\chapter{Wstęp}

\section{Wprowadzenie}
Jednym z najczęściej wykonywanych pomiarów w automatyce przemysłowej są pomiary poziomu w szczególności cieczy i materiałów sypkich. Znajdują one zastosowanie w zakładach energetycznych, elektrociepłowniczych, chemicznych, spożywczych itp. Pomiaru poziomu można dokonywać na wiele różnych sposobów, wybrane z nich zostały praedstawione w rozdziale \ref{pomiar}. Regulacji dokonuje się za pomocą autonomicznych regulatorów lub też z wykożystaniem sterowników PLC.

\section{Cel pracy}
Celem pracy jest opracowanie układu mikroprocesorowego do pomiaru poziomu cieczy. Urządzenie będzie obsługiwać wejście analogowe w standardzie prądowym $4-20 mA$ oraz wyjście w standardzie częstotliwościowym $1000 - 5000 Hz$. Układ zrealizowany zostanie na mikrokontrolerze z przetwornikami analogowo-cyfrowymi. W pracy opisane zostaną róznież najpopularniesze sposoby pomiaru poziomu cieczy oraz najczęściej spotykane algorytmy regulacji jego poziomu. Opracowny zostanie również projekt graficzny i\- informatyczny stacji operatorskiej współpracującej ze sterownikiem S7-200 firmy Siemens, na którym zaimplementowane zostaną algorytmy regulacji 2-stawnej i 3-stawnej. Program stacji operatorskiej zostanie przygotowany w środowisku wizualizacyjnym Wonderware InTouch.

Ponadto w pracy zostaną opisane zagadnienia dotyczące sposobów identyfikacji obiektów oraz zasady doboru nastaw regulatorów ciągłych.

\section{Zakres pracy}
Zakres pracy obejmuje opis podstawowych metod pomiaru poziomu cieczy, takich jak ultradźwiękowa, elektroniczna, pojemnościowa, przewodnościowa, różnicy ciśnień, hydrostatyczna czy radiometryczna. Uwzględniono również przegląd najbardziej popularnych algorytmów sterowania poziomem jak np. algorytmy sterowania dyskretnego (dwustawne i trójstawne) oraz algorytmy regulacji ciągłej - PID. Dla tych ostatnich podano metody wyznaczania parametrów obiektu (identyfikacja) oraz zasady doboru nastaw regulatorów ciągłych. W dalszej częsci pracy przedstawiono opis budowy mikrokontrolerów ATmega, gdzie uwzględniono takie elementy architektury jak porty wejścia/wyjścia, przerwania, układy licznikowe oraz sposoby programowania (flashowania). Praca zawiera również szczegółowy opis programowania (kodowania) mikrokontrolerów AVR ATmega szczegółowo opisujący takie aspekty jak instalacja niezbędnego oprogramowania, tworzenie i konfiguracja projektu w środowisku AVRStudio, kodowanie, kompilacja oraz symulacja napisanego programu. Kolejna część pracy opisuje budowę wykonanego przetwornika pomiarowego a w szczególności jego architekturę, budowę obwodów zasilania, wejściowcyh i wyjściowych. Następnie przedstawiony jest sposób realizacji układu, gdzie zawarte są schematy elektyczne i wzory płytek obwodów drukowanych. Podane są również wyznaczone laboratoryjnie charakterystyki przetwarzania wejścia i wyjścia układu. Zamieszczono również rozległy opis implementacji algorytmów kontroli w sterowniku PLC a konkretnie Siemens S7-200, uwzględnia on także instalację oprogramowania i podstawową konfigurację sprzętową. W tej części opisane zostały implementacje algorytmów sterowania dwu- i trójstawnego ze szczegółowym opisem konfiguracji szybkich liczników. Na końcu przedstawiony został projekt stacji operatorskiej wykonanej w środowisku Wonderware InTouch 9.5 uwględniający zarówno instalację oprogramowania wizualizacji, jak i serwera wymiany danych ze sterownikiem (TopServer). Znajduje się tam również szczegółowy opis tworzenia podstawowych elementów wizualizacji - jak wskaźniki czy suwaki, łącznie z przypisaniem ich do zmiennych zewnętrznych (sterownika).


Do niniejszej pracy załączona zostanie płyta CD z wersją elektroniczną pracy, omawianym oprogramowaniem oraz wykonanymi aplikacjami (wizualizacją, programem steronika, programem mikrokontrolera.