UPRAVLJANJE PROCESIMA

1
UPRAVLJANJE PROCESIMA PLC i SCADA
2
Definicija procesa
3
Komponente sistema MAŠINSTVO projektovanje mehanizama i primarne tehnologije uz razumevanje fizikalnih, hemijskih i tehnoloških karakteristika procesa SENZORI (PRETVARACI) osetila nekog aspekta procesa AKTUATORI deluju na proces ELEKTROTEHNIKA omogucava interfejse prema senzorima i aktuatorima kao i ostale meduveze INFORMATIKA procesira podatake i informacije AUTOMATIKA upravlja aktuatorima na osnovu stanja sistema i procesa
4
Komponente i tokovi sistema
5
Mehatronicki pristup
6
Ciljevi automatizacije povecati kolicinu proizvodnje povecati udeo više vrednih proizvoda smanjiti potrošnju energije smanjiti zagadenje smanjiti broj loših proizvoda povecati sigurnost povecati radni vek opreme smanjiti ljudski rad
7
Racunarsko upravljanje procesom Upravljanje je delatnost, s kojom uticemo na delovanje sistema - procesa - sa namenom, da postignemo neki cilj
8
Racunarsko upravljanje procesom Odlucivanje o delovanju upravljanja izvodi racunar - algoritam upravljanja Ulaz u algoritam upravljanja informacija o stanju procesa informacija o željenom ponašanju procesa naredbe operatera Izlaz algoritma upravljanja signali ili podaci, koje šaljemo na izvršne clanove Digitalna obrada informacija tj. signala
9
Racunarsko upravljanje procesom
10
Karakteristike sistema racunarskog upravljanja Zavisno od tipa procesa i mesta ugradnje upravljanje kontinuiranim procesima upravljanje šaržnim procesima upravljanje procesima prerade pojedinacnih proizvoda testni i laboratorijski sistemi ugradeni sistemi (embedded systems) Uvrštavanje sistema u jednu od kategorija odreduje glavne karakteristike opreme funkcija upravljanja Ogranicenja nisu stroga -gt moguce je preplitanje karakteristika
11
Upravljanje kontinuiranim procesima Kontinuirani proces Proces traje duže vremena bez prekidanja Menjaju se samo odredeni parametri ali ne i postupak Najbolje iskorišcenje proizvodne opreme Upravljanje Osigurava željene vrednosti velicina Omogucava što kraci prelaz iz jednih u druge pogonske parametre
12
Primeri kontinuiranih sistema
Proizvodnja Plasticne folije
Regulacija pritiska pitke vode u komunalnoj mreži
13
Upravljanje šaržnim procesima Šaržni proces sledom operacija proizvede se odredena kolicina produkta - šarža takav sled se ponavlja podaci o postupku recept Upravljanje osigurava pravilan sled operacija unutar pojedine operacije osigurava pravilne pogonske parametre
14
Primeri šaržnih procesa
Priprema testa
Priprema betona
15
Upravljanje procesom prerade pojedinacnih proizvoda Proces prerade slicno kao kod šaržnih procesa procesi u preradivackoj industriji i montaži sled radnih operacija obrada ili sastavljanje proizvoda Upravljanje Osigurava pravilan sled operacija Osigurava transport delova za obradivanje i poluproizvoda medu fazama obrade
16
Primeri procesa prerade pojedinacnih proizvoda
Mašine za pakovanje i slaganje proizvoda
Štampanje teksta na podlogu
17
Testni i laboratorijski sistemi Umanjene varijante industrijskih procesa Obrazovanje, vežbe, eksperimenti sa novim proizvodima, testiranje kvaliteta Sistemi za automatizaciju laboratorijskih merenja i analiza Manje zahtevni radni uslovi Upotreba personalnog racunara
18
Primer
19
Ugradeni sistemi upravljanja Ugradeni neposredno u mašine i uredaje Minijaturna izvedba Zahtevni radni uslovi temperatura, vibracije Veliki stepen autonomije Cesto bez veze sa drugim sistemima upravljanja Neposredna interakcija sa operaterom tj. korisnikom
20
Primeri
Liftovi
Industrijske mašine za pranje
21
Bitna oprema u sistemima racunarskog upravljanja Upravljanje kontinuiranim procesima industrijski PID regulatori Upravljanje šaržnim procesima industrijski PID regulatori i programabilni logicki kontroleri Upravljanje procesima prerade pojedinacnih proizvoda programabilni logicki kontroleri, roboti, CNC alati Testni i laboratorijski sistemi personalni racunari i procesni medusklopovi Ugradeni sistemi mikrokontroleri, posebne izvedbe personalnih racunara
22
Karakteristicni oblici racunarskog upravljanja Osnovno upravljanje procesima logicko i sekvencijsko upravljanje regulacija Nadzorni sistemi kontrola i nadzor analiza podataka arhiviranje podataka medusklop izmedu operatera i sistema upravljanja
23
Logicko i sekvencijsko upravljanje
24
Logicko i sekvencijsko upravljanje Merni sistem binarni senzori i kontakti, npr. induktivni i kapacitivni senzori blizine fotocelije granicni (krajni) kontakti presostati Izvršni sistem binarni aktuatori i odgovarajuci izvršni elementi, npr. elektropneumatski ventili i pneumatski cilindri releji tj. kontaktori i elektromotori releji tj. kontaktori i elektricni grejaci
25
Logicko i sekvencijsko upravljanje Cilj Izvodenje predodredenih operacija u predodredenom sledu Trajanje operacije vremenski ograniceno -gt upravljanje (do odbrojavanja vremenskog brojaca u programu) do nastupanja nekog dogadaja (npr. ukljucenje granicnog kontakta) Pre svega u šaržnim i procesima prerade pojedinacnih proizvoda Izvedba programabilni logicki kontroler (PLC)
26
Regulacija
27
Regulacija Regulacijsko delovanje upravljanje održava regulisanu velicinu jednaku željenoj vrednosti Sledno delovanje upravljanje osigurava da regulisana velicina, što pre i bez razlike, sledi promene željene vrednosti Racunarska izvedba regulacije procesni racunari industrijski PID regulatori i snažniji PLC-ovi važna je pouzdanost racunarskog sistema
28
Veza racunara i procesa Potrebna nam je informacija o procesu u obliku digitalnih signala ako je izlaz procesa kontinuiran, potrebna je A/D konverzija izlaz procesa može biti diskretan binarni (dva stanja) senzori i davaci potrebna je konverzija naponskih nivoa Prenos digitalnih naredbi prema procesu Poželjno je galvansko (potencijalno) odvajanje racunara od procesa
29
Procesni medusklopovi (interfejsi) Omogucavaju prenos informacija izmedu racunara i realnog sveta Izvedbe Ugradni integrisani moduli ili samostalni uredaji Funkcije A/D konverzija - razlicite metode, u racunarskom upravljanju je najcešca metoda uzastopnog približavanja D/A konverzija binarni (digitalni) ulazi/izlazi ostalo brojaci, sinhronizacijske funkcije
30
Vrste racunarskih sistema Sistemi sa paketnom obradom (batch systems) Rezultate ocekujemo unutar nekog razumnog vremenskog razdoblja (tipicno nekoliko sati ili cak dana) Sistemi za direktnu obradu (on-line systems) Rezultate ocekujemo u kratkom vremenu, tipicno nekoliko sekundi, što omogucava interaktivni rad. Sistemi za rad u realnom vremenu (real-time systems) Rezultati moraju biti dostupni unutar zahtevanih vremenskih intervala (tipicno milisekunda do sekunda) inace sistem jednostavno nije upotrebljiv.
31
Sistemi za rad u realnom vremenu Sisteme za rad u realnom vremenu možemo grubo podeliti na kruti sistemi realnog vremena Apsolutni imperativ je odziv sistema unutar unapred odredenih vremenskih ogranicenja (npr. upravljanje avionom, CNC mašina) mekani sistemi realnog vremena kod kojih smatramo da još uvek rade korektno iako su vremenska ogranicenja ponekad prekoracena (npr. telemetrijski sistem upravljanja vodovodom)
32
Karakteristike real-time sistema obrada fizickih velicina i manipulacija sa realnim brojevima, povecana pouzdanost i sigurnost sistema, istovremeno upravljanje ili nadzor više razlicitih aktivnosti sistema, fizicka povezanost sa objektom upravljanja preko raznih medusklopova, efikasna implementacija potrebne programske opreme, rad u neuobicajenim i nepredvidljivim situacijama (npr. prekid napajanja, ispad komponenti sistema, pogrešan rad samog racunara - watch dog funkcija, exception handling, autoreset )
33
Elementi sistema za rad u realnom vremenu mikroprocesor sa memorijom za program (ROM, EEPROM, Flash), memorija za podatke i programske varijable (RAM), adresni dekoder koji osigurava dostup do podataka koje obraduje procesor specificno za real-time sisteme interrupt controller, sat realnog vremena, hardware timers, ožicenje za nadzor pravilnosti delovanja (watch dog) serial communication controller, Direct Memory Access controller, ulazno/izlazne peeriferne jedinice, mathematical coprocessor.
34

35
Medusklop izmedu upravljaca i procesa Pregledne šeme procesa Informacije o pogonskom stanju procesa Alarmi Kontrola protoka vremena trenutni podaci arhivirani podaci (hronologija) Unos parametara, receptura
36
Medusklop izmedu upravljaca i procesa
37

(No Transcript)
38

(No Transcript)
39
Distribuirano upravljanje
40
Centralizovano upravljanje Centralni racunar vodi velik broj regulacijskih petlji svi podaci su sakupljeni na jednom mestu više zadataka razlicitih prioriteta Prednosti tesna veza proizvodnih jedinica, minimalno nagomilavanje materijala i poluproizvoda u procesu maksimalno iskorišcenje unutrašnjih energetskih izvora Slabosti problem pouzdanosti kompleksno ožicenje slabo prilagodljiv sistem
41
Hijerarhijsko upravljanje Sledi organizacijsku strukturu firme sa gornjih nivoa dolaze naredbe niži nivoi vracaju rezultate tj. Izveštaje Niži nivoi regulacija, logicko i sekvencijsko upravljanje cesto uticanje na proces Viši nivoi nadzor, koordinacija, optimizacija povremeno uticanje na proces
42
PLC PLC - industrijski racunar ciji su hardver i softver posebno prilagodeni radu u industrijskim uslovima, a koji se može lako programirati i ugradivati u nove i postojece industrijske sisteme. PLC - digitalni elektronski uredaj koji poseduje programabilnu memoriju za smeštanje instrukcija kojima se realizuju specificne funkcije, kao što su logicko sekvenciranje, tajming, brojanje i artimeticke operacije, a u cilju upravljanja razlicitim mašinama i procesima putem digitalnih ili analognih ulazno/izlaznih modula
43
PLC sistem Centralna procesorska jedinica (CPU) ili logicka jedinica a. Mikroprocesor. b. Memorija za cuvanje sistemskog softvera i korisnickog programa c. Izvor napajanja - obezbeduje napajanje mikroprocesora, memorije, ulaznog i izlaznog modula. Programator/Monitor (PM). U/I moduli. Rekovi i šasije.
44

(No Transcript)
45
PLC ladder dijagrami PLC je pocetno razvijen sa idejom da zameni relejne sisteme. To znaci da se ocekivalo da on realizuje odgovarajucu vremensku sekvencu logickih operacija. Pored toga, uspešna primena PLC-a u praksi, zahtevala je i da se njegovo programiranje prilagodi tehnici koja je svim korisnicima relejnih sistema dobro poznata. Iz svih ovih razloga, za projektovanje PLC-ova razvijen je programski jezik zasnovan na leder (lestvicastim) dijagramima leder programski jezik.
46
Primer leder dijagrama
47
Programiranje Ladder dijagram se sastoji od uslova funkcije sa leve strane i akcije sa desne strane. Osnovni tipovi uslova (bit naredbe za definisanje uslova) su normalno otvoren prekidac( ) i normalno zatvoren prekidac ( ). Pomocu njih je moguce realizovati sve osnovne logicke funkcije. Simbol za akciju je ( ) i ona se izvršava ako je iskaz (uslov) na levoj strani dijagrama istinit.
48

(No Transcript)
49

(No Transcript)
50
Upravljanje pomocu SCADA sistema SCADA je akronim od Supervisory Control And Data Acquisition (nadzor, pracenje, upravljanje i prikupljanje podataka) i podrazumeva ceo spektar opreme, sistema i rešenja koja omogucavaju prikupljanje podataka o nekom procesu -- udaljenom sistemu, obradu istih, nadzor, i u pojedinim slucajevima i reagovanja na adekvatan nacin. Ovo je konvencionalan nacin objašnjenja termina.
51
Gde možemo sresti SCADA sistem? Vodoprivreda, energetika, poljoprivreda, komunikacije, sigurnosni sistemi i mnogi drugi koriste SCADA sisteme
52
Procesno upravljanj (engl. Process Control, Control System) sastoji se od sistema kojim se upravlja (proces - upravljani sistem, engl. Controlled System) i njegovog upravljackog sistema (engl. Controlling System). Naime treba reci da su u suštini svi upravljani sistemi (objekti upravljanja) nelinearni i vremenski kontinualni. Ova formulacija se odnosi na matematicki aparat koji se primenjuje za njihovo opisivanje matematicko modeliranje.
53
Šta se podrazumeva kao najprostiji SCADA sistem? Na bližem kraju je obican PC racunar koji preko akviziciono-upravljacke kartice prima podatke, obraduje ih, formira informacije o procesu i na taj nacin vrši nadzor, ali i upravljanje ako je predvideno na tom nivou. Programska podrška za ovaj model SCADA sistema se svodi na podršku PC bus magistrali. To je u osnovi centralizovan sistem akvizicije i upravljanja.
54
Kompleksniji primer SCADA sistema je mreža racunarom podržanih radio vezom upravljanih terminala TU (Terminal Unit) koji komuniciraju sa racunarskim centrom - distribuirani sistem upravljanja. Najkompleksniji primer SCADA sistema je mreža SCADA sistema koja funkcioniše po principu server-server, server-klijent. Ovaj primer u potpunosti odražava u poslednje vreme dominantan prilaz projektovanja velikih SCADA sistema - geografski distribuiranih SCADA sistema, koji se jednim imenom nazivaju WASCAD sistemi (engl. Wide Area SCADA).
55
Klasican SCADA sistem orijentisan je ka upravljanju industrijskim procesima ili automatizaciji laboratorija i odlikuje se malom dislokacijom pojedinih SCADA elemenata, pouzdanijim izvršenjem komunikacionih aktivnosti, i mnogo vecim stepenom automatizacije upravljackih aktivnosti. Složeniji SCADA sistem nazvan WASCAD orijentisan je upravljanju geografski distribuiranih sistema kod kojih se zbog kompleksnosti procesa i komunikacionih grešaka najcešce izbegava automatsko vodenje procesa kako na lokalnom tako i na supervizorskom nivou. Poslednju odluku o promeni režima procesa ima covek tako da je naglasak na kvalitetnom nadzoru -- superviziji
56

(No Transcript)
57
?