Předmět: Prostředky automatického řízení

« Zpět
Název předmětu Prostředky automatického řízení
Kód předmětu MTI/PAR
Organizační forma výuky Přednáška + Cvičení
Úroveň předmětu Bakalářský
Rok studia nespecifikován
Semestr Letní
Počet ECTS kreditů 5
Vyučovací jazyk Čeština
Statut předmětu Povinný
Způsob výuky Kontaktní
Studijní praxe Nejedná se o pracovní stáž
Doporučené volitelné součásti programu Není
Vyučující
  • Hlava Jaroslav, doc. Dr. Ing.
  • Koprnický Jan, Ing. Ph.D.
  • Mrázek Petr, Ing. Ph.D.
Obsah předmětu
<u>Témata přednášek:</u> 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, způsob ovládání a konfigurace regulátoru, rozdíl mezi PID regulátorem jako přístrojem a učebnicovým PID algoritmem. Varianty užívaných PID algoritmů (paralelní a sériový tvar), 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 (programované zesílení a řízení s rozděleným rozsahem). 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. Volba parametrů a struktury regulátoru pro nejběžnější typy regulačních obvodů (průtok, hladina, tlak, teplota). Použití složitějších regulačních struktur při řízení technologických procesů: kaskádní regulace, dopředné řízení, poměrové řízení, kompenzace dopravního zpoždění (Smithův regulátor). Pohony a akční členy. Regulační ventily, jejich vlastnosti a charakteristiky, elektrické a pneumatické ovládání ventilů, výpočty základních obvodů s ventily, solenoidové ventily. Regulační vlastnosti elektrických pohonů a jejich vliv na celkové chování regulačního obvodu. Vizualizace technologických procesů, systémy HMI/SCADA. Základní úvod do problematiky komunikace v řídicích systémech, průmyslová komunikační rozhraní a systémy. Konstrukční provedení automatizačních přístrojů, přístroje pro práci v prostředím s nebezpečím výbuchu, jiskrová bezpečnost. <u>Náplň cvičení:</u> 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 regulátor, 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). Práce s průmyslovými regulátory, konfigurace regulátoru z čelního panelu a pomocí konfiguračního prostředí běžícího na osobním počítači. Programovatelné regulátory a nastavení jimi realizované regulační struktury pomocí grafických programovacích prostředků. V současnosti jsou používány zejména regulátory řady KS 90 a KS 98 výrobce PMA. Návrh a výpočty základních obvodů s regulačními ventily. (Pokračování viz webové stránky ústavu, do STAGu se vše nevešlo.)

Studijní aktivity a metody výuky
Monologický výklad (přednáška, prezentace, vysvětlování), Laboratorní praktika
  • Účast na výuce - 70 hodin za semestr
Výstupy z učení
Předmět navazuje na teoretické znalosti získané v předmětu Základy spojitého řízení a dále je rozšiřuje s důrazem na realizační a aplikační aspekty návrhu regulačních obvodů. Probíraná témata zahrnují průmyslové analogové a číslicové PID regulátory a jejich konstrukční uspořádání, varianty a modifikace PID algoritmu (prakticky použitelný regulátor versus učebnicová rovnice), experimentální metody nastavování PID regulátorů, principy a implementace samonastavujících se a adaptivních PID regulátorů, dvou a třípolohové regulátory jejich realizace a regulační vlastnosti. Dále jsou pojednány složitější regulační struktury (kaskádní řízení, kompenzace dopravního zpoždění apod.) a je probrána otázka volby struktury regulátoru pro běžné regulační úlohy (regulace teploty, tlaku, průtoku apod.). Pozornost je věnována akčním členům (zejména ventilům a elektrickým pohonům a jejich regulačním vlastnostem). Dále jsou probrány vizualizační HMI/SCADA systémy a jejich programování a v základním nástinu je zmíněna problematika komunikace v řídicích systémech.
Studenti získají přehled o vlastnostech a možnostech průmyslových regulačních systémů a dalších automatizačních prostředků a schopnost kvalifikovaně volit a parametrizovat regulační algoritmy a navrhovat regulační systémy pro běžné aplikace.
Předpoklady
Podmínka registrace: není stanovena

Hodnoticí metody a kritéria
Kombinovaná zkouška, Ústní zkouška, Písemná zkouška

Aktivní účast na laboratorních praktikách, vypracování zadaných úkolů na cvičení nebo při nestihnutí formou referátu, zápočet, souhrnná zkouška. Předpokládá se znalost lineárních diferenciálních rovnic, Laplaceovy transformace, základů teorie automatického řízení a elektroniky.
Doporučená literatura
  • Bílý, R., Cagaš, P., Cagaš, R., Hladůvka, D., Kolařík, M., Sobotík, J., Zálešák, M., & Zgarba. (1999), Control Web 2000, Praha: Computer Press.
  • Corripio A. B. (2001), Tuning of Industrial Control Systems (2nd edition), ISA Press.
  • Hlava, J. (2000), Prostředky automatického řízení II: Analogové a číslicové regulátory, elektrické pohony, průmyslové komunikační systémy, Praha: Vydavatelství ČVUT.
  • 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.
  • Schnell, G., & Keim, V. (1999), Prozessvisualisierung unter Windows, Überwachung und Steuerung technischer Prozesse (SCADA), Wiesbaden: Vieweg Verlag.


Studijní plány, ve kterých se předmět nachází
Fakulta Studijní plán (Verze) Kategorie studijního oboru/specializace Doporučený ročník Doporučený semestr
Fakulta: Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Studijní plán (Verze): Elektronické informační a řídicí systémy (2012) Kategorie: Elektrotechnika, telekomunikační a výpočetní technika 2 Doporučený ročník:2, Doporučený semestr: Letní
Fakulta: Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií Studijní plán (Verze): Elektronické informační a řídicí systémy (2012) Kategorie: Elektrotechnika, telekomunikační a výpočetní technika 2 Doporučený ročník:2, Doporučený semestr: Letní