Intelligens Érzékelők 1. előadás Készítette: Dr. Füvesi Viktor 2016. 2.
Előadó Dr. Füvesi Viktor ME AFKI Alkalmazott Földtudományi Kutatóintézet Műszerfejlesztési és Informatikai Osztály Email: fuvesi@afki.hu, elkfv@uni-miskolc.hu Tel.: 565-255/25-12 Web: fuvesi.afki.hu -2-
Tantárgyi követelmények Aláírás feltétele o Gyakorlaton való részvétel és jegyzőkönyv elkészítése o Beadandó elkészítése o 2 db Zh elégséges megírása Pontozás (előre láthatólag) 1: 0p 26p 2: 27p 32p 3: 33p 38p 4: 39p 44p 5: 45p 50p Időpontja: 6. és 12. hét Pótlás: 14. héten Megajánlott gyakorlati jegy o Zh-k eredménye o Gyakorlaton készített jegyzőkönyv eredménye o Beadandó eredménye -3-
Féléves tematika Előadás o Irányítórendszerek fajtái, felépítése, jellemzői o DAC és ADC o Digitális jelfeldolgozás alapjai o Intelligens távadók felépítése, működési elveik o Terepi buszrendszerek HART, FF, Profibus DP, Profibus PA Gyakorlat o Ismerkedés Siemens távadókkal és panelokkal o Egyéni feladat elkészítése Gyűjtőmunka -4-
Történelem és a fejlődés mérföldkövei 1960-1970- 1980-1990- Pneumatikus Elektronikus Analóg Hibrid Digitális 0,2 1 bar 10-50 ma 1950- Pneumatikus 4-20 ma SMART FIELDBUS HART Protokoll alapú Elektromechanikus Gyújtószikra mentes - Intrinsic Safety Helyi beállítások Távvezérelt beállítás Protokollfüggő Interoperabilitás -5-
Irányító rendszerek fejlődése o Pneumatikus irányító rendszerek o Elektronikus irányító rendszerek Analóg irányítástechnika Digitális irányítástechnika PLC vezérlések PC vezérlések DDC SCADA DCS FCS PCS -6-
Folyamatirányító rendszerek Történelem és a fejlődés mérföldkövei Igény oldal Mindenütt vizuális információ igény (TV hatás) Elektronikus adatarchiválási igény Az ipar megújításának igénye Az öreg rendszerek megújítása Kényelem szerepe Gyakorlati oldal Mikroprocesszorok és számítógépek elterjedése Kommunikációs rendszerek elterjedése Intelligens műszerek megjelenése Olcsó HW ár A korszerű technológia ára (high technology) egyre kisebb -7-
Pneumatikus irányító rendszer Először a 19. század végén alkalmazták Ki-be vezérlők Jel és jeltovábbítás Be- és kimenti tartomány 3-15 psi; 0.2-1.0 bar Alkalmazható vezetékhossz 75-150 m Vezérlés feladatai Folyamat vizsgált mennyiségeinek mérése Szenzorok, jeladó (transzmitter), jelátalakító (transducers) Vezérlési feladatok PID, fuzzy logika, stb. Kiment képzés pneumatikus, hidraulikus, elektromos, mágneses Előnyök: Veszélyes környezet Szelepek Speciális alkalmazások Hátrányok: Magas telepítési költségek Költséges karbantartás Dinamikus válasz hiánya -8-
Analóg irányító rendszer Analóg vezérlők megjelenése on-off és PID vezérlők Jel és jeltovábbítás Be- és kimeneti tartomány 4-20 ma Áthidalható távolság km-es nagyságrend Típus Fogadó vezérlők kijelzés, recording, miniature Direct-connected controllers blind, kijelzés, terepi Vezérlési módok mounting Kézi Proporcionális Integráló Differenciáló Előny: Alacsony telepítési költség Alacsony karbantartási költségek Dinamikus válasz Hátrány: Veszélyes környezetben nem használhatók Szelepek Speciális alkalmazás -9-
Digitális irányító rendszer Digitális vezérlők lelke Mikroprocesszorok Jel és jeltovábbítás Be- és kimeneti tartomány 4-20 ma, RS-422, RS-485, Fieldbusok Működési távolság up to km Típusai Előnyök: kifinomult vezérlési módszerek Digitális információk az operátoroknak Konfigurálható Helyi vezérlők kompakt digitális vezérlők Konfigurálható távoli elérésű vezérlők SCADA és DCS rendszerek része Vezérlési módok kézi, arányos, integráló, differenciáló Fejlett vezérlési rendszerek - 10 - Hátrány: drága bonyolult betanítás szükséges
Programmable Logic Control - PLC vezérlés Mikroprocesszor alapú univerzális vezérlőberendezések, amelyek gépek, berendezések, gyártástechnológiai készülékek rugalmas irányítására alkalmasak. Olyan programozható elektronikus vezérlések, melyek csak logikai műveleteket tudnak végezni, vagyis a logikai műveleteket, döntéseket ez a rendszer végzi el. Illesztő egység Programozókészülék Illesztő egység Kezelőkozol (pl. PC) Belső sínrendszer RT óra μp Digitális bemenetek ROM memória RAM memória Tápegység 230 AC Digitális kimenetek Analóg bemenet Kétállapotú jeleket fogad Ubemenet pl. 24 V DC, 230 V AC Bemenetek száma: 8 vagy n x 8 Kétállapotú jeleket ad ki Kontaktus, tranzisztor, kimenetek stb. Kimenetek száma: 8 vagy n x 8 Analóg jelet fogad Ubemenet pl. 0 + 10 V DC Bemenetek száma: 1 vagy 2, 4 Analóg kimenet Analóg jelet ad ki Ukimenet pl. 0 + 10 V DC Kimenetek száma: 1 vagy 2, 4-11 -
PLC alapfeladatok és típusai A programozható vezérlők alapfeladatai: A bemenetek állapotának beolvasása. A vezérlési algoritmus végrehajtása, az aktuális adatokkal. Az eredmény kivitele a kimentekre. Típusai (felépítés szerint) Kompakt Kis helyigény Ipari tokozás Kis mértékben módosítható a hardver Moduláris Kisebb egységekből épül fel Jól konfigurálható Összetettebb feladatok megoldására - 12 -
PLC legfőbb jellemzői Hardverjellemzők: Kompakt kialakítás: fix számú bemenet, kimenet Moduláris kialakítás: változtatható számú be- és kimenet, bővíthető A digitális be- és kimenetek típusa, száma, Az analóg be- és kimenetek típusa száma (ha van), A program memória nagysága A működési (program végrehajtásidő), stb. A szoftverjellemzők, azaz a vezérlővel megvalósítható alapfeladatok: logikai műveletek (ÉS, VAGY, Kizáró-vagy, Negálás, stb.) számlálási feladatok, időzítések kezelése a programozási nyelv (létradiagram, funkcióblokk, stb.). programozást támogató környezet (programfejlesztő készülék) - 13 -
PLC előnyök és hátrányok Előnyök: Megbízhatóság, üzembiztosság Ellenálló szerkezeti kialakítás Hátrány: Szaktudást igényel Tárolt program könnyen módosítható Kisebb karbantartási költség Egyszerű üzembehelyezés Gyors működés - 14 -
PLC-re épülő irányító rendszer Siemens rendszer - 15 -
PC vezérlések DDC Direct Digital Control Közvetlen digitális vezérlés SCADA - Supervisory Control And Data Acquisition Systems Felügyeleti vezérlő és adatgyűjtő rendszer DCS Distributed Control System Elosztott folyamatirányító rendszer FCS Field Control System Terepi vezérlő rendszer - 16 -
Direct Digital Control - DDC A számítógépes folyamatirányítás megjelenése A hagyományos folyamatirányító rendszerek legfontosabb jellemzői: analóg jeltovábbítás - 4...20 ma jel, digitális jelek - külön vezetéken irányítás a központi műszerszobából, központi adatfeldolgozás, szabályozás, alarm, trend és egyéb funkciók a központból. Szabályozó, vezérlő és felhasználói interfész Központi műszerszoba Technológia Távadók, beavatkozók Terepi eszközök - 17 -
Direct Digital Control - DDC Szabályozó, vezérlő és felhasználói interfész Terepi eszközök Központi műszerszoba Technológia CPU RAM EPROM XTAL CPU Beavatkozó http://www.elcon.hu/ddc_keszulekek RAM EPROM Távadó - 18 - XTAL
Supervisory Control And Data Acquisition Systems - SCADA Feladatai jelek összegyűjtése a terepi eszközöktől, érzékelőktől, beavatkozóktól PLC-ék segítségével Információk kezelése, feldolgozása Adatbázis létrehozása Felügyeli a folyamatot Kiszolgálja adatokkal a kezelő személyzetet HMI - Human Machine Interface RTU - Remote Terminal Unit MTU - Master Terminal Unit OPC OLE for Process Control (Object linking and embending) DBMS Database Management System HMI. OPC szoftverek Server RTU RTU - 19 - DBMS PLC PC
Supervisory Control And Data Acquisition Systems - SCADA SCADA rendszer begyűjti az áramlás és szint adatokat és elküldi a munkaponti értéket a PLC-hez Adatbázis Kommunikációs busz Áramlási adatok Adatok a szivattyú vezérléséhez Szint adatok Adatok a szelep vezérléséhez Áramlásmérő Szivattyú Szintérzékelő PLC1 összehasonlítja mért áramlásértéket a munkapontival és változtatja a szivattyú sebességét http://www.technologyuk.net/telecommunica tions/industrial_networks/scada.shtml - 20 - Szelep PLC2 összehasonlítja mért szintértéket a munkapontival és igény szerint változtat az áramlás nagyságán a szeleppozíció módosításával
Distributed Control System - DCS Megjelennek az intelligens egységek DCS - Osztott intelligenciájú irányítórendszer A korszerű, részlegesen elosztott folyamatirányító rendszerek: megjelenik néhány szabályozó, vezérlő kártya, az intelligens egységek bent kerülnek elhelyezésre, nagyobb a megbízhatóság, könnyebb a kezelés. Felhasználói felület DCS konzol Szabályozók, vezérlők, I/O modulok Központi műszerszoba Technológia Terepi eszközök Távadók, beavatkozók - 21 -
DCS egységek és feladataik DCS Távadó Analóg-digitális átalakítás PID algoritmus futtatás Digitális-analóg átalakítás Jel fogadás távadótól Jel kiadás végrehajtó elemre Számítási feladatatok Egy paraméter mérése Digitális kijelzés, analóg távadás Vezetékes csatlakozás (1 pár) Beavatkozó egység Egy analóg jel kezelése Pozicionálás Vezetékes csatlakozás (1 pár) - 22 -
Kezdeti DCS struktúra Első generáció Helyi vezérlő egység Local Control Unit LCU Központi számítógép Central computer Tulajdonságok: Analóg I/O száma max. 32 csatorna Digitális I/O száma max. 256 Távolság: max. 300 m Point to point kapcsolat - 23 -
Topológikus DCS Második generáció (Csillag struktúra) Central Computer -2 Central Computer -1 LCU 3 LCU 1 LCU 2 LCU 2 Tulajdonságok PLC-ék kapcsolódnak a rendszerhez Egynél több számítógép Sophisticated software Összetett rendszer - 24 - LCU n LCU 4 LCU 4 LCU n
DCS főbb elemei Controllers Control File, Control Station, etc. Workstation operator, engineering, programming Networks control, information Programs operating, HMI, MMI (IFIX), PI, Advanced control, Distributed Control System Operator & Engineer Interface Gateway Local Area Network Mainframe PLC Control Subsystem I/O Database Manager - 25 - Gateway I/O
Teljes DCS struktúra Information Management Network Vállalati Információs Rendszer Irányítástechnikai Rendszer Fisher! Fieldbus DCS Bus Terepi Irányítás N Sensorbus - 26 - N N
DCS termékek Új rendszerek Gyártó ABB Yokogawa Siemens Honeywell Termék Advant Industrial IT Centum 2000 PCS 7 Experion Régi rendszerek Gyártó Termék Westinghouse WDPF Leeds & Northrup MAX1000 Toshiba TOSDIC CIE Siemens Simatic - 27 -
DCS struktúra ABB 800xA - 28 -
DCS struktúra Yokogawa HIS: human interface station (S/L)FCS: small / large field control station - 29 -
DCS struktúra Honeywell Experion - 30 -
DCS struktúra Honeywell Experion LX - 31 -
Field Control System - FCS A terepi buszrendszer Mik az előzmények? az igényoldal nagyon elszemtelenedett mikroprocesszorok elterjedése, hálózat, SW technológia, számítógépgyártók marketing stratégiája. Felhasználói felület DCS konzol Központi műszerszoba Technológia Terepi eszközök Távadók, beavatkozók, szabályozók, alarm, trend - 32 -
FCS egységek és feladataik Szabályozás a terepen Távadók Több paraméter mérése Teljesen digitális távadás PID algoritmus az eszközben Hálózati kommunikáció DCS Jel fogadás távadótól Jel kiadás végrehajtó elemre Számítási feladatatok - 33 - Beavatkozó egység Digitális jel kezelése Pozicionálás PID algoritmus az eszközben Hálózati kommunikáció
PCS struktúra Siemens rendszer - 34 -
PCS struktúra DeltaV rendszer Hostok Vezérlők Terepi eszközök - 35 -
Moduláris PCS PS CU AI AO DI DO PS Power Supply tápegység CU Control Unit vezérlő AI Analog Input analóg bemenet AO Analog Output analóg kimenet DI Digital Input digitális bemenet DO Digital Output digitális kimenet FF Foundation Fieldbus FF kártya PB Profibus Profibus kártya AS-i Actuator-Sensor interface ASi kártya - 36 - FF PB AS-i