Książka w sposób metodyczny i przystępny przedstawia tematykę sterowników przemysłowych. Omówiono w niej zagadnienia związane ze sterowaniem, a także budowę i obsługę urządzeń wejściowych i wyjściowych, architekturę i dobór sterowników, ich programowanie za pomocą instrukcji podstawowych, elementarne konstrukcje językowe i tryby adresowania, wykorzystanie języka tekstu strukturalnego w programach, instalację sterowników i połączenia pomiędzy urządzeniami tworzącymi systemy sterowania.
Książka jest przeznaczona dla studentów automatyki i informatyki oraz dla kadry inżynierskiej zajmującej się automatyzacją i programowaniem sterowników przemysłowych.


Spis treści

Wstęp ........... 9

1. Inżynieria sterowania ......................................................................................................... 11

1.1. Opis systemu .................................................................................................................. 13

1.2. Typy układów sterowania ............................................................................................ 17

1.3. Komputerowe systemy sterowania............................................................................. 19

1.4. Komputery i ich programowanie ................................................................................ 21

1.5. Oprogramowanie zorientowane aplikacyjnie ........................................................... 25

2. Systemy cyfrowe.................................................................................................................... 27

2.1. Układy przełączające .................................................................................................... 28

2.2. Ciągi czasowe ................................................................................................................ 31

2.3. Równanie różnicowe i transmitancja dyskretna ....................................................... 32

2.4. Dyskretyzacja transmitancji ciągłej regulatora ........................................................ 34

2.5. Faktoryzacja transmitancji dyskretnej ....................................................................... 37

2.6. Przekształcenie transmitancji dyskretnej na postać równania różnicowego ....... 39

2.7. Struktury modeli dyskretnych ..................................................................................... 42

2.8. Budowa modeli i badania symulacyjne ..................................................................... 43

2.9. Podstawowe pojęcia z mechaniki teoretycznej niezbędne do budowy modeli ... 46

3. Bezpośrednie sterowanie cyfrowe ................................................................................. 49

3.1. Algorytm pozycyjny PID ............................................................................................. 53

3.2. Synchronizacja czasowa, realizacja próbkowania ................................................... 55

3.3. Praktyczne modyfikacje regulatora PID i algorytm prędkościowy ...................... 57

3.4. Wskaźniki jakości regulacji ......................................................................................... 62

3.5. Struktury układów regulacji ........................................................................................ 64

3.6. Dobór nastaw regulatora .............................................................................................. 66

4. Urządzenia wejściowe i wyjściowe ................................................................................ 71

4.1. Budowa toru pomiarowego ......................................................................................... 72

4.2. Jednowymiarowe przetworniki pomiarowe .............................................................. 72

4.3. Wielowymiarowe przetworniki pomiarowe.............................................................. 75

4.4. Postacie sygnału podczas transmisji .......................................................................... 78

4.5. Zwielokrotnianie kanałów ........................................................................................... 81

4.6. Zastosowanie światłowodów....................................................................................... 82

4.7. Cyfrowe przetworniki wejściowe ............................................................................... 85

4 Spis treści

4.8. Analogowe przetworniki wejściowe .......................................................................... 87

4.8.1. Pomiar napięć większych niż zakres wejściowy ........................................................87

4.8.2. Zastosowanie pętli prądowej ......................................................................................87

4.8.3. Pomiar dużych prądów ...............................................................................................89

4.9. Pomiar i regulacja temperatury ................................................................................... 90

4.10. Urządzenia wyjściowe .................................................................................................. 96

4.11. Dobór kart pomiarowych w małych systemach ..................................................... 101

5. Architektura i dobór sterownika ............................................................................... 103

5.1. Budowa sterownika..................................................................................................... 104

5.2. Obszary pamięci użytkownika w sterowniku

na przykładzie sterownika CP1H ............................................................................. 107

5.3. Kryteria doboru sterownika ....................................................................................... 110

5.4. Tryby pracy sterowników .......................................................................................... 112

5.5. Opis sterownika CP1H i oprogramowania CX One firmy Omron ..................... 112

6. Programowanie przy użyciu instrukcji podstawowych ................................... 117

6.1. Elementy oprogramowania sterowników ................................................................ 120

6.2. Instrukcje podstawowe ............................................................................................... 121

6.3. Funkcje logiczne na bitach ........................................................................................ 122

6.4. Układy pamięciowe .................................................................................................... 127

6.5. Znaczniki zbocza ......................................................................................................... 128

6.6. Zegary ........................................................................................................................... 129

6.7. Liczniki ......................................................................................................................... 132

7. Konstrukcje językowe ..................................................................................................... 135

7.1. Rozgałęzienia warunkowe programu ....................................................................... 138

7.2. Pętle ............................................................................................................................... 141

7.3. Podprogramy ................................................................................................................ 141

7.4. Makroinstrukcje ........................................................................................................... 142

7.5. Przerwania .................................................................................................................... 143

8. Adresowanie pośrednie ................................................................................................... 151

8.1. Podstawowe typy adresowania ................................................................................. 152

8.2. Adresowanie pośrednie obszarów pamięci ............................................................. 152

8.3. Adresowanie pośrednie wykorzystujące rejestry indeksowe ............................... 155

8.4. Zastosowanie adresowania pośredniego do sterowania

silnikiem krokowym ................................................................................................... 157

5

Spis treści

9. Praktyczna realizacja regulatora PID w sterowniku ........................................ 161

9.1. Dokładność przetwarzania a rozdzielczość ............................................................ 163

9.2. Problem znaku podczas operacji odejmowania ..................................................... 164

9.3. Mnożenie w przypadku współczynników ułamkowych ....................................... 164

9.4. Całkowanie ................................................................................................................... 165

9.5. Różniczkowanie .......................................................................................................... 166

9.6. Pełna wersja programu ............................................................................................... 168

9.6. Testowanie programu regulatora .............................................................................. 169

9.7. Firmowe instrukcje do sterowania ........................................................................... 170

9.8. Zasady dostrajania parametrów regulatorów PID ................................................. 175

10. Procedura tworzenia oprogramowania sterownika ........................................... 177

10.1. Strukturyzacja oprogramowania ............................................................................... 178

10.2. Sterowanie sekwencyjne ............................................................................................ 180

10.3. Procedura tworzenia oprogramowania do sterownika .......................................... 184

10.4. Czas cyklu .................................................................................................................... 186

10.5. Czas odpowiedzi.......................................................................................................... 188

10.6. Wytyczne do tworzenia oprogramowania optymalnego czasowo ...................... 191

11. Zwiększenie niezawodności systemów sterowania.............................................. 195

11.1. Redundancja programowa ......................................................................................... 196

11.2. Redundancja sprzętowa .............................................................................................. 199

11.3. Bezpieczeństwo w systemach sterowania ............................................................... 201

11.4. Najważniejsze normy dotyczące systemów bezpieczeństwa ............................... 204

11.5. Diagnostyka maszyn ................................................................................................... 206

12. Sztuczna inteligencja a sterowniki ............................................................................. 213

12.1. Systemy bazujące na logice rozmytej ...................................................................... 215

12.2. Podstawowe pojęcia z teorii zbiorów rozmytych .................................................. 216

12.3. Zasady projektowania rozmytego systemu sterowania......................................... 219

12.4. Zasady podłączenia modułu rozmytego FZ001 do sterownika ........................... 221

12.5. Typy systemów wnioskowania rozmytego ............................................................. 222

12.6. Zalety i wady systemów sterowania bazujących na logice rozmytej ................. 224

12.7. Wykorzystanie CX-Process Tool do zaprojektowania

regulatora rozmytego .................................................................................................. 225

13. Programowane bloki funkcji ........................................................................................ 227

13.1. Wprowadzanie programowanych bloków funkcji ................................................. 228

13.2. Edycja programowanego bloku funkcji................................................................... 230

6 Spis treści

13.3. Edycja zmiennych programowanego bloku funkcji .............................................. 230

13.4. Obszary występowania zmiennych .......................................................................... 232

13.5. Wstawianie programowanego bloku funkcji do programu .................................. 233

13.6. Sprawdzanie adresów przypisanych blokom funkcji ............................................ 234

13.7. Różnice w programowanych blokach funkcji ........................................................ 235

13.8. Przykłady bloków funkcji .......................................................................................... 236

13.8.1. Licznik dwukierunkowy o ustawialnej wartości kroku ...........................................236

13.8.2. Generator fali prostokątnej .......................................................................................238

13.8.3. Generator fali prostokątnej z modulacją szerokości impulsu...................................242

14. Język tekstu strukturalnego ......................................................................................... 243

14.1. Podstawowe konstrukcje języka tekstu strukturalnego......................................... 244

14.2. Zagnieżdżanie bloków funkcji .................................................................................. 248

14.3. Operatory języka tekstu strukturalnego ................................................................... 249

14.4. Funkcje wbudowane języka tekstu strukturalnego ................................................ 250

14.5. Funkcje konwersji zmiennych................................................................................... 251

14.6. Przykłady bloków funkcji .......................................................................................... 251

14.6.1. Regulator PID z ograniczeniem sumowania całkującego

i wartości sygnału wyjściowego...............................................................................251

14.6.2. Funkcja skalowania ..................................................................................................254

15. Realizacja regulatora rozmytego w programowanym bloku funkcji ........ 257

15.1. Opis funkcji przynależności ...................................................................................... 258

15.2. Opis rozmywania......................................................................................................... 258

15.3. Baza reguł ..................................................................................................................... 259

15.4. Wnioskowanie i wyostrzanie .................................................................................... 259

15.5. Procedura podłączenia bloku funkcji ....................................................................... 259

15.6. Schemat blokowy programu bloku funkcji regulatora rozmytego...................... 263

15.7. Opis zmiennych występujących w bloku funkcji regulatora rozmytego ........... 264

15.8. Przykład wykorzystania regulatora do sterowania

prędkością przekładni hydrostatycznej .................................................................... 267

16. Instalacja sterowników ................................................................................................... 273

16.1. Rozeznanie typów zakłóceń ...................................................................................... 274

16.2. Wybór typu obudowy ................................................................................................. 274

16.3. Podłączenie wejść do sterownika ............................................................................. 275

16.4. Ogólne zalecenia do instalacji sterowników........................................................... 277

16.5. Ochrona przed przepięciami i doziemieniami ........................................................ 279

7

Spis treści

17. Połączenia pomiędzy sterownikami .......................................................................... 283

17.1. Bezpośrednie łączenie sterowników ........................................................................ 284

17.2. Połączenie wykorzystujące wspólne obszary pamięci danych ............................ 285

17.3. Sieci komputerowe ...................................................................................................... 286

17.4. Topologia sieci ............................................................................................................. 287

17.5. Media transmisyjne ..................................................................................................... 287

17.6. Rodzaj transmisji i metody kodowania ................................................................... 289

17.7. Metody dostępu do sieci............................................................................................. 289

17.8. Protokoły komunikacyjne .......................................................................................... 290

17.9. Heterogeniczność sieci ............................................................................................... 292

17.10. Sieci przemysłowe ...................................................................................................... 292

17.11. Sieci przemysłowe w sterownikach firmy Omron................................................. 295

17.12. Protokół komunikacyjny Host Link firmy Omron ................................................ 296

17.13. Protokół FINS .............................................................................................................. 298

17.14. Firmowe bloki funkcji ................................................................................................ 300

17.15. Bezszwowa komunikacja pomiędzy sterownikami firmy Omron ...................... 301

18. Sterowniki modułowe i wbudowane ......................................................................... 303

18.1. Sterowniki przemysłowe PC ..................................................................................... 305

18.2. Sterowniki przemysłowe z magistralą CompactPCI ............................................. 305

18.3. Sterowniki przemysłowe z magistralą VMEbus .................................................... 306

18.4. Sterowniki przemysłowe wbudowane ..................................................................... 307

19. Systemy informatyczne w wyższych warstwach sterowania .......................... 309

19.1. Oprogramowanie SCADA ......................................................................................... 310

19.2. Protokoły i technologie komunikacyjne .................................................................. 312

19.3. Charakterystyki wybranych systemów SCADA .................................................... 315

19.3.1. Programy firmy Intellution ......................................................................................315

19.3.2. Programy firmy GE Fanuc i Intellution ...................................................................316

19.3.3. Programy firmy Progea ............................................................................................318

19.3.4. Programy firmy Wonderware ...................................................................................319

19.3.5. Program firmy Kessler-Ellis ....................................................................................323

19.3.6. Oprogramowanie SCADA innych firm ....................................................................323

19.4. Platforma Systemowa firmy Wonderware .............................................................. 324

19.4.1. Integracja, unifikacja i dystrybucja informacji ........................................................325

19.4.2. Komponenty platformy systemowej ........................................................................326

19.4.3. Projektowanie aplikacji ............................................................................................327

8 Spis treści

19.4.4. Zarządzanie i rozwój aplikacji .................................................................................328

19.4.5. Aplikacja ..................................................................................................................328

19.5. System e-F@ctory firmy Mitsubishi Electric ......................................................... 329

20. Podsumowanie .................................................................................................................... 331

Literatura .............................................................................................................................. 333

Skorowidz ............................................................................................................................. 338