Automatyzacja procesów produkcji Wprowadzenie Zmianę, modyfikowanie, absorpcję nowych procesów wytwórczych konfrontujemy z potokowymi, uporządkowanymi, powtarzalnymi systemami wydajnej produkcji Automatyzacja systemów produkcji jest odpowiedzią na problemy zmienności, modyfikowalności procesów wytwórczych Sterowanie programowane jest metodą automatyzacji przy założeniu, że wystarczą zależności przyczynowo – skutkowe w modyfikowaniu, absorpcji nowych procesów przez system wydajnej produkcji

Automatyzacja procesów wytwórczych, produkcyjnych Konspekt Procesy wytwórcze, produkcyjne Organizacja, dziedziny działalności przedsiębiorstwa Uwarunkowania automatyzacji procesów wytwórczych, produkcyjnych Sterowanie programowane w automatyzacji systemów produkcyjnych Model sprzężenia zwrotnego w sterowaniu Analiza i identyfikacja procesów Modelowanie sterowania

Procesy wytwórcze, produkcyjne Procesy wytwórcze, produkcyjne to oddziaływanie na substancje, przedmioty, wykorzystując przepływy energii, zmieniające stan substancji, przedmiotu w sposób mierzalny i obserwowalny Wyjście procesów wytwórczych, produkcyjnych to produkty, wyroby, materiały, przedmioty, artefakty itd. Zakładamy, że procesy wytwórcze są podatne na stymulację przepływami energii

Procesy wytwórcze w przedsiębiorstwie

Proces produkcyjny – model przepływowy Wytwarzanie produktu Produkt Energia Materiał podstawowy Przetwarzanie materiału działanie

Organizacja przedsiębiorstwa nadbudową procesów produkcyjnych Organizacja kierująca procesem produkcji Zamówienia na wyroby Zamówienia materiały, komp. Planowanie i kontrola produkcji wyrobów i potrzeb materiałowych Raporty Plany Proces produkcyjny Materiały, komponenty Wyroby, komponenty Sterowanie procesem produkcji

Komunikacja przedsiębiorstwa z otoczeniem

Przedsiębiorstwo - struktura organizacyjna

Dziedzinowy model przedsiębiorstwa

Sieć przedsiębiorstw w realizacji procesów produkcji Przetwarzanie surowców Surowce Planowanie w przedsiębiorstwie 1 Produkcja komponentów Komponenty Surowce Planowanie w przedsiębiorstwie 3 Przetwarzanie surowców Planowanie w przedsiębiorstwie 2

Uwarunkowania automatyzacji procesów wytwórczych, produkcyjnych Automatyzacja to dowolne efekty wyjściowe osiągnięte przez cykliczne, powtarzalne procesy wytwórcze, produkcyjne Uwarunkowania automatyzacji: Procesy wytwórcze, produkcyjne są uporządkowane, skończone, dają powtarzalne efekty Procesy wytwórcze, produkcyjne są realizowane w systemach produkcyjnych Substancje, materiały, energia, czas, informacja systemu produkcyjnego są ograniczone

Sterowanie programowane w automatyzacji systemów produkcyjnych Automatyzacja konfrontuje strukturę, właściwości produktów, wyrobów z powtarzalnymi, cyklicznymi, uporządkowanymi działaniami powodującymi przepływy informacji, energii, substancji Sterowanie programowane jest rozwiązaniem problemu konfrontacji produktów, wyrobów z przepływami informacji, energii, substancji Sterowanie programowane stymulując powtarzalnymi, cyklicznymi, uporządkowanymi działaniami powoduje, że produkty, wyroby osiągają żądane właściwości

Model sprzężenia zwrotnego System sterowania zawiera sterowanie, obiekt oraz elementy zapewniające obserwację i pomiary stanu obiektu, oddziaływanie na obiekt, przepływy informacji, przepływy substancji, przedmiotów, energii Sprzężenie zwrotne to stymulacja procesów przez sterowanie zależnie od identyfikacji efektów osiągniętych przez procesy Sterowanie stymulacja Procesy Stan Zadane identyfikacja

Sprzężenie zwrotne w sterowaniu programowanym Dyskretna skala czasu (zdarzeniowa) Identyfikacja zależności przyczynowo - skutkowych w procesach produkcyjnych, wytwarzania Sprzężenie zwrotne zdarzeniowo – decyzyjny system realizacją sterowania programowanego zdarzeniowo – decyzyjne sterowanie procesy przyczyny skutki wejście efekty

Dyskretna skala czasu (zdarzeniowa) Dyskretne diagramy czasowe Diagram blokowy Przyczyna T1 Skutek T2 Przyczyna Skutek

Dyskretna skala czasu (zdarzeniowa) Procesy Proces 1 Proces 2 Proces 3 T1 T2 T3 T4 T5 T6 Ti - dyskretna zmienna czasu

Identyfikacja zależności przyczynowo - skutkowych w procesach produkcyjnych Odwzorowanie zachowania obiektu przez pomiar wynik pomiaru wielkości fizycznej, chemicznej jest liczbą wynik obserwacji zachowania jest komunikatem wyrażanym liczbą oraz tekstem liczby, teksty są skończone ilość pomiarów, obserwacji jest skończona Symbol identyfikujący pomiar lub obserwację jest nazywany zmienną procesową Przykłady zmiennej procesowej będącej wynikiem obserwacji: obserwujemy stan ”ciepłoty” w pomieszczeniu zakładamy, że wynik obserwacji jest zbiorem komunikatów: {zimno, chłodno, normalnie, ciepło, gorąco} zmienną procesową nazywamy „ciepłota”

Sterowanie ze sprzężeniem zwrotnym – regulator temperatury Dozowanie przepływu energii Obszar oddziaływania procesów fizycznych na otoczenie Proces zamiany energii elektrycznej w cieplną Energia elektryczna Regulator Porównanie temperatury w obszarze ogrzewania z temperaturą zadaną Temperatura zadana Pomiar temperatury

System sterowania programowanego ze sprzężeniem zwrotnym Sterowanie, interpretacja programu Układ wykonawczy Obszar oddziaływania Proces 1 Proces N Proces 2 Skutki oddziaływania – zdarzenia Układ odczytu programu Pamięć programu Zdarzenia, które determinują odczyt programu Odczyt Zapis Wymuszenie oddziaływań – sterowania Zdarzenia zadane

Analiza i identyfikacja procesów Metoda linearna, opisowa: obserwacja zachowania procesów, analiza zależności przyczynowo – skutkowych, formułowanie opisu linearnego, Metoda strukturalna: przyporządkowanie do przyczyn i skutków odpowiednio zmiennych procesowych wejściowych i wyjściowych, wektor wejścia lub złożone wyrażenie logiczne na wejściowych zmiennych procesowych wyraża przyczyny wektor wyjścia lub złożone wyrażenie logiczne na wyjściowych zmiennych procesowych wyraża skutki wyrażenia strukturalne (diagram, instrukcje programu, graf, sieć znakowana)

Diagram blokowo – decyzyjny metodą strukturalną identyfikacji zależności Diagram blokowo – decyzyjny jest modelem zależności przyczynowo – skutkowe przy założeniach: Obserwowanym procesom można przyporządkować symbole (bloi, decyzje) Reguły łączenia symboli Wyłączony środek dla symbolu „decyzja” Jednoznaczne wyjście i etykiety dla symboli „input”, „output”, „pamięć” Symbol strukturalny wprowadza podział diagramu na rozłączne diagramy Diagram blokowo - decyzyjny posiada jednoznaczną interpretację (modeluje skończoną ilość zależności przyczynowo – skutkowych) Diagram blokowy - decyzyjne jest programem, który przez mechaniczną interpretację stymuluje procesy (produkcyjne)

Diagram blokowo – decyzyjny - definicja symboli Łącznik jeżeli stosujemy podział diagramu na arkusze Start/stop INPUT = 0 INPUT Pobierz wartość zewnętrznej zmiennej procesowej Tranzycja zależnie od wartości wyrażenia logicznego OUTPUT = 0 Ustaw wartość zewnętrznej zmiennej procesowej X = 1 Tranzycja określająca sekwencję interpretacji symboli Ustaw wartość wewnętrznej zmiennej procesowej (pamięć)

Diagram blokowo – decyzyjny w konfrontacji z procesami Interpretacja diagramu Zmienne procesowe Zmienne proceowe procesy przyczyny skutki

Diagramy blokowo – decyzyjne, przykłady Start Diagram „realizuj proces P” P = realizuj Stop Sterowanie wyjście: P Diagram „zakończ proces P” P = zakończ

Diagramy blokowo – decyzyjne, przykłady Start Diagram „jeżeli zdarzenie S to realizuj proces P” P = realizuj Stop Wejście: S Diagram „jeżeli zdarzenie K to zakończ proces P” Jeżeli S Wyjście: P P = zakończ Wejście: K K NIE TAK

Diagramy blokowo – decyzyjne, przykłady Start Diagram „jeżeli zdarzenie S to realizuj lub zakończ proces P” P = realizuj Stop Wejście: S Jeżeli S Wyjście: P NIE TAK P = zakończ

Mechaniczna interpretacja diagramu blokowo - decyzyjnego (programu) Mechaniczna interpretacja diagramu blokowego jest realizowana przez kompilację i program wykonywalny na sterownik programowany, który posiada pamięć i procesor programu Wejście sterownika programowanego to sygnały stanowiące pomiar zachowania procesów (wejściowe zmienne procesowe) Wyjście sterownika programowanego to sygnały stymulujące procesy za pośrednictwem układów wykonawczych (wyjściowe zmienne procesowe) Zmienne procesowe są reprezentowane przez sygnały mechaniczne, elektryczne, chemiczne

Wyrażenia logiczne formalizacją decyzji Zmienne procesowe: X1, X2, X3,…P1, P2, P3,… Wartości zmiennych procesowych: logiczne: {true, false}, {0, 1}, {-1, 1} całkowite: { -N, …, -99, …, -1, 0, 1, …99, …N } rzeczywiste: {„stały przecinek”, „zmienny przecinek”} tekstowe: {a, b, c,…., w, z, …aa, bb, …aab,… aabc, …} Zdania logiczne proste: X1, X2 … typu logiczne P1 > P2, P1 = P2, (P4 – P3) > P1 gdzie P1, P2, P3, P4 dowolnego typu Symbole: „>” (porównanie), „=„ (równość) są operatorami relacji Zdania logiczne złożone: L1 and L2, L1 or L2, (L3 or L2) and (L1 or L2 or L3) gdzie L1, L2, L3 to zdania logiczne proste Symbole „and”, „or” są operatorami logicznymi

Pomiary, sterowanie procesami – zmienne procesowe procesy P1 P3 S1 S3 S2 P2 S1 S2 S3 sterowanie P1 P2 P3 Urządzenia wykonawcze Urządzenia pomiarowe

Sterownik programowany – powiązania z obiektem procesy P1 P2 P3 S1 S2 S3 Sterownik – interpretacja diagramu decyzyjnego D1 D2 D3 procedury tranzycje decyzje

Sterowanie programowane w zastosowaniach 1. Automat – ekspres do napojów Proces – automat, ekspres do napojów (struktura, elementy, zależności przyczynowo skutkowe) OUTPUT INPUT (zmienne procesowe) Program sterujący (wymuszenie zachowania procesu zależnie o jego stanu) Sterowanie procesem Pomiary stanu procesu

Struktura systemu produkcyjnego Moduł dopływu substancji i dopływ enrg. Moduł mieszanki Moduł kubka Kawa – fusy Cukier Mleko - proszek Herbata - esencja Podajnik pustego kubka Nalew napoju Wysównik kubka Moduł komunikacyjny Wyświetlacz przyciski monety Moduł grzewczy Dopływ wody grzałka

Zmienne procesowe (definicje) Moduł dopływu substancji i dopływ enrg. (e) Moduł mieszanki Moduł kubka Kawa – fusy (x4) (y6) Cukier (x5) (y7) Mleko - proszek (x6) (y8) Herbata – esencja (x7) (y9) Podajnik pustego kubka (y1) Podajnik (x1) Nalew napoju (y2) Wysównik kubka (y3) Moduł komunikacyjny Wyświetlacz (w) przyciski (p) monety (m) Moduł grzewczy Dopływ wody (x3)(y4) Grzałka (x2)(y5) w – sterowanie wyświetlaczem, teksty o długości do 50 znaków, p – przyciski {k, h, c, m, cancel} m { 1, 2, 5 }

Opis zachowania procesu, zależności przyczynowo skutkowe cz. 1 Sprawdź czy ekspres operatywny (e) Sprawdź substancje (…) Wyświetl napis „wrzuć monetę” (w) Oczekiwanie na monetę (…) Weryfikacja wrzuconej monety (..) Jeżeli nie poprawna (m) to „wyrzuć” i napisz „error” Jeżeli poprawna (m) to czekaj na przyciski (p) Analizuj przyciski (p) Możliwe żądania napoju: kawa, herbata, mieszane z cukrem i mlekiem Po ustaleniu napoju – wyprodukowanie napoju

Opis zachowania procesu, zależności przyczynowo skutkowe cz. 2 Napój nr 1: kawa Nr 2: kawa z cukrem Nr 3: kawa z cukrem i mlekiem Nr 4: herbata Nr 5: herbata z cukrem Nr 6: herbata z cukrem i mlekiem

Opis zachowania procesu, zależności przyczynowo skutkowe cz. 3 Napój nr 1 Sprawdź kubek na podajniku (), jeżeli nie to „error” Sprawdź wodę (), jeżeli nie to „error” Sprawdź fusy (), jeżeli nie to „error” Włącz grzanie wody () czekaj na gotowość () Podaj fusy (y6) na podajnik Włącz impulsowo (y4) dopływ wody do podajnika Nalew napoju (y3) Wysów kubka (y2) Napis (w) „kawa gotowa”

Diagram włącz/wyłącz system sterowania start ON ON PROCEDURA sterowania stop

Start SIZE KAWA SIZE = mała WODA M1 SIZE = średnia Stop KAWA and WODA S1 D1 Stop Stop

Temperatura czajnika > 95 Podajnik = mały kubek Procedura M1 Start Temperatura czajnika > 95 Podajnik = mały kubek Podajnik = mała porcja kawy Czajnik = mała porcja wody Zasilanie Czajnika = wyłącz Zasilanie Czajnika = włącz Podajnik = porcja wody z czajnika Temperatura czajnika Stop

2. Winda obsługująca trzy poziomy Sterowanie S1: „0” - „stop” „1” - „w dół” „2” - „w górę” Napęd S1 Pomiar Pp: „0” – „ w trakcie jazdy” „1” – „na wysokości poziomu” Pomiar Pz: „0” - „w trakcie jazdy” „1” – „winda na poziomie 1” Pomiar Pn: „0” – „NOP” „1” – „1 poziom” „2” – „2 poziom” „3” – „3 poziom” Pp Pn Poziom 3 Winda Poziom 2 Pz Poziom 1

Winda Start S1 = 1 S1 = 0 Pz Pp Pn Pz = 1 Licznik = Licznik + Pp Licznik = Pn S1 = 0 Stop

System System jest strukturą postaci: [ X, Y, S, R, M, r0] Gdzie: X, Y zbiory wejść i wyjść postaci: {x1, x2, x3, … xn}, {y1, y2, y3, …ym} S jest zbiorem stanów (pamięci) postaci: {s1, s2, s3, …sj} R jest podzbiorem relacji określonej na iloczynie kartezjańskim postaci: X × Y × S, który zawiera relację r0 (początkową) M jest funkcją pamięci systemu (programem) postaci: S (t + 1)  X × Y × S (t + 0)

Przedstaw definicję automatyzacji procesów wytwórczych 1.1 Automatyzacja Przedstaw definicję automatyzacji procesów wytwórczych W oparciu o definicję automatyzacji wyjaśnij zastosowanie sprzężenia zwrotnego w sterowaniu (model systemu sterowania)

1.2.a Diagramy blokowe Dany jest diagram blokowy. Wejście diagramu to zmienne X1, X2, X3. Wyjście diagramu to zmienne Y2, Y3, Y4. Podaj wartości zmiennych wyjściowych dla następujących zmiennych wejściowych: A) X1 = 5, X2 = 10, X3 = 20 B) X1 = 20, X2 = 10, X3 = 5 C) X1 = 5, X2 = 30, X3 = 20

Start 1.2.b Diagramy blokowe X1 X1 > X3 Tak X2 X3 Y4 = Y1 + 1 Y2 = X3 X2 > X3 Y1 = 1 Tak Tak X1 > X2 Y3 = X2 Y4 = Y1 Y1 = Y1 + 1 Stop

1.3 Zastosowania automatyzacji Przedstaw opis procesu automatyzacji małego sklepu przy założeniach: Sklep posiada jedną półkę z towarami Do sklepu może wejść tylko jeden klient z koszykiem i wybrać towary z półki Klient wychodzi przez kasę, gdzie płaci za towary

4. A) X1 = 5, X2 = 10, X3 = 20 B) X1 = 20, X2 = 10, X3 = 5 C) X1 = 5, X2 = 30, X3 = 20 A) Y2 = 20, Y3 = U, Y4 = 1 B) Y2 = U, Y3 = 10, Y4 = 3 C) Y2 = 20, Y3 = 30, Y4 = U

Start 2. Diagramy blokowe X1 = 5 X1 > X3 Tak X2 = 10 X3 = 20 Y4 = Y1 + 1 Y2 = X3 X2 > X3 Y1 = 1 Tak Tak X1 > X2 Y3 = X2 Y4 = Y1 Y1 = Y1 + 1 Stop

Start 2. Diagramy blokowe X1 = 20 X1 > X3 Tak X2 = 10 X3 = 5 Y4 = Y1 + 1 Y2 = X3 X2 > X3 Y1 = 1 Tak Tak X1 > X2 Y3 = X2 Y4 = Y1 Y1 = Y1 + 1 Stop

Start 2. Diagramy blokowe X1 = 5 X1 > X3 Tak X2 = 30 X3 = 20 Y4 = Y1 + 1 Y2 = X3 X2 > X3 Y1 = 1 Tak Tak X1 > X2 Y3 = X2 Y4 = Y1 Y1 = Y1 + 1 Stop

Przedstaw definicję automatyzacji procesów wytwórczych 2.1 Automatyzacja Przedstaw definicję automatyzacji procesów wytwórczych W oparciu o definicję automatyzacji wyjaśnij zastosowanie sprzężenia zwrotnego w sterowaniu (model systemu sterowania)

2.2.a Diagramy blokowe Dany jest diagram blokowy. Wejście diagramu to zmienne X1, X2, X3. Wyjście diagramu to zmienne Y2, Y3, Y4. Podaj wartości zmiennych wyjściowych dla następujących zmiennych wejściowych: A) X1 = 5, X2 = 10, X3 = 20 B) X1 = 20, X2 = 10, X3 = 5 C) X1 = 5, X2 = 30, X3 = 20

Start 2.2.b Diagramy blokowe X1 X1 > X3 Tak Y3 = Y1 X2 X3 Y1 = Y1 + 1 Y2 = X3 X2 > X3 Y1 = 1 Tak Tak X1 > X2 Y3 = Y1 Y4 = Y1 Y4 = Y1 + 1 Stop

2.3 Zastosowania automatyzacji Przedstaw opis procesu automatyzacji punktu rezerwacji biletów przy założeniach: Punkt posiada jedną książkę rezerwacji Do punktu rezerwacji może się ustawić kolejka klientów Po potwierdzeniu rezerwacji klient może kupić bilety