraulické a pneumatické akční členy, regulační armatury a jejich pohony. 12. Základy návrhu a dimenzování regulačních armatur (zejména ventilů). 13. Metody samočinného nastavení používané v průmyslových regulátorech s důrazem na jejich principy a otázku, kdy je lze s užitkem použít a kdy spolehnutí se na tyto metody může být nebezpečné. 14. Konstrukční provedení automatizačních přístrojů, přístroje pro práci v prostředí s nebezpečím výbuchu, jiskrová bezpečnost. Cvičení: Postup cvičení sleduje postup přednášek s tím, že ta témata, pro jejichž pochopení je třeba spíše bezprostřední procvičení (learning by doing), než rozsáhlé teoretické výklady jsou na přednáškách pouze naznačena a podrobně probrána jsou ve cvičeních (proto také rozsah 28p + 56c). Jedná se zejména o programování v reálném čase pod FreeRTOS či obdobným systémem a programové systémy pro vizualizaci a řízení technologických procesů. Většina témat cvičení je rozsáhlejší a zahrnuje několik cvičení. Hlavní témata cvičení jsou následující: Rozdíly v průběhu regulačních pochodů se spojitými a číslicovými regulátory: vliv zpoždění v důsledku vzorkování na stabilitu, důsledky wind-up efektu a aliasingu (v simulaci). Realizace číslicového PID regulátoru včetně jednoduchého uživatelského rozhraní na vývojovém kitu (např. Arduino) v jazyce C a s využitím možností OS reálného času. Aplikace průmyslového kompaktního regulátoru při řízení fyzikálních modelů regulovaných soustav, důraz na správnou konfiguraci celého regulátoru a nastavení jeho parametrů. Práce s automatizačním systémem připojeným k fyzikálnímu modelu - návrh a odzkoušení komplexnější regulační struktury (kaskáda, dopředná kompenzace atd.). Řízení a vizualizace na bázi PC s využitím SoftPLC či HMI/SCADA systému. Ověření na fyzikálních modelech. Průmyslové komunikační sběrnice - praktické ovládnutí při komunikaci dvou a více komunikujících zařízení (např. regulátor připojený k fyzikálnímu modelu ve spojení s nadřazeným vizualizačním systémem). Dimenzování regulačních armatur, odzkoušení jejich statických a dynamických vlastností na fyzikálních modelech.
|
Cílem předmětu je rozšířit teoretické znalosti, které studenti získali v rámci předmětu Základy automatického řízení, směrem k aplikačním a realizačním aspektům návrhu regulačních obvodů a automatizačních systémů. Důraz je kladen na průmyslové implementace a rozšíření PID regulátorů, klasické pokročilé techniky řízení, programování řídicích systémů pracujících v reálném čase, hardware automatizačních systémů a akčních členů a průmyslové komunikační systémy.
Studenti získají přehled o vlastnostech a možnostech průmyslových automatizačních systémů a dalších automatizačních prostředků a schopnost kvalifikovaně volit a parametrizovat regulační algoritmy a navrhovat a programovat regulační systémy pro běžné aplikace včetně vestavných řídicích systémů.
|