Podstawy Automatyki

Wykład 8 - Wprowadzenie do automatyki procesów dyskretnych

dr inż. Jakub Możaryn

Instytut Automatyki i Robotyki

Warszawa, 2015

dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

Literatura

Zieliński C.: Podstawy projektowania układów cyfrowych. PWN, Warszawa, 2003

Traczyk W.: Układy cyfrowe automatyki. WNT, Warszawa 1974

Misiurewicz P.: Podstawy techniki cyfrowej. WNT, Warszawa 1982

Majewski W.: Układy logiczne. WNT, Warszawa 1999

Kościelny W.: Podstawy automatyki, cz. 2. WPW, Warszawa 1984

Barczyk J.: Automatyzacja procesów dyskretnych. Oficyna Wydawnicza PW,Warszawa 2003

Mikulczyński T.: Automatyzacja procesów produkcyjnych. WNT, Warszawa 2006

Sterowanie i automatyzacja procesów technologicznych i układówmechatronicznych. Układy pneumatyczne i elektropneumatyczne ze sterowaniemlogicznym. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2002

Świder J., Wszołek G.: Metodyczny zbiór zadań laboratoryjnych i projektowychze sterowania procesami technologicznymi. Układy pneumatyczne ielektropneumatyczne ze sterowaniem logicznym. Wydawnictwo PolitechnikiŚląskiej, Gliwice 2003

Olszewski i in.: Mechatronika. Wyd. REA, Warszawa 2002

Olszewski i in.: Urządzenia i systemy mechatroniczne, tom I i II. Wyd. REA,Warszawa 2009

dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

Automatyka procesów dyskretnych

Procesy ciągłe

Procesami ciągłymi nazywamy procesy, do opisu których niezbędne sązmienne przyjmujące nieskończenie wiele wartości (np. procesy regulacjitemperatury, ciśnienia, napięcia, składu). Przedmiotem zainteresowańautomatyki procesów ciągłych są głównie układy automatycznej regulacji.

dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

Automatyka procesów dyskretnych

Procesy dyskretne

Procesami dyskretnymi nazywamy procesy, do opisu których wykorzystujesię zmienne o skończonej liczbie wartości ; przeważnie są to zmiennedwuwartościowe.

Procesy binarne

Procesy, do opisu których wykorzystuje się zmienne dwuwartościowenazywają się procesami binarnymi. Informacje o stanie takich procesówprzekazywane są za pomocą sygnałów dwuwartościowych (binarnych).

dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

Automatyka procesów dyskretnych

Obszary występowania procesów dyskretnych

procesy technologiczne związane z produkcją elementów,

montaż maszyn,

montaż elementów elektronicznych,

pakowanie, dozowanie,

układy orientowania i podawania,

układy manipulacyjne, robotyka,

urządzenia transportu międzyoperacyjnego,

sygnalizacja, zabezpieczenia, blokady,

elastyczne systemy produkcyjne,

automatyka budynków,

serwis.

dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

Automatyka procesów dyskretnych

Automatyka procesów dyskretnych jako dziedzina techniki zajmuje sięproblematyką:

technicznej realizacji dyskretnych procesów technologicznych ibudowy oprzyrządowania technologicznego poszczególnych procesów,

doboru napędów, elementów wykonawczych i sensorycznych,

projektowania układów sterowania procesami elementarnymi (układylogiczne, układy o średniej skali integracji – bloki funkcjonalne,sterowanie komputerowe – sterowniki programowalne),

sterowania złożonymi systemami produkcyjnymi (sterowaniewspółbieżne, sieci komunikacyjne),

planowania i zarządzania (np. produkcją).

dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 1

Przykład 1 - sterowanie wentylacją

Binarny sygnał wyjściowy y układu sterującego wentylacją pomieszczenia{y = 0, silnik wentylatora nie pracujey = 1, silnik wentylatora pracuje

(1)

jest wytwarzany na podstawie binarnych sygnałów wejściowych x1, x2 i x3

z rozmieszczonych w tym pomieszczeniu przekaźników temperatury T ojednakowym progu przełączania.{

xi = 0 gdy T < Ti

xi = 1 gdy T ­ Ti(2)

dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 1

Istnieją różne warianty zależności sygnału wyjściowego układu odsygnałów wejściowych – tablica.

Nr stanu x1 x2 x3 y1 y2 y3 y4

0 0 0 0 0 0 0 01 0 0 1 0 0 0 albo 1 0 albo 12 0 1 0 0 0 0 albo 1 0 albo 13 0 1 1 0 1 0 albo 1 14 1 0 0 0 0 0 albo 1 0 albo 15 1 0 1 0 1 0 albo 1 16 1 1 0 0 1 0 albo 1 17 1 1 1 1 1 1 1

Tablice wartości (Tablice prawdy)

Tablice wartości określają wartości sygnałów wyjściowych różnychwariantów układu dla wszystkich kombinacji wartości sygnałówwejściowych.

dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 1

Nr stanu x1 x2 x3 y1 y2

0 0 0 0 0 01 0 0 1 0 02 0 1 0 0 03 0 1 1 0 14 1 0 0 0 05 1 0 1 0 16 1 1 0 0 17 1 1 1 1 1

Układy kombinacyjne

W układach realizujących zależności y1 = f1(x1, x2, x3) iy2 = f2(x1, x2, x3) istniejący w danej chwili stan sygnału wyjściowegozależy tylko od aktualnego stanu sygnałów wejściowych

dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 1

Opis wariantów oznaczonych jako y3 i y4 jest niejednoznaczny i wymagadodatkowego wyjaśnienia.

Nr stanu x1 x2 x3 y3 y4

0 0 0 0 0 01 0 0 1 0 albo 1 0 albo 12 0 1 0 0 albo 1 0 albo 13 0 1 1 0 albo 1 14 1 0 0 0 albo 1 0 albo 15 1 0 1 0 albo 1 16 1 1 0 0 albo 1 17 1 1 1 1 1

Działanie układu z sygnałem wyjściowym y3 polega na tym, że

jeśli pojawił się stan wejść x1 = 0, x2 = 0, x3 = 0 to w kolejnychstanach wyłączana jest wentylacja – sygnał wyjściowy układu y3 = 0;

jeśli pojawił się stan wejść x1 = 1, x2 = 1, x3 = 1 to w kolejnychstanach włączana jest wentylacja – sygnał wyjściowy układu y3 = 1;

dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 1

Nr stanu x1 x2 x3 y3 y4

0 0 0 0 0 01 0 0 1 0 albo 1 0 albo 12 0 1 0 0 albo 1 0 albo 13 0 1 1 0 albo 1 14 1 0 0 0 albo 1 0 albo 15 1 0 1 0 albo 1 16 1 1 0 0 albo 1 17 1 1 1 1 1

W przypadku układu o sygnale wyjściowym y4, włącza wentylację wtedy,gdy dowolne 2 przekaźniki wykażą przekroczenie nastawionejtemperatury, a wyłącza gdy wszystkie przekaźniki mają sygnał zerowy.

dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 1Nr stanu x1 x2 x3 y3 y4

0 0 0 0 0 01 0 0 1 0 albo 1 0 albo 12 0 1 0 0 albo 1 0 albo 13 0 1 1 0 albo 1 14 1 0 0 0 albo 1 0 albo 15 1 0 1 0 albo 1 16 1 1 0 0 albo 1 17 1 1 1 1 1

Układy z pamięcią

W przypadku układów o sygnałach wyjściowych y3 i y4, określone stanysygnałów wejściowych wywołują zmianę stanu sygnału wyjściowego, poczym ten nowy stan sygnału wyjściowego trwa (jest ’zapamiętywany’) dochwili pojawienia się stanu wejść, którego następstwem powinna byćkolejna zmiana sygnału wyjściowego.

Układy takie nazywają się układami z pamięcią albo układamisekwencyjnymi (łac. sequentia – następstwo).

dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

Automatyka procesów dyskretnych

Tablica wartości (tablica prawdy), wykorzystywana do definiowaniadziałania układów kombinacyjnych, nie nadaje się do opisu działaniaukładów sekwencyjnych; niezbędne są inne metody określania sposobudziałania układów sekwencyjnych.

W przypadku omawianych układów o sygnałach wyjściowych y3 i y4

pożądane zmiany sygnałów wyjściowych dokonywane są na podstawieinformacji o stanie realizowanego procesu (sygnały x1, x2 i x3). Układytakie nazywają się układami sekwencyjnymi procesowo zależnymi.

Odmienną klasę układów sekwencyjnych stanowią układy sekwencyjneczasowo zależne. Są to układy bez sygnałów wejściowych – pożądanezmiany sygnałów wyjściowych wywoływane są przez odpowiedniozaprogramowany programator zegarowy.

dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

Automatyka procesów dyskretnych

Rysunek : Układ a) kombinacyjny lub sekwencyjny, b) sekwencyjny czasowozależny

dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 2

Przykład 2W przyrządzie z napędem pneumatycznym odbywa się zaginanie blachy.Siłownik A mocuje blachę, która wstępnie jest zginana przez siłownik B iostatecznie doginana przez siłownik C.

Operator po ułożeniu blachy, naciśnięciem odpowiedniego przycisku’START’ wywołuje cykl ruchów siłowników. Przebieg tych ruchówprzedstawia tzw. diagram krokowy.

Układ sterujący pracą siłowników może być zrealizowany jakoukład procesowo zależny albo jako czasowo zależny.

dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 2

Rysunek : Schemat układu napędowego dla przykładu 2 - układ sekwencyjny

dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 2

W przypadku układu procesowo zależnego, niezbędne jest wyposażeniesiłowników w czujniki wykrywające skrajne położenia tłoków siłowników.Sygnały tych czujników informują o zakończeniu odpowiedniego ruchudanego siłownika i inicjują rozpoczęcie kolejnej czynności.

Rysunek : Kontaktronowy czujnik wykrywający położenie tłoka

Rysunek : Kontaktronowy czujnik wykrywający położenie tłoka

dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 2

W przypadku realizacji układu sterującego jako układu procesowozależnego jego sygnałami wejściowymi są sygnał z przycisku ’START’ isygnały czujników wykrywających położenia tłoczysk; sygnałamiwyjściowymi – sygnały wywołujące ruchy siłowników.

Rysunek : Kontaktronowy czujnik wykrywający położenie tłoka

Charakterystyczną cechą procesu jest to, że przebieg kolejności zmiansygnałów wejściowych jest określony – wynika z założeń dotyczącychprzebiegu procesu. Układy sekwencyjne sterujące takimi procesami sąukładami o programach liniowych.

dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 2

Jako układy sterujące czasowo zależne wykorzystuje się mechanicznelub elektroniczne programatory.

Rysunek : Przykład programatora czasowego

1 – wałek z krzywkami, 2 – silnik, 3 – przekładnia, 4 – przekaźniki lubzawory sterujące elementami wykonawczymi, 5 – pokrętło sterowaniaręcznego

dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki

Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 2

Rysunek : Przykłady sterowników programowalnych mechanicznie

Układy sekwencyjne czasowo zależne są układami bez sygnałówwejściowych; działają bez kontroli przebiegu realizowanego procesu.

Układy czasowo-zależne realizują tylko programy liniowe.

dr inż. Jakub Możaryn Podstawy Automatyki