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