Course syllabus

Kurs-PM för LEU237 - Styr- och reglerteknik lp 2, 2020

Kursen ges av institutionen för Elektroteknik, avdelningen för System- och reglerteknik. Totalt är kursen på 7,5hp.

Kontaktuppgifter

Veronica Olesen (Examinator, föreläsare)
031-772 1728
veronica@chalmers.se
Rum 425A, Jupiter plan 4

Syfte

Kursen syftar till att ge tillräckliga baskunskaper om styr- och reglerteknik för programmering av enklare system för styrning och reglering. Kursen ska även ge kunskaper som underlättar samarbetet mellan dataingenjör och övriga ingenjörer vid lösandet av gemensamma styr- och reglertekniska problem.

Kursen bygger vidare på de grundläggande kurserna i matematik, datorteknik, elektriska kretsar samt programmering.

Innehåll

Industriella automationssystem: Komponenter i industriella automationssystem, uppbyggnad hos modernt processtyrsystem, seriell kommunikation i automationssystem med fältbussar, uppbyggnad och funktion.

Programmering av styrsystem: Systematisk programuppbyggnad av PLC-program, utveckling av styr- och reglerlösningar för PLC i språken FBD, SFC, LD och ST utifrån problembeskrivning, PLC-programmering enligt IEC 61131-3 i editor CoDeSys, logisk beskrivning av förreglingar och sekvensstyrningar, formella metoder för styrsystem.

Tillämpningsområden för styrteknik respektive reglerteknik.

Dynamiska system: återkopplade system, blockschemarepresentationer, stabilitet, frekvensanalys, Nyquists förenklade stabilitetskriterium.

Modellering: tillståndsmodeller, fysikaliska modeller av elektriska system och tanksystem.

PID-regulator: PID-regulatorns uppbyggnad och användningsområde, tumregelmetoder för trimning av PID-regulatorer, anti-windup och gain scheduling, implementation av PID-regulator i PLC-miljö i CoDeSys.

Laborationer och inlämningsuppgifter: Två laborationer på vardera fyra timmar. En laboration i styrteknik och en i reglerteknik. Inlämningsuppgifter med koppling till laborationerna i styrteknik respektive reglerteknik.

Förkunskaper

Begrepp som måste behärskas före kursstart är:

• Komplexa tal
• Linjär algebra
• Ordinära differentialekvationer
• Boolesk algebra
• Villkorssatser som if och while i något högnivåspråk, exempelvis C.
• Kapacitans och induktans
• Fasförskjutning av ström respektive spänning i elektriska komponenter

Schema

TimeEdit

Kursmaterial

Kursen definieras av föreläsningarna och samtliga föreläsningsanteckningar tillsammans med relevant instuderingsmaterial läggs ut på kurshemsidan i samband med respektive föreläsning.

Övningsuppgifter som används vid övningar och för hemuppgifter samlas på kurshemsidan i samband med respektive avsnitt.

Laborationshandledningar och inlämningsuppgifter anslås på kurshemsidan.

Kurslitteratur finns tillgänglig från kurshemsidan:
Morgan Osbeck och Göran Hult, Styrteknik PLC, Chalmers 2020
Veronica Olesen, Reglerteknik för dataingenjörer, Chalmers 2020

Kursens upplägg

Kursen består av två närliggande ämnen: styrteknik och reglerteknik, som undervisas efter varandra och examineras vid en gemensam tentamen.

Kursen består av 14 föreläsningar och 8 räkneövningar, som tillsammans ger nödvändiga kunskaper för tentamen.  För att ytterligare befästa och applicera kunskaperna innehåller kursen en obligatorisk laborationsdel, som rapporteras som ett separat moment. Laborationsdelen består av 5 inlämningsuppgifter och 2 laborationer med obligatorisk inlämning och närvaro. De tre första inlämningsuppgifterna måste vara inlämnade och godkända innan den första laborationen. De två sista inlämningsuppgifterna måste vara inlämnade och godkända innan den andra laborationen. Inlämningsuppgifter och laborationer genomförs i grupper om två personer, som bokas på kurshemsidan. Laborationerna avslutas med en obligatorisk labbrapport.  Som stöd vid lösning av inlämningsuppgifterna finns datorövning och konsultationstid vid sammanlagt 7 tillfällen. Dessa tillfällen är frivilliga.

Kursen ges hösten 2020 i blandat format. Föreläsningar, övningar och datorövningar ges på distans. Kursens två laborationer ges i labbsal.

Förändringar sedan förra kurstillfället

• Introduktionsfilmer till Codesys
• Labb 2 i reglerteknik är justerad
• Kursen hösten 2020 är anpassad för att ges mestadels på distans.
• Kursens tentamen är anpassad för att vid behov kunna ges på distans.

Lärandemål

• beskriva sekventiella förlopp med funktionsdiagram och tillståndsmaskiner.
• använda grundläggande pneumatiska komponenter för styrning i ett pneumatiskt system
• programmera förreglingar och sekvenser i ett industriellt styrsystem (PLC) i fyra standardspråk, ladder (LD), funktionsblock (FBD), funktionsdiagram (SFC) samt strukturerad text (ST).
• tillämpa viktiga funktioner för personsäkerhet och processäkerhet i industriell styrning.
• redogöra för uppbyggnaden av återkopplade system och problematiken i dynamiken kring dessa.
• redogöra för och korrekt använda begreppen stabilitet, snabbhet, dynamisk och statisk noggrannhet
• redogöra för PID-regulatorns funktion och uppbyggnad.
• programmera en PID-regulatorfunktion med utsignalsbegränsningar, anti windup och stötfri övergång.
• formulera tillståndsmodeller för enklare dynamiska kontinuerliga system.
• tillämpa några förekommande tumregelmetoder för PID regulatorinställning.
• implementera framkoppling och kaskadreglering

Examination

För slutbetyg krävs två godkända laborationer - en i styrteknik och en i reglerteknik, godkända inlämningsuppgifter och godkänd tentamen. Kursens omfång är på 7,5 hp, varav laborationsdelen ger 1,5 hp.

För godkänd laborationsdel krävs godkända inlämningsuppgifter samt godkända laborationsuppgifter. För ej godkända inlämningsuppgifter och laborationer ges möjlighet för retur och vid behov ny laborationstid. Den som är sjuk vid sitt bokade laborationstillfälle och anmäler detta innan start av bokat tillfälle, ges möjlighet att boka en ny laborationstid.

Ordinarie tentamen kommer sannolikt att ges på distans. Beroende på pandemins utveckling kan omtentamenstillfällena möjligen ges som skriftlig tentamen i sal.

Ordinarie tentamen ges under förmiddagen den 16 januari 2021 klockan 08:30-12:30. Samtliga tentamenstillfällen anslås i Studentportalen.

För tentamen på distans gäller:

Tentamen ges i fyra delar som ska genomföras i ordning och där varje steg måste vara godkänt för att gå vidare till nästa. De tre första delarna ges som quiz i Canvas och utan övervakning i Zoom. De  tre första delarna ska genomföras under tentamenstiden (4 timmar) men har inte någon individuell tidsgräns. Den fjärde delen genomförs vid bokad tid efter ordinarie tentamenstid. Samtliga delar måste genomföras på egen hand och utan hjälp av någon annan person. 

Del 1 av tentamen är en quiz av självrättande typ med slumpade frågor i ämnet styrteknik. Quizen kan ge maximalt 15 poäng. Minst 7 poäng krävs för att kunna gå vidare till  del 2.

Del 2 av tentamen är en quiz av självrättande typ med slumpade frågor i ämnet reglerteknik. Quizen kan ge maximalt 15 poäng. Minst 7 poäng krävs för att kunna gå vidare till  del 3.

Del 3 av tentamen är en quiz där fullständiga lösningar krävs. Del 3 består av slumpade frågor inom styrteknik och reglerteknik och poängen fördelas med maximalt 25 poäng styrteknik och maximalt 25 poäng reglerteknik.

Del 4 av tentamen är en muntlig examination som genomförs efter ordinarie tentamenstid. Den muntliga examinationen beräknas ta ca 20 minuter och kan bokas av alla som har lämnat in uppgifter i del 3 av tentamen. Under den muntliga examinationen ställs frågor på uppgifter som lämnats in under del 1-3 samt någon kontrollfråga av liknande karaktär.

För godkänd tentamen krävs godkänt i tentamens samtliga delar och betyget ges som en sammanvägning av betyget från uppgifterna i del 1-3 samt bedömning vid den muntliga genomgången i del 4.

Betygsgränser i del 1-3:
Betyg 3: 32-47 poäng
Betyg 4: 48-63 poäng
Betyg 5: 64-80 poäng.
För godkänt krävs också minst 10 p på styrteknikdelen (del 1 + styrteknikfrågor på del 3) samt minst 10 p på reglerteknikdelen (del 2 + reglerteknikfrågor på del 3).

Betygsgränser i del 4:
Betyg 3: Studenten ska kunna redogöra för utvalda lösta uppgifter i del 1-3 för att säkerställa att de är genomförda på egen hand. 
Betyg 4: Studenten ska på ett tydligt sätt redogöra för utvalda lösta uppgifter i del 1-3. Dessutom ska en kontrollfråga av liknande karaktär besvaras korrekt. 
Betyg 5: Studenten ska visa mycket god förståelse för utvalda lösta uppgifter i del 1-3. Dessutom ska en kontrollfråga av liknande karaktär besvaras bra.

Under hela tentamen (del1-4) är samtliga hjälpmedel tillåtna. Det är dock inte tillåtet att samarbeta eller ta hjälp av någon annan person.

För tentamen i sal gäller:

Tentamen ges i pappersform och i två delar som kan lösas i valfri ordning. För godkänd tentamen krävs minst 16 poäng på tentamen, varav minst 5 poäng på vardera del (styrteknik respektive reglerteknik).

För betyg tre krävs 16-23 poäng på tentamen (varav minst 5 poäng på vardera del).
För betyg fyra krävs 24-31 poäng på tentamen (varav minst 5 poäng på vardera del).
För betyg fem krävs 32-40 poäng på tentamen (varav minst 5 poäng på vardera del).

Tillåtna hjälpmedel vid tentamen i sal är:

• Chalmersgodkänd räknare
• Formelsamling bifogas tentamenstesen.

 

Länk till kursplanen i Studieportalen Studieplan