Skrócony opis: |
Celem przedmiotu jest przedstawienie metodyki projektowania, programowania i testowania systemów mikroprocesorowych znajdujących zastosowanie w sterowaniu i automatyce (w czasie rzeczywistym), przy uwzględnieniu obowiązujących standardów przemysłowych oraz norm bezpieczeństwa. W trakcie wykładu omawiane są bloki funkcjonalne współczesnych systemów mikroprocesorowych oraz sposób ich wykorzystania w projektowanym systemie sterującym. Omawia się wszystkie etapy prac: sformułowanie problemu, opracowanie wstępnej koncepcji systemu, projekt sprzętowy systemu, przygotowanie oprogramowania, uruchamianie sprzętu i oprogramowania, testy środowiskowe, wdrożenie produkcyjne, certyfikację, wprowadzenie na rynek i walidację. Podczas opracowania systemu uwzględnia się wymogi technologii produkcji, systemu zapewnienia jakości oraz wymogi prawne Ustawy o Ocenie Zgodności (oznaczanie znakiem CE). W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci mają możliwość zaprojektowania (...)
|
Pełny opis: |
Celem przedmiotu jest przedstawienie metodyki projektowania, programowania i testowania systemów mikroprocesorowych znajdujących zastosowanie w sterowaniu i automatyce (w czasie rzeczywistym), przy uwzględnieniu obowiązujących standardów przemysłowych oraz norm bezpieczeństwa.
W trakcie wykładu omawiane są bloki funkcjonalne współczesnych systemów mikroprocesorowych oraz sposób ich wykorzystania w projektowanym systemie sterującym. Omawia się wszystkie etapy prac:
sformułowanie problemu, opracowanie wstępnej koncepcji systemu, projekt sprzętowy systemu, przygotowanie oprogramowania, uruchamianie sprzętu i oprogramowania, testy środowiskowe, wdrożenie produkcyjne, certyfikację, wprowadzenie na rynek i walidację.
Podczas opracowania systemu uwzględnia się wymogi technologii produkcji, systemu zapewnienia jakości oraz wymogi prawne Ustawy o Ocenie Zgodności (oznaczanie znakiem CE). W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci mają możliwość zaprojektowania mikroprocesorowego systemu sterowania procesu laboratoryjnego działającego w czasie rzeczywistym.
W trakcie wykładu i zajęć laboratoryjnych wykorzystuje się współcześnie produkowane mikroprocesory wbudowane 32 bitowe o architekturze ARM Cortex.
Treść wykładu Wprowadzenie. Specyfika i struktura systemu mikroprocesorowego automatyki przeznaczonego do sterowania w czasie rzeczywistym. (1 godz.)
Specyfika i etapy projektowania systemu mikroprocesorowego automatyki: sformułowanie problemu, opracowanie wstępnej koncepcji systemu, projekt sprzętowy systemu, przygotowanie oprogramowania, uruchamianie sprzętu i oprogramowania, testy środowiskowe, wdrożenie produkcyjne, certyfikacja, wprowadzenie na rynek i walidacja. (1 godz.)
Przegląd współcześnie dostępnych platform sprzętowych pod kątem zastosowania w systemie automatyki. Wybór platformy. (1 godz.)
Architektura rdzenia Cortex-M. Tryby adresowania, lista rozkazów. (1 godz.)
Zestaw uruchomieniowy, złącze JTAG. Oprogramowanie narzędziowe. Przygotowywanie, uruchamianie i testowanie programów. (1 godz.)
Bloki funkcjonalne mikroprocesora oraz ich wykorzystanie w budowanym systemie sterującym automatyki. Sygnały zegarowe, układy czasowe, watchdog. (1 godz.)
Przerwania maskowalne i niemaskowalne oraz ich wykorzystanie w budowanym systemie sterującym automatyki, blok NVIC, priorytety przerwań, tablica wektorów przerwań, program obsługi przerwań. (1 godz.)
Porty wejścia-wyjścia, obsługa podstawowych urządzeń wejścia-wyjścia: klawiatura, wyświetlacze LED/LCD, odczyt stanów, wyjście z otwartym kolektorem, problemy praktyczne (np. odbicia styków). Sterowanie silników: generacja sygnału PWM, pomiar parametrów wejściowego sygnału PWM. (2 godz.)
Bezpośredni dostęp do pamięci (DMA) i jego wykorzystanie w mikroprocesorowym systemie automatyki, współpraca układów czasowych z kontrolerem DMA. (1 godz.)
Przetworniki analogowo-cyfrowe (A/C) i cyfrowo-analogowe (C/A) wbudowane i zewnętrzne w zastosowaniu do komunikacji z urządzeniami automatyki. Standard przemysłowy 4-20 mA i 0-10 V. Współpraca przetworników z układem DMA i przerwaniami. (2 godz.)
Transmisja szeregowa. Warstwy i funkcje modelu ISO/OSI wykorzystywane w warunkach przemysłowych. Warstwa fizyczna RS-232, RS-422 i RS-485. Interfejs I2C. Warstwa łącza danych, ramki, obliczanie sumy kontrolnej (CRC). Przemysłowe protokoły transmisji na przykładzie protokołów Modbus ASCII, Modbus RTU i Gaz-Modem 3. Warstwa sesji. (2 godz.)
Reprezentacja liczb w komputerze, kod U2, liczby zmienno-przecinkowe krótkie i długie. Koprocesor arytmetyczny lub realizacja programowa. (2 godz.)
Przykład zastosowania obliczeń zmiennoprzecinkowych w systemie mikroprocesorowym automatyki: implementacja algorytmów regulacji PID i predykcyjnej. (3 godz.)
Cyfrowe przetwarzanie sygnałów w mikroprocesorowym systemie automatyki, szybka transformata Fouriera (FFT). (1 godz.)
Zalety i wady dostępnych na rynku systemów czasu rzeczywistego (FreeRTOS, QNX, RTLinux) w zastosowaniu do sterowania. (2 godz.)
Zasady projektowania płyt drukowanych z uwzględnieniem odporności EMC, warstwy, prowadzenie mas i zasilania. EMC - kompatybilność elektromagnetyczna: emisja i odporność, Burst, ESD, Surge, Transients, RF. (1 godz.)
Projektowanie mikroprocesorowego systemu automatyki przy uwzględnieniu obowiązujących norm. Dyrektywy ATEX, MID i RTTE. Metrologia prawna. (1 godz.)
Wdrożenie produkcyjne: technologie lutowania (fala do elementów przewlekanych i lutowanie rozpływowe do powierzchniowych). Umieszczanie znaczników na płytach do pozycjonowania przy nanoszeniu pasty i układaniu elementów. Rodzaje obudów i uwzględnienie rozkładu temperatur w procesie lutowania przy projekcie płyty. Jakość w produkcji: wilgoć (hermetyzowanie laminatów), strefy ochrony od ESD. System jakości ISO9001. Badania jakości w komorach klimatycznych, klasy klimatyczne wyrobów, szczelność obudów IP. Badania końcowe. Serwis i obsługa, statystyki awarii, działania korygujące. Walidacja. (2 godz.)
Wprowadzenie systemu na rynek. Zasady ogólne oznaczania wyrobów znakiem CE: moduły od A do H, normy zharmonizowane, notyfikowane, wymagania i badania, certyfikacja, ...
Zakres laboratorium 10 zajęć laboratoryjnych (każde zajęcia trwają 3h), które składają się z 4 ćwiczeń punktowanych w skali 0-5 pkt. oraz trzech zadań projektowych punktowanych w skali 0-10 pkt. Ćwiczenia laboratoryjne odbywają się w ramach pierwszych 4 zajęć. Zadania projektowe są realizowane w trakcie kolejnych 6 zajęć. W trakcie pracy wykorzystywane są płytki z mikroprocesorami (z rdzeniem M3 i M7), a także wiele sprzętu dodatkowego (czujniki, wyświetlacze, klawiatury) oraz obiekty laboratoryjne automatyki.
- Ćwiczenie 1. Praca z zestawem uruchomieniowym, praca krokowa,
debugowanie. Przygotowywanie i uruchomienie prostych programów: obsługa portów wejścia-wyjścia, obsługa wyświetlacza tekstowego LCD, sterowanie szerokością impulsu, przetwornik analogowo-cyfrowy.
- Ćwiczenie 2. Wykorzystanie systemu przerwań. Timery. Obsługa
prostych czujników i urządzeń wykonawczych mikroprocesorowego systemu automatyki przy wykorzystaniu systemu przerwań.
- Ćwiczenie 3. Obsługa złożonych czujników i urządzeń wykonawczych
mikroprocesorowego systemu automatyki (standard komunikacyjny I^2C lub SPI). Pętla prądowa 4-20 mA. Transmisja szeregowa - standard Modbus RTU.
- Ćwiczenie 4. Obsługa wyświetlacza graficznego LCD (panelu
dotykowego). Wykorzystanie jednostki zmiennopozycyjnej do przetwarzania sygnałów.
- Projekt 1. Implementacja algorytmów regulacji PID i DMC prostego
procesu dynamicznego. Interfejs użytkownika. Archiwizacja pomiarów. Dobór nastaw algorytmów. Badania porównawcze.
- Projekt 2. Identyfikacja modeli (typu odpowiedzi skokowej)
procesu laboratoryjnego. Implementacja algorytmu regulacji DMC. Dobór nastaw algorytmu. Badania porównawcze.
- Projekt 3. Konfiguracja systemu operacyjnego czasu rzeczywistego
FreeRTOS oraz implementacja dwóch algorytmów regulacji działających współbieżnie.
|