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?

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.