ASTOR
Strona główna Uczelnie i Szkoły

Akademia Górniczo Hutnicza - laboratorium Katedry Automatyki Wydziału Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki


Akademia Górniczo-Hutnicza
- Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki i- laboratorium Katedry Automatyki 

 

 

W roku 2006 firma ASTOR wypożyczyła Katedrze Automatyki, wchodzącej w skład Wydziału Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Elektroniki na Akademii Górniczo‑Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie, trzy programowalne sterowniki logiczne VersaMax, firmy GE Fanuc. W skład kompletów, obok jednostek centralnych IC200CPUE05, wyposażonych we wbudowane moduły komunikacyjne sieci Ethernet, wchodzą również zasilacze IC200PWR002, kasety IC200CHS002, uniwersalne kombinowane moduły wejść‑wyjść cyfrowych IC200MDD844, kombinowany moduł wejść‑wyjść analogowych prądowych IC20ALG430, kable do programowania IC200CBL001, minikonwertery HE693SNPCBL oraz symulatory wejść cyfrowych IC646MPS001. Razem ze sterownikami wypożyczono trzy komplety oprogramowania Proficy Logic Developer PLC Standard Edition, a także zestaw podręczników i zbiorów zadań w postaci papierowej oraz dokumentacje w wersji elektronicznej. Sterowniki, po uzupełnieniu o niezbędny dodatkowy sprzęt (generator sygnału sterującego PWM, wzmacniacza mocy oraz przetwornik napięcie‑prąd, dopasowujący napięciowe sygnały wyjściowe czujników do wejść prądowych modułu sterownika), zostały wykorzystane do budowy układu sterowania w ramach stanowiska laboratoryjnego przedstawionego na fotografii 1.
 
Obiektem regulacji, ukazanym dokładniej na zdjęciu 2, jest kaskadowy układ zbiorników, między którymi przelewa się woda. Instalację zakupiono w firmie INTECO, specjalizującej się w budowie obiektów laboratoryjnych przeznaczonych do celów dydaktycznych. Urządzeniami wykonawczymi w tej instalacji są pompa napędzana silnikiem DC oraz trzy elektrozawory. Trzy sygnały wyjściowe procesu pochodzą z czujników poziomów cieczy w zbiornikach, działających na zasadzie pomiaru ciśnienia. Sterowniki zamocowane w pobliżu obiektu regulacji  tworzą rozproszony układ sterowania, wymieniając pomiędzy sobą dane za pośrednictwem sieci komunikacyjnej Ethernet.
 
Jeden ze sterowników odpowiedzialny jest za pomiary poziomów cieczy w zbiornikach, drugi steruje pompą oraz elektrozaworami, zaś w trzecim można implementować algorytmy sterowania. W skład stanowiska laboratoryjnego wchodzi również komputer klasy PC, wyposażony w uniwersalną kartę wejść‑wyjść analgowo‑cyfrowych RT‑DAC4/PCI firmy INTECO oraz pakiet oprogramowania do obliczeń numerycznych i symulacji komputerowych MATLAB/Simulink. Za jego pomocą można generować aplikacje czasu rzeczywistego pracujące w środowisku Windows, które dzięki obecności uniwersalnej karty wejścia‑wyjścia mogą być użyte do sterowania obiektem regulacji. Konfiguracja stanowiska laboratoryjnego jest łatwa do zmiany, dzięki czemu obiekt może być sterowany albo przez sterowniki PLC, albo przez komputer PC. Trzecia możliwość to jednoczesne użycie komputera i sterowników w roli układu regulacji dla obiektu. Konfiguracja ta pozwala na realizację hierarchicznych układów sterowania. Ostatnia możliwa opcja to współpraca między sterownikami a komputerem, bez połączenia z obiektem regulacji. W tej konfiguracji możliwe jest stosowanie techniki hardware in the loop. Opisane stanowisko laboratoryjne jest wykorzystywane podczas zajęć dydaktycznych o charakterze laboratoryjnym w ramach różnych przedmiotów nauczania. Ćwiczenia na nim wykonują zarówno studenci studiów stacjonarnych, jak i studiów podyplomowych. Niektórzy spośród nich realizują tu swoje prace dyplomowe. W tabeli 1 zebrano informacje o zajęciach laboratoryjnych, podczas których używane są wchodzące w skład stanowiska laboratoryjnego sterowniki VersaMax i wymieniono przykładowe tematy realizowanych tu ćwiczeń. Z kolei w tabeli 2 podano tematy obronionych w katedrze prac dyplomowych, opisujących układy sterowania, w których zastosowano sterowniki.
 
 
 
Lp.
Rodzaj studiów
Kierunek lub nazwa
Przedmiot
Liczba studentów w ciągu semestru
Liczba godzin zajęć w semestrze
Tematy
1
Studia stacjonarne jednolite magisterskie
Automatyka i Robotyka
Laboratorium problemowe
56
60
Regulacja algorytmem PID poziomów cieczy w zbiornikach z użyciem programowalnych sterowników logicznych PLC pracujących w systemie rozproszonym.
Stabilizacja poziomów cieczy z użyciem regulatora LQ w wersji z czasem dyskretnym z dodaną akcją całkującą, ze statycznym sygnałem sterowania otwartego.
 
Studia stacjonarne jednolite magisterskie
Automatyka i Robotyka
Zintegrowane systemy sterowania
15
30
Technologia hardware in the loop (regulator w sterowniku PLC VersaMax zaś model obiektu w środowisku MATLAB na komputerze klasy PC).
Wizualizacja zmiennych procesowych pobieranych protokołem EGD (aplikacja wizualizacyjna napisana w języku C++ w środowisku VisualStudio, wykorzystująca technologię ActiveX).
 
Studia podyplomowe
Komputerowe systemy sterowania i sterowanie cyfrowe
Sprzęt w pętlach sprzężenia
15
16
Technologia hardware in the loop (algorytm regulatora zaimplementowany w sterowniku PLC VersaMax, zaś model obiektu symulowany w programie MATLAB/Simulink na komputerze klasy PC.
 
Studia podyplomowe
Komputerowe systemy sterowania i sterowanie cyfrowe
Programowanie sterowników przemysłowych
16
10
Aktualne standardy języków programowania sterowników przemysłowych. Konfiguracja modułów wejściowych i wyjściowych sterowników – podstawowe parametry. Podłączanie urządzeń peryferyjnych – magistrale wymiany danych. Wymiana danych w rozproszonym systemie sterowania. Wizualizacja procesu z wykorzystaniem dedykowanego panelu. Sterowniki Allen‑ Bradley oraz GE Fanuc.
 
Studia podyplomowe
Komputerowe systemy sterowania i sterowanie cyfrowe
Mikrosterowniki
16
4
Mikrosterowniki w systemach automatyki przemysłowej. Wymiana danych w sieci rozproszonej. Identyfikacja parametrów obiektu i kalibracja torów pomiarowych. Realizacja prostego sterowania dla modelu obiektu rzeczywistego.

 

Tab. 2. Prace dyplomowe.
Lp.
Tytuł i tematyka
1
Regulator adaptacyjny dla systemu zbiorników w technologii PLC
Wykonanie systemu regulacji złożonego z dwóch (lub trzech) sterowników PLC VersaMax firmy GE Fanuc połączonych siecią Ethernet (wymiana danych
będzie odbywała się z użyciem protokołu SRTP). Realizacja programu dla sterownika PLC z uwzględnieniem algorytmu sterującego systemem trzech
zbiorników („deadbeat”, LQ lub czasooptymalny). Adaptacja parametrów regulatora na odległym sterowniku na podstawie otrzymanych przez
Ethernet
. danych procesowych.
Analiza i ocena działania wykonanych algorytmów na podstawie danych otrzymanych z eksperymentów. Porównanie regulacji adaptacyjnej z regulacją nie uwzględniającej zmiany parametrów regulatora
2
Dwupoziomowy regulator adaptacyjny dla systemu trzech zbiorników
Wykonanie dwupoziomowego systemu regulacji złożonego ze sterownika PLC VersaMax oraz komputera klasy PC połączonych siecią Ethernet (wymiana
danych będzie odbywała się z użyciem technologii OPC). Realizacja programu dla sterownika PLC z uwzględnieniem algorytmu sterującego
systemem trzech zbiorników („deadbeat” lub czasooptymalny). Adaptacja parametrów regulatora na odległym komputerze (z użyciem aplikacji
MATLAB/Simulink) na podstawie otrzymanych przez Ethernet danych procesowych.
Analiza i ocena działania wykonanych algorytmów na podstawie danych otrzymanych z eksperymentów. Porównanie regulacji adaptacyjnej z
regulacją nie uwzględniającej zmiany parametrów regulatora.
3
System wizualizacji dla układu zbiorników.
Budowa układu sterującego matrycą LCD. Realizacja komunikacji ze sterownikiem PLC GE Fanuc. Opracowanie i implementacja na sterowniku PLC GE Fanuc algorytmów sterowania układem zbiorników.

 

 

Ze względu na wysoką użyteczność stanowiska laboratoryjnego, dzięki przychylności firmy ASTOR, w 2009 roku Katedra Automatyki AGH uzyskała przedłużenie okresu wypożyczenia zestawów VersaMax. W niedalekiej przyszłości stanowisko laboratoryjne ze sterownikami stanie się częścią laboratorium systemów sterowania rozproszonego, które powstaje w Katedrze. Oprócz sterowników VersaMax firmy GE Fanuc, znajdą się w nim również miedzy innymi rozwiązania firm Beckhoff, WAGO, Rockwell Automation (Allen‑Bradley), SIEMENS, Echelon Corporation (LonWorks). Pozwoli to studentom zapoznać się z szerokim wachlarzem oferowanych na rynku systemów rozproszonych, zaś dla pracowników stanowić będzie bogate zaplecze do badań naukowych. Stanowisko będzie także wykorzystane w ramach międzynarodowego projektu CoNeT (https://libertatia.epp.teicrete.gr/~tenoc/).