BME VIK - Folyamatszabályozás

3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Csubák Tibor,

4. A tantárgy előadója

Dr. Csubák Tibor egyetemi docens

Dr. Katona László egyetemi adjunktus

Dr. Harmati István egyetemi docens

Kovács Gábor tudományos munkatárs

5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Matematika, Szabályozástechnika

6. Előtanulmányi rend

Ajánlott:

7. A tantárgy célkitűzése

A tantantárgy átfogó ismereteket nyújt a folyamatszabályozás érzékelő-típusai működésének fizikai alapjairól, méréstechnikai tulajdonságairól, felépítéséről és alkalmazástechnikájáról, amelyek a nem villamos mennyiségek villamos kimeneti jellé történő átalakításában alapvető fontossággal bírnak. Bemutatja a megszerzett információt továbbító eszközök (pl. távadók), az irányítási parancsok végrehajtására szolgáló eszközök (végrehajtók) és a folyamatba való beavatkozást végző eszközök működését, alkalmazástechnikáját. Megismertet a folyamatvizualizálás és az irányítási hálózatok alkalmazástechnikájával, valamint a fuzzy és genetikus irányítások elméletei alapjaival és alkalmazásával a folyamatszabályozási rendszerek modellezésében és irányításában, és a felügyeleti irányítások rendszertechnikájával.

A tantárgyat sikeresen abszolváló hallgatók közre tudnak működni számítógépes folyamatirányítási rendszerek tervezésében, az irányítástechnikai készülékek kifejlesztésében illetve rendszerbe integrálásában. Hosszú távon hasznosítható készségekkel rendelkeznek az irányítási rendszerek tervezésében, az irányítástechnikai készülékek, a nem villamos mennyiségek villamos jellé történő átalakításának alkalmazás-technikájában, a lágy számítási módszereken alapuló folyamat modellezésben és szabályozásban, továbbá a különféle technológiai rendszerek szakembereivel való együttműködésben.

8. A tantárgy részletes tematikája

13 tényleges oktatási hét: 26 előadási + 13 tantermi gyakorlati óra. A gyakorlatok az elméleti előadás módszereit alkalmazási példák keretében mutatják be. Az előadások tematikája:

1. Az irányítási rendszerek felépítése, generációi. A rendszerek készülékei, generációi. Az irányítási rendszerek jelei, analóg jelek, feszültség-jelátvitel, áram-jelátvitel. Digitális jelek, terepbusz.

2. Folyamatérzékelők. Statikus és dinamikus tulajdonságok, környezeti hatások, és azok csökkentésének módjai. Hőmérsékletérzékelők (hőelemek, fém és félvezető alapanyagú ellenálláshőmérők). Áramlásérzékelők (állandó és változó nyomásesésű áramlásmérők [szűkítőelemes áramlásmérés], indukciós, turbinás, ultrahangos, és örvénytipusú térfogatárammérők; tömegáramlásmérők). Nyúlásérzékelők (piezorezisztiv hatás, fém és félvezető alapú nyúlásérzékelők, nyúlásmérő ellenállások alkalmazástechnikája). Út- és szöghelyzet-érzékelők (típusok a hatásmechanizmus szerint: induktív, kapacitív, optikai, digitális érzékelők; típusok a felhasználási terület szerint: lineáris útérzékelők, szögelfordulás-érzékelők ). Erő-, tömeg-, nyomaték és gyorsulásérzékelők. Nyomás, nyomáskülönbség villamos kimeneti jelű érzékelői.

3. Távadók. Áttekintés a bemenő vagy kimenő jel és generációk szerint. Analóg működésű és kimenő jelű távadók. Digitális terepbuszra illesztett "intelligens" távadók, a távadók kivitele és beépítési feltételei. Matematikai műveleteket végző jelfeldolgozók. A terepi működtetés feltételei, környezeti hatások. Távadók felépítése, jellemzői, működési elvei.

4. Végrehajtó szervek. Villamos végrehajtó szervek. Pneumatikus végrehajtó szervek általános szerkezeti és működési elve. Helyzetbeállítók, analóg és digitális helyzetbeállítók, paraméterezés, konfigurálás.

5. Beavatkozó szervek. A szelepek szerkezete, jelleggörbéi. A szelep optimális kiválasztása.

6. Folyamatvizualizálás. HMI és SCADA rendszerek felépítése, jellemzői, alkalmazástechnikájuk. Magasszintű blokkorientált folyamatvizualizáló eszközök. Sorrendi irányítások tervezése és megjelenítése folyamatvizualizáló eszközökkel.

7. Irányítástechnikai hálózatok. A különböző irányítási szinteken alkalmazott hálózatok jellemzői ( topológia, közeg, protokollok). Tipikus irányítástechnikai hálózatok: Profibus, Modbus, CAN busz, ASI busz.

8. Fuzzy irányítások elméleti alapjai. Fuzzy halmazok és tagsági függvények, Fuzzy logika, fuzzifikáció, fuzzy következtetés, defuzzifikáció, fuzzy logikai szabályozó (FLC) felépítése, fuzzy PID, PD és PI szabályozók. Esettanulmányok: fuzzy szabályozások az ipari folyamatszabályozásokban (szénerőmű, intelligens építmények, gyártósorok)

9. Folyamatszabályozás evolúciós algoritmusok alkalmazásával. Az optimalizálási feladat. Egyszerű bináris genetikus algoritmus blokkvázlata és a genetikus operátorok megvalósítása. Egyéb adaptációk: genetikus programozás, memetikus algoritmusok, rajoptimalizáció. Folyamatszabályozás genetikus algoritmusok segítségével.

10. Adaptív fuzzy következtető rendszerek. A szubtraktív klaszterezési algoritmus lépései, Neighborhood clastering, tanítás adaptív szabályfelvétellel, adaptív neuro-fuzzy rendszerek (ANFIS), paraméterhangolási stratégia. Nemlineáris dinamikus rendszerek identifikációja.

11. Felügyeleti irányítás. Diszkréteseményű rendszerek felügyeleti irányítása. Rendszermodellezés véges állapotú automatákkal. Rendszerspecifikáció, irányíthatóság, felügyeleti szabályozó tervezés és megvalósítás.

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) A tárgy előadásból és az előadás anyagát illusztráló gyakorlatokból áll.

10. Követelmények 1 zárthelyi a szorgalmi időszakban. Az aláírás feltétele legalább elégséges osztályzat. Eredménye 20% arányban beszámít a vizsgajegybe.

11. Pótlási lehetőségek

A zárthelyi a szorgalmi időszakban vagy a pótlási héten pótolható egy alkalommal.

12. Konzultációs lehetőségek Zárthelyi és vizsga előtti héten hallgatói igény szerint.

13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

Csubák T. Folyamatirányítási segédletek. BME Irányítástechnika és Informatika Tanszék, 2007.

Lantos B.: Fuzzy Systems and Genetic Algorithms. Műegyetemi Kiadó, 2002. ISBM 963 420 706 5.

Kiss-Kovács: Diszkréteseményű rendszerek, segédletek. BME Irányítástechnika és Informatika Tanszék, 2008.

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka

Kontakt óra	42
Félévközi készülés órákra	15
Felkészülés zárthelyire	15
Házi feladat elkészítése	0
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása
Vizsgafelkészülés	48
Összesen	120

15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

Dr. Csubák Tibor egyetemi docens

Dr. Katona László egyetemi adjunktus

Dr. Harmati István egyetemi docens

Kovács Gábor tudományos munkatárs