Laboratorium Systemów Sterowania Przemysłowego i Automatyki Budynków

Profil naukowo-badawczySkład osobowyWydawnictwa książkoweCertyfikaty LonMarkProjekty badawcze realizowane przez pracowników laboratoriumOferta technologicznaWspółpraca z przemysłemDydaktykaAutBudNet - Sieć certyfikowanych laboratoriów oceny efektywności energetycznej i automatyki budynkówOświetlenie uliczne

Profil naukowo-badawczy

W Laboratorium Systemów Sterowania Przemysłowego i Automatyki Budynków, w obszarze systemów sterowania przemysłowego, prowadzone są badania nad otwartymi, rozproszonymi systemami sterowania urządzeń, napędów oraz całych ciągów technologicznych obejmujące opracowywanie algorytmów sterowania tymi urządzeniami i obiektami, implementację tych algorytmów z wykorzystaniem systemów czasu rzeczywistego (np. QNX), środowisk SoftPLC (np. ISaGRAF), systemów SCADA oraz wdrożenia przemysłowe. Prowadzone są także badania dotyczące wymiany danych poprzez informatyczne sieci sterujące ze szczególnym uwzględnieniem zagadnień bezpieczeństwa i determinizmu czasu wymiany danych. Zespół posiada szereg udanych wdrożeń systemów automatyki w przemyśle hutniczym, cementowym, wapienniczym.

W obszarze automatyki budynków zespół prowadzi badania w zakresie integracji systemów automatyki budynków: oświetlenia, kontroli dostępu, HVAC, instalacji przeciwpożarowej itd. w celu zwiększenia wpływu systemów automatyki i bezpieczeństwa na efektywność energetyczną budynków. Prowadzone są także badania urządzeń automatyki budynkowej w różnych standardach. Zespół zajmuje się także opracowywaniem aplikacji funkcjonalnych dla modułów automatyki budynkowej, opracowywaniem i badaniem algorytmów integracji urządzeń automatyki budynkowej oraz wdrażaniem wyników badań i prac optymalizacyjnych w zakresie podstawowych i zaawansowanych funkcjonalności automatyki budynkowej. W zakresie systemów BMS prowadzone są prace w obszarach: monitoringu i diagnostyki systemu automatyki, analizy jego pracy (w tym również w kontekście zużycia energii elektrycznej) oraz algorytmów nadrzędnego sterowania systemem automatyki budynku ze szczególnym uwzględnieniem możliwości poprawy efektywności energetycznej urządzeń i budynków dzięki zastosowaniu systemów automatyki budynkowej i BMS. W zespole są także prowadzone badania nad sterowaniem oświetlenia przestrzeni publicznych, w tym oświetlenia ulicznego z wykorzystaniem technologii PLC wraz z optymalizacją zużycia energii elektrycznej w tych obszarach.

Wszyscy członkowie zespołu posiadają certyfikat LonMark Certified Proffesional, potwierdzający kompetencje w zakresie technologii LonWorks (PN-EN 14908). Brali udział we wdrożeniach wielu systemów automatyki w budynkach użyteczności publicznej (hotele, budynki biurowe, budynki naukowo-dydaktyczne AGH oraz UJ itp.). Przedstawiciel Laboratorium uczestniczy aktywnie w pracach Polskiego Komitetu Normalizacyjnego oraz Europejskiego Komitetu Normalizacyjnego w zakresie Systemów Automatyki i Sterowania Budynków oraz Zarządzania Budynkami, a także w zakresie technologii Smard Grid w zastosowaniach budynkowych.

Pracownicy Laboratorium Systemów Sterowania Przemysłowego i Automatyki Budynków prowadzą badania w unikalnym w skali kraju laboratorium pozwalającym na:

  1. badanie zgodności urządzeń i systemów automatyki budynkowej ze standardem LonMark (Laboratorium Zgodności)
  2. badanie urządzeń wykonawczych automatyki budynków (Laboratorium Urządzeń)
  3. badanie wpływu urządzeń i systemów zgodnych ze standardem LonMark na efektywność energetyczną budynków (Laboratorium Wpływu)

Laboratorium to posiada akredytację LonMark International do przeprowadzania egzaminów potwierdzających kompetencje w zakresie technologii LonWorks (Lonmark Certified Professional), a także akredytację do przeprowadzania testów zgodności urządzeń automatyki budynków z wytycznymi LonMark International. W Laboratorium są budowane stanowiska badawcze i dydaktyczne dla różnych standardów automatyki budynkowej. Przewiduje się opomiarowanie zużycia energii w nowych pomieszczeniach laboratoryjnych oraz indywidualnie każdego stanowiska laboratoryjnego, tak by możliwe było wdrożenie zdalnego, sieciowego systemu odczytu wskazań i parametrów z tych liczników. W ten sposób powstanie szkoleniowy system Smart Meteringu. Dzięki temu możliwe będzie zapoznanie się z ideą Smart Meteringu, obserwując jej działanie na przykładzie niewielkiej instalacji.

Skład osobowy

Marian Noga, prof. dr hab. inż., kierownik laboratorium
Grzegorz Hayduk, dr inż.
Marcin Jachimski, dr inż.
Paweł Kwasnowski, mgr inż.
Zbigniew Mikoś, dr inż.
Andrzej Ożadowicz, dr inż.
Grzegorz Wróbel, dr inż.
Jakub Grela, mgr inż.

Wydawnictwa książkowe


Certyfikaty LonMark

Wszyscy pracownicy laboratorium posiadają certyfikaty LonMark Certified Professional:


Projekty badawcze realizowane przez pracowników laboratorium

Granty w ramach 6 Programu Ramowego EU:

  • SAFETYLON – Development of an interoperable platform technology for safety related data transfer and secure communication in Local Operating Networks. Czas trwania: 2005 - 2008
  • SENSE – Smart Embedded Network of Sensing Entities Czas trwania: 2006 - 2009

Granty finansowane przez MNiSW, NCBiR:

  • System regulacji dla układu dozowania nadawy w ciągu technologicznym do hydratyzacji wapna. Czas trwania: 2006 - 2008
  • System bieżącego monitorowania pracy maszyn oraz precyzyjnego diagnozowania stanów awaryjnych. Czas trwania: 2006 - 2008
  • Sieć certyfikowanych laboratoriów oceny efektywności energetycznej i automatyki budynków. Czas trwania: 2008 - 20011
  • Metodyka badania funkcjonalności bezpieczeństwa systemów automatyki budynków. Czas trwania: 2009 - 2011
  • Zintegrowany system zmniejszenia eksploatacyjnej energochłonności budynków – zadanie nr 5: Zoptymalizowanie zużycia energii elektrycznej w budynkach – badania strategiczne NCBiR. Czas trwania: 2010 do 2013
  • Metodyka i narzędzia do oceny poprawy efektywności energetycznej budynków użyteczności publicznej w wyniku zastosowania urządzeń i systemów automatyki budynków zgodnych z normą PN-EN ISO/IEC 14908. Czas trwania: 2011 do 2014

Oferta technologiczna

  • badanie zgodności urządzeń i systemów automatyki budynkowej ze standardem LonMark (AutBudNet – Laboratorium Zgodności),
  • badanie urządzeń wykonawczych automatyki budynków (AutBudNet - Laboratorium Urządzeń),
  • badanie wpływu urządzeń i systemów zgodnych ze standardem LonMark na efektywność energetyczną budynków (AutBudNet - Laboratorium Wpływu),
  • ekspertyzy i doradztwo w zakresie projektowania systemów automatyki i sterowania budynków (Building Automation and Control Systems – BACS) oraz systemów technicznego zarządzania budynkiem (ang. Technical Building Management – TBM),
  • wykonawstwo projektów automatyki budynków oraz BMS w oparciu o standardy uznane krajowymi, europejskimi i międzynarodowymi normami (LonWorks® – PN-EN 14908, BACnet - PN-EN ISO 16484-5:2008, KNX - PN-EN 13321),
  • doradztwo i ekspertyzy w zakresie efektywności energetycznej automatyki budynków biurowych i użyteczności publicznej zgodnie z klasyfikacją normy PN-EN 15232:2012,
  • doradztwo w zakresie przemysłowych systemów sterowania i wizualizacji procesów technologicznych.

Współpraca z przemysłem

  • PNT Euro-Centrum w Katowicach - realizacja wspólnych projektów badawczo rozwojowych.
  • Współpraca technologiczna z firmą ZDANIA Sp. z o.o. - Spin-Off AGH.
  • Współpraca z firmą Schneider Electric - standard KNX.

Wybrane instalacje automatyki przemysłowej w ostatnich latach przy udziale pracowników laboratorium:

  • 1992 – System sterowania taśmy spiekalniczej nr 3 Spiekalnia Huta Koszyce (obecnie US Steel), Słowacja;
  • 1992 – System sterowania Wielkim Piecem nr 2 Huta Koszyce (obecnie US Steel), Słowacja;
  • 1992,1996 – System sterowania wieloosiowego wieżą do pomiarów parametrów radarów, Państwowy Instytut Telekomunikacji w Kobyłce;
  • 1994 – Modernizacja systemu sterowania Wielkim Piecem nr 1 Huta Koszyce (obecnie US Steel), Słowacja;
  • 1996 – System sterowania Wielkim Piecem nr 5 HTS Kraków (obecnie ArcelorMittal Poland S.A. Oddział w Krakowie);
  • 1996,1997 – System sterowania 14 pieców wapienniczych (dwie baterie) ZPW Trzuskawica; S.A.;
  • 1997 – System sterowania taśmą spiekalniczą DL-4 HTS, Kraków (obecnie ArcelorMittal Poland S.A. Oddział w Krakowie);
  • 1999 – System sterowania zasypem Wielkiego Pieca nr 3 HTS Kraków (obecnie ArcelorMittal Poland S.A. Oddział w Krakowie);
  • 2003 – Modernizacja systemu sterowania Wielkim Piecem nr 3 Huta Koszyce (obecnie US Steel), Słowacja;
  • 2004 – System sterowania linią Przeróbki Mechanicznej Kamienia ZPW Trzuskawica S.A.;
  • 2005 – System sterowania linią hydratyzacji wapna nr 1, ZPW Trzuskawica S.A;
  • 2008 – System sterowania linią Przeróbki Mechanicznej Kamienia Kowala, ZPW Trzuskawica S.A.;
  • 2009 – System sterowania linią hydratyzacji wapna nr 3, ZPW Trzuskawica S.A;
  • 2011 – Modernizacja systemu sterowania zasypem Wielkiego Pieca nr 5 ArcelorMittal;
  • 2012 – Modernizacja systemu opalania nagrzewnic Wielkiego Pieca nr 5 ArcelorMittal

Wybrane instalacje automatyki budynkowej zrealizowane w ostatnich latach przy udziale pracowników laboratorium:

  • 2003 – Realizacja systemu automatyki pomieszczeń, sygnalizacji włamania i BMS dla Instytutu Nauki o Środowisku UJ
  • 2004 – Realizacja systemu automatyki pomieszczeń, sygnalizacji włamania, kontroli dostępu i BMS dla Instytutu Geografii i Gospodarki Przestrzennej UJ
  • 2005 – Realizacja systemu automatyki w pomieszczeniach II i III piętra budynku B1 AGH w Krakowie oraz wykonanie oprogramowania BMS
  • 2005 – Realizacja systemu kontroli dostępu dla Centrum Wykładowego Politechniki Poznańskiej
  • 2008 – Realizacja instalacji BMS, integracji systemów automatyki i sygnalizacji pożaru, instalacji systemu automatyki pomieszczeń wraz z sygnalizacją włamania i napadu, instalacji monitoringu mediów i kontroli dostępu dla Wydziału Matematyki i Informatyki UJ
  • 2009 – Realizacja instalacji BMS, integracji systemów automatyki i sygnalizacji pożaru, instalacji systemu automatyki pomieszczeń wraz z sygnalizacją włamania i napadu, instalacji monitoringu mediów i kontroli dostępu dla Wydziału Zarządzania Komunikacji Społecznej UJ
  • 2011 – Realizacja systemu BMS, automatyki pomieszczeń, kontroli dostępu, sygnalizacji włamania i napadu oraz monitoringu mediów i instalacji technologicznych dla Instytutu Zoologii UJ
  • 2012 – (w trakcie realizacji) - Realizacja systemu BMS, automatyki pomieszczeń, kontroli dostępu, sygnalizacji włamania i napadu oraz monitoringu mediów i instalacji technologicznych dla Wydziału Fizyki, Astronomii i Informatyki Stosowanej UJ
  • Wrzesień 2012 – (w trakcie realizacji) – Projekt zamienny i realizacja systemu BMS, automatyki pomieszczeń, kontroli dostępu, sygnalizacji włamania i napadu oraz monitoringu mediówi instalacji technologicznych dla Małopolskiego Centrum Biotechnologii UJ

Dydaktyka

Przedmioty prowadzone na studiach stacjonarnych I stopnia:

Obowiązkowe

  1. Technika mikroprocesorowa – 3EB
  2. Systemy mikroprocesorowe – 3EB
  3. Podstawy sterowania logicznego – 3EC
  4. Technika mikroprocesorowa – 3EC
  5. Sterowniki przemysłowe – 3EC

Obieralne

  1. Język C++ w programach sterowania – 4E

Przedmioty prowadzone na studiach stacjonarnych II stopnia:

Obowiązkowe

  1. Automatyzacja procesów technologicznych – APIAB
  2. Programowalne systemy sterowania przemysłowego – APIAB
  3. Sieci informatyczne w automatyce budynków i przemyśle – APIAB
  4. Systemy inteligentnych budynków – APiAB
  5. Systemy mikrokomputerowe – APiAB
  6. Systemy operacyjne czasu rzeczywistego – APiAB

Obieralne

  1. Technologia LonWorks w rozproszonych systemach sterowania
  2. Programowanie sterowników zgodnie z normą IEC 1131-3
  3. Nowoczesne mikrokontrolery w zastosowaniach przemysłowych
  4. Systemy nadrzędne SCADA-HMI i przemysłowe bazy danych
  5. Systemy automatyzacji budynków
  6. Automatyka budynków – implementacja w sieciach inteligentnych

Zrealizowane prace inżynierskie:

2011/12

  1. Projekt stanowiska laboratoryjnego bazującego na systemie rozwojowym z mikrokontrolerem ARM AT91SAM7.
  2. Zastosowanie sterowników PLC w automatyce budynkowej.
  3. Rozproszony układ sterowania PLC – Ethernet.
  4. Rozproszony układ sterowania PLC – MPI.
  5. Analiza możliwości realizacji i stosowania inteligentnego systemu sterowania oświetleniem w oparciu o bezprzewodowy układ ez430-Chronos.
  6. Układ sterowania automatem transportowym z silnikiem krokowym przy użyciu mikrokontrolera ARM.
  7. Stanowisko laboratoryjne do nauki programowania interfejsów szeregowych mikrokontrolerów AVR ATMega.
  8. Mikroprocesorowy sterownik ogrzewania pomieszczenia z możliwością zadawania harmonogramów.
  9. Stanowisko laboratoryjne z modelem windy sterowanej za pomocą sterownika SIMATIC S7–200.

2012/13

  1. Laboratoryjny model umożliwiający demonstrację sterowania windą przy pomocy mikrokontrolera ARM7.
  2. Laboratoryjny model umożliwiający demonstrację sterowania windą przy pomocy mikrokontrolera AVR.
  3. Zintegrowana sieć sterująca dla budynku hotelowego.
  4. Modernizacja systemu sterowania pompowni.
  5. Sterownik PLC w napędzie technologicznym z programową realizacją funkcji obwodu sterowniczego.
  6. Sterownik PLC w napędzie technologicznym z typowym, przekaźnikowym obwodem sterowniczym.
  7. Mikroprocesorowy układ do monitorowania temperatury z czujnikami z interfejsem I2C.
  8. Mikroprocesorowy układ do monitorowania temperatury z czujnikami z interfejsem 1-Wire.
  9. Mikroprocesorowy sterownik oświetlenia synchronizowany sygnałem DCF.
  10. System BMS kontroli klimatu w hali produkcji farmaceutyków.
  11. Uniwersalny węzeł sieci automatyki standardu LonWorks – funkcjonalność i programowanie.
  12. Automatyka budynkowa domu jednorodzinnego w oparciu o przemysłowy sterownik PLC i układy mikroprocesorowe rodziny AVR.
  13. Moduł monitorujący stan pracy instalacji fotowoltaicznej na bazie mikrokontrolera rodziny AVR.
  14. Oprogramowanie układu sterowania manipulatorem o czterech stopniach swobody zrealizowanego przy użyciu mikrokontrolera ARM lub AVR.
  15. Bezprzewodowa komunikacja z termostatycznym układem sterowania ogrzewaniem w automatyce budynków.

Zrealizowane prace magisterskie:

2011/12

  1. Serwer automatyki LINX-100 w automatyce budynku.
  2. Opracowanie i analiza uniwersalnego układu monitorowania sygnałów (loggera) opartego na mikrokontrolerze ARM.
  3. Moduł bezpiecznych wejść / wyjść z komunikacją TCP/IP zrealizowany w oparciu o mikrokontroler z systemem czasu rzeczywistego FreeRTOS.
  4. Problematyka integracji systemów Smart Metering dla różnych mediów dystrybucyjnych z wykorzystaniem sieci kratowych WiFi oraz WiMAX/LTE.
  5. Możliwości oraz ograniczenia zastosowania technologii sieci kratowych WiFi oraz WiMAX/LTE w systemach zdalnego odczytu liczników energii elektrycznej – Smart Metering.
  6. Samoczynny system sterowania produkcją.
  7. Inteligentny, konfigurowalny moduł bezpiecznych wejść/wyjść zbudowany w oparciu o mikrokontroler z systemem czasu rzeczywistego FreeRTOS.
  8. Nadążny układ sterowania ruchomym statywem aparatu fotograficznego na bazie programowalnego mikrokontrolera.
  9. Opracowanie aplikacji i integracja uniwersalnych węzłów sieci LonWorks z interfejsami komunikacji typu FT i PL.
  10. System automatyki budynkowej bazujący na transmisji radiowej - analiza możliwości funkcjonalnych i technicznych.
  11. Zastosowanie profili funkcjonalnych w zintegrowanych systemach automatyki i bezpieczeństwa.

2012/13

  1. Opracowanie, implementacja i badanie bloków funkcjonalnych do obsługi wejść o podwyższonym poziomie bezpieczeństwa dla sterowników PLC.
  2. Opracowanie, analiza i badanie bloków funkcjonalnych różnych typów regulatorów dla sterowników PLC.
  3. Porównanie bezpiecznych, w rozumieniu normy PN-61508, systemów operacyjnych czasu rzeczywistego dla zastosowań przemysłowych.

AutBudNet - Sieć certyfikowanych laboratoriów oceny efektywności energetycznej i automatyki budynków

W ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka, w latach 2009–2011, uczestnicy Konsorcjum Naukowo-Przemysłowego Energooszczędnych Technologii Budynkowych Instalacji Elektrycznych (NPETBIE) realizowali projekt naukowo–badawczy zatytułowany „Sieć certyfikowanych laboratoriów oceny efektywności energetycznej i automatyki budynków”. W projekcie uczestniczyły trzy uczelnie: Akademia Górniczo–Hutnicza, Politechnika Poznańska i Politechnika Gdańska oraz dwie firmy: Schneider Electric Polska z Warszawy i ZDANiA Sp. z o.o. z Krakowa. W ramach projektu zrealizowano następujące przedsięwzięcia:

  • zbudowano trzy laboratoria badawcze przystosowane do oceny efektywności energetycznej urządzeń, podzespołów i systemów automatyki budynkowej,
  • uzyskano certyfikaty odpowiednich stowarzyszeń pozwalające na badanie zgodności urządzeń ze standardem LonMark i KNX,
  • opracowano programy badań dla poszczególnych laboratoriów,
  • opracowano programy szkoleń oraz studiów podyplomowych w zakresie wdrażania energooszczędnych technologii budynkowych instalacji elektrycznych.

W każdej uczelni biorącej udział w projekcie zbudowano laboratorium, którego działalność jest skupiona wokół innej technologii i zagadnień:

  • laboratorium w Akademii Górniczo–Hutniczej – badania zgodności i certyfikacja urządzeń dla standardu ISO/IEC 14908 (technologia LonWorks),
  • laboratorium w Politechnice Poznańskiej – badania zgodności i certyfikacja urządzeń dla standardu ISO/IEC 14543 (technologia KNX),
  • laboratorium w Politechnice Gdańskiej – badania w zakresie integracji i bezpieczeństwa systemów automatyki budynków w standardach KNX, LonWorks i BACnet.

W Akademii Górniczo–Hutniczej, w ramach projektu, zostały przeprowadzone prace adaptacyjne, w wyniku których powstały trzy laboratoria badawcze o łącznej powierzchni użytkowej 244 m2. Wszystkie pomieszczenia laboratoriów zostały wyposażone w instalacje pozwalające na sterowanie i monitorowanie systemu klimatyzacji i ogrzewania, instalacji przeciwpożarowej, instalacji gaśniczej, systemu kontroli dostępu, monitoringu wizyjnego, monitorowanie zużycia energii elektrycznej i cieplnej, monitorowanie instalacji solarnej do podgrzewania wody użytkowej, monitorowanie ogniw fotowoltaicznych. Możliwe jest także sterowanie oświetleniem, zamykanie/otwieranie okien i rolet okiennych.
Instalacje sterujące w laboratoriach zostały wykonane w technologii LonWorks. Dzięki temu możliwe jest wykorzystanie infrastruktury pomieszczeń laboratoriów jako rzeczywistego obiektu badań możliwości i wpływu technologii LonWorks na własności użytkowe i eksploatacyjne budynku.

W poszczególnych pomieszczeniach zostały zorganizowane następujące laboratoria:

  • laboratorium badania zgodności urządzeń i systemów ze standardem LonMark (w skrócie Laboratorium Zgodności),
  • laboratorium badania urządzeń wykonawczych automatyki budynków (w skrócie Laboratorium Urządzeń),
  • laboratorium badania wpływu urządzeń i systemów zgodnych ze standardem LonMark na efektywność energetyczną budynków (w skrócie Laboratorium Wpływu).

Laboratorium Zgodności umożliwia badanie urządzeń i systemów pod kątem zgodności ze standardem stowarzyszenia LonMark. Laboratorium to posiada akredytację stowarzyszenia LonMark International w zakresie certyfikacji produktów i urządzeń pod kątem zgodności z standardem ISO/IEC 14908 (technologia LonWorks) oraz prawo do nadawania certyfikatów testowanym urządzeniom.

Laboratorium Urządzeń zostało wyposażone pod kątem testowania i badania funkcjonalności wszelkich urządzeń związanych z automatyką budynków: sterowników, zadajników i urządzeń wykonawczych. Możliwe jest także badanie możliwości wzajemnej współpracy urządzeń (np. sterownika z urządzeniem wykonawczym) zarówno pod kątem zgodności interfejsu wejść/wyjść jak i oprogramowania sterującego.

Laboratorium Wpływu jest przeznaczone do prowadzenia badań nad wpływem poszczególnych urządzeń oraz całych instalacji automatyki budynków na efektywność energetyczną budynku, oszczędności energii elektrycznej i cieplnej, możliwości poprawy komfortu użytkowania itp.



Więcej informacji na temat laboratoriów można znależć na oficjalnej stronie projektu: http://www.keiaspe.agh.edu.pl/autbudnet

Oświetlenie uliczne

W zespole są prowadzone także prace związane ze sterowaniem oświetleniem ulicznym i przetsrzeni publicznej. Na terenie Akademii Górniczo-Hutniczej, na parkingu pomiędzy pawilonami A1 i A2 została zamontowana instalacja inteligentnego oświetlenia ulicznego (Smart Street Lightning). Do indywidualnego sterowania i monitorowania pracy każdej oprawą wykorzystana jest sieć sterująca w standardzie LON (PN-EN ISO/IEC 14908). Dzięki odpowiednim aplikacjom istnieje możliwość zdalnego dostępu do wszystkich funkcji instalacji poprzez sieć Internet zarówno z komputerów stacjonarnych jak i urządzeń mobilnych.

Jesteś tutaj: O KATEDRZE LABORATORIA SYSTEMÓW STEROWANIA PRZEMYSŁOWEGO I AUTOMATYKI BUDYNKÓW