Detail předmětu
Process automation
FEKT-NAUPAk. rok: 2013/2014
Kurz LAUP je určen pro studenty druhého ročníku magisterského studia. Je to poslední ročník vysokoškolského studia a absolventi kursu LAUP mají po jeho ukončení vstoupit do projekčních a programátorských týmů řešících návrhy a realizace průmyslových řídicích systémů. Základními pilíři této práce je specifikace elektrických prvků technologického procesu, specifikace vstupních a výstupních signálů, návrh řídicího systému, vytvoření cenové nabídky pro uživatele, vytvoření programů pro PLC, vytvoření programů pro ovládání a vizualizaci (SCADA/HMI), vytvoření průmyslové komunikační sítě a vytvoření aplikace systému MES. Pro tyto činnosti musí být odpovědný pracovník schopen vytvořit časový harmonogram. Teoretickou podporou je znalost matematického modelování složitých technologických celků, verifikace modelů, numerických aspektů modelování a funkční bezpečnosti (standard IEC 61508 a související).
Jazyk výuky
angličtina
Počet kreditů
6
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Výsledky učení předmětu
Absolvent předmětu je schopen
- vytvořit nabídku, poptávku automatizačního projektu
- vytvořit projekt vizualizace technologického procesu (SCADA)
- vytvořit matematický model technologického celku
- implementovat vhodné řídicí algoritmy
- vytvořit aplikaci s funkcemi modulů operativního řízení výroby (MES)
- vytvořit program pro dávkový proces BATCH
- posoudit stupeň rizika řízeného procesu ve smyslu normy funkční bezpečnosti IEC 61508
- navrhnout HW / SW konfiguraci bezpečného řízení
- vytvořit nabídku, poptávku automatizačního projektu
- vytvořit projekt vizualizace technologického procesu (SCADA)
- vytvořit matematický model technologického celku
- implementovat vhodné řídicí algoritmy
- vytvořit aplikaci s funkcemi modulů operativního řízení výroby (MES)
- vytvořit program pro dávkový proces BATCH
- posoudit stupeň rizika řízeného procesu ve smyslu normy funkční bezpečnosti IEC 61508
- navrhnout HW / SW konfiguraci bezpečného řízení
Prerekvizity
Jsou požadovány znalosti na úrovni bakalářského studia.
Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody
Metody vyučování zahrnují přednášky a laboratorní cvičení, případové studie a exkurze v technologických procesech. Předmět využívá e-learning (Moodle). Pro podporu projektantské práce pracují studenti se systémem operativního řízení výroby s názvem COMES. Student odevzdává tři samostatné protokoly jako zpracovatel a na dalších třech se podílí jako spoluautor.
Způsob a kritéria hodnocení
až 30 bodů za cvičení (body student získává za 5 protokolů)
až 70 bodů za zkoušku
zkouška je písemnou formou
pro úspěšné složení písemné zkoušky je třeba získat 35 bodů ze 70 možných
až 70 bodů za zkoušku
zkouška je písemnou formou
pro úspěšné složení písemné zkoušky je třeba získat 35 bodů ze 70 možných
Osnovy výuky
• Úvod do projektování automatizačních systémů.
• Programování dávkových procesů v systému Batch (Standard S88). Systém řízení výroby MES
• Projektování tepelných systémů. Příklad projektu parní výměníkové stanice tepla
• Matematické modelování složitých technologických celků. Vybrané problémy praktického použití regulátorů. Identifikace vlastností průmyslových zařízení. Případová studie projektování elektrárny
• Problematika rušení a šumové imunity. Příklady připojení typických snímačů k PLC a IPC. Bezpečnost řídicích systémů. Standard 61508 Funkční bezpečnost E/E/EP.
Mezi přednášejícími budou i zkušení odborníci z praxe, s nimiž se budou termíny přednášek sjednávat na začátku semestru, takže pořadí přednášek nemusí odpovídat tomu, jak jsou v předmětu uvedeny.
Laboratorní cvičení:
Zopakování základů programování na PLC SIMATIC (HW konfigurace, jednoduché programy v STL) a rozšíření o programování analogových signálů (teplota)
Vytvoření cvičné aplikace InTouch / WinCC – použití na simulovaném procesu plnění, ohřev a vypouštění tanku
Programování v systému BATCH na PC. V tomto systému bude naprogramován proces řízení funkce napouštění, ohřevu a vypouštění tanku na simulovaném procesu tankuí. Simulace funkce zůstane v programu PLC. Jako systém BATCH bude použit BATCH modul ze systému COMES. Zobrazení dat z projektu Plnění a ohřev tanku v systému MES (COMES)
Učební cíle
Cílem předmětu je seznámit studenty s komplexní problematikou automatizace procesů. Studenti se naučí základy konstrukční a projektantské práce při projektech automatizace strojů, výrobních linek a technologických procesů. Seznámí se s bezpečnostními normami, normou funkčního značení měření a regulace a dále projektantskými postupy při realizaci systémů měření, regulace a automatizace.
Obsahem předmětu je i výuka počítačové podpory projektantské práce. Na praktických ukázkách projektů a exkursích do vybraných technologických procesů se seznámí s konkrétní podobou realizace automatizace. Laboratorní cvičení jsou orientována na PC orientované distribuované řídicí systémy (DCS) aplikované na SW modelech procesů. Další část cvičení je věnována SW systemum pro podporu projektantske prace.
Na příkladech výměníkových stanic tepla a elektrárenských bloků si studenti procvičí projektantské konvence a značky a principy řízení energetických zařízení.
Velkou část prednášek zajišťují odborníci z praxe řízení elektrárenských celků od konvenčních po jaderné elektrárny, matematické modelování složitých technologických celků, vybrané problémy praktického použití regulátorů, identifikace vlastností průmyslových zařízení, případová studie projektování elektrárny.
Přednášky ukončuje úvod do funkční bezpečnosti, standardu IEC 61508.
Obsahem předmětu je i výuka počítačové podpory projektantské práce. Na praktických ukázkách projektů a exkursích do vybraných technologických procesů se seznámí s konkrétní podobou realizace automatizace. Laboratorní cvičení jsou orientována na PC orientované distribuované řídicí systémy (DCS) aplikované na SW modelech procesů. Další část cvičení je věnována SW systemum pro podporu projektantske prace.
Na příkladech výměníkových stanic tepla a elektrárenských bloků si studenti procvičí projektantské konvence a značky a principy řízení energetických zařízení.
Velkou část prednášek zajišťují odborníci z praxe řízení elektrárenských celků od konvenčních po jaderné elektrárny, matematické modelování složitých technologických celků, vybrané problémy praktického použití regulátorů, identifikace vlastností průmyslových zařízení, případová studie projektování elektrárny.
Přednášky ukončuje úvod do funkční bezpečnosti, standardu IEC 61508.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky
laboratorní výuka je povinná, řádně omluvené zmeškané laboratorní cvičení je třeba nahradit po domlouvě s vyučujícím
Základní literatura
Automatizace procesů, el. učební texty, Zezulka a kolektiv (CS)
Efficient DDS System Implementation, Boed V., ChiltonBook Company, Pennsylvania1996, ISBN 0-8019-8722-9 (EN)
Efficient DDS System Implementation, Boed V., ChiltonBook Company, Pennsylvania1996, ISBN 0-8019-8722-9 (EN)
Zařazení předmětu ve studijních plánech
Typ (způsob) výuky
Přednáška
26 hod., nepovinná
Vyučující / Lektor
Osnova
Úvod do projektování automatizačních systémů, související inženýrské práce.
Fáze projektu, modely projekčních prací, dokumentování projektu.
Projektantské konvence, značky, symboly, příklad projektu výměníkové stanice.
Úvod do distribuovaných systémů řízení procesů. Kroky projektování DCS dle VDI/VDO. Požadavky na HW/SW distribuovaných systémů řízení.
Software pro systémy pracující v reálném čase. Operační systémy, metody synchronizace a komunikace, propojení subsystémů, zabezpečení. Typické chyby aplikačního SW a jejich odstraňování.
Programování systémů reálného času s tvrdými požadavky na RT. Poukazy na nejzávažnější otázky této problematiky. Případová studie.
Fáze projektu a realizace dodávky jako technicko-organizační problém. Identifikace a analýza problému, syntéza a ověření řešení, implementace, seřízení a ověření, dokumentace a podpora uživatele.
Matematické modelování složitých technologických celků. Kvantitativní a kvalitativní modelování, způsoby tvorby modelů, verifikace modelů. Numerické aspekty modelování a řešení případných problémů. Způsoby využití modelů.
Případová studie - regulace elektrického výkonu Elektrárny Ledvice. Řešitelnost úlohy za daných omezení.
Legislativa a požadavky na měřící přístroje (MP) a měřící zařízení (MZ). Požadavky norem a souvisejících předpisů pro daný typ přístroje, závazné normy IEC. ČSN EN 61010 - část 1, bezpečnostní požadavky na elektrické měřící, řídící a laboratorní zařízení. - bezpečnostní třídy (rozdělení, způsoby ochrany, přípustné hodnoty napětí a proudů), ochrana proti dotyku živých částí, IP krytí - druhy elektrické izolace a požadavky na izolaci podle bezpečnostní třídy přístroje (základní, doplňková, přídavná izolace, izolační materiály, vzdušné vzdálenosti a povrchové cesty) - zkoušky napěťové pevnosti - vlastní mechanické provedení (přívody napájecích obvodů, oddělení napájecích a proudových vodičů) - ochranný vodič a jeho funkce - mechanická pevnost přístroje (pád, úder) - ochrana před vznícením (oteplení přístroje, teplotní hranice), zkoušky a měření - teplotních poměrů, konstrukční opatření proti vznícení (odvod tepla, větrací otvory)
Základní konstrukční prvky a komponenty síťové filtry, oddělovací transformátory, ochranné prvky proti předpětí a zkratům , tavné, teplotní pojistky a další). Napájení a zálohování měřících přístrojů a měřících zařízení, alternativní metody, mobilní provoz.
Vybraná problematika ze spolehlivosti MP a MZ, problematika rušení, aktivní a pasivní stínění, zvýšení spolehlivosti atd. Příklady praktické realizace. Vztah "člověk - MP a MZ " (základy ergonometrie, psychologie obsluhy, specifika prostředí atd.
Podpora vývojových a konstrukčních prací MP a MZ počítačem - přehled možností. Simulace, návrh a konstrukce včetně plošných spojů.
Fáze projektu, modely projekčních prací, dokumentování projektu.
Projektantské konvence, značky, symboly, příklad projektu výměníkové stanice.
Úvod do distribuovaných systémů řízení procesů. Kroky projektování DCS dle VDI/VDO. Požadavky na HW/SW distribuovaných systémů řízení.
Software pro systémy pracující v reálném čase. Operační systémy, metody synchronizace a komunikace, propojení subsystémů, zabezpečení. Typické chyby aplikačního SW a jejich odstraňování.
Programování systémů reálného času s tvrdými požadavky na RT. Poukazy na nejzávažnější otázky této problematiky. Případová studie.
Fáze projektu a realizace dodávky jako technicko-organizační problém. Identifikace a analýza problému, syntéza a ověření řešení, implementace, seřízení a ověření, dokumentace a podpora uživatele.
Matematické modelování složitých technologických celků. Kvantitativní a kvalitativní modelování, způsoby tvorby modelů, verifikace modelů. Numerické aspekty modelování a řešení případných problémů. Způsoby využití modelů.
Případová studie - regulace elektrického výkonu Elektrárny Ledvice. Řešitelnost úlohy za daných omezení.
Legislativa a požadavky na měřící přístroje (MP) a měřící zařízení (MZ). Požadavky norem a souvisejících předpisů pro daný typ přístroje, závazné normy IEC. ČSN EN 61010 - část 1, bezpečnostní požadavky na elektrické měřící, řídící a laboratorní zařízení. - bezpečnostní třídy (rozdělení, způsoby ochrany, přípustné hodnoty napětí a proudů), ochrana proti dotyku živých částí, IP krytí - druhy elektrické izolace a požadavky na izolaci podle bezpečnostní třídy přístroje (základní, doplňková, přídavná izolace, izolační materiály, vzdušné vzdálenosti a povrchové cesty) - zkoušky napěťové pevnosti - vlastní mechanické provedení (přívody napájecích obvodů, oddělení napájecích a proudových vodičů) - ochranný vodič a jeho funkce - mechanická pevnost přístroje (pád, úder) - ochrana před vznícením (oteplení přístroje, teplotní hranice), zkoušky a měření - teplotních poměrů, konstrukční opatření proti vznícení (odvod tepla, větrací otvory)
Základní konstrukční prvky a komponenty síťové filtry, oddělovací transformátory, ochranné prvky proti předpětí a zkratům , tavné, teplotní pojistky a další). Napájení a zálohování měřících přístrojů a měřících zařízení, alternativní metody, mobilní provoz.
Vybraná problematika ze spolehlivosti MP a MZ, problematika rušení, aktivní a pasivní stínění, zvýšení spolehlivosti atd. Příklady praktické realizace. Vztah "člověk - MP a MZ " (základy ergonometrie, psychologie obsluhy, specifika prostředí atd.
Podpora vývojových a konstrukčních prací MP a MZ počítačem - přehled možností. Simulace, návrh a konstrukce včetně plošných spojů.
Laboratorní cvičení
39 hod., povinná
Vyučující / Lektor
Osnova
Úvodní cvičení (organizace, instruktáž, školení o bezpečnosti a seznámení s pracovištěm, podmínky udělení zápočtu).
Úvod do PC orientovaných DCS systémů. Výuka základních funkcí a konfigurace systému.
Výuka dalších funkcí PC orientovaného DCS systému.
Dokončení výuky DCS systému, zadání individuální práce.
Práce na zadání DCS řízení modelu technologického procesu.
Práce na zadání. Korekce chybných postupů.
Prezentace a předání řešení samostatného zadání.
Metodika návrhu, projektová a prototypová dokumentace
Simulace a návrh typických obvodů a konstrukčních řešení MP a MZ počítačem
Realizace a experimentální ověření navržených obvodů MP a MZ.
Realizace a experimentální ověření navržených obvodů MP a MZ.
Samostatná práce: Návrh, realizace a experimentální ověření (alternativně "exkurse" nebo prezentace firmy)
Zápočet
Úvod do PC orientovaných DCS systémů. Výuka základních funkcí a konfigurace systému.
Výuka dalších funkcí PC orientovaného DCS systému.
Dokončení výuky DCS systému, zadání individuální práce.
Práce na zadání DCS řízení modelu technologického procesu.
Práce na zadání. Korekce chybných postupů.
Prezentace a předání řešení samostatného zadání.
Metodika návrhu, projektová a prototypová dokumentace
Simulace a návrh typických obvodů a konstrukčních řešení MP a MZ počítačem
Realizace a experimentální ověření navržených obvodů MP a MZ.
Realizace a experimentální ověření navržených obvodů MP a MZ.
Samostatná práce: Návrh, realizace a experimentální ověření (alternativně "exkurse" nebo prezentace firmy)
Zápočet