Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Integrated Control Systems
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
EAiR-1-725-s
Wydział:
Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Automatyka i Robotyka
Semestr:
7
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Angielski
Forma studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
dr inż. Kołek Krzysztof (kko@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

The module addresses topics related to practical aspects of the modern control systems. It covers SCADA systems, programming in VBA, device driver standards, OPC DA, OPC UA, databases including time-series databases, real-time systems (tiny like FreeRTOS and more complex like QNX), security issues, certification, IIoT communication, Industry 4.0. The examples of practical realization of control systems are presented.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 The student understands the operating principle, features and the role of the Supervisory Control and Data Acquisition packages. AiR1A_W02, AiR1A_W07 Kolokwium
M_W002 The student understands the role of communication protocols and device drivers in the control systems. AiR1A_W06, AiR1A_W02 Kolokwium
M_W003 The student understands the principles of the OPC DA/A&E/HDA and OPC UA protocols. AiR1A_W06, AiR1A_W02 Kolokwium
M_W004 The student understands the principles of relational and time-series databases and understands the commands of SQL AiR1A_W06, AiR1A_W02
M_W005 The student understands the role of the security issues in the control systems. AiR1A_W06, AiR1A_W02 Kolokwium
M_W006 The student understands the operating principle and features of the real-time systems. The student is familiar with basic programming techniques applied in multitasking real-time systems. AiR1A_W06, AiR1A_W02 Kolokwium
Umiejętności: potrafi
M_U001 The student is able to design the architecture of a control system including hardware and software components AiR1A_U01, AiR1A_U02, AiR1A_U05 Kolokwium
M_U002 The student is able to select communication protocols and drives which allow cooperation of hardware and software items of a control system. AiR1A_U01, AiR1A_U09, AiR1A_U06, AiR1A_U07, AiR1A_U05
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
28 28 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
M_W001 The student understands the operating principle, features and the role of the Supervisory Control and Data Acquisition packages. + - - - - - - - - - -
M_W002 The student understands the role of communication protocols and device drivers in the control systems. + - - - - - - - - - -
M_W003 The student understands the principles of the OPC DA/A&E/HDA and OPC UA protocols. + - - - - - - - - - -
M_W004 The student understands the principles of relational and time-series databases and understands the commands of SQL + - - - - - - - - - -
M_W005 The student understands the role of the security issues in the control systems. + - - - - - - - - - -
M_W006 The student understands the operating principle and features of the real-time systems. The student is familiar with basic programming techniques applied in multitasking real-time systems. + - - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 The student is able to design the architecture of a control system including hardware and software components + - - - - - - - - - -
M_U002 The student is able to select communication protocols and drives which allow cooperation of hardware and software items of a control system. + - - - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 75 godz
Punkty ECTS za moduł 3 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 28 godz
Przygotowanie do zajęć 30 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 5 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Dodatkowe godziny kontaktowe 5 godz
Inne 5 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (28h):
  1. SCADA systems

    Basic features of the Supervisoty Control and data Acquisition packages. Item databases. relation of the SCADA screens and I/O signals. Alarms and events. Real-time data and historical data acquisition. Basic VBA programming. Basic protocols including OPC DA.

  2. Visual Basic for Applications

    VBA programming – language syntax and object model. VBA in Excel and SCADA packages.

  3. Drivers

    Protocols and drivers applied to interface to I/O devices: TCP/IP, MQTT, OPC DA, UPC UA. Static and dynamic linking of the drivers. I/O addressing in modern processors.

  4. OPC DA, A&E and HDA

    Details and examples of the servers and clients compatible with the OPC DA, A&E and HDA protocols. Programming of the OPC servers and clients.

  5. OPC Unified Architecture

    Details and examples of the servers and clients compatible with the OPC UA protocol. Object model. Examples of programming of the OPC servers and clients.

  6. Real-time systems

    General description of the features of the real-time systems, including the real-time operating systems. MS Windows and Linux as an RTOS.

  7. Real-time systems – examples

    Examples of two RTOS: tiny RTOS (e.g. FreeRTOS) and big commercial RTOS (e.g. QNX). Basic features and basic programming techniques.

  8. Security in control systems

    The role of the security issues in the control systems. Encryption and decryption algorithms. Documents and programs signing. Commercial and self-generated signatures. Certificate trust model. SSL and TSL. Blockchains. VPN.

  9. SQL and time-series databases

    Relational and time-series databases. Basic commands in SQL.

  10. Industrial communication networks

    Networks applied for real-time communication: TCP/IP, Modbus TCP, CAN, EtherCat, Profinet, EtherNetIP. Mesh WiFi networks (ZWave)

  11. Industry 4.0

    The principles of the Industry 4.0 approach. Four industrial revolutions and current trends in the development of automatic production systems.

  12. Control system for the AGH central heating system

    Description of the AGH central heating system. The hardware and software elements of the control systems. Network configuration. Direct control layer. Example time diagrams of the system operation.

  13. Visit in the main room of the hat exchanger of the the AGH central heating system

    Presentation of the measurement units and actuators applied in the system. presentation of the PLC controllers and the communication network.

  14. Presentation of the embedded controller for the Active Power Filter

    Operating principle of the APF and DVR. An embedded controller as an example of SoC system. FreeRTOS and Linux cooperation in AMP architecture. Automatic code generation applied for power electronics devices. Example cases of the APF and DVR operation.

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

The final grade is determined by the final test.

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
Sposób obliczania oceny końcowej:

The final grade is determined by the final test.

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Individually by the student after defining the scope with the teacher

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Nie podano wymagań wstępnych lub dodatkowych.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. OPC Overview, www.opcfoundation.org .
2. OPC Common Definitions and Interfaces, www.opcfoundation.org .
3. Data Access Automation Interface Standard, www.opcfoundation.org .
4. Data Access Custom Interface Standard, www.opcfoundation.org .
5. OPC Security White Paper #1 . Understanding OPC and How it is Deployed, Digital Bond, British Columbia Institute of Technology, Byres Research
6. Marcin Karbowski : Podstawy kryptografii. Wydanie III, Helion, 2014, ISBN 9788324669752.
7. Wolfgang Mahnke, Stefan-Helmut Leitner, Matthias Damm: OPC Unified Architecture, Springer,  2009th Edition.
8. The FreeRTOS™ Reference Manual: https://www.freertos.org/Documentation/FreeRTOS_Reference_Manual_V10.0.0.pdf
9. Stephens R.K., Plew R.R., Morgan B., Perkins J.: SQL w 3 tygodnie, Oficyna Wydawnicza LP&P, Warszawa, 1999.
10. Walkenbach J.: Programowanie Excel 2000 Visual Basic, Oficyna Wydawnicza READ ME, Łódź, 2000.

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1. Heterogeneous Active Power Filter controller / Andrzej FIRLIT, Krzysztof KOŁEK, Krzysztof PIĄTEK // W: Proceedings of Elmar-2017 : 59th international symposium : 18–20 September 2017, Zadar, Croatia.
2. Rapid controller development for a Dynamic Voltage Restorer / Andrzej FIRLIT, Krzysztof KOŁEK, Krzysztof PIĄTEK // W: Proceedings of Elmar-2017 : 59th international symposium : 18–20 September 2017, Zadar, Croatia.
3. Monitoring and control of heat distribution / Wojciech GREGA, Krzysztof KOŁEK // W: ICCC’2002 : proceedings of 3\textsuperscript{rd} International Carpathian Control Conference : ASR’2002 “Instruments & control” (ASR’2002).
4. Optymalne sterowanie węzłem cieplnym — Optimal control of a heating station / Wojciech GREGA, Krzysztof KOŁEK, Piotr BANIA // W: XIV krajowa konferencja automatyki : Zielona Góra 24–27 czerwca 2002.

Informacje dodatkowe:

Brak