Prosessiautomaatiojärjestelmät (5 op)

Tavoitteet

Opintojakson suoritettuasi osaat
• esittää tuotantolaitoksen prosessiautomaatiojärjestelmän rakenteen ja komponentit
• kuvata prosessioperoinnin tärkeimmät tehtävät ja käyttää käyttöliittymiä
• analysoida automaation peruspiirejä PI-kaavion perusteella ja suunnitella järjestelmäriippumattomia toimintakuvauksia ja -kaavioita
• selostaa keskeisten kenttäväylien ja -protokollien käytön teollisuuden automaatioverkoissa
• kuvata tekoälyn hyödyntämistä prosessiautomaatiossa
• ohjelmoida ja ottaa käyttöön voimalaitosautomaation instrumentointi- ja moottoripiirejä.
• ohjelmoida ja ottaa käyttöön älykkäitä lähettimiä ja kenttäväyliä.

Sisältö

Mitä laitekomponentteja tarvitaan prosessiautomaatiojärjestelmään?
Miten tieto siirtyy vaikkapa kattilalaitoksen mittausanturilta voimalaitoksen etävalvomoon ja operaattorin komennosta ohjattavalle laitteelle?
Miten suunnitellaan mittaus-, ohjaus-, säätö, on-off-venttiili- ja on-off-moottoripiirit järjestelmäriippumattomasti prosessiautomaatiojärjestelmää varten? Miten liitetään älykkäät instrumentit ja moottorinohjausyksiköt teollisilla kenttäväylillä ja -protokollilla?
Miten väylästandardit, pilvipalvelut ja digitaalisaatiokehitys vaikuttavat teollisuuden sovelluksiin?
Miten ohjelmoidaan mittaus-, ohjaus-, säätö-, on-off-venttiili- ja on-off-moottoripiiri automaatiojärjestelmässä?
Miten liitetään käytännössä älykkäät kenttälaitteet automaatiojärjestelmään käyttäen kenttäväyliä?

Arviointi

Opiskelija osaa
a. käyttää johdonmukaisesti ammattikäsitteitä
b. etsiä tietoa alan keskeisistä tiedonlähteistä
c. hahmottaa tehtäväkokonaisuuksia
e. käyttää keskeisiä oman alan malleja, menetelmiä, ohjelmistoja ja tekniikoita

Opiskelumateriaali

- Learn
- Learning Environment for Papermaking and Automation, KnowPap, AEL ja Prowledge 2021.
- Learning Environment for Chemical Pulping and Automation, KnowPulp, AEL ja Prowledge 2021.
- https://www.valmet.com/
- https://www.siemens.com/global/en.html
- https://www.honeywell.com/en-us/industries/industrial-manufacturing
- https://new.abb.com/uk
- ValmetDNA manuals, Valmet Automation
- Martinsuo, M., Kärri, T., ed. Teollinen Internet uudistaa palveluliiketoimintaa ja kunnossapitoa, Kunnossapitoyhdistys Promaint ry. 2017, 238 s.
- Heimburger, et.al., Valvomo – Suunnittelun periaatteet ja käytännöt. Suomen Automaatioseura ry., 2010. 268 s.
- Automaatiosuunnittelun prosessimalli. Yhteiset käsitteet verkottuneen suunnittelun perustana. Suomen Automaatioseura ry., Helsinki, 2007. 43 s.
- Bolton, W. Instrumentation and control systems, Elsevier, UK, 2004, 339 p.
- Dorf, R. C., Bishop, R. H., Modern Control Systems, Prentice Hall, 2005, 881 p.
- Früh, K.F. Handbuch der Prozessautomatisierung, Prozessleittechnik für verfahrenstechnische Anlagen. München 2000, Oldenbourg Verlag. 636 s.

Opiskelumuodot ja -menetelmät

Työviikkopohjainen oppimisväylä:
1. Järjestelmälaitteistot
Hajautetut automaatiojärjestelmät (DCS)
- Verkkokomponentit, esimerkkeinä Valmet DNA, Honeywell Experion PKS, Siemens PCS7
- Ethernet TCP IP -pohjaiset järjestelmäväylät ja verkottuminen Internetiin
- Kenttäväylät ja verkottuminen Internetiin
Logiikkajärjestelmät (PLC) ja niiden komponentit, esimerkkinä Siemens Simatic S7 -sarja

2. Automaatiojärjestelmien käyttöliittymät ja laitosoperointi
Järjestelmien käyttöliittymät
- Visualisointi ja prosessilaitosten perusoperointi
- Visualisointigrafiikan ergonomia ja turvallisuuden varmistaminen
Optimointi ja tehokas laitoksen ajaminen

3. Automaatioprojektit
Automaation elinkaari
- Sovellusten lähtötiedot ja määrittely
- Sovellusten jaottelu osastoihin ja positioihin
- Graafinen lohko-ohjelmointi
Älykkäät ohjaus- ja säätösovellukset – Missä mennään?
- Kehittyneiden säätöalgoritmien käyttö ja tekoäly

4. Kenttäväylät instrumentoinnin ja sähkökäyttöjen liittämiseen
Kenttäväylästandardit
- HART, Profibus PA, Foundation Fieldbus H1, ja Profinet instrumentoinnin liittämiseen
- Profinet ja Profibus DP sähkökäyttöjen liittämiseen
- Wireless-kenttäväylät
Liitettävien laitteiden yhteensopivuus käytettäviin automaatiojärjestelmiin

5 Digitalisaation eteneminen automaatiossa
Internet of Things (IoT) ja pilvipalveluiden hyödyntäminen
- Etäoperointi
- Etäohjelmointi ja -testaus
- Järjestelmän etädiagnosointi ja tukipalvelut
- Instrumentoinnin etäkäynnissäpito
- Koneiden ja prosessilaitteiden etäkäynnissäpito

Opintoja nopeuttava oppimisväylä:
5 osatenttiä

Työhön integroitu oppimisväylä:
5 työpaikkaprojektia

TKI ja työelämäyhteistyö

Opintojakso voidaan suorittaa työelämän tai TKI:n projekteihin integroituna.

Tenttien ja tehtävien ajoittuminen

Opintojaksossa pidetään 5 osatenttiä. Osatentit opintojakson kuluessa.
Uusintatentit:
24.5.2023, 15-17, tila 139
8.9.2023, 16.45-18.45, tila 139.

Opiskelijan työmäärä

36 h luentoja
12 h osatenttejä
87 h omatoimista opiskelua sisältäen interaktiivisia harjoituksia, valmiiksi tallennettuja istuntoja ja kirjallisia materiaaleja

Lisätietoja opiskelijoille

Suositellaan ennakkotietoina opintojaksot:
- Ohjelmoitavat logiikat ja teollisuusväylät
- Mittaus-, ohjaus- ja säätötekniikan perusteet
tai vastaavat tiedot.
Täydentävä opinto:
- Automaation ohjelmointiprojekti

Arviointiasteikko

1-5

Arviointimenetelmät ja arvioinnin perusteet

5 osatenttiä, arviointiasteikko 0-5.