Podstawy Automatyki Wykład 8 - Wprowadzenie do automatyki procesów dyskretnych dr inż. Jakub Możaryn

(1)

Podstawy Automatyki

Wykład 8 - Wprowadzenie do automatyki procesów dyskretnych

dr inż. Jakub Możaryn

Instytut Automatyki i Robotyki

Warszawa, 2016

(2)

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 układów

mechatronicznych. Układy pneumatyczne i elektropneumatyczne ze sterowaniem logicznym. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2002

Świder J., Wszołek G.: Metodyczny zbiór zadań laboratoryjnych i projektowych ze sterowania procesami technologicznymi. Układy pneumatyczne i

elektropneumatyczne ze sterowaniem logicznym. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, 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

(3)

Automatyka procesów dyskretnych

Procesy dyskretne

Procesami dyskretnymi nazywamy procesy, do opisu których wykorzystuje się zmienne o skończonej liczbie wartości; przeważnie są to zmienne dwuwartościowe.

Procesy binarne

Procesy, do opisu których wykorzystuje się zmienne dwuwartościowe nazywają się procesami binarnymi. Informacje o stanie takich procesów przekazywane są za pomocą sygnałów dwuwartościowych (binarnych).

(4)

Automatyka procesów dyskretnych

Rysunek :Przykład urządzenia do realizacji procesu dyskretnego - zginanie blach. Oznaczenia: A - mocowanie detalu, B - zgięcie wstępne, C - dogięcie.

(5)

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.

(6)

Automatyka procesów dyskretnych

Automatyka procesów dyskretnych jako dziedzina techniki zajmuje się problematyką:

technicznej realizacji dyskretnych procesów technologicznych i budowy oprzyrządowania technologicznego poszczególnych procesów, doboru napędów, elementów wykonawczych i sensorycznych,

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

sterowania złożonymi systemami produkcyjnymi (sterowanie współbieżne, sieci komunikacyjne),

planowania i zarządzania (np. produkcją).

(7)

Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 1

Przykład 1 - sterowanie wentylacją

Binarny sygnał wyjściowy y układu sterującego wentylacją pomieszczenia

y = 0, silnik wentylatora nie pracuje,

y = 1, silnik wentylatora pracuje. (1) jest wytwarzany na podstawie binarnych sygnałów wejściowych x1, x2 i x3z rozmieszczonych w tym pomieszczeniu przekaźników

temperatury T o jednakowym progu przełączania:

x_i = 0 gdy T < T_i,

x_i = 1 gdy T T_i (2)

(8)

Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 1

Istnieją różne warianty zależności sygnału wyjściowego układu od sygnałów wejściowych – tablica.

Nr stanu x1 x2 x3 y1 y2 y3 y4

0 0 0 0 0 0 0 0

1 0 0 1 0 0 0 albo 1 0 albo 1

2 0 1 0 0 0 0 albo 1 0 albo 1

3 0 1 1 0 1 0 albo 1 1

4 1 0 0 0 0 0 albo 1 0 albo 1

5 1 0 1 0 1 0 albo 1 1

6 1 1 0 0 1 0 albo 1 1

7 1 1 1 1 1 1 1

Tablice wartości (Tablice prawdy)

Tablice wartości określają wartości sygnałów wyjściowych różnych wariantów układu dla wszystkich kombinacji wartości sygnałów wejściowych.

(9)

Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 1

Nr stanu x₁ x₂ x₃ y₁ y₂

0 0 0 0 0 0

1 0 0 1 0 0

2 0 1 0 0 0

3 0 1 1 0 1

4 1 0 0 0 0

5 1 0 1 0 1

6 1 1 0 0 1

7 1 1 1 1 1

Układy kombinacyjne

W układach realizujących zależności y₁= f₁(x₁, x₂, x₃) i

y₂= f₂(x₁, x₂, x₃) istniejący w danej chwili stan sygnału wyjściowego zależy tylko od aktualnego stanu sygnałów wejściowych

(10)

Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 1

Nr stanu x1 x2 x3 y3 y4

0 0 0 0 0 0

1 0 0 1 0 albo 1 0 albo 1

2 0 1 0 0 albo 1 0 albo 1

3 0 1 1 0 albo 1 1

4 1 0 0 0 albo 1 0 albo 1

5 1 0 1 0 albo 1 1

6 1 1 0 0 albo 1 1

7 1 1 1 1 1

Układy z pamięcią - układy sekwencyjne

W przypadku układów o sygnałach wyjściowych y3 i y4, określone stany sygnałów wejściowych wywołują zmianę stanu sygnału wyjściowego, po czym ten nowy stan sygnału wyjściowego trwa (jest ’zapamiętywany’) do chwili pojawienia się stanu wejść, którego następstwem powinna być kolejna zmiana sygnału wyjściowego.

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

(11)

Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 1

Opis wariantów oznaczonych jako y3i y4jest niejednoznaczny i wymaga dodatkowego wyjaśnienia.

0 0 0 0 0 0

1 0 0 1 0 albo 1 0 albo 1

2 0 1 0 0 albo 1 0 albo 1

3 0 1 1 0 albo 1 1

4 1 0 0 0 albo 1 0 albo 1

5 1 0 1 0 albo 1 1

6 1 1 0 0 albo 1 1

7 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 kolejnych stanach wyłączana jest wentylacja – sygnał wyjściowy układu y3= 0;

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

(12)

Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 1

0 0 0 0 0 0

1 0 0 1 0 albo 1 0 albo 1

2 0 1 0 0 albo 1 0 albo 1

3 0 1 1 0 albo 1 1

4 1 0 0 0 albo 1 0 albo 1

5 1 0 1 0 albo 1 1

6 1 1 0 0 albo 1 1

7 1 1 1 1 1

W przypadku układu o sygnale wyjściowym y4, włącza wentylację wtedy, gdy dowolne 2 przekaźniki wykażą przekroczenie nastawionej

temperatury, a wyłącza gdy wszystkie przekaźniki mają sygnał zerowy.

(13)

Automatyka procesów dyskretnych

Tablica wartości (tablica prawdy), wykorzystywana do definiowania działania układów kombinacyjnych, nie nadaje się do opisu działania układów sekwencyjnych; niezbędne są inne metody określania sposobu działania układów sekwencyjnych.

Układy sekwencyjne procesowo zależne

W przypadku omawianych układów o sygnałach wyjściowych y₃i y₄ pożądane zmiany sygnałów wyjściowych dokonywane są na podstawie informacji o stanie realizowanego procesu (sygnały x1, x2i x3).

Układy sekwencyjne czasowo zależne

Są to układy bez sygnałów wejściowych – pożądane zmiany sygnałów wyjściowych wywoływane są przez odpowiednio zaprogramowany programator zegarowy.

(14)

Automatyka procesów dyskretnych

Rysunek :Układ a) kombinacyjny lub sekwencyjny, b) sekwencyjny czasowo zależny

(15)

Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 2

Przykład 2

W przyrządzie z napędem pneumatycznym odbywa się zaginanie blachy.

Siłownik A mocuje blachę, która wstępnie jest zginana przez siłownik B i ostatecznie doginana przez siłownik C.

Operator po ułożeniu blachy, naciśnięciem odpowiedniego przycisku

’START’ wywołuje cykl ruchów siłowników. Przebieg tych ruchów przedstawia tzw. diagram krokowy.

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

(16)

Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 2

Rysunek :Schemat układu napędowego dla przykładu 2 - układ sekwencyjny

(17)

Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 2

W przypadku układu procesowo zależnego, niezbędne jest wyposażenie siłowników w czujniki wykrywające skrajne położenia tłoków siłowników.

Sygnały tych czujników informują o zakończeniu odpowiedniego ruchu danego siłownika i inicjują rozpoczęcie kolejnej czynności.

(18)

Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 2

Rysunek :Kontaktronowy czujnik wykrywający położenie tłoka

(19)

Automatyka procesów dyskretnych - Przykład 2

W przypadku realizacji układu sterującego jako układu procesowo zależnego jego sygnałami wejściowymi są sygnał z przycisku ’START’ i sygnały czujników wykrywających położenia tłoczysk; sygnałami wyjściowymi – sygnały wywołujące ruchy siłowników.

Rysunek :Kontaktronowy czujnik wykrywający położenie tłoka

Charakterystyczną cechą procesu jest to, że kolejność zmian sygnałów wejściowych jest określona – wynika z założeń dotyczących przebiegu procesu. Układy sekwencyjne sterujące takimi procesami są układami o programach liniowych.

(20)

Automatyka procesów dyskretnych - układy sekwencyjne czasowo zależne

Jako układy sterujące czasowo zależne wykorzystuje się mechaniczne lub elektroniczne programatory z wewnętrznym pomiarem czasu.

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

Układy czasowo-zależne realizują tylko programy liniowe.

(21)