1.. Układ regulacji automatycznej (URA), schemat blokowy.
Układ regulacji automatycznej URA – układ z ujemnym sprzężeniem zwrotnym (typowo), który samoczynnie (bez udziału człowieka) zapewnia pożądany przebieg wybranych sygnałów regulowanych charakteryzujących dany proces.
Układ regulacji składa się z elementu porównującego (sumator), regulatora, elementu wykonawczego (np. zawór, siłownik), obiektu sterowania oraz układu pomiarowego (n.p. czujnik, przetwornik). Element porównujący oblicza różnicę między wartością sygnału zadanego w(t) a wartością sygnału zwrotnego v(t) otrzymaną poprzez układ sprzężenia zwrotnego z sygnału wyjściowego y(t) otrzymaną z układu pomiarowego w sterowanym obiekcie. Otrzymany w układzie sumującym sygnał e(t), zwany uchybem, jest przekazywany do regulatora, który przekształcając go w sygnał sterowania u(t) do elementu wykonawczego, który oddziałuje na obiekt podając sygnał na jego wejście u*(t) (tzw. wymuszenie). Na regulowany obiekt działać mogą zakłócenia z(t).
2.. Podstawowe elementy i sygnały w układzie sterowania.
· Obiekt regulacji (sterowania) – urządzenie lub zespół urządzeń w których przebiega dany proces technologiczny. Przebieg procesu technologicznego określają wielkości fizyczne. Wielkość odzwierciedlająca przebieg procesu, na której wartość wpływamy nazywa się wielkością regulowaną. Do projektowania układu sterowania niezbędna jest wiedza o fizycznym obiekcie regulacji (znajomość rodzaju obiektu i jego parametrów, identyfikacja obiektu, modelowanie obiektów).
· Czujniki – urządzenia służące do pomiaru wartości rzeczywistych wielkości regulowanej w danej chwili. Czujniki umożliwiają uzyskanie wiedzy o stanie obiektu i przebiegu realizowanego procesu.
· Regulatory – urządzenia których zadaniem jest przygotowanie odpowiednich sygnałów sterujących na podstawie informacji z czujników oraz wartości zadanej, które umożliwiają uzyskanie pożądanego przebiegu wielkości regulowanej niezależnie od występujących zakłóceń.
· Elementy wykonawcze – urządzenia za pomocą których regulator oddziałuje na obiekt regulacji i przebieg procesu technologicznego (przygotowanie sygnału o odpowiedniej postaci i mocy).
· Cele sterowania – zanim dobierzemy czujniki, elementy wykonawcze, zaprojektujemy architekturę układu regulacji musimy określić cele - efekty które należy osiągnąć w procesie sterowania lub po jego zakończeniu.
3.. Zadania regulatora w URA.
• Porównanie wartości mierzonej wielkości regulowanej z wartością zadaną (określenie wartości sygnału uchybu regulacji).
• Wytwarzanie wyjściowego sygnału sterującego o wartości zależnej od uchybu regulacji, czasu występowania uchybu i szybkości jego zmian.
• Zapewnienie sygnałowi sterującemu postaci i mocy potrzebnej do uruchomienia urządzeń wykonawczych.
• Regulatory przemysłowe często zawierają również urządzenia, które umożliwiają nastawianie wartości zadanej (tzw. zadajniki), przełączniki rodzaju pracy (ręczna, automatyczna), urządzenia do sterownia ręcznego oraz mierniki do pomiaru wielkości istotnych dla procesu regulacji.
4.. Własności regulatora PID.
Jest to regulator z sygnałem wyjściowym ciągłym, proporcjonalno-całkująco-różniczkującym. Łączy zalety regulatora PI i PD. Stosuje się go w układach regulacji. Jego celem najczęściej jest utrzymanie wartości wyjściowej na określonym poziomie (wartość zadana). Jest to najbardziej rozpowszechniony typ regulacji, który odpowiada na potrzeby ok. 90% wszystkich instalacji automatyki.
Regulator PID składa się z następujących trzonów: proporcjonalny P o wzmocnieniu kp, całkujący I o czasie Ti, różniczkujący D o czasie wyprzedzenia Td. Schemat opisujący funkcjonowanie regulatora:
Założenia dotyczące metod strojenia regulatorów ciągłych: mają być w miarę proste, bez konieczności dokładnej znajomości modelu obiektu, potrzebne parametry łatwe do zarejestrowania, zmierzenia i wyznaczenia, szybkie wyniki, eksperyment nie powinien zaburzać procesu, możliwość samoczynnego doboru nastaw przez regulator.
5.. Systemy typu SCADA.
Nowoczesne komputerowe systemy nadzorowania, monitorowania i sterowania procesów technologicznych i produkcyjnych (np. Wonderware System Platform). Ich powszechnie stosowana nazwa – SCADA pochodzi od pierwszych liter angielskiego określenia – Supervisory Control and Data Acquisition w wolnym tłumaczeniu "nadzór i akwizycja danych" , które pozwalają za pośrednictwem komputera PC obejrzeć , przeanalizować dane ze sterowanego obiektu , maszyny. Systemy te dają prostą możliwość współpracy ze sterownikami PLC, regulatorami mikroprocesorowymi i innymi urządzeniami tzw. centralnej części komputerowego systemu automatyki różnych producentów. Zestaw głównych funkcji systemów SCADA:
· komunikację z aparaturą sterującą i stacjami operatorskimi
· Zbieranie aktualnych danych (pomiarów)
· Nadzorowanie i zarządzanie procesami(alarmowanie)
· Archiwizacja i wizualizacja danych na schematach, wykresach itd.
· wymianę danych z innymi systemami poprzez sieci FAN, LAN, WAN itd.
6.. Elementy systemu manipulatora przemysłowego.
· Urządzenie do uczenia (terminal lub panel operatora)
· Komputerowy sterownik robota
· Pamięć programów
· Układ zasilania
· Ramię robota
· Końcówka robocza (narzędzia)
Elementy składowe systemu robota przemysłowego:
· Szafa sterownika robota (układ zasilania, komputerowy system sterujący, sterowniki napędów i wzmacniacze mocy, układy wejść-wyjść binarnych i analogowych, moduły komunikacyjne),
· Ramię manipulatora,
· Pulpit (terminal) operatora – programisty.
7.. Układy współrzędnych w manipulacji ramieniem robota.
– ruch we współrzędnych konfiguracyjnych (uogólnionych) – wykonywany w poszczególnych złączach manipulatora
– ruch w układach współrzędnych kartezjańskich - zmiana położenia i orentacji:
· globalnym - ruch wzdłuż osi układu kartezjańskiego (XYZ) związanego z podstawą robota (często nazywanego World lub Base)
· narzędzia - ruch wzdłuż osi układu kartezjańskiego (XYZ)związanego z końcówką narzędzia robota ( nazywanego Tool)
8.. Reprezentacje lokalizacji końcówki roboczej.
9.. Zadanie proste kinematyki manipulatora.
Zadanie proste kinematyki odwrotnej polega na określeniu pozycji i położenia układu współrzędnych względem układu podstawowego na podstawie zadanych wartości współrzędnych konfiguracyjnych manipulatora(obrotów w poszczególnych przegubach robota). Zadanie kinematyki prostej ma zawsze jednoznaczne rozwiązanie w przeciwieństwie do zadania kinematyki odwrotnej. Zadanie to można traktować jako odwzorowanie opisu położenia manipulatora w przestrzeni współrzędnych konfiguracyjnych na opis przestrzeni współrzędnych kartezjańskich.
10.. Zadanie odwrotne kinematyki manipulatora.
Zadanie odwrotne kinematyki – polega na działaniu odwrotnym do tego w zadaniu prostym kinematyki. Danymi wejściowymi są współrzędne położenia punktu w układzie współrzędnych kartezjańskich, a wynikiem zadania odwrotnego są wartości współrzędnych konfiguracyjnych manipulatora.
Zadanie odwrotne kinematyki może mieć kilka rozwiązań w przestrzeni zmiennych konfiguracyjnych (np. cztery). Może zdarzyć się także sytuacja w której rozwiązań będzie nieskończenie wiele, bądź rozwiązanie nie będzie istnieć w zbiorze liczb rzeczywistych. Takie sytuacje mają miejsce w tzw. punktach osobliwych odwzorowania kinematyki. Realizacja ruchu w układzie kartezjańskim wymaga rozwiązania zadania odwrotnego kinematyki!
Przykładami rozwiązania dla manipulatora w robocie Staubli są 4 możliwości:
above
below
lefty
righty
11.. Podstawowe rodzaje interpolacji ruchu końcówki manipulatora.
Automatyczny ruch między nauczonymi punktami w przestrzeni roboczej realizowany jest za pomocą komend ruchu. Rodzaj ruchu miedzy dwoma punktami wynika z przyjętej strategii zwanej interpolacją trajektorii. Podstawowe rodzaje interpolacji ruchu końcówki w przestrzeni zadania:
• Ruch od punktu do punktu (Point to Point) – końcówka jest prowadzona wzdłuż najszybszej ścieżki łączącej oba punkty,
• Ruch liniowy – końcówka jest prowadzona wzdłuż prostej łączącej oba punkty w przestrzeni zadania,
• Interpolacja typu kołowego - końcówka jest prowadzona wzdłuż łuku okręgu łączącego oba punkty w przestrzeni zadania.
Point – To – Point –> w tym trybie pracy robot przemieszcza się do punktu docelowego w ten sposób, że wszystkie osie ruchu równocześnie rozpoczynają ruch kontynuowany aż do zatrzymania się osi. W sterowaniu osiami robota stosuje się interpolację liniową. Dla kinematyki typu TTT wykorzystuje trzy następujące po sobie ruchy liniowe wzdłuż osi głównych. Charakterystyczne są prostoliniowe ruchy osi i równocześnie skomplikowane ruchy narzędzi. Tryb pracy PTP umożliwia uzyskiwanie najkrótszego czasu przejścia pomiędzy dwoma punktami.
Continuous – Path „ciągła droga” -> w trybie pracy CP punkty pośrednie toru ruchu są tak obliczane, że punkt TCP przemieszcza się po linii prostej (interpolacja liniowa) lub po okręgu (interpolacja kołowa lub cyrkularna).
W zadaniu interpolacyjnym mieścić się może nie tylko obliczenie toru ruchu punktu TCP, ale także orientacja narzędzia. Określa ona jego przestrzenne ustawienie. Orientacja ta może być stała wzdłuż toru ruchu lub może zmieniać się płynnie, od orientacji początkowej do końcowej. Wymagane są też takie ruchy narzędzia robota, przy których jego pozycja względem TCP pozostaje stała, ale zmieniają się poszczególne kąty orientacji, np. tylko przechylanie wzdłużne lub tylko poprzeczne obracanie. Taka realizacja ruchów narzędzia robota nazywana jest wirującą.
12.. Podstawowa metoda programowania robotów przemysłowych.
Podstawową metodą programowania robotów przemysłowych jest metoda Teach and Repeat. Polega ona na manualnym ustawieniu końcówki ramienia manipulatora w pożądanych lokalizacjach i ich zapamiętaniu w systemie sterownika. Sekwencyjne odtwarzane kolejnych lokalizacji daje program ruchowy manipulatora. Automatyczny ruch między nauczonymi punktami w przestrzeni roboczej realizuje się za pomocą komend ruchu. Rodzaj ruchu między dwoma punktami wynika z przyjętej strategii tzw. Interpolacji trajektorii. Podstawowe rodzaje interpolacji: „point to point”, ruch liniowy, typu kołowego. Planowanie zadania polega na właściwym wyznaczeniu punktów w przestrzeni, tym samym umożliwiając : szybkie i bezkolizyjne przejścia między elementami otoczenia, prawidłowe pobranie, manipulację i odłożenie elementu, odtworzenie żądanej ścieżki narzędzia w przestrzeni zadania (wykorzystanie pakietów technologicznych)
13.. Budowa typowego ramienia manipulacyjnego robota przemysłowego.
podstawa (A), bark (B), ramię (C), łokieć (D), przedramię (E), nadgarstek (F)
Ramię typowego robota przemysłowego posiada:
- 6 stopni swobody.
- Nadgarstek sferyczny (trzy ostatnie osie obrotu przecinają się w jednym punkcie i są wzajemnie prostopadłe).
- Napęd złączy elektryczny, silniki bezszczotkowe ze wzbudzeniem magnetoelektrycznym oraz rewolwerami do pomiaru położenia kątowego.
- Układ hamulców mechanicznych, przekładnie, obwody pneumatyczne i elektryczne.
14.. Tryby pracy manipulatorów przemysłowych.
Ręczne:
- Test 1(T1) (ang. Manual Reduced Velocity) - tryb sterowania ręcznego z ograniczeniem prędkości ruchu podczas wykonywania programy do 250mm/s. Tryb ten wykorzystywany jest do testów, programowania ruchów robota oraz wczytywania.
- Test 2 (T2) (ang. Manual High Velocity) - tryb sterowania ręcznego bez ograniczeń prędkości podczas wykonywania programu. Wykorzystywany jest do testowania zaprogramowanych ruchów robota.
Obydwa te tryby umożliwiają poza tym ręczne kierowanie robotem poprzez przyciski funkcyjne lub manipulację myszą 6D.
Automatyczne:
- automatyka (AUT) i automatyka zewnętrzna (AUT EXT) – tryby, w których robot wykonuje pracę na podstawie zaprogramowanych ruchów, ale nie wymaga stałego nadzoru operatora. Wykorzystywane są przede wszystkim w produkcji. Tryby te różnią się od siebie wykorzystaniem nadrzędnego układu sterowania (np. PLC) w przypadku trybu AUT EXT i brakiem ich wykorzystania w trybie AUT. W trybach tych robot wykonuje ruch jedynie przy zamkniętym obwodzie bezpieczeństwa.
Tryby T1 oraz T2 wykonywane są w tzw. trybie impulsowym(ang. jog mode) – robot wykonuje zaprogramowane ruchy ale wymaga do tego wciśnięcia i przytrzymywania przycisku „start” oraz przycisku zezwalającego na ruch. W przypadku puszczenia przycisku „start” lub puszczenia bądź maksymalnego dociśnięcia przycisku zezwalającego robot jest zatrzymywany. Umożliwia to ocenę zaprogramowanego ruchu bądź jego powtórzenie bez konieczności wykonywania całego programu.
15.. Zasada działania sterownika PLC.
Podstawową zasadą pracy sterowników jest praca cykliczna, w której sterownik wykonuje kolejno po sobie pojedyncze rozkazy programu w takiej kolejności, w jakiej są one zapisane w programie. Na początku każdego cyklu program odczytuje "obraz" stanu wejść sterownika i zapisuje ich stany (obraz wejść procesu). Po wykonaniu wszystkich rozkazów i określeniu (wyliczeniu) aktualnego dla danej sytuacji stanu wyjść, sterownik wpisuje stany wyjść do pamięci będącej obrazem wyjść procesu a system operacyjny wysterowuje odpowiednie wyjścia sterujące elementami wykonawczymi. Tak więc wszystkie połączenia sygnałowe spotykają się w układach (modułach) wejściowych sterownika, a program śledzi ich obraz i reaguje zmianą stanów wyjść w zależności od algorytmu.
Pojedynczy cykl pracy sterownika obejmuje:
1. Autodiagnostykę
2. Odczyt stanu wejść
3. Wykonanie programu użytkownika
4. Realizację zadań komunikacyjnych
5. Ustawienie wyjść
Działanie sterownika - uwagi
Wykonanie programu trwa pewien czas zależny od parametrów i długości programu (kilka do kilkuset milisekund). W najgorszym przypadku opóźnienie wnoszone przez sterownik może osiągnąć
do 2 cykli sterownika.
Stany wejść są dla całego przebiegu programu takie same (nie ma niejednoznaczności polegającej na tym, że w pewnej części programu sygnał ma wartość 1 a w innej 0).
Jeżeli sygnał wejściowy trwa krócej niż jeden cykl, to nie ma pewności, czy zostanie przez sterownik zauważony (sygnały o częstotliwości kilku Hz mogą sprawiać problemy). W celu umożliwienia szybkiej reakcji na zmianę stanu na wejściu stosuje się przerwania alarmowe.
PAMIĘĆ STEROWNIKA PLC:
W pamięci sterownika przechowywane są tymczasowo lub trwale programy sterujące, ustawienia konfiguracyjne oraz dane.
Typ pamięci w sensie sprzętowym: rodzaj pamięci do przechowywania programu sterującego, konfiguracji sprzętowej czy danych. Wyróżnia się pamięć ulotną (RAM), zazwyczaj podtrzymywaną bateryjnie oraz pamięć nieulotną (ROM, EPROM EEPROM lub FLASH).
...
martuszkaaa