Automaatio 1 Toiminnot osa 1, 2014 ELEC-C1210

Transkriptio

1 Automaatio 1 Toiminnot osa 1, 2014 ELEC-C1210

2 ympäristö häiriöitä laitteet materiaalit energia 1 Fyysinen prosessi materiaalit energia informaatio ohjaus informaatio mittaus 2 informaatio ohjausjärjestelmä informaatio

3

4 Automaation toiminnot Automaatiojärjestelmissä voidaan erottaa toteutustavasta riippumattomat toiminnot, jotka löytyvät jossain muodossa kaikista järjestelmistä: 1. Mittausautomaatio 2. Ohjausautomaatio 3. Prosessihallinta 4. Valvonta ja raportointi

5 LIITÄNNÄT: TOIMINNANOHJAUS- JÄRJESTELMIIN OPTI- MOINTI VALVONTA OPEROINTI SÄÄDÖT JA LOGIIKKA HÄLYTYKSET OPERAATTORIT, IHMISET LIITÄNTÖJÄ MUIHIN JÄR- JESTELMIIN MITTAUKSET JA OHJAUKSET I/O ANTURIT JA TOIMILAITTEET PROSESSI

6 Mittaukset Mittausautomaation tehtävänä on tuoda automaatiojärjestelmään tieto prosessin tilasta. Mittausautomaatioon kuuluvat mittausanturit ja muuntimet, kaapelointi ja mittaustiedon muuntaminen järjestelmässä edelleen käytettäväksi.

7 Ohjaukset ja säädöt Ohjausautomaation avulla vaikutetaan prosessiin. Ohjausten avulla muutetaan prosessin tiloja tai säätöjen avulla niitä pyritään pitämään jossain halutussa arvossa. Ohjausautomaatioon kuuluvat paitsi toimilaitteet ja niiden liitännät, niin myös laitteet ja menetelmät joilla näitä prosessiohjauksia lasketaan, esim. säätöalgoritmit.

8 Prosessihallinta Prosessihallinta on korkeamman tason ohjausta, jolla pyritään pitämään koko prosessi oikeassa tilassa, ei ainoastaan tiettyä säätösuuretta. Prosessihallintaan kuulu prosessin mm. optimoivat säädöt, prosessin eri osien ajoitukset, laitosten käynnistykset ja alasajot.

9 Valvonta ja raportointi Prosessin valvonta ja raportointi tapahtuu käyttäjäliitynnän kautta. Prosessin tila ja siitä laskettuja prosessia kuvaavat suureet esitetään ihmisen ymmärtämässä muodossa. Käyttäjäliitynnän avulla prosessia valvova ihminen voi operoida prosessia automaatiojärjestelmän kautta.

10 Väyläliitännät Yhä keskeisemmäksi ominaisuudeksi automaatiojärjestelmissä ovat muodostuneet väyläliitännät muihin tietojenkäsittelyjärjestelmiin, sekä rinnakkaisiin järjestelmiin että automaatiohierarkiassa ylempiin ja alempiin järjestelmiin.

11 Onko tässä kaikki Ei ole Tarvitaan / halutaan iso joukko muita toimintoja Määrä ja laajuus riippuu järjestelmästä ja sovelluksesta Seuraavassa Metso DNA (Dynamic Network of Applications) järjestelmän toimintoja

12

13

14 Perustoiminnot: 1. Mittaukset 2. Mittausten käsittely 3. Ohjaukset 4. Säädöt 5. Hälytykset 6. Tiedonkeräys 7. Raportointi 8. Käyttäjäliityntä (näytöt ja operointi)

15 Perustoiminnot: 9. Reseptien hallinta (eräajo-ohjaus) 10. Matematiikka ja logiikka 11. Erityislaskenta (esim. optimointi, tilastollinen laadunseuranta) 12. Väyläliitännät muihin järjestelmiin 13. Itsediagnostiikka 14. Varmennukset, kahdennukset 15. Prosessitiedon hallinta ja tallennus

16 Perustoiminnot: 16. Konfigurointiympäristö (ohjelmointi) 17. Dokumentointi 18. Käytön opastus 19. Suunnittelu ja projektinhallinta,

17 1. Mittausten tavoitteet prosessin jatkuva säätö ja ohjaus laadun seuranta ja valvonta prosessin turvallisuus tiedonkeräys ja tutkimus prosessin validointi prosessin ymmärtäminen kustannusten seuranta laitteiden kunnon testaus ja varmistaminen huoltotarpeitten selvitys

18 Mittaukset voidaan tämän lisäksi jaotella: jatkuviin mittauksiin näytteenottoon ja analysaattorimittauksiin satunnaisiin tai kertaluontoisiin mittauksiin (esim. valvonta)

19 1. Mittaukset Automaatiojärjestelmään tulevia mittaussignaaleja ovat: * Analogiset jatkuvat mittaukset (jatkuva jännite- tai virtasignaali, esim V, 4..20mA) * Digitaaliset tasavälein toistuvat mittaukset (ASCII koodit sarjaväylää pitkin, pulssijonot) * Binääriset tilatiedot (auki/kiinni, päällä/pois tieto, kytkimen tila tai jännite päällä/pois) * Manuaalisesti annettavat suureet, kuten laboratorioanalyysit * Älykkäiden mittausjärjestelmien antama informaatio: tietokonenäkö, automaattiset analysaattorit jne.

20

21 Tähän jäätiin

22 VALMIS MITTAUSARVO PROSESSOITAVAKSI (KOKONAISLUKU, KAKSOISTARKKUUDEN KOKONAISLUKU, REAALILUKU, KAKSOISTARKKUUDEN REAALILUKU) SIGNAALIN ESIKÄSITTELY: MULTIPLEXAUS, A/D-MUUNNOS (10-,12-, 16-bittinen), DIGITAALINEN SUODATUS, MUUNNOS SI-JÄRJESTELMÄN YKSIKÖIKSI, 0..10V MITTAUSSIGNAALIN ESIKÄSITTELY: JÄNNITTEEN MUUNNOKSET, VIRTA/JÄNNITETMUUNNOS, TAAJUUS/JÄNNITEMUUNOS, ANALOGINEN SUODATUS 4..20mA, 0..10V, RISTIKYTKENTÄ, RIVILIITTIMET, KOESTUSPINNIT, VALVONTALEDIT, KYTKENNÄN DOKUMENTOINTI, MUUTOKSET 4..20mA, 0..10V, KAAPELOINTI, KYTKINKOTELOT, RIVILIITTIMET, RUNKOKAAPELIT, MAADOTUKSET, 4..20mA, 0..10V, MITTAMUUNTIMET, MITTAUSVAHVISTIMET, MITALÄHETIN mv, ua, Ohms, K-tyypin termopari (jännite) MITTAUSANTURIT F, P, T, V, L PROSESSI (virtauksia, paineita, lämpötiloja, kierrosnopeuksia, pinnankorkeuksia, pitoisuuksia,...)

23 ANTURI, Pt100

24 ANTURI, Pt100 PAINEANTURI

25 VALMIS MITTAUSARVO PROSESSOITAVAKSI (KOKONAISLUKU, KAKSOISTARKKUUDEN KOKONAISLUKU, REAALILUKU, KAKSOISTARKKUUDEN REAALILUKU) SIGNAALIN ESIKÄSITTELY: MULTIPLEXAUS, A/D-MUUNNOS (10-,12-, 16-bittinen), DIGITAALINEN SUODATUS, MUUNNOS SI-JÄRJESTELMÄN YKSIKÖIKSI, 0..10V MITTAUSSIGNAALIN ESIKÄSITTELY: JÄNNITTEEN MUUNNOKSET, VIRTA/JÄNNITETMUUNNOS, TAAJUUS/JÄNNITEMUUNOS, ANALOGINEN SUODATUS 4..20mA, 0..10V, RISTIKYTKENTÄ, RIVILIITTIMET, KOESTUSPINNIT, VALVONTALEDIT, KYTKENNÄN DOKUMENTOINTI, MUUTOKSET 4..20mA, 0..10V, KAAPELOINTI, KYTKINKOTELOT, RIVILIITTIMET, RUNKOKAAPELIT, MAADOTUKSET, 4..20mA, 0..10V, MITTAMUUNTIMET, MITTAUSVAHVISTIMET, MITALÄHETIN mv, ua, Ohms, K-tyypin termopari (jännite) MITTAUSANTURIT F, P, T, V, L PROSESSI (virtauksia, paineita, lämpötiloja, kierrosnopeuksia, pinnankorkeuksia, pitoisuuksia,...)

26 MITTAUSVAHVISTIMIA

27 RELEITÄ Pt100 NAPPIVAHVISTIN

28 VALMIS MITTAUSARVO PROSESSOITAVAKSI (KOKONAISLUKU, KAKSOISTARKKUUDEN KOKONAISLUKU, REAALILUKU, KAKSOISTARKKUUDEN REAALILUKU) SIGNAALIN ESIKÄSITTELY: MULTIPLEXAUS, A/D-MUUNNOS (10-,12-, 16-bittinen), DIGITAALINEN SUODATUS, MUUNNOS SI-JÄRJESTELMÄN YKSIKÖIKSI, 0..10V MITTAUSSIGNAALIN ESIKÄSITTELY: JÄNNITTEEN MUUNNOKSET, VIRTA/JÄNNITETMUUNNOS, TAAJUUS/JÄNNITEMUUNOS, ANALOGINEN SUODATUS 4..20mA, 0..10V, RISTIKYTKENTÄ, RIVILIITTIMET, KOESTUSPINNIT, VALVONTALEDIT, KYTKENNÄN DOKUMENTOINTI, MUUTOKSET 4..20mA, 0..10V, KAAPELOINTI, KYTKINKOTELOT, RIVILIITTIMET, RUNKOKAAPELIT, MAADOTUKSET, 4..20mA, 0..10V, MITTAMUUNTIMET, MITTAUSVAHVISTIMET, MITALÄHETIN mv, ua, Ohms, K-tyypin termopari (jännite) MITTAUSANTURIT F, P, T, V, L PROSESSI (virtauksia, paineita, lämpötiloja, kierrosnopeuksia, pinnankorkeuksia, pitoisuuksia,...)

29 RIVILIITTIMIÄ, LAITEKAAPPI

30 VALMIS MITTAUSARVO PROSESSOITAVAKSI (KOKONAISLUKU, KAKSOISTARKKUUDEN KOKONAISLUKU, REAALILUKU, KAKSOISTARKKUUDEN REAALILUKU) SIGNAALIN ESIKÄSITTELY: MULTIPLEXAUS, A/D-MUUNNOS (10-,12-, 16-bittinen), DIGITAALINEN SUODATUS, MUUNNOS SI-JÄRJESTELMÄN YKSIKÖIKSI, 0..10V MITTAUSSIGNAALIN ESIKÄSITTELY: JÄNNITTEEN MUUNNOKSET, VIRTA/JÄNNITETMUUNNOS, TAAJUUS/JÄNNITEMUUNOS, ANALOGINEN SUODATUS 4..20mA, 0..10V, RISTIKYTKENTÄ, RIVILIITTIMET, KOESTUSPINNIT, VALVONTALEDIT, KYTKENNÄN DOKUMENTOINTI, MUUTOKSET 4..20mA, 0..10V, KAAPELOINTI, KYTKINKOTELOT, RIVILIITTIMET, RUNKOKAAPELIT, MAADOTUKSET, 4..20mA, 0..10V, MITTAMUUNTIMET, MITTAUSVAHVISTIMET, MITALÄHETIN mv, ua, Ohms, K-tyypin termopari (jännite) MITTAUSANTURIT F, P, T, V, L ESSI (virtauksia, paineita, lämpötiloja, kierrosnopeuksia, pinnankorkeuksia, pitoisuuksia,...)

31 RIVILIITTIMIÄ, RISTIKYTKENTÄ

32 VALMIS MITTAUSARVO PROSESSOITAVAKSI (KOKONAISLUKU, KAKSOISTARKKUUDEN KOKONAISLUKU, REAALILUKU, KAKSOISTARKKUUDEN REAALILUKU) SIGNAALIN ESIKÄSITTELY: MULTIPLEXAUS, A/D-MUUNNOS (10-,12-, 16-bittinen), DIGITAALINEN SUODATUS, MUUNNOS SI-JÄRJESTELMÄN YKSIKÖIKSI, 0..10V MITTAUSSIGNAALIN ESIKÄSITTELY: JÄNNITTEEN MUUNNOKSET, VIRTA/JÄNNITETMUUNNOS, TAAJUUS/JÄNNITEMUUNOS, ANALOGINEN SUODATUS 4..20mA, 0..10V, RISTIKYTKENTÄ, RIVILIITTIMET, KOESTUSPINNIT, VALVONTALEDIT, KYTKENNÄN DOKUMENTOINTI, MUUTOKSET 4..20mA, 0..10V, KAAPELOINTI, KYTKINKOTELOT, RIVILIITTIMET, RUNKOKAAPELIT, MAADOTUKSET, 4..20mA, 0..10V, MITTAMUUNTIMET, MITTAUSVAHVISTIMET, MITALÄHETIN mv, ua, Ohms, K-tyypin termopari (jännite) MITTAUSANTURIT F, P, T, V, L ESSI (virtauksia, paineita, lämpötiloja, kierrosnopeuksia, pinnankorkeuksia, pitoisuuksia,...)

33 I/O KORTIT, JOHDOTUS KYTKENTÄRIMOILLE

34 USB-VÄYLÄÄN LIITETTÄVÄ MITTAUSKORTTI

35 Sinking (NPN) provides a path to 0 VDC (-DC) Sourcing (PNP) provides a path to +24 VDC (+DC)

36

37

38

39

40 Binaaritulo

41

42

43

44

45 Mittauskomponentteja (mittamuuntimia) (mittaus- ja ohjauskortteja) mittaustuotteita

46 Kaapelointi

47 Kaapelointi

48 Staattiset suureet: Epätarkkuus: (Engl. INACCURACY) Usein käytetään tästä hieman epätarkasti TARKKUUS (ACCURACY) termiä. Tämä on mittaustuloksen suhde mitattavaan suureeseen - sisältää kaikki virhelähteet. Ilmoitetaan todennäköisyysalueena. Virhe: (ERROR) mittarin tulon (eli mitattavan suureen) ja lähtösignaalin välinen ero. Esitetään esim. absoluuttiarvona (1 kg), prosentuaalisena osuutena mitattavasta suureesta tai prosentuaalisena osuutena suurimmasta näyttämästä. Toistettavuus: (REPEATABILITY) Mittaustuloksen poikkeama toisistaan, kun mitattava suure on joka mittauskerralla yhtä suuri. Epästabiilius: (DRIFT, INSTABILITY) Mittaussignaalin muutos ajan mukana mitattavan suureen pysyessä vakiona.

49 Staattiset suureet: Erottelukyky: (RESOLUTION) Pienin muutos mitattavassa suureessa, joka aiheuttaa muutoksen mittaussignaalissa tai -arvossa. Hystereesi: (HYSTERESIS) Suurenevalla tai pienenevällä mittaussuureella saatujen mittausarvojen suurin erotus. Epälineaarisuus: (NON-LINEARITY) Tämä on nk. muotovirhe (CONFORMITY), poikkeama halutusta lineaarisesta ominaiskäyrästä. Muutoskynnys (DEAD-BAND) ilmaisee, kuinka paljon mittaussuuretta voidaan muuttaa määrätystä arvosta lähtösuureen muuttumatta. Mittausalue: Se mittaussuureen alue, jolla lähtösuure muuttuu pienimmästä arvosta (0 %) suurimpaan arvoonsa (100 %). Tämä on tärkeä suure liitettäessä mittausta tietokoneeseen tai muuhun mittausjärjestelmään.

50

51

52

53

54

55

56

57

58 Sähköiset häiriöt voidaan luokitella käyttäytymisensä mukaan: vakio virta- tai jännitehäiriöt jaksolliset (esim. verkkotaajuus, tyristorihäiriöt) satunnaiset, impulssiluontoiset (kytkimet, moottorit etc.) kohinahäiriöt (vialliset komponentit)

59 Häiriöiden kytkeytymistavat ovat joko konduktiivisia, kapasitiivisia tai induktiivisia.

60

61 2. Mittausten käsittely Mittausten esikäsittelyyn analogiadigitaalimuunnoksen jälkeen laskettiin signaalin digitaalinen suodatus (keskiarvoistus, tasoitus, jne.) ja laskentayksiköiksi (insinööriyksiköt) muuttaminen. Mittausten käsittelyyn kuuluu tämän lisäksi esimerkiksi mittauksen mielekkyyden tarkistus, lineaarisointi, ristikkäisvaikutusten kompensointi, kalibrointikorjaukset ja muut mittaussignaalia jalostavat toiminnot.

62 Lista mittaustenkäsittelytoimenpiteistä A/D muunnos ja signaalien multipleksaus Mittauksen mielekkyyden tarkistus (min, max), hälytykset Skaalaus sopiviin yksiköihin Linearisointi Suodatus Kalibrointi Tilasuureiden laskenta

63

64 3. Ohjaukset Binääriohjaukset Analogiaohjaukset Digitaaliohjaukset OHJAUSTEN MUODOSTAMINEN: Käsiohjaukset Loogiset ohjaukset Sekvenssiohjaukset Algoritmit (suora tai takaisinkytketty säätö) Muut (neuroverkko, asiantuntijajärjestelmä, sumea logiikka)

65 Käsiohjaukset Kentällä tapahtuvat (puhtaasti käsiohjaus ei etäohjausmahdollisuutta) L/R Local / Remote Etäohjaukset esim. valvomosta tai pulpetista (Remote) Käsiohjauksen tapaisia ovat mm. asetusarvojen muutokset

66 Loogiset ohjaukset Instruction List LD A ANDN B ST C Function Block Diagram Structured Text C:= A AND NOT B Ladder Diagram A C B AN D A B - -- / ( ) C

67 Sekvenssiohjaukset Step 1 N FILL Transition 1a Transition 1b Step 2 a Empty S Step 2 b Empty S Transition 2a Transition 2b Step 3

68 Ohjaussignaalit Automaatiojärjestelmään tulevia mittaussignaaleja ovat: * Analogiset jatkuvat (jatkuva jännite- tai virtasignaali, esim V, 4..20mA) * Digitaaliset tasavälein toistuvat ohjaukset (ASCII koodit sarjaväylää pitkin, pulssijonot) * Binääriset tilatiedot (auki/kiinni, päällä/pois tieto, kytkimen tila tai jännite päällä/pois) * Manuaalisesti mekaaniset tai muut paikalliset ohjaukset (käsiventtiilit) * Binäärikoodatut jatkuva (analogiset) ohjaukset: pulssinlevysohjaus, binäärilähdoillä avataan ja suljetaan

69 DIGITAALINEN ESITYS A/D muunnos, pulssilaskin D/A muunnos, pulssimuokkain jännite suodatus, näytteenotto lähdön rekonstruktio jännite jännitteenjako, virta/ jännitemuunnos lähtövahvistin virta, jännite, taajus, pulssimäärä kaapelointi, standardiviestit kaapelointi, standardiviestit virta, jännite, taajus, pulssimäärä mittavahvistimet, mittamuuntimet ohjausvahvistimet, ohjauslektroniikka taajuus, virta, jännite, pulssin kesto, MITTAUKSET, ANTURIT PROSESSI OHJAUKSET, TOIMILAITTEET voima, virtaus,asento, lämpöteho, virtausvastus, kierrosnopeus