Plan i program zajęć Studiów Podyplomowych „Przemysłowe Systemy Sterowania”

na Wydziale Inżynierii Mechanicznej i Robotyki Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie

 

1. Plan zajęć

Semestr zimowy

Lp.	Nazwa przedmiotu	Liczba godzin		Całkowita liczba godzin	Punkty ECTS
		Wyk.	Lab.
1	Podstawy programowania PLC (budowa i instalacja)	8	22	30	7
2	EPLAN - komputerowe wspomaganie prac inżynierskich	8	10	18	6
3	Sterowniki mikroprocesorowe	4	8	12	5
4	Systemy wizyjne	8	12	20	6
5	Elementy hydrauliki i pneumatyki siłowej	8	8	16	6
		Razem		96	30

Semestr letni

Lp.	Nazwa przedmiotu	Liczba godzin		Całkowita liczba godzin	Punkty ECTS
		Wyk.	Lab.
1	Zaawansowane programowanie sterowników przemysłowych PLC	8	28	36	6
2	Systemy bezpieczeństwa maszyn	4	12	16	6
3	Serwonapędy i sterowanie ruchem	4	10	14	6
4	Programowanie paneli operatorskich w sieciach przemysłowych	4	12	16	5
5	Systemy sterowania nadrzędnego (SCADA)	4	10	14	5
6	Konsultacje dyplomowe (8h każdy student indywidualnie)	0	8	8	4
		Razem		104	32

2. Program zajęć

a) ramowe treści kształcenia

Semestr zimowy

Ad.1. Podstawy programowania PLC (budowa i instalacja)

Opanowanie zasad tworzenia, testowania i diagnozowania komputerowych systemów sterowania opartych na programowalnych sterownikach logicznych oraz zasad programowania sterowników wybranych firm.

Struktury komputerowych systemów sterowania. Warstwy sterowania. Architektura i kryteria doboru sterowników (SIEMENS, OMRON). Praktyczna realizacja regulatora PID w sterowniku. Wybór struktury programu i wytyczne do tworzenia czasowo optymalnego oprogramowania. Metody przesyłania danych pomiędzy sterownikami oraz do warstw wyższych: bezpośrednie łączenie, wykorzystujące wspólne obszary pamięci oraz sieci przemysłowe: Profibus DP, ProfiNet, DeviceNet. Instalacja sterowników: rozeznanie typów zakłóceń, wybór typu obudowy, zasady podłączania wejść i wyjść, uruchamianie instalacji, ochrona przed przepięciami i doziemieniami.

Ad.2. Komputerowe wspomaganie prac inżynierskich – EPLAN

Celem przedmiotu jest opanowanie obsługi systemu CAE EPLAN służącego do obiektowego projektowania układów automatyki oraz szeroko rozumianej elektrotechniki. EPLAN oferuje automatyzację procesu projektowania poprzez łatwą i prostą obsługę oraz możliwość wymiany danych z innymi systemami. Umożliwia inteligentny dobór elementów automatyki przemysłowej z bogatych baz danych np. przekaźników, styczników, PLC, okablowania itp. Umożliwia tworzenie z posiadanych projektów elektrotechnicznych szczegółowe widoki 3D zabudowanych rozdzielnic z wykorzystaniem rzeczywistych wymiarów geometrycznych elementów użytych w projekcie.

Ad.3. Sterowniki mikroprocesorowe

Wprowadzenie do podstaw sterowania mikroprocesorowego. Nauka pisania, uruchamiania i testowania programów na platformie Arduino.

Wprowadzenie do języka C, typy danych, instrukcje warunkowe oraz biblioteki Arduino. Budowa mikroprocesora i mikrokontrolera AtMega328P. Tworzenie algorytmów programów. Programowanie układów mikroprocesorowych w języku C/C++. Programowalne układy wejść/wyjść, przetworniki analogowo-cyfrowe , zegary czasu rzeczywistego i liczniki. Budowa podstawowych magistrali szeregowych. Przykładowe zastosowania mikrokontrolerów w systemach sterowania oraz układach pomiaru i rejestracji danych. Budowa sterowników silnika krokowego oraz sterownika silnika prądu stałego, implementacja prostego regulatora PID na mikrokontrolerze.

Ćwiczenia laboratoryjne: Wprowadzenie do środowiska programowego oraz podstawowe operacje na rejestrach. Instrukcje warunkowe oraz pętle programowe. Programowanie układów wejścia/wyjścia mikrokontrolera z wykorzystaniem bibliotek Arduino. Podprogramy, przekazywanie parametrów, programowanie układów czasowo/licznikowych. Obsługa systemu przerwań mikrokontrolera. Obsługa układu UART oraz standardu RS232 z wykorzystaniem bibliotek Arduino. Implementacja sterowników silnika krokowego oraz regulatora pozycji silnika prądu stałego.

Ad.4. Systemy wizyjne

Systemy wizyjne stały się integralną częścią systemów wytwarzania. Wykorzystywane są w kontroli jakości produktu jak i procesu na wielu etapach wytwarzania. Przedmiot systemy wizyjne obejmuje omówienie zadań związanych z mechaniką, optyką, analizą obrazu oraz zagadnieniami pobierania i przesyłania obrazów. Omówione zostaną zagadnienia komunikacji z systemami sterowania linii produkcyjnych wraz z wymianą danych identyfikujących produkt jak i jego parametry (np. układy wejść/wyjść, protokoły wymiany danych). Analiza obrazu przetwarzanego w systemie wizyjnym dotyczyć będzie zagadnień przetwarzania wstępnego, identyfikacji i segregacji, metod pozycjonowania, operacji pomiarowych, odczytu i weryfikacji oznaczeń OCR/OCV oraz algorytmów odczytu oznaczeń kodowych. Prezentacja oraz omówienie różnic pomiędzy systemami wizyjnymi 2D i 3D.

Ad.5. Elementy hydrauliki i pneumatyki siłowej

Wykłady: Porównanie hydraulicznych, pneumatycznych i elektrycznych elementów automatyki. Przeznaczenie, zalety i wady, klasyfikacja oraz zasada działania elementów hydraulicznych i pneumatycznych. Generatory energii hydraulicznej i pneumatycznej. Hydrauliczne i pneumatyczne elementy napędowe (silniki i siłowniki). Hydrauliczne i elektrohydrauliczne oraz pneumatyczne i elektropneumatyczne elementy sterujące. Hydrauliczne i pneumatyczne elementy pomocnicze. Elementy pneumohydrauliczne.

Ćwiczenia laboratoryjne: Posługiwanie sie schematami funkcjonalnymi. Rozpoznawanie elementów pneumatycznych i hydraulicznych oraz omówienie ich najważniejszych parametrów technicznych. Łączenie elementów pneumatycznych z nastawianymi parametrami pracy. Uruchamianie układów z wykorzystaniem elementów elektropneumatycznych. Uruchamianie układów hydraulicznych z nastawianymi parametrami roboczymi.

Semestr letni

Ad.1. Zaawansowane programowanie sterowników przemysłowych PLC

Zdobycie umiejętności zaprojektowania systemu sterowania dla prostego obiektu. Aplikacja w sterowaniu algorytmu odpornego (MPC), adaptacyjnego, optymalnego. Elementy sterowania procesami stochastycznymi (SPC), filtr Kalmana.

Projekty: Sterowanie obiektami nieliniowymi i rozproszonymi. Porównanie metod sterowania układem grzewczym. Sterowanie systemem przenośników. Sterowanie układem wentylacyjnym. Projekt sieci umożliwiającej sterowanie i akwizycję danych z wybranych obiektów. Monitorowanie danych na ekranie dotykowym i panelach wizualizacyjnych.

Ad.2. Systemy bezpieczeństwa maszyn

 

Celem przedmiotu jest zapoznanie się ze sposobami zabezpieczania maszyn, tak, żeby spełniała dyrektywy Unii Europejskiej i pozwalały na oznakowanie CE. Takie oznakowanie umieszczone na produkcie stanowi deklarację producenta, że jego wyrób spełnia zasadnicze wymagania dyrektywy maszynowej. W trakcie zajęć zaprezentowane zostaną narzędzia komputerowe wspomagające projektowanie systemów bezpieczeństwa Zostanie również omówiona zasada działania przekaźnika bezpieczeństwa oraz sterownik bezpieczeństwa w oparciu o sterownik 1512P F firmy Siemens. Zaprezentowane zostaną różnice pomiędzy sterownikiem bezpieczeństwa i standardowym oraz pomiędzy odpowiednimi modułami i programami. Podczas prowadzenia zajęć laboratoryjnych przedstawione zostaną praktyczne przykłady zrealizowane w oparciu o sterownik Siemensa, a także jego konfigurację w środowisku TIA Portal.

 

Ad.3. Serwonapędy i sterowanie ruchem

Celem przedmiotu jest nabycie umiejętności doboru rodzaju i parametrów napędu elektrycznego do układów automatyki oraz zapoznanie się z metodami sterowania układów napędowych. Omówienie podstawowych zagadnień dynamiki napędów i metody ich doboru, rodzajów napędów elektrycznych stosowanych w układach automatyki, ze szczególnym uwzględnieniem napędów skokowych, napędów prądu stałego z magnesami trwałymi szczotkowych (PMDC) i bezszczotkowych (BLDC), napędów prądu przemiennego synchronicznych (PMAC) i asynchroniczne, metody i algorytmy sterowania układami napędowymi, budowa sterowników silników skokowych, sterowników serwonapędów, przemienników częstotliwości.

Ćwiczenia laboratoryjne: dobór napędu z wykorzystaniem przykładowej aplikacji programowej, zaprogramowanie i uruchomienie przykładowej aplikacji z napędem krokowym – badania charakterystyk napędu, dobór parametrów regulatorów w serwonapędzie synchronicznym, dobór parametrów przemiennika częstotliwości wykonanie przykładowej aplikacji manipulatora kartezjańskiego.

Ad.4. Programowanie paneli operatorskich w sieciach przemysłowych

Wykłady: Branża SCADA/HMI w Polsce. Klasyfikacja i podział paneli operatorskich. Budowa matrycy. Podstawowe informacje o sieciach komputerowych: Typy oraz topologie sieci. Podział sieci i wymogi stawiane sieciom przemysłowym. Opis konfiguracji sieci: Compobus/S, DeviceNet, Profibus, Profinet. Konfiguracja routera przemysowego eWON.

Ćwiczenia laboratoryjne: Zapoznanie się z ideologią tworzenia sieci przemysłowych – linie komunikacyjne i zasilające. Konfiguracja sieci Compobus/S, DeviceNet, Profibus, Profinet. Zdalna wymiana danych pomiędzy sieciami. Wysyłanie komend do wysłania i odbioru danych pomiędzy sterownikami. Zdalne łączenie się ze sterownikiem PLC firmy Omron. Komunikacja Omron PLC z Siemens PLC przy użyciu routera przemysłowego eWON. Projekt sterowania sterownikami PLC z poziomu panela HMI.

Ad.5. Systemy sterowania nadrzędnego (SCADA)

Celem przedmiotu jest przedstawienie hierarchicznych struktur sterowania. Omówienie warstw sterowania: bezpośredniej, nadrzędnej, operacyjnej, zarządzania. Przedstawienie systemów sterowania optymalnego.

Ćwiczenia laboratoryjne: Wykorzystanie pakietu In'Touch do monitorowania stanów zmiennych w sieci sterowników przemysłowych. Optymalizacja parametrów algorytmów sterowania w warstwie bezpośredniej realizowana w warstwie sterowania nadrzędnego. Rozproszony system sterowania nadrzędnego zrealizowany w oparciu o sieć Ethernet. Projekt adaptacyjnego sytemu sterowania.

Ad.6. Konsultacje dyplomowe

Celem konsultacji jest przygotowanie studenta do wykonania i zaliczenia pracy końcowej. Przedstawione zostaną wzorce pisania pracy i omówiona tematyka proponowanych prac końcowych.

b) sylwetka absolwenta

Studia przeznaczone są dla inżynierów chcących poznać budowę i działanie oraz zastosowania przemysłowych sterowników (PLC i mikroprocesorowych). Główny nacisk położony jest na ich programowanie do konkretnych zadań, co ułatwi absolwentom studiów lepsze wykorzystanie sterowników w praktyce inżynierskiej. Oprócz sterowników przemysłowych program studiów obejmuje elementy, układy i systemy, które mogą współpracować ze sterownikami, w szczególności: systemy wizyjne, systemy kontrolno-pomiarowe, serwonapędy elektryczne oraz mechaniczne elementy i układy automatyki (z uwzględnieniem elementów elektrohydraulicznych i elektropneumatycznych). Uczestnik powinien znać podstawy elektroniki, układów przełączających (algebrę Boola) oraz informatyki. Ponadto powinien posiadać umiejętność posługiwania się komputerem.

Podczas studiów ich uczestnicy nabędą umiejętność pisania programów do sterowników PLC z uwzględnieniem programowania paneli przemysłowych, doboru napędów i systemów sterowania nadrzędnego. Szczególny nacisk położony jest na algorytmy z obszaru sterowania zaawansowanego (inteligentne: rozmyte, i neuronowe; odporne, adaptacyjne i optymalne), które coraz częściej występuje w przemyśle. Bazę laboratoryjną studiów stanowią stanowiska będące modelami fizycznymi obiektów przemysłowych, do których należy zaprojektować system sterownia.

c) forma zaliczenia przedmiotów

Zaliczenie poszczególnych przedmiotów polega na zaliczeniu kolokwiów końcowych, w których szczególny nacisk położony jest na sprawdzenie nowo nabytych praktycznych umiejętności studenta np.: napisanie zadanego programu do sterownika PLC do sterowania wybranym obiektem.

d) forma zakończenia studiów podyplomowych

Zaliczenie końcowe polega na napisaniu pracy końcowej, która może mieć charakter praktyczny. Ocena końcowa jest wyliczana wg wzoru:

Ocena końcowa = 0,6 średniej arytmetycznej ocen z zaliczeń przedmiotów + 0,4 oceny z pracy końcowej

---

 Wynik ukończenia studiów podyplomowych
(wyciąg z: "ZARZĄDZENIE Nr 6/2020 Rektora Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie z dnia 22 stycznia 2020 r.")

 

§18. pkt 1. Wynik ukończenia studiów wyższych wpisywany na świadectwie ukończenia studiów podyplomowych ustalany jest na podstawie:

• średniej ocen ze studiów, z wagą 0,6;
• oceny pracy końcowej i/lub egzaminu końcowego, z łączną wagą 0,4.

§18. pkt 2. Średnia ocen ze studiów, o której mowa w ust. 1 pkt 1 jest średnią ważoną wszystkich ocen końcowych z przedmiotów zaliczonych w trakcie studiów. Współczynnikami wagi są liczby punktów ECTS przyporządkowane przedmiotom:

 

§18. pkt 3. Średnia ocen ustalana jest do dwóch miejsc po przecinku, bez zaokrągleń.

§18. pkt 4. Praktyki zawodowe, praca końcowa i egzamin końcowy, jeżeli są przewidziane w ramach studiów podyplomowych, nie są uwzględniane do średniej ocen ze studiów.

§18. pkt 6. Na świadectwie ukończenia studiów podyplomowych wpisywany jest ostateczny wynik ich ukończenia, który ustalany jest do dwóch miejsc po przecinku, bez zaokrągleń, według następujących zasad:

• od 4,71 ocena słowna: bardzo dobry (5.0).
• od 4,21 ocena słowna: plus dobry (4.5)
• od 3,71 ocena słowna: dobry (4.0)
• od 3,21 ocena słowna: plus dostateczny (3.5)
• od 3,00 ocena słowna: dostateczny (3.0)