Készítette: Dr. Füvesi Viktor

Készítette: Dr. Füvesi Viktor 2015. 2.

Dr. Füvesi Viktor ME AFKI – Alkalmazott Földtudományi Kutatóintézet Műszerfejlesztési és Informatikai Osztály Email: [email protected] Tel.: 565-255/25-12 Web: fuvesi.afki.hu

Aláírás feltétele o Gyakorlaton való részvétel 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

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

1950-

1960-

1970-

1980-

1990-

Pneumatikus

Elektronikus

Analóg

Hibrid

Digitális

0,2…1 bar

Pneumatikus

10-50 mA

4-20 mA

SMART

FIELDBUS

HART

Protokoll alapú

Elektromechanikus Gyújtószikramentes - Intrinsic Safety Helyi beállítások Távvezérelt beállítás Protokollfüggő Interoperabilitás

o Pneumatikus irányító rendszerek

o Elektronikus irányító rendszerek  Analóg irányítástechnika  Digitális irányítástechnika  PLC vezérlések  PC vezérlések • DDC • SCADA • DCS • FCS • PCS

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

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

Analóg vezérlők megjelenése on-off és PID vezérlők Jel és jeltovábbítás  Be- és kimeneti tartomány 4-20 mA  Áthidalható távolság km-es nagyságrend

Előny:  Alacsony telepítési költség  Alacsony karbantartási költségek  Dinamikus válasz

Típus  Fogadó vezérlők kijelzés, recording, miniature  Direct-connected controllers blind, kijelzés, terepi mounting Vezérlési módok  Kézi  Proporcionális  Integráló  Differenciáló

Hátrány:  Veszélyes környezetben nem használhatók  Szelepek  Speciális alkalmazás

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

Hátrány:  drága  bonyolult  betanítás szükséges

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

Kétállapotú jeleket fogad Ubemenet pl. 24 V DC, 230 V AC Bemenetek száma: 8 vagy n x 8

Digitális kimenetek

Kétállapotú jeleket ad ki Kontaktus, tranzisztor, kimenetek stb. Kimenetek száma: 8 vagy n x 8

ROM memória RAM memória

Tápegység

230 AC

Analóg bemenet Analóg kimenet

Analóg jelet fogad

Ubemenet pl. 0…+ 10 V DC Bemenetek száma: 1 vagy 2, 4 Analóg jelet ad ki Ukimenet pl. 0…+ 10 V DC Kimenetek száma: 1 vagy 2, 4

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

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)

Előnyök:  Megbízhatóság, üzembiztosság  Ellenálló szerkezeti kialakítás

 Tárolt program könnyen módosítható  Kisebb karbantartási költség  Egyszerű üzembehelyezés  Gyors működés

Hátrány:  Szaktudást igényel

 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

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

Terepi eszközök

Távadók, beavatkozók

Szabályozó, vezérlő és felhasználói interfész

Terepi eszközök

Központi műszerszoba Technológia

CPU

RAM

EPROM

XTAL

Beavatkozó

http://www.elcon.hu/ddc_keszulekek

CPU

RAM

EPROM

Távadó

XTAL

Feladatai

 jelek összegyűjtése a terepi eszközöktől, érzékelőktől, beavatkozóktól PLC-ék segítségével  Információk kezelése, feldolgozása  Adatbázis létrehozása  Felügyeli a folyamatot  Kiszolgálja adatokkal a kezelő személyzetet

MMI - Man Machine Interface 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

DBMS

Server

RTU

PLC RTU

PC

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 PLC1 összehasonlítja mért áramlásértéket a munkapontival és változtatja a szivattyú sebességét

http://www.technologyuk.net/telecommunicat ions/industrial_networks/scada.shtml

Szintérzékelő

Szelep

PLC2 összehasonlítja mért szintértéket a munkapontival és igény szerint változtat az áramlás nagyságán a szeleppozíció módosításával

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.

Szabályozók, vezérlők, I/O modulok

Felhasználói felület DCS konzol Központi műszerszoba Technológia

Terepi eszközök

Távadók, beavatkozók

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)

Első generáció

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

Helyi vezérlő egység Local Control Unit LCU

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

LCU n

LCU 4

LCU 4

LCU n

Valós rendszer

Server

Plant Information Network

DCS Network Gateway PLC

R I/O

Field Network

Controllers Workstation Networks Programs

Control File, Control Station, etc. operator, engineering, programming control, information 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

Gateway I/O

Új rendszerek Gyártó

Termék

ABB

Advant Industrial IT

Yokogawa

Centum 2000

Rosemount

Plant Web

Honeywell

Plant Scape Open Field

Régi rendszerek Gyártó

Termék

Westinghouse

WDPF

Leeds & Northrup

MAX1000

Toshiba

TOSDIC CIE

Siemens

Simatic

Honeywell Information Management Network

PC (Maintenance)

PC (Engineering)

MIS Host

Global User Station

Universal Station

Local Control Network Gateway

Serial Links

PLC

Universal Control Network

Gateway

Global User Station

Network Interface Module High Performance Process Manager

FSM

Hiway Gateway

Data Hiway Remote I/O FieldBus Technology

Advanced Operator Station

Fisher-Rosemount PC

Workstatio n

Corporate Computer

Ethernet Universal Station

Operator Workplace

Ethernet Gateway

Peerway Control Files Interface to Intelligent Devices

ISP Fieldbus Support

Remote I/O

PLC

FieldBus

Technology

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

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

Beavatkozó egység Digitális jel kezelése Pozicionálás PID algoritmus az eszközben Hálózati kommunikáció

H1 Ethernet

Operator stations

COROS

Engineering station

PROFIBUS SIMOREG

Switches

Three main parts: • SIMATIC PLC family • COROS MMI • SINEC (Siemens Network Communication) SINEC S1- MS sensor bus SINEC L2- Profibus SINEC H1- Ethernet IEEE 802.3

PLCs

Software: Windows Control Centre -WinCC

DeltaV rendszer

HUB

DeltaV-1

Control Network

DeltaV-2

Three main parts: • Workstation: Pentium PC with Windows NT, 2000 • Control I/O “wall mountable packing” • Network: Ethernet LAN with TCP/IP

HUB

DeltaV-3

DeltaV-n

PS

CU

AI

PS CU AI

Power Supply Control Unit Analog Input

AO DI DO

Analog Output Digital Input Digital Output

AO

DI

DO

FF

PB

AS-i

FF

Foundation Fieldbus

PB

Profibus

AS-i

Actuator-Sensor interface

„Teljes struktúra”

Information ManagementNetwork Vállalati Információs Rendszer

Irányítástechnikai Rendszer

Fisher

!

Fieldbus

DCS Bus

Terepi Irányítás N

Sensorbus

N

N