Ir ányítandó folyamat sémája
description
Transcript of Ir ányítandó folyamat sémája
Irányítandó folyamat sémája
FolyamatEnergiaáram
Információs áram
Anyagáram
Környezet
Zavarások
Anyagáram
Energiaáram
Irányított folyamat sémája
Folyamatirányító számítógép
FolyamatEnergiaáram
Folyamat információ
bemenet és kimenet áram
Információs áram
Információs áram
Anyagáram
Környezet
Zavarások
Anyagáram
Energiaáram
Irányítási rendszerek fejlődési szintjei
A követelmények folyamatos növekedése és a technikai fejlődés következtében a folyamatirányító rendszerek is állandóan változtak, fejlődtek. A különböző megoldásokat az alábbi szempontok alapján jelenleg öt generációba sorolhatjuk:
•A rendszer térbeli tagoltsága,•a kommunikáció egységessége és formája,•a készüléktechnológia tagoltság vagy integráltság mértéke,•a részrendszerek együttműködésének lehetősége,•a kezelőhely fejlettsége.
5. generációs rendszerek jellemzői
• a rendszer központi irányítóteremben elhelyezkedő része egységes, integrált irányítóberendezés, digitális működésű és a belső kommunikáció is digitális (PCS),
• a rendszerben lévő belső rendszerbusz vagy nyílt kommunikációra alkalmas, más rendszerekkel kompatibilis (pl. Ethernet), vagy azokhoz illesztők segítségével csatlakozik,
• a rendszerben analóg jelek nincsenek (csak a mért fizikai jellemzők tekinthetők analóg mennyiségnek),
• a folyamatközeli berendezések és a központi irányítótermi berendezések között is digitális kommunikáció (terepbusz) van.
5. generációs rendszerek struktúrája
IRÁNYÍTOTT FOLYAMAT
TEREPBUSZ
BELSŐ RENDSZERBUSZ
FOLYAMATIRÁNYÍTÓ RENDSZER (PCS)
KÖZPONTTEREP
BEAVATKOZÓKÉRZÉKELŐK
FOLYAMAT-ÁLLOMÁS
FOLYAMAT-ÁLLOMÁS
PLC
JELÖLÉSEK:
FIZIKAIJELLEMZŐ
ANALÓGJEL
ANALÓGKÉSZÜLÉK
DIGITÁLISKÉSZÜLÉK
DIGITÁLISJEL
MONITOR
MÁS RENDSZER-EKHEZMAGASABB
HIERARCHIÁJÚ GÉPEKHEZ
KÖZPONTI FOLYAMATIRÁNYÍTÓ SZÁMÍTÓGÉP
KEZELŐPULT
INTER-FACE
Jel útja a digitális
szabályozási körben
Jelek felosztása A M P L . \ ID Ő F O L Y T O N O S D IS Z K R É T
F O L Y T O N O S
T0
D IS Z K R É T
T0
B IN Á R IS
0
1
T0
0
1
FOLYAMATIRÁNYÍTÓ RENDSZEREKFOLYAMATIRÁNYÍTÁS
tématerülete: a műszaki folyamatok (esetünkben a kémiai technológiai rendszer) irányításának megvalósításával kapcsolatos ismeretek.
IRÁNYÍTÓ BERENDEZÉS
BEAVATKOZÓ ÉRZÉKELÕ
MÛSZAKI FOLYAMAT(KÉMIAI TECHNOLÓGIAI RENDSZER)
ANYAGENERGIA
INFORMÁCIÓ
ANYAGENERGIA
INFORMÁCIÓ
INFORMÁCIÓ
A digitális eszközök alkalmazásának előnyei
programozhatóság rugalmasság rugalmas irányítási struktúra (egyszerűen konfigurálható, újabb
szabályozókörök könnyen beépíthetők)
származtatott mennyiségek (közvetett mérések)
irányítási algoritmus változtatható (adaptív, modell-bázisú, stb.)
kényelmes ember-gép kapcsolat
nagyobb megbízhatóság (egyszerűen növelhető)
nagy mennyiségű információ gyors mozgatása az egyes berendezések között
nagy tömegű információ tárolható
egyszerűbb karbantartás és javítás (szervizprogramok)
A számítógépes folyamatirányítás elemei
Folyamat I/O Kezelõi I/O
Hardver Szoftver
CPU MemóriaRTOS
IOS
mérésirányítás
MMI
Távadók Beavatkozók
Kémiai technológiai rendszer
operátoriperifériák
háttér-tárolók
hálózat
SZÁMÍTÓGÉPMan-machine
interface Input / Output Supervisor
A számítógépes folyamatirányítás jellemzői
Real-time működés:válaszidővégrehajtási sorrendkülső jelek (megszakítások)
Jellemzők:bonyolult program struktúraigényes méréstechnika: pontosság, megbízhatóságnagy adatforgalom: szabványos, megbízható kommunikáció
Alapjel vezetés
Ember-gép kapcsolat
Szabályozás
Vészhelyzet kezelés
Sorrendi vezérlés
FOLYAMAT
kezelő
bináris jelek
vészjelzések
analóg jelek
Tipikus feladatok:
Irányítási szintek
Menedzsment
Termelésirányítás
Gyártócella, folyamatirányítás
Lokális szabályozás és vezérlés
Tipikus irányítási szintek Technológiai információk jellemzői
A folyamat és az irányítóberendezés kapcsolataAz mérési információ útja a folyamattól a számítógép felé
(P: folyamat, M: ember, C: számítógép)
OFF-LINE
IN-LINE
ON-LINE
A folyamat és az irányítóberendezés kapcsolataAz mérési információ útja a folyamattól a számítógép felé
OPEN-LOOP
CLOSED-LOOP
Tipikus kapcsolatok:on-line closed-loop: automatikus irányításon-line open-loop: szakaszos technológiák kézi műveleteion-line open-loop: tanácsadó irányításin-line closed-loop: mérés kézi mintavétellel
Nagyobb rendszerekben általában többféle megoldás is előfordul.
Közvetlen digitális irányítás 1.DDC: Direct Digital Control
lokális irányítási feladatok megoldása
Irányító számítógép
Folyamat
Folyamat információUtasítások
Ellenőrző jelekBeavatkozó jelek
Közvetlen digitális irányítás 2.Tipikus alkalmazás: centralizált rendszer
KÖZPONTI IRÁNYÍTÓTEREM
SZÁMÍTÓGÉP
hátrányai: rendkívül nagy kábelezési igény üzembiztonsága nem megfelelő (esetleg analóg tartalék rendszer) programozási nehézségek (bonyolult, nagy méretű szoftver rendszer)
Felügyelő irányítás (Supervisory Control) 1.felsőszintű irányítási feladatok megvalósítása (lokális szint vezetése adott cél szerint)
a. Alapjel állító irányítás (SPC: Setpoint Control)
C
C
C
Felülbíráló számítógép
Folyamat
Folyamat információUtasítások
Ellenőrző jelekAlapjelek
Beavatkozó jelek
Felügyelő irányítás (Supervisory Control) 2.
b. Közvetlen számítógépes (SCC: Supervisory Computer Control)
DDC számítógép
Folyamat
Folyamat információAlapjelek
Ellenőrző jelekBeavatkozó jelek
Felülbíráló számítógép
Folyamat információUtasítások
Osztott irányítási rendszer 1.DCS: Distributed Control System
Az irányítási feladatok elosztása a topológia és/vagy a funkciók alapján.
Folyamat
Felügyelő számítógép
Operátori állomás
DDC-1 DDC-2 DDC-n
Hálózat
Osztott irányítási rendszer 2.Mikroprocesszor-bázisú DCS struktúra (1975)
Irányítóberendezés
Irányítóberendezés
Irányítóberendezés
Irányítóberendezés
Központiirányítóterem
Hálózat
Hierarchikus irányítás
a döntési illetve irányítási szintek egymásra épülése
rendszerint DCS struktúrában valósítják meg.
VÁLLALAT IRÁNYÍTÁS Rendelések feldogozása, raktározás, elszámolás, statisztika
TERMELÉS IRÁNYÍTÁS Termelés, szállítás
VÁLLALATI HÁLÓZAT 100 Mbit/smásodperces válaszidők
FOLYAMAT BUSZ 100 Kbit/sválaszidő < 500 ms
napi irányítási terminál
vállalat irányítási terminál
mérnöki állomás
FOLYAMAT IRÁNYÍTÁS (DCS) szabályozás, vezérlésdokumentálás,
TEREPI SZINTMérés, beavatkozásirányítás és felügyelet,
TEREPI BUSZ 30 Kbit/sválaszidő < 100 ms
ÜZEMI HÁLÓZAT10 Mbit/smásodperces válaszidők
vállalati szintű
számító-gép
termelés irányító
számítógép
folyamat-irányító berendezés
T P
PC terepi állomás
Az irányítási szintek feladatai 1.
1. Lokális szint az érintett egységek közvetlen irányítása, az érintett technológiai egységek vészhelyzetek figyelése és
beavatkozás.
2. Felügyeleti szint az adott technológia vészhelyezeteinek felismerése és
beavatkozás, az érintett technológiai egységek (lokálisan) optimális
üzemeltetése, technológiai műveletsorozatok végrehajtása.
3. Üzemirányítási szint aktuális termelés ütemezése, az üzem működésének optimalizálása, termelési jelentések, üzemeltetési adatok gyűjtése és off-line elemzése.
Az irányítási szintek feladatai 2.4. Termelésirányítási szint
termelés tervezés, ütemezés módosítása a megrendelések alapján, ütemezés módosítása üzemzavar esetén, optimális készletgazdálkodás, energia és nyersanyag felhasználási adatok kezelése, minőségbiztosítási adatok kezelése
Minden szinten termelési, készletezési, anyag és energia felhasználási adatok
gyűjtése, kommunikáció az alsó és felső szintekkel ember-gép kapcsolat kiszolgálása öndiagnosztika és az alsóbb szintek ellenőrzése
• VÉGE AZ ELSŐ RÉSZNEK
Alapfogalmak
A termelés (tágabb értelemben) szervezett műszaki-gazdasági tevékenység, új anyagok, termékek és szolgáltatások előállítására, a társadalom, a gazdaság igényei és a szükségletek szerint. Magában foglalja:•a termelés fejlesztését és tervezését, •a termelés szervezését és előkészítését, logisztikáját, •a termelés irányítását, ellenőrzését és végrehajtását (gyártás, szolgáltatás).
Alapfogalmak
A termelés fogalma
Termelés
fejlesztés
Termelés Logisztika, anyagellátás szervezés
Termelés
tervezés
Termelés
előkészítés
Termelés
irányítás
Termelés
ellenőrzés
Gyártás
Szolgáltatás
Anyag
Termék
Beszállítók Menedzsment
Műszaki tervek
AlapfogalmakA gyártás (szűkebb értelemben) az ipari termelés anyagainak alkatrészeinek, szerelvényeinek és késztermékeinek előállítására irányuló, műszaki-gazdasági tevékenység.A gyártási folyamatok fő típusai:
FOLYTONOS FOLYAMATOK DISZKRÉT FOLYAMATOK
ALKATRÉSZGYÁRTÁS SZERELÉS KISZERELÉS ANYAGELŐÁLLÍTÁS
A gyártás magában foglalja:•a gyártás előkészítését, az anyagellátást, raktározást,•a technológiai folyamatokat,•a gyártás szervezését, irányítását, ellenőrzését,•a gyártási minőség biztosítását,•az üzemfenntartást, a karbantartást
A diszkrét gyártási folyamat fő részei
ALKATRÉSZGYÁRTÁS SZERELÉS
ALKATRÉSZRAKTÁR
KÉSZÜLÉK NORMÁLIÁK SZERELVÉNYEKNYERSANYAG
RAKTÁRTERMÉKRAKTÁR
MINŐSÉG ELLENŐRZÉS MINŐSÉG ELLENŐRZÉS
ANYAGELLÁTÁS KISZÁLLÍTÁS
GYÁRTÁSIRÁNYÍTÁS
SZERSZÁMOK EK
ÜZEMLOGISZTIKAANYAGMOZGATÁS
VÉGELLENŐRZÉS
PROGRAMOK PROGRAMOK
ANYAGELLENŐRZÉS
MŰSZAKI
TERVEZÉS MENEDZSMENT
FENNTARTÁS
CÉG
A folytonos gyártási folyamat fő részei
NYERSANYAG TERMÉK RAKTÁR
ANYAGELLÁTÁS KISZÁLLÍTÁS
GYÁRTÁSIRÁNYÍTÁS
ÜZEM LOGISZTIKA
VÉG ELLENŐRZÉS
PROGRAMOK
ANYAG ELLENÖRZÉS
MŰSZAKI TERVEZÉS MENEDZSMENT
FENNTARTÁS
ADALÉKOK
MŰVELETEK
KÉSZLET
KISZERELÉS
ADAGOLÓ-CSOMAGOLÓ
ELLENŐRZŐ RENDSZER ELLENŐRZŐ RENDSZER
RECEPTEK CÉG TECHNOLÓGIAI
Diszkrét gyártási folyamatokA diszkrét gyártási folyamatokban egymástól fizikai felületeikkel elkülönülő munkadarabok gyártása és szerelése elhatárolt munkaterekben, időben szakaszosan, gyártási eseményekkel jól elhatárolható módon valósul meg. A diszkrét gyártási folyamatok két alapvető technológiai folyamattípusa:
1. Alkatrészgyártás 2. Szerelés
Az alkatrészgyártási folyamatban geometriailag jól definiált monolit (újabban monolit és kompozit) munkadarabok megmunkálása folyik, időben egymás után (szekvenciálisan) rendezett megmunkálási műveletek (operációk) elvégzésével. Minden munkaarabnak geometriailag meghatározott kezdeti és végső állapota van. A szerelési folyamatban alkatrészek, normáliák (szabványos alkatrészek) és beszállítóktól vásárolt szerelvények összeállítása folyik, szekvenciálisan rendezett szerelési műveletek elvégzésével. A szerelési műveletek elvégzésének eredménye a termék. A műveletek elvégzésének színtere a munkahely vagy a gyártóberendezés munkatere (workplace, manufacturing device).
Diszkrét gyártási folyamatok
A megmunkálások (forgácsolás, alakítás, kezelés, egyesítés) és szerelés (összeállítás) funkciói a gyártás főfolyamatához tartoznak.
A raktározás, az anyagmozgatás a normália és szerelvényellátás, a kiszállítás (közös néven: logisztikai funkciók); az anyagvizsgálat a minőség-ellenőrzés, a végellenőrzés (közös néven: minőségbiztosítási funkciók) a gyártás mellékfolyamatához tartoznak.
A szerszámellátás, a készülékezés, az üzemfenntartás (karbantartás, hibaelhárítás, energia és segédanyag ellátás, hulladékkezelés, környezetvédelem) funkciói a gyártás segédfolyamatához tartozik.
Alapfogalmak
A komplex gyártási folyamategyüttes színtere a gyártórendszer (Manufacturing system). A gyártórendszer olyan funkcionális alrendszerekből álló komplex, technológiai objektum, amely hierarchikus felépítésű; alrendszerei között anyagi és információs kapcsolatok vannak. Az alrendszerek moduljai tevékenységének, a bennük zajló fő-, mellék és segédfolyamatoknak – az aktivitásoknak – a célja a gyártási rendelések teljesülése.
A gyártórendszerek irányítása olyan komplex termelési funkció, amely a gyártási rendelések teljesítése érdekében előállítja a gyártórendszer aktivitások kívánt rendezett sorozatát, megfigyeli a gyártórendszer állapotát, és valós időben döntéseket hozva irányítja, felügyeli a gyártási folyamatokat.
Gyártórendszer
Automatizált magas raktárAGV robotkocsikPalettás készülékekFúró-maró központokCNC vezérlésAutomatikus szerszámtárGyártásirányító rendszerLokális hálózat LANMinőségbiztosító rendszer
Magas raktár
CNC megmunkálóközpontok
Robobotkocsi
CNC megmunkáló központokbólálló, automatizált, rugalmasgyártó rendszer. FMS.
A számítógéppel segített gyártás (CAM) fogalma
A számítógéppel segített gyártáshoz (CAM) tartoznak azok az alkalmazott informatikai, számítógépes módszerek, eljárások, rendszerek és szolgáltatások, amelyek a termelés végrehajtási (operatív) szakaszához, az anyagi, technológiai folyamatokhoz kapcsolódnak.
A CAM fő alkalmazási területei:– Mechatronikai rendszerek (manipulátorok, szabályzók, szenzorok) alkalmazása– Gyártásautomatizálás, programozható vezérlés, számjegyvezérlés,
robottechnika– Gyártórendszerek, gyártósorok szerelő rendszerek számítógépes irányítása– Üzemi számítógépes adatgyűjtés– Üzemek és gyártó műhelyek számítógépes irányítása– Raktári és anyagmozgató rendszerek számítógépes irányítása– Minőségbiztosítási (mérő, ellenőrző) rendszerek számítógépes támogatása– Ipari számítógépes hálózatok alkalmazása integrált rendszerekben
A számítógéppel segített gyártás (CAM) fogalma
A számítógéppel segített gyártás (CAM) magába foglalja: A számítógépes gyártásirányítást, a logisztikát és a minőségbiztosítástA számítógépes gyártásirányítás magában foglalja:
– a számítógépes műhely és üzemirányítást, – a gyártórendszerek, gyártócellák és gépcsoportok számítógépes irányítását– a gépek, robotok, mérő berendezések és kézi munkahelyek számítógépes
irányítását– az automatizált folyamat felügyeletet, a pozicionáló rendszerek, manipulátorok
mechanizmusok és szenzorok számítógépes irányítását.
A számítógéppel segített gyártás szoros kapcsolatban van a műszaki tervezés két fontos szakterületével:
– Számítógépes technológiai tervezés CAPP (Computer Aided Process Planning)
– Számítógépes termeléstervezés PPS (Production Planning and Scheduling)
A CAM része a fent felsorolt területeket kiszolgáló ipari számítógépes hálózat (ILAN) és az egységes műszaki adatbázis (Engineering DataBase, EDB) is.
A számítógéppel segített gyártás (CAM) fejlődése
1. Hagyományos gyártásKézi vezérlésű gépek, művezetőkre alapozott gyártásirányításPapíralapú műszaki dokumentumok
A tömeggyártás paradigmájaA folyamatok részfolyamatokra bontása.A műveletek gondos szervezése, a futószalag (Ford, Taylor)
Mechanikus automaták bevezetése a tömeggyártásbaAggregát célgépek, gépsorok az autóiparbanHuzalozott, relés programozható vezérlések bevezetéseHidraulikus és pneumatikus vezérlések alkalmazása.Üzemirányítás ütemező táblákkal, papíralapú nyilvántartásokkal
Géprajzok és ábrás művelettervekGyártásirányítási bizonylatok, anyag és szerszámlisták
Az emberi tényező szerepe
A számítógéppel segített gyártás (CAM) fejlődése
2. Számítógéppel segített gyártás1973 a mikroprocesszor megjelenéseElektronikus műszaki adatbázisok és dokumentumok
A rugalmas gyártás paradigmájaA folyamatok programozhatósága.A munkahelyek, gépek csoportokba, cellákba, gyártórendszerekbe szervezése
A számjegyvezérlés megjelenése a forgácsolásban 1960 az NC technológia kidolgozása a MIT-en1970 Robottechnika, PLC vezérlések megjelenése
Rugalmas, automatizált gyártórendszerek (FMS) az autóiparban Mikroprocesszoros programozható vezérlések bevezetéseSzervo-rendszerek, helyzetszabályzók alkalmazása.Üzemirányítás számítógépes hálózatra alapozott hierarchikus rendszerekkelA számítógépes adatfeldolgozás szerepe
Számítógéppel Integrált Gyártás
Számítógéppel Integrált GyártásA CIM számítógépes eljárás, módszer és koncepció a termelési rendszer fő alrendszereinek, funkcióinak integrálására. A CIM egy koncepcionális keret, amelyen az integrációs feladatokat a számítástechnika, különösen a számítógépes hálózatok segítségével oldják meg.A CIM fogalom fejlődése:
CIM I: Az automatizált rugalmas gyártórendszerek moduljainak integrációja (CNC, PLC, ROC, DNC, CC)
CIM II: A gyártás (CAM) integrációja a műszaki tervezési (CAD, CAPP, PPS) modulokkal.
CIM III: A gyártás, a műszaki tervezés és a vállalati menedzsment funkcionális integrációja (MIS, CAD, CAM), egységes műszaki adatbázis kialakítása.
CIM IV: Integrált, nyílt vállalati funkcionális architektúra kialakítsa integrált vállalati informatikai rendszerrel
Gyakran előforduló angol betűszavak, rövidítések jelentése
CIM Computer Integrated Manufacturing Számítógéppel integrált gyártásCAM Computer Aided Manufacturing Számítógéppel segített gyártásCAPC Computer Aided Production Control Számítógépes termelésirányításPAC Production Activity Control Gyártási folyamatirányításMES Manufacturing Execution Systems Számítógépes gyártásirányításFMS Flexible Manufacturing Systems Rugalmas gyártórendszerekSFC Shop Floor Control Műhelyszintű gyártásirányításCAQM Computer Aided Quality Management Számítógépes minőség menedzsmentCAL Computer Aided Logistics Számítógéppel segített logisztikaILAN Industrial Local Area Networks Ipari lokális számítógépes hálózatokCNC Computer Numerical Control Számítógépes számjegyvezérlésPLC Programmable Logic Controller Programozható vezérlőROC Robot Control Robot vezérlőCAPP Computer Aided Process Planning Számítógépes technológiai tervezés PPS Production Planning and Scheduling Termeléstervezés és
ütemezésDNC Distributed Numerical Control Elosztott számjegyvezérlésCC Cell Controller CellavezérlőCAD Computer Adided Design Számítógéppel segített (konstrukciós) tervezésMIS Management Information System Számítógépes vállalatirányítási rendszer
A számítógépes gyártásirányítás informatikai jellemzői
Név Tipikusadat méret
Tipikusdöntési ciklus
Tipikusszámítástechnikaiplatform
Tipikus irányításifunkciók
Műhely irányítás
1-10 Mbyte
1-2 perc PC, szerverUNIX, Windows 2000/XP
Gyártás előkészítés, rendelés,ütemezés, elosztás, felügyelet, döntések, hibaelhárítás.
Cellavezérlés
1-10 Kbyte
1-2 sec MunkaállomásIpari PCUNIX, Windows 2000/XP
Koordináció, szinkronizációanyagkezelés, státus jelentés
Munkahely
vezérlés
1-100 Byte 0,1-0,2 sec MikroszámítógépekIpari PC,RTOS
Operációk szervezése,vezérlése, végrehajtása, minőségbiztosítás
Folyamatirányítás
1-100 Bit 1-10 msec Mikrovezérlők,mikroprocesszorokRTOS
Helyzet szabályzás, mérés, gépi funkciók vezérlése, logikai funkciók
A gyártásirányítás hierarchiája
MIS, PPS és CAPP modulok
CAM komponensek
CAPC, CAL és CAQM CAPC komponensek
MES és SFC modulokFMSC és CC modulokCNC, ROC, MMC modulokPLC és Microcontrollerek
A TERMELÉS STRATÉGIAI TERVEZÉSE
TERMELÉS TERVEZÉS A TERMELÉS KÖZÉTÁVÚ TERVEZÉSE
ÜZEMIRÁNYÍTÁS VALÓS IDEJÜ TERMELÉSIRÁNYÍTÁS ÉS KOORDINÁCIÓ
CELLAIRÁNYÍTÁS MUNKAHELYEK CSOPORTOS IRÁNYÍTÁSA
BERENDEZÉSVEZÉRLÕK SZERSZÁMGÉPEK, ROBOTOK, CÉLBERENDEZÉSEK
SZERVÓK ÉS BEAVATKOZÓ SZERVEK VEZÉRLÉSE
TECHNOLÓGIAI FOLYAMAT
FOLYAMATIRÁNYÍTÁS
STRATÉGIAI TERVEK TERMÉK ÉS GYÁRTÁS TERVEK
GYÁRTÁS RENDELÉSEK
ANYAGTERVEK
CELLA RENDELÉSEK CELLA PROGRAMOK
MŰVELETEK INDITÁSA NC ÉS ROBOT PROGRAMOK
FUNKCIÓK INDÍTÁSA
ANYAG
ENERGIA
TERMÉK
HULLADÉK
VÁLLALATIRÁNYÍTÁS
VEZÉRLÉS ADATSIN
TECHNOLÓGIA TERVEZÉS TECHNOLÓGIAI FOLYAMATOK TERVEI
MÛVELETTERVEK
Gyártóberendezések vezérlése
KP: Kézi kezelőpult P: Működtető program. KB: kétállapotú beavatkozó szervek. BS: Bináris szenzorok UM: útmérő rendszerek SR: szervó rendszerek
Gyártóberendezések vezérléseCélgépek, célberendezések
Egyedi szerszámozás. Kis műveleti koncentráció.Kétállapotú beavatkozó szervek. Kapcsolt motorok, hidraulika, pneumatika, tengelykapcsolók.Főként bináris szenzorokLogikai vezérlés, előírt szekvenciák és ciklusok. PLC (Programable Logic Controller)
Átállítható gépek
Speciális szerszámozás. Másológépek. Alakítógépek. Programozható gépek.Bináris és digitális szenzorok. Mérőtapintók. HelyzetkapcsolókKétállapotú és szervó típusú beavatkozó szervek.Programozható vezérlés. PLC. Másoló szervók. Vezértárcsák. NC vezérlés.
Univerzális gépek
Univerzális szerszámozás. Megmunkáló központok. Nagy műveleti koncentráció.Főként digitális és analóg szenzorok. Útmérők. Felügyeleti szenzorok.Főként helyzetszabályzók, adaptív szabályzók. Főként CNC és számítógépes vezérlés. Szervó típusú robotvezérlés. ROC
A modern, elektronikus vezérlések fejlődése elmossa a különbséget a különböző vezérlők között. A PLC, CNC, ROC, MMC és Process Controllerek architektúrája egyre közelebb kerül egymáshoz. Kialakul az univerzális Ipari vezérlők (Universal Industrial Controller, UIC) prototípusa.
A TECHNOLÓGIA MŰSZEREZÉSE
JeltranszformációJel: valamely fizikai mennyiség (jelhordozó) egy jellemző értékének alakulása
(többnyire időbeli változása).A jelhordozó típusa lehet:
• elektromos,• pneumatikus,• fény,• stb.
A jelhordozó lehet a jel• nagysága,• frekvenciája,• fázisa,• stb.
A jel által átvitt információ és a jellemző érték kapcsolatát a kódolás szabja meg. kódolás dekódolás
jel kód jel (vagy információ)A jelek csoportosítása:
• analóg• digitális
Jelek felosztása A M P L . \ ID Ő F O L Y T O N O S D IS Z K R É T
F O L Y T O N O S
T0
D IS Z K R É T
T0
B IN Á R IS
0
1
T0
0
1
JelátalakításMérő-átalakító (érzékelő):
• mérendő jel fizikai mennyiség
Jelváltó:
• fizikai mennyiség azonos típusú fizikai mennyiség
Jelátalakító:
• jel másik jel
TávadókSzabványos kimeneti jel
elektromosáram
• 4 - 20 mA• 0 - 20 mA• 0 - 5 mA
feszültség• 0 - 10 V• 0 - 5 V
pneumatikus• 0.2 - 1 bar (3 - 15 PSI)
digitálissoros
• RS-232• RS-422
párhuzamos• IEEE-488
Az érzékelők, távadók• fejlődése lassú,• pontosságuk, megbízhatóságuk elmarad a többi egységtől• leggyengébb láncszem.
Kiválasztási szempontok• pontosság,• megbízhatóság,• ár,• gyorsaság,• méréstartomány,• alkalmazási körülmények.
Alkalmazott távadók előfordulási arányai:
Érzékelt paraméter % elmozdulás 20-28 nyomás 15-20 áramlás 5-15 tömeg, erő 20 vegyi összetétel 17 szint 7 hőmérséklet 6-10 nedvesség, páratartalom 2-3 egyéb 2-8
Leggyakrabban alkalmazott érzékelők, távadók
Mért folyamatváltozó
Mérőberendezés
hőmérséklet hőelem ellenállás hőmérő folyadék, nyomásos hőmérők bimetál optikai pirométerek oszcilláló kvarc kristály
nyomás manométer Bourdon-csöves manométer szilfon-csöves (Barton cella) nyomásmérő bélyegek
áramlás mérőperem Venturi cső turbinás elektromágneses (indukciós) örvényszórásos ultrahangos rotaméter hővezető-képesség mérésen alapuló
Leggyakrabban alkalmazott érzékelők, távadók
Mért folyamatváltozó
Mérőberendezés
szintmérők lebegő úszós merülő úszós differenciál nyomás elvén alapuló hidrosztatikus kapacitás mérésen alapuló ultrahangos gammasugaras
összetétel gáz-, folyadék kromatográf pH mérők vezetőképesség mérő törésmutató mérő
A folyamatirányító berendezések hardver felépítése A folyamatirányító számítógép periféria elemei, folyamat illesztés
Be
Ki Digitális jelek
Telemetria csatornák
Real-time óra megszakítás
Be
Ki Impulzus jelek
Anal./Digit. átalakítás Digit./Anal. átalakítás
Kijelző táblák
Kézi adatbevitel
Képernyők
Esemény nyomtató
Operátori eszközök
Nyomtató
Lemez egységek
Mágnesszalag egység
Konzol
Számítógép perifériák
Input/output illesztő egység
Központi egység (CPU) Memória
Technológia illesztés
Analóg jelek kezelése
Digitális / analóg
jelátalakító
a0 a1 a2 a3
an-1 an
. . . . .
adat beírás ur
analóg
kimenet
+V -V GND
Analóg kimenetek
A D/A konverterek jellemző bemenetei és kimenetei
Egy egyszerű megoldás
Ellenállás hálózatos D/A konverter felépítése
R R R 2R
2R bn
0 1
2R
1 bn-1
0 b1 2R
0 1
2R b0
0 1 uref R
- + ux
Műveleti erősítő
1
012
11 2222 nn
nnrx
bbbbuu
Analóg bemeneti rendszer felépítése
Technológia
Multiplexer
Mintavételező, tartó áramkör
Analóg / digitális átalakító
Input/output illesztés Központi egység (CPU)
. . .
kész adat
start
mintavétel, tartás
csatorna kiválasztás
Analóg multiplexer és a mintavételező/tartó áramkör
működése
Erősítő A/D
konverter
Szűrő 1. csatorna
B1 A1
Szűrő 2. csatorna
A2 B2
Szűrő n. csatorna
An Bn
Vezérlő egység Bi
Ai
Analóg digitális jelátalakítás (A/D, ADC) Kettős integrálású (dual-slope) A/D konverter felépítése
- + Digitális
számláló
… . . .
b0 b1
bn R
C
Műveleti erősítő
Komparátor
Logikai vezérlő
+ ur
- ux
Start Kész
Dual-slope A/D konverter működése
-u
0 t
tr tx
ur ux
referencia integrálás
jel integrálás
rx
r
x
rrx
tt
tr
t
x nnu
ttuududu
rx
x
x
0
0
Konverzió D/A konverter segítségével
Szukcesszív approximációs A/D konverter felépítése
- +
Vezérlő logika léptető és kimeneti regiszter
uDA
ux
Start Kész
Órajel
D/A konverter
Soros
kimenet
Komparátor ukomp
. . .
. . .
bn bn-1 b2 b1 b0 . . . Párhuzamos kimenet
Szukcesszív approximációs A/D konverter működése ux = 6,66 V ur = 10,0 V n = 8 bit A/D kimenet: 10101011
lépés D/A input
uDA ukomp bit érték
0 (törlés) 00000000 0,00 false (0) - 1 01111111 4,96 false (0) b7=1 2 10111111 7,46 true (1) b6=0 3 10011111 6,21 false (0) b5=1 4 10101111 6,84 true (1) b4=0 5 10100111 6,52 false (0) b3=1 6 10101011 6,68 true (1) b2=0 7 10101001 6,60 false (0) b1=1 8 10101010 6,64 false (0) b0=1
Szukcesszív approximációs A/D konverter működése
0123456789
10
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
fesz
ülts
ég (V
)
u x =6,66 V
u DA
törlés 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. kész
Excel példaSzukcesszív approxiációs A/D konverter Uref 16offset 0 Ux 11.7
Lépés Helyiérték b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 DAinput DAoutput Komp. Bitérték0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.0001 7 0 1 1 1 1 1 1 1 127 7.938 FALSE 12 6 1 0 1 1 1 1 1 1 191 11.938 TRUE 03 5 1 0 0 1 1 1 1 1 159 9.938 FALSE 14 4 1 0 1 0 1 1 1 1 175 10.938 FALSE 15 3 1 0 1 1 0 1 1 1 183 11.438 FALSE 16 2 1 0 1 1 1 0 1 1 187 11.688 FALSE 17 1 1 0 1 1 1 1 0 1 189 11.813 TRUE 08 0 1 0 1 1 1 1 0 0 188 11.750 TRUE 0
Eredmény 1 0 1 1 1 1 0 0 188 11.750 TRUE
02468
10121416
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9Lépés
U (V
)
A folyamatirányító számítógép felépítéseDigitális működésű, programozható berendezések
A számítógép építőelemeiDigitális áramkörök (logikai hálózatok):
• KOMBINÁCIÓS: kimenete csak a pillanatnyi bemenetektől függ• SZEKVENCIÁLIS: kimenete a korábbi állapotoktól is függ
Építőelemek:Logikai kapuk:
• ÉS (AND)• VAGY (OR)• KIZÁRÓ VAGY (XOR)• NEM (NOT)
Összetett elemek• dekóder, multiplexer, demultiplexer
• bináris összeadó áramkörök: fél összeadó, teljes összeadó• aritmetikai-logikai egység (ALU): logikai műveletek, összeadás,
kivonás, léptetés jobbra, balra• tároló elemek:
R-S tároló memória cellák
• regiszterek léptető (shift regiszterek) számlálók
Multiplexer
kimenet (kiválasztott bemenet)
“n” adat bemenet
cím log2 n . . . . . .
Dekóder
kimenet (n)
adat (log2 n) . . .
. . .
Demultiplexer
bemenet cím
log2 n . . .
. . . kimenet (n)
Kapuáramkörök A
B C
VAGY (or)
A B C
KIZÁRÓ VAGY (xor)
A B C
NEM VAGY (nor)
A B C
NEM ÉS (nand)
A B
NEM (not), inverter
A B C
ÉS (and)
2-bites dekóder áramkör
A
B
AB
AB
AB
AB
A B C0 C1 C2 C3 0 0 1 0 0 0
0 1 0 1 0 0
1 0 0 0 1 0
1 1 0 0 0 1
Bináris összeadó áramkör
A B
C=A xor B
CY=A and B
átvitel bit (carry)
A B C
átvitel bemenet
átvitel kimenet
összeg
félösszeadó teljes összeadó
A B CY C 0 0 0 0
0 1 0 1
1 0 0 1
1 1 1 0
A B C CY C 0 0 0 0 0
0 1 0 0 1
1 0 0 0 1
1 1 0 1 0
0 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1
R-S tároló felépítése S
R
Q
Q
Bemenetek Kimenetek Állapot S R Q Q 0 0 1 1 - 0 1 1 0 Set 1 0 0 1 Reset 1 1 x x Set vagy Reset
D tároló felépítése D
T R Q
S Q
Bemenetek Kimenetek D T Q Q 0 0 x x 0 1 0 1 1 0 x x 1 1 1 0
Memória cella
Adat be Adat ki
Író impulzus
Olvasó impulzus
1 0
Bináris számláló
J
órajel
Q
Q
CL
J
órajel
Q
Q
CL
A 20
J
órajel
Q
Q
CL
B 21
J
órajel
Q
Q
CL
C 22
D 23
Átvitel bit Számláló bemenet
Törlés
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3
B e m e n e t
A
B
C
D
1 0 1 0 1 0 1 0 1 0
Példa: számláló és megjelenítő egység 1 0 0 1 0 1 1 0
beíró jel, számláló jel
órajel
BCD számláló
Tároló regiszter
Dekóder
Kijelzők