PRZEMYSŁOWE SYSTEMY INFORMATYCZNE

Prezentacja na temat: "PRZEMYSŁOWE SYSTEMY INFORMATYCZNE"— Zapis prezentacji:

1 PRZEMYSŁOWE SYSTEMY INFORMATYCZNE
Cz. 5. Struktury komputerowych systemów sterowania

2 1. System sterowania jako fragment systemu wspomagania zarządzaniem przedsiębiorstwem produkcyjnym
2. Stan i model procesu 3. Funkcjonalna i sprzętowa struktura systemu sterowania 4. Podział zadań pomiędzy warstwy systemu sterowania

3 1. System sterowania jako fragment systemu wspomagania zarządzaniem przedsiębiorstwa
Na rynku oferowane są liczne systemy wspomagania zarządzaniem przedsiębiorstwem produkcyjnym, niemniej ogólne ich struktury lub moduły programowe są z reguły podobne. Przykładem struktury tego rodzaju systemu może być zintegrowany system zarządzania układem powiązań logistycznych MFG/PRO, który jest produktem firmy Computer Systems for Business International (CSBI). Składa się on z następujących modułów: Moduł Podstawowy, który stanowi jądro systemu, obejmujące podstawowe definicje, parametry, kartoteki i zabezpieczenia. Moduł Planowania Produkcji, Moduł Produkcji, który dostarcza kompleksowe informacji o produkcji lub usługach, oferowanych przez przedsiębiorstwo, Moduł Finansów, Moduł Dystrybucji Moduł Serwisu.

4 Rys.1. Struktura systemu MFG/PRO
Główną rolą modułu produkcji jest przekazywanie zleceń produkcyjnych do poszczególnych komórek przedsiębiorstwa i śledzenie ich realizacji. Komputerowy system sterowania procesem produkcyjnym można potraktować jako rozszerzenie modułu produkcji systemu wspomagania zarządzania przedsiębiorstwem, które umożliwia nie tylko realizację procesu produkcji, ale także globalną automatyzację pracy przedsiębiorstwa produkcyjnego. Oczywiście komputerowy system sterowania może stanowić system autonomiczny, jednak rozwój informatyki pociąga za sobą postępującą integrację obu rodzajów wspomnianych systemów.

5 Rys.2. Model Komputerowo Zintegrowanego Wytwarzania (CIM)
Dla ułatwienia budowy zintegrowanych systemów zarządzania działalnością przedsiębiorstwa produkcyjnego został stworzony przez International Standard Organization (ISO) model systemu Komputerowo Zintegrowanego Wytwarzania (CIM – Computer Integrated Manufacturing). Rys.2. Model Komputerowo Zintegrowanego Wytwarzania (CIM)

6 Model odniesienia Komputerowo Zintegrowanego Wytwarzania CIM jest przedstawiony na rys. 2. Wyróżnia się w nim sześć warstw: 0. Czujniki obiektowe, połączone z układami, przetwarzającymi informację o procesach w czasie rzeczywistym 1. Sterowanie procesami, np. przy użyciu sterowników PLC (Programmed Logic Circuit) 2. Sterowanie nadrzędne i zbieranie danych (SCADA – Supervisory Control and Data Acquisition), umożliwiające między innymi prezentację podstawowych informacji o procesie. W warstwie tej znajdują się narzędzia do sterowania procesem. 3. Serwer 4. System sterowania produkcją (Manufacturing Execution System – MES) umożliwia między innymi średniookresowe planowanie produkcji 5. System planowania zasobów przedsiębiorstwa (Enterprise Resource Planning – ERP) jest systemem do celów zarządzania całością przedsiębiorstwa.

7 Nie jest to jedyny model tego rodzaju systemów
Nie jest to jedyny model tego rodzaju systemów. W przypadku budowy konkretnego systemu sterowania, w zależności od potrzeb i wygody działania, można posługiwać się innymi modelami i podziałami na warstwy. Ogólna koncepcja systemu sterowania, sprzęgniętego z systemem wspomagania zarządzaniem przedsiębiorstwa, powinna brać pod uwagę model CIM.

8 2. Stan i model procesu Komputerowy system sterowania procesem produkcji, zwany też systemem automatyki przemysłowej, swoje działanie opiera na programie procesu oraz rzeczywistym przebiegu tego procesu. Przebieg ten jest kontrolowany przez pomiar zmiennych procesu, opisujących stan procesu. System wypracowuje decyzje na podstawie zbioru zależności, wiążących te zmienne między sobą i ze zmiennymi sterującymi. Zależności te nazywane są modelem matematycznym procesu. Proces przemysłowy może być charakteryzowany przez wiele zmiennych. Do wypracowania decyzji wystarcza na ogół ograniczona liczba zmiennych procesu. Zbiór zmiennych dla wszystkich procesów decyzyjnych jest zbiorem danych stanu procesu jako obiektu automatyzacji. Zmiennymi tymi mogą być ciśnienia w rurociągach, przepływy gazów, temperatury reaktorów, a także czas pracy danej części obiektu od ostatniego remontu. Zmienne dotyczące aktualnych ciśnień, przepływów i temperatur mogą rzutować np. na decyzję otwierania lub przymykanie zaworów. Zmienna określająca czas pracy od ostatniego remontu może charakteryzować np. stan korozji rurociągu i elementów wykonawczych. Zmienna ta może więc wpływać na decyzję o planowaniu remontu.

9 Stan procesu przedstawia się najczęściej w postaci wektora, zwanego wektorem procesu. Decyzje, podejmowane na podstawie wektora stanu procesu, mogą być przetwarzane na odpowiedni sygnał analogowy lub cyfrowy. Sygnały te mogą być wprowadzana na wejście układów zbierania danych i elementów wykonawczych, sterujących np. położeniami zaworów rurociągów doprowadzających paliwo lub substancje potrzebne do prowadzenia reakcji chemicznej. Sterowanie procesem jest działaniem skierowanym w przyszłość. W tym celu potrzebna jest znajomość aktualnych i przeszłych stanów procesu. Dla określenia efektów podejmowanych decyzji wykorzystuje się modele procesów. Modele te umożliwiają określenie algorytmów sterowania. Algorytmy sterowania określa się na bazie: opisu matematycznego zjawisk fizycznych, zachodzących w obiekcie, oraz konstrukcji tego obiektu. Można w tym przypadku wykorzystać modelowanie komputerowe, np. modelowanie konstrukcji urządzeń elektrotermicznych, w wyniku którego można określać statyczny i dynamiczny rozkład pola temperaturowego w reaktorze tego urządzenia.

10 identyfikacji parametrów modelu procesu
identyfikacji parametrów modelu procesu. Wykorzystuje się tu wstępną wiedzę o obiekcie, uzyskaną np. w drodze opisu i symulacji matematycznej, oraz wyniki dotychczasowych badań. Dotychczasowa wiedza może określić stosunkowo dobrze typ modelu dla celów sterowania, np. określić model pieca jako układ inercyjny pierwszego rzędu z zastępczym opóźnieniem. Wartości wzmocnienia, stałej czasowej inercji i czasu opóźnienia są w tym przypadku wyznaczane w wyniku identyfikacji parametrów konkretnego obiektu. analizy dotychczasowych wyników sterowania obiektem. Może to być realizowane np. z wykorzystaniem analizy korelacyjnej lub za pomocą sieci neuronowych. W tym celu konieczne jest wykonanie się dużej liczbę eksperymentów. Metoda ta jest stosowana na ogół wtedy, gdy nie sposób jest określić efektywny model na drodze analizy zjawisk i konstrukcji obiektu, np. w przypadku złożonych instalacji lub procesów chemicznych. Konkretnym przykładem może być określenie wpływu domieszki węgla z określonego pokładu określonej kopalni na parametry chemiczne i mechaniczne koksu wielkopiecowego, wytwarzanego z różnych gatunków węgla.

11 Ogólnie można stwierdzić, że modelem procesu dla określonego problemu decyzyjnego są zależności, określające przyszłe stany na podstawie aktualnych i przeszłych stanów procesu, podjętych decyzji, programowanych zmian stanu procesu, przewidywanych zakłóceń. W zależności od rozwiązywanego problemu decyzyjnego, jeden i ten sam proces może mieć całkowicie różne modele. .

12 3. Funkcjonalna i sprzętowa struktura systemu sterowania
Komputerowe systemy sterowania często są przeznaczone do realizacji złożonych zadań, które wymagają nadania systemowi odpowiedniej struktury. Można tu rozróżnić: strukturę funkcjonalną, strukturę sprzętową. Struktura funkcjonalna powstaje na podstawie założeń systemu, których opracowanie należy do najważniejszych etapów procesu projektowania systemu. Struktura sprzętowa jest na ogół pochodną struktury funkcjonalnej. W trakcie projektowania systemu powinno się wziąć pod uwagę rozwój systemu tak, aby struktura nie była ograniczeniem dla przyszłych zadań systemu. Struktura funkcjonalna systemu sterowania jest hierarchiczna. Można w niej wyróżnić warstwy. Dwa algorytmy sterowania nazywa się powiązanymi hierarchicznie, jeżeli jeden z algorytmów do realizacji swoich zadań otrzymuje parametry z algorytmu warstwy wyższej. Strukturę tę ilustruje rys. 3.

13 Rys. 3. Struktura hierarchiczna algorytmów sterowania

14 Istotą struktury hierarchicznej jest to, że algorytm warstwy wyższej koordynuje algorytmy warstwy niższej. Struktura z rys. 1. nazywana jest strukturą hierarchiczna prostą. Innym rodzajem struktur hierarchicznych jest struktura hierarchiczna rozgałęziona (piramidalna), przedstawiona na rys. 3.

15 Rys. 4. Koordynacja algorytmów warstwy niższej przez algorytm warstwy wyższej (hierarchiczna struktura rozgałęziona

16 Struktura funkcjonalna systemu sterowania znajduje swoje odzwierciedlenie w strukturze sprzętowej. Zadania funkcjonalne mogą być grupowane w poszczególnych modułach sprzętowych. Całością procesu technologicznego może sterować komputer nadrzędny, który koordynuje realizację programu procesu. Może on być sprzężony np. za pośrednictwem interfejsu szeregowego z szeregiem modułów urządzeń i instalacji technologicznych. Mogą to być: układy blokad zabezpieczających obsługę przed porażeniem lub zranieniem, układy blokad zabezpieczających urządzenia przed zniszczeniem, urządzenia transportu surowców i półproduktów, regulatory poszczególnych zmiennych procesu takich jak temperatura, ciśnienie, przepływ czynników technologicznych. Układy blokad są na ogół wyłącznikami energii elektrycznej i sterownikami zaworów odcinających gazy lub ciecze.

17 Moduły transportu mogą być sterownikami napędów, pracującymi na podstawie sygnałów z wyłączników krańcowych. W niektórych przypadkach moduły te mogą być wyposażone w sterowaniem mikroprocesorowe, które może realizować np. pozycjonowanie pod kontrolą kamery telewizyjnej elementów montowanych na płytkach drukowanych. Ostatnia wymieniona grupa – regulatory – są realizowane obecnie głównie jako układy mikroprocesorowe, które odbierają wartości zadane regulowanych zmiennych i dokonują pomiarów rzeczywistych wartości tych zmiennych. Na podstawie algorytmu regulacji sterują one elementami wykonawczymi np. sterownikami tyrystorowymi mocy, zaworami dławiącymi przepływ gazu, zaworami odcinającymi przepływ cieczy itp. W niektórych przypadkach stosuje się nadal regulatory analogowe. Do sprzężenia z tymi modułami na ogół konieczne jest używanie: do zadawania wartości regulowanych – przetworników cyfrowo-analogowych, zaś do kontroli ich wartości rzeczywistych – przetworników analogowo-cyfrowych.

18 W skład przemysłowych systemów sterowania mogą wchodzić również urządzenia pomiarowe, które mogą kontrolować przebieg procesu produkcyjnego pod względem jakości oraz pod względem modyfikacji dalszego przebiegu procesu. Taka potrzeba może zachodzić np. podczas wielokrotnego procesu dyfuzji w trakcie produkcji półprzewodnikowych układów scalonych. Dla scharakteryzowania różnorodności systemów sterowania procesami produkcyjnymi można porównać je z systemami informatycznymi i pomiarowymi. Podstawowe cechy tych trzech rodzajów systemów przedstawia tabela 1.

19 Tabela 1

20 Przykładem struktury hierarchicznej może być struktura sterowania dyfuzją domieszek w półprzewodnikach. Warstwę wyższą tworzą algorytmy realizujące czasowo-zdarzeniowe sterowanie procesem. Algorytmy te wyznaczają sterowanie: załadunkiem pieca do dyfuzji, programowym podniesieniem temperatury na poziom roboczy, włączaniem sekwencji przepływu gazów, programowym obniżeniem temperatury pieca, wyładunkiem wsadu. W zasadzie wszystkie te zadania przebiegają w ściśle określonym czasie, mogą jednak ulec zakłóceniu, np. może ulec chwilowemu zacięciu mechaniczny układ załadunku wsadu. Stąd też następny etap nie może zacząć się dopóki nie skończy się etap poprzedni. O realizacji danego etapu informują odpowiednie zmienne stanu warstwy wyższej. Są to zmienne: stanu urządzenia załadowczo-wyładowczego, temperatury pieca, przepływu poszczególnych gazów technologicznych.

21 Parametrami, dostarczanymi przez algorytm warstwy wyższej do algorytmów warstw niższych są:
rozkaz załadunku, rozkaz wyładunku, wartości programowanej w czasie temperatury pieca (cyklicznie w trakcie sterowania temperaturą, programowaną z funkcji czasu), wartości programowanego w czasie przepływu gazów technologicznych. Algorytmy warstwy niższej sterują pracą elementów wykonawczych. Do elementów tych należą: silnik urządzenia załadowczo-wyładowczego, układ grzejny pieca, zawory odcinające i zawory dławiące instalacji gazowej. Dla właściwego sterowania tymi elementami algorytmy te muszą mieć dostarczone zmienne stanu, które informują o: położeniu wsadu, ładowanego i wyładowywanego z pieca, aktualnej temperaturze pieca, aktualnej wartości przepływu poszczególnych gazów technologicznych.

22 Algorytmy powiązane hierarchicznie wykonują zadania o różnym stopniu ogólności. W przypadku zdarzeń, związanych z przebiegiem procesu, efektywna ingerencja w ten proces może nastąpić dopiero po przekazaniu sygnałów do elementów wykonawczych, sterowanych przez warstwę najniższą. W wielu przypadkach wymaga to transmisji sygnałów pomiędzy fizycznymi modułami systemu sterowania, która pochłania czas i bywa zawodna. Dlatego, ze względu na konieczność szybkiego i niezawodnego działania algorytmów sterowania, bezpośrednia reakcja na stany dynamiczne procesu jest zadaniem dla warstwy najniższej. Rola algorytmów warstw wyższych na ogół jedynie dotyczy: przyjmowaniu programu (menu) produkcyjnego dla danej szarży, inicjacji algorytmów warstw niższych, koordynacji wykonania algorytmów warstw niższych, reakcji na stany statyczne procesu oraz stany alarmowe, które wymagają jednoczesnego działania kilku algorytmów warstw niższych. rejestracja danych o przebiegu procesu, przetwarzanie danych w celach optymalizacji procesu produkcyjnego, przetwarzanie danych w celu dostarczenia informacji do systemu wspomagającego zarządzaniem przedsiębiorstwem.

23 Przykładem rozdziału zadań pomiędzy warstwy może być działanie instalacji do utylizacji odpadów szpitalnych. Wsadem instalacji są różnego rodzaju opatrunki, ciała pochodzenia organicznego, pozostałe po operacjach, strzykawki jednorazowe, przeterminowane lekarstwa oraz opakowania, w tym opakowania plastikowe o nieznanym składzie. Utylizacja dokonywana jest na drodze: prażenia pirolitycznego, katalitycznego dopalania produktów pirolizy, skraplania produktów dopalania, filtracji gazu odprowadzanego do atmosfery. Algorytmy najniższej warstwy sterują między innymi układami mocy grzejnej reaktora pirolitycznego oraz układami zaworów, regulujących ciśnienie. Algorytmy te są wbudowane w urządzenia takie jak cyfrowe regulatory temperatury i ciśnienia. Algorytm warstwy wyższej jest realizowany przez komputer nadrzędny, który jest połączony z modułami warstwy niższej za pomocą interfejsów sprzężenia szeregowego.

24 W trakcie pirolizy następuje stopniowe podnoszenie temperatury, aby dokonywać kolejnego rozkładu różnych substancji. Jeżeli we wsadzie znajdują się odpady plastikowe podczas pirolizy często następują wybuchy, które mogą nadmiernie podnosić temperaturę utylizowanego wsadu. Wymaga to niezwłocznego ograniczenia mocy grzejnej reaktora pirolitycznego. Najlepiej zadanie to wykona algorytm regulatora temperatury, który wchodzi w skład warstwy najniższej. Regulator temperatury jest połączony bezpośrednio z czujnikiem temperatury i układem tyrystorowym, sterującym mocą, a ponadto jest zamontowany w sposób trwały bezpośrednio w piecu. Powierzanie tego zadania algorytmowi warstwy wyższej, realizowanemu przez komputer nadrzędny jest niewskazane, gdyż komputer może na przykład być w tym czasie zajęty transmisją rozkazów do układów sterowania dopalaniem katalitycznym produktów pirolizy. Ponadto mogą w tym czasie wystąpić zakłócenia elektryczne, pochodzące od silników w instalacji. W wyniku tych zakłóceń może zajść konieczność powtarzania transmisji pomiędzy blokami systemu sterowania.

25 Algorytm warstwy wyższej, realizowany przez komputer nadrzędny, może być właściwy do realizacji innych zadań w trakcie wspomnianych wybuchów. Może on, po uzyskaniu informacji o wspomnianym stanie nieprawidłowym, wysłać sygnały do innych modułów warstwy najniższej. Ponieważ w wyniku wybuchowych reakcji może nastąpić po pewnym czasie nadmierny wzrost ciśnienia w instalacji, komputer nadrzędny może to zjawisko uprzedzić wysyłając odpowiednie sygnały do układu regulacji ciśnienia, mieszczącego się w warstwie niższej.

26 Przyjęcie hierarchicznej struktury funkcjonalnej systemu sterowania wynika z kilku podstawowych względów: 1. Umożliwia dekompozycję problemu decyzyjnego o dużej liczbie zmiennych stanu, na kilka problemów prostszych o różnym stopniu ogólności. 2. Pozwala na równoległe przetwarzanie danych procesowych. 3. Zwiększa niezawodność działania systemu. 4. Ułatwia uruchamianie i serwisowanie systemu, gdyż czynności te można prowadzić etapami. 5. Upraszcza modyfikację oprogramowania i zastępowanie modułów sprzętowych innymi. 6. Pozwala na stopniową rozbudowę systemu sterowania i włączenie tego systemu do systemu wspomagania zarządzania przedsiębiorstwem.

27 4. Podział zadań pomiędzy warstwy systemu sterowania
Jak wspomniano na wstępie, komputerowy system sterowania procesem produkcyjnym może być potraktowany jako podsystem, współpracujący z modułem produkcji systemu wspomagania zarządzania przedsiębiorstwem. Jednym z zadań systemu zarządzania przedsiębiorstwem jest optymalizacja procesu produkcji pod względem organizacyjnym i ekonomicznym. Zadaniem systemu sterowania procesem produkcyjnym jest osiągnięcie zadanej wydajności i jakości produkcji. Przy powiązaniu obu systemów warstwy systemu sterowania procesem produkcyjnym można potraktować jako najniższe warstwy globalnego systemu automatyzującego pracę przedsiębiorstwa. Rozpatrując warstwy systemu sterowania procesami produkcyjnymi należy zwrócić uwagę na to, że najniższe warstwy funkcjonalne tego systemu są związane z fizykochemiczną stroną zjawisk zachodzących w procesie. Natomiast modele warstw wyższych mają charakter technologiczny.

28 Modele tego samego obiektu sterowania dla poszczególnych warstw mogą być różne. Na przykład modelem dla warstwy bezpośredniej regulacji mogą być transmitancje widmowe, wiążące temperaturę produktu z natężeniem jego wypływu i natężeniem czynnika nagrzewającego. Dla warstwy technologicznej modelem może być skład produktu w zależności od natężenia dopływu poszczególnych surowców. Podział systemu sterowania na warstwy wyższe może wynikać czasem z organizacji produkcji w danym przedsiębiorstwie. W zależności od skali produkcji może ona być dokonywana w jednej lub kilku halach produkcyjnych, czasem bardzo oddalonych terytorialnie. Może też być stosowany różny podział na linie i wydziały produkcyjne.

29 Złożoność i zasięg problemów decyzyjnych w warstwach wyższych są z reguły większe niż w warstwach niższych. Określenie parametrów produktu wymaga często wykonania szeregu analiz i pomiarów. Wiąże się to z istotnie długim czasem ich wykonania. Ponadto informacje warstwy wyższej systemu sterowania są ograniczone do tych zmiennych, których zbieranie przewidziano podczas projektowania danego systemu. Dotyczy to na ogół sytuacji typowych. Nierzadko informacje dostarczane do tych warstw mogą być niekompletne, dlatego też na ogół decyzje podejmowane automatycznie przez te warstwy powinny być weryfikowane przez technologa, prowadzącego daną produkcję. Z wymienionych względów zadania bezpośredniej regulacji są z reguły zadaniami warstwy najniższej, podczas gdy zadania warstw wyższych mają na ogół charakter korekcyjny.

30 Część funkcjonalna systemu sterowania, dotycząca bezpośredniej regulacji zmiennych stanu danego procesu technologicznego, może być jednak także podzielona na kilka warstw, z których niektóre spełniają zadania nadrzędne w stosunku do warstwy najniższej. Dotyczy to między innymi złożonych systemów sterowania, w których jest zastosowana wielopętlowa regulacja. Takim przykładem może być kaskadowa regulacja temperatury wsadu w urządzeniu do kalibracji czujników temperatury. Układ, w którym zachodzi omawiana regulacja jest przedstawiony na rys. 5.

31 Rys. 5. Schemat systemu do kalibracji czujników temperatury
RT-921 Sterow. mocy KOMPUTER PC UKŁAD POMIAROWY PIEC CZUJNIKI GRZEJNIK BLOK POMIAROWY Rys. 5. Schemat systemu do kalibracji czujników temperatury

32 Regulacja temperatury wsadu zachodzi za pomocą lokalnego regulatora temperatury, umiejscowionego bezpośrednio w konstrukcji pieca. Wewnątrz pieca w metalowym bloku wyrównawczym z otworami umieszczone są czujniki temperatury. Jeden z czujników jest czujnikiem wzorcowym, zaś pozostałe są czujnikami kalibrowanymi metodą porównawczą. W celu kalibracji należy temperaturę bloku pomiarowego doprowadzić do kilku zadanych poziomów temperatury. Wartość tych poziomów jest zadawana z nadrzędnego komputera, sprzężonego z regulatorem temperatury za pośrednictwem interfejsu szeregowego. Czujnik wzorcowy i czujniki pomiarowe są przyłączone do modułu pomiarowego, również połączonego z komputerem nadrzędnym za pośrednictwem interfejsu szeregowego. W omawianym przypadku regulacja temperatury grzejnika pieca stanowi najniższą warstwę funkcjonalną systemu sterowania. Oprogramowanie w komputerze nadrzędnym stanowi warstwę wyższą.

33 Do zadań warstwy wyższej należą:
sterowanie wartością zadaną temperatury grzejnika, ocena stabilizacji temperatury wewnątrz bloku wyrównawczego na podstawie wyników pomiarów, dokonanych przez moduł pomiarowy, uśrednianie wyników pomiarów temperatury w bloku pomiarowym, dokonywanych w stanie stabilnym przez czujniki temperatury, umieszczone w bloku pomiarowym, obliczanie odchyłek temperatury pomiędzy czujnikiem wzorcowym i czujnikami kalibrowanymi., archiwizacja wyników pomiarów i generowanie raportu. Zadaniami pomocniczymi jest przyjmowanie programu pomiarowego, wprowadzanego przez operatora i monitorowanie przebiegu kalibracji. W trakcie kalibracji czujników temperatury dają o sobie znać dwie istotne niedogodności. Jedną z nich jest to, że temperatura bloku może różnić się od temperatury grzejnika o wartość przekraczającą dopuszczoną przez wymagania kalibracyjne. Drugą niedogodnością jest to, że po ustaleniu się temperatury grzejnika temperatura bloku pomiarowego pełznie, w związku z czym wymagana stabilność temperatury tego bloku następuje z opóźnieniem rzędu godziny. W oczywisty sposób ogranicza to wydajność systemu do kalibracji temperatury.

34 Drogą do uniknięcia wspomnianych niedogodności jest włączenie w funkcje opisywanej warstwy także działania regulacyjnego. Działanie to zależy od funkcji decyzyjnej tej warstwy. Z chwilą oceny, że temperatura grzejnika jest bliska stabilizacji, poprzez wzorcowy czujnik temperatury, umieszczony w środku bloku wyrównawczego, moduł pomiaru temperatury, komputer nadrzędny i regulator temperatury zamykana jest dodatkowa pętla sprzężenia zwrotnego. W pętli tej określane jest na ile temperatura w bloku jest wyższa czy niższa od zadanej temperatury kalibracji. Wartość ta jest podawana na wejście regulatora PID, zrealizowanego w programie komputera nadrzędnego. Cyfrowy sygnał wyjściowy tego regulatora jest dodawany do sygnału programowo zadawanego dla regulatora temperatury. Ilustruje to rys. 6.

35 Rys. 6. Układ regulacji kaskadowej temperatury bloku wyrównawczego systemu do kalibracji

36 Temperatura grzejnika
Temperatura wsadu Temperatura wsadu Włączenie regulacji kaskadowej Rys. 7. Porównanie efektów jednopętlowej i kaskadowej regulacji temperatury wsadu

37 W efekcie działania dodatkowej pętli regulacyjnej uzyskuje się stabilizację temperatury bloku wyrównawczego na ściśle zadanym poziomie temperatury oraz skrócenie się czasu stabilizacji temperatury tego bloku. Powodem skrócenia tego czasu jest dynamiczny przebieg temperatury grzejnika, który przyspiesza wspomniany proces. Przypadki stabilizacji temperatury bez pętli zamkniętej przez komputer nadrzędny oraz z tą pętlą przedstawiają rys. 7. Należy zwrócić uwagę na to, że częściowe przekazanie zadania bezpośredniej regulacji do warstwy wyższej w tym przypadku nie zagraża awarią systemu do kalibracji w razie uszkodzenia lub zakłócenia pracy toru nadrzędnej pętli regulacji. Warstwa wyższa jest wyposażona w oprogramowanie diagnostyczne, które może wyłączyć działanie tej pętli. Pozostaje wówczas w dalszym ciągu sprawne działanie pętli regulacji temperatury grzejnika, co zabezpiecza układ elektrotermiczny przed spaleniem. Jako uzupełnienie można dodać, że dopuszczalne odstrojenia wartości zadanej temperatury przez regulator pętli nadrzędnej są ograniczone do kilkudziesięciu stopni.

38 Program diagnostyczny warstwy wyższej, który może wyłączyć dodatkową pętlę regulacji temperatury bazuje między innymi na analizie: różnicy pomiędzy temperaturą mierzoną przy grzejniku i w bloku wyrównawczym, prędkości zmian temperatury mierzonej w bloku wyrównawczym, fluktuacjach wyników pomiarów temperatury bloku wyrównawczego, Wielkości mogą przekraczać typowe granice na przykład w razie uszkodzenia połączenia pomiędzy czujnikiem, umieszczonym w bloku wyrównawczym a modułem pomiarowym lub w przypadku wyjęcia tego czujnika na zewnątrz pieca. Układ diagnostyczny bada również poprawność transmisji szeregowej z modułem pomiaru temperatury.

39 W efekcie działania dodatkowej pętli regulacyjnej uzyskuje się stabilizację temperatury bloku wyrównawczego na ściśle zadanym poziomie temperatury oraz skrócenie się czasu stabilizacji temperatury tego bloku. Powodem skrócenia tego czasu jest dynamiczny przebieg temperatury grzejnika, który przyspiesza wspomniany proces. Przypadki stabilizacji temperatury bez pętli zamkniętej przez komputer nadrzędny oraz z tą pętlą przedstawiają rys. 7