Study Guide

Objective

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?

Content

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

• Literature and video materials in Learn
• Interactive exercises in Learn
• 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.

Yksilölliset oppimisväylät

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

RDI work is not included.

Tentit ja muut määräajat

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
o Johdantoluento 2 Automaation laitetekniikka
o Johdantoluento 3 Ohjaustekniikka
o Johdantoluento 4 Säätötekniikka
Jokaisen kuukauden lopussa on aikataulutettu verkkotentti.
o Aihepiiritentti 1 Mittaustekniikka ja datankeruu
o Aihepiiritentti 2 Automaation laitetekniikka
o Aihepiiritentti 3 Ohjaustekniikka
o Aihepiiritentti 4 Säätötekniikka

Opiskelijan työmäärä

The course covers 5 ECTS credits, totalling 135 hours of student work. The number of hours is theoretical and varies according to student effort.
- Scheduled live lectures and partial exams 12 h
- Self-study based on literature materials, interactive exercises and video materials in Learn 123 h.

Further information

This course is available for students:
-Open Studies 50 places
-CampusOnline 30 places
-Degree Students 10 places

Evaluation scale

1-5

Assessment methods and criteria

There are four partial exams with an automatic assessment in the Learn platform. The course grade is an average of four partial exam grades.