Opinto-opas

Tavoitteet

Mittaus-, ohjaus ja säätötekniikka tutuksi -opintojakso tukee osaltaan vihreää siirtymää lisäämällä automaatio-osaamista yrityksissä. Automaation avulla tuotantoa voidaan tehostaa ja tehdä turvallisemmaksi. Koulutuksen tavoitteena on vahvistaa yrityksissä jo olevien resurssien tehokasta käyttöä sekä lisätä henkilökohtaista osaamista.
Opintojakson suoritettuasi hyväksytysti sinä osaat:
• tunnistaa teollisen prosessin ja siihen liittyvän automaation PI-kaavion perusteella
• kuvata koneautomaation ja prosessiteollisuuden yleiset mittalaitteet ja toimiyksiköt sekä niiden toimintaperiaatteet
• kuvata, miten kenttälaitteet kytketään ohjausjärjestelmiin
• selittää keskeisten mittaus- ja ohjaus- ja säätötoimintojen roolin ja ajotahot (moodit) erilaisten ohjattavien koneiden ja prosessien hallinnassa
• toteuttaa takaisinkytketyn säädön
• analysoida prosessidynamiikan ja PID-säätimen virityksen yhteyden.
Mistä erotetaan erilaiset prosessi- ja automaatiolaitteet virtauskaavioissa ja PI-kaavioissa?
Mistä tunnistaa mittaus-, säätö-, venttiili- ja moottoripiirit ja niiden toiminnan PI-kaavioiden pohjalta?
Millaisia ohjausjärjestelmiä käytetään?
Miten kaapeloidaan anturi, lähetin ja sähkömoottori ohjausjärjestelmään?
Miten voidaan ohjata pumppua tai venttiiliä automaattisesti vesilaitoksella?
Miten voidaan estää polttoainesäiliön ylitäyttö satamassa?
Miten voidaan estää kuljetinmoottorin vahinkokäynnistyminen kunnossapitotyön yhteydessä?
Miten voidaan stabiloida säiliön pintaa, lämpötilaa, putkistovirtaamaa tai höyryn painetta voimalaitoksella automaattisesti?
Miten varmistetaan, että kartonkikoneelta tulee oikeanpaksuista pakkauskartonkia asiakkaalle?
Miten varmistetaan, että pakkausrobotti laittaa oikean määrän komponentteja pakkaukseen?
Miten koneita tai prosesseja voidaan ajaa etäohjatusti pilvipalveluiden avulla?

Sisältö

Sisältö
Opintojakso koostuu seuraavista neljästä aihepiiristä:

1 Mittaustekniikka ja datankeruu koneautomaatiossa ja prosessiautomaatiossa
• Binääriset mittaukset, esim. raja-arvon tai kohteen tunnistus jne.
• Analogiset mittaukset, esim. lämpötila, paine jne.
• Binääriset ja analogiset standardiviestialueet sekä digitaalinen viestiliikenne
• Binäärinen koodaus, A/D- ja D/A-muunnokset
• Konenäkö
• Pilvipalveluiden hyödyntäminen ja Internet of Things (IoT)

2 Koneautomaation ja prosessiautomaation laitetekniikka
• Binääriset anturit sekä analogiset anturit ja lähettimet
• Toimiyksiköt, esim. kelat, releet, magneettiventtiilit, moottorit, robottiohjaimet
• Ohjausjärjestelmät, esim. sulautetut järjestelmät, logiikkajärjestelmät, robotit, prosessiautomaatiojärjestelmät
• Anturien, lähettimien ja toimiyksiköiden liittäminen ohjausjärjestelmiin sähköisillä standardiviesteillä ja IO-yksiköillä sekä digitaalisella tiedonsiirrolla käyttäen kenttäväyliä

3 Ohjaustekniikka
• Ajotahot eli moodit: käsiohjaus ja automaattiohjaus
• Pakko-ohjaaminen eli lukitusohjaaminen
• Ohjaustoimintojen esittäminen PI-kaavioissa
o Pääpiiripositiointi: mittaus, ohjaus, säätö, on-off-venttiili, on-off-moottori
o Konepaikkapositiointi: yrityskohtainen tai KKS (energia-alalla)
• Ohjaustoimintojen esittäminen toimintakaavioina ja ohjaus- ja lukituskaavioina (logiikkakaavioina)
• Ohjaustoimintojen esittämien sanallisina toimintakuvauksina
• Ohjelmoitava logiikkajärjestelmä (PLC) ohjausjärjestelmänä

4 Säätötekniikka
• Takaisinkytketyn säädön toimintaperiaate
• Takaisinkytketty logiikkaohjaaminen sekä jatkuva-aikaiset PID-säätöalgoritmit
• Takaisinkytketyn PID-säädön virityksen ja ohjattavan prosessin dynamiikan yhteys
• Suljettujen säätöpiirien simulointi
• Hajautettu automaatiojärjestelmä (DCS) ohjausjärjestelmänä

Opiskelumateriaali

• Oppimisalustan kirjallinen materiaali ja videomateriaali
• Oppimisalustan interaktiiviset tehtävät
• Harju, T., Marttinen, A., Säätötekniikan koulutusmateriaali, 2012 https://www.automaatioseura.fi/julkaisut-kirjakauppa/kirjakauppa/
• Learning Environment for Papermaking and Automation, KnowPap, AEL and Prowledge, 2015, Finland.
• Learning Environment for Chemical Pulping and Automation, KnowPulp, AEL and Prowledge, 2015, Finland.
• Bolton, W. Instrumentation and control systems, Elsevier, UK, 2004, 339 p.

Opiskelumuodot ja -menetelmät

TYÖVIIKKOPOHJAINEN OPPIMISVÄYLÄ
Opintojakson suoritettuasi hyväksytysti sinä osaat:
• tunnistaa teollisen prosessin ja siihen liittyvän automaation PI-kaavion perusteella
• kuvata koneautomaation ja prosessiteollisuuden yleiset mittalaitteet ja toimiyksiköt sekä niiden toimintaperiaatteet
• kuvata, miten kenttälaitteet kytketään ohjausjärjestelmiin
• selittää keskeisten mittaus- ja ohjaus- ja säätötoimintojen roolin ja ajotahot (moodit) erilaisten ohjattavien prosessien hallinnassa
• toteuttaa takaisinkytketyn säädön
• analysoida prosessidynamiikan ja PID-säätimen virityksen yhteyden.
Mistä erotetaan erilaiset prosessi- ja automaatiolaitteet virtauskaavioissa ja PI-kaavioissa?
Mistä tunnistaa mittaus-, säätö-, venttiili- ja moottoripiirit ja niiden toiminnan PI-kaavioiden pohjalta?
Miten kytketään anturi, lähetin ja sähkömoottori ohjausjärjestelmään?
Miten voidaan ohjata esimerkiksi relettä tai venttiiliä automaattisesti?
Miten voidaan säätää esimerkiksi säiliön pintaa, lämpötilaa, putkistovirtaamaa tai höyryn painetta automaattisesti?
Miten PID-säädin laskee ohjauksen toimilaitteelle takaisinkytketyssä säädössä ja miten säätimen viritysparametrit määritetään?

• Opintojaksolla edetään itsenäisesti omaan tahtiin oppimisalustan kirjallisten materiaalien ja videomateriaalien avulla. Jokaisessa aihepiirissä on interaktiivisia oppimistehtäviä, joissa on automaattinen arviointi. Kysymykset ja keskustelut osoitetaan oppimisalustan keskustelufoorumille. Luennoitsija tukee oppimisprosessia live-johdantoluennoilla ja keskustelufoorumin kautta.
• Jokainen aihepiiri alkaa aikataulutetulla, kaksituntisella live-verkkoluennolla, joka tallennetaan.
• Jokaisen kuukauden lopussa on aikataulutettu verkkotentti.

OPINTOJA NOPEUTTAVA OPINTOVÄYLÄ
Osatentit ja omaan työhön integroitu, sovittu projekti.

TYÖHÖN INTEGROITU OPPIMISVÄYLÄ
Osatentit ja sovitut harjoitusprojektit.

TKI ja työelämäyhteistyö

Opintojaksoon ei liity TKI-työtä.

Tenttien ja tehtävien ajoittuminen

TOTEUTUSTAPA
Opintojaksolla edetään itsenäisesti omaan tahtiin oppimisalustan kirjallisten materiaalien ja videomateriaalien avulla. Jokaisessa aihepiirissä on interaktiivisia oppimistehtäviä, joissa on automaattinen arviointi. Kysymykset ja keskustelut osoitetaan oppimisalustan keskustelufoorumille. Luennoitsija tukee oppimisprosessia live-johdantoluennoilla ja keskustelufoorumin kautta.
Jokainen aihepiiri alkaa aikataulutetulla, kaksituntisella live-verkkoluennolla, joka tallennetaan.
o Johdantoluento 1 Mittaustekniikka ja datankeruu 13.1.2022, klo 17-19
o Johdantoluento 2 Automaation laitetekniikka 3.2.2022, klo 17-19
o Johdantoluento 3 Ohjaustekniikka 10.3.2022, klo 17-19
o Johdantoluento 4 Säätötekniikka 7.4.2022, klo 17-19
Jokaisen kuukauden lopussa on aikataulutettu verkkotentti.
o Aihepiiritentti 1 Mittaustekniikka ja datankeruu 27.1.2022, klo 17-18
o Aihepiiritentti 2 Automaation laitetekniikka 24.2.2022, klo 17-18
o Aihepiiritentti 3 Ohjaustekniikka 31.3.2022, klo 17-18
o Aihepiiritentti 4 Säätötekniikka 28.4.2022, klo 17-18

Opiskelijan työmäärä

- Aikataulutettuja live-luentoja ja osatenttejä 12 h
- Omatoimista opiskelua kirjallisten materiaalien, interaktiivisten tehtävien ja videomateriaalien perusteella Learnissa 123 h

Lisätietoja opiskelijoille

Opintojakso on tarjolla:
Tutkinto-opiskelijoille 5 paikkaa
Avoimen AMKin opiskeljoille

Arviointiasteikko

1-5

Arviointimenetelmät ja arvioinnin perusteet

Opintojaksossa on verkossa neljä aikataulutettua aihepiiritenttiä, joissa on automaattinen arviointi. Opintojaksoarvosana muodostuu aihepiiritenttien keskiarvona.
0 hylätty, 1 tyydyttävä, 2 erittäin tyydyttävä, 3 hyvä, 4 erittäin hyvä, 5 kiitettävä