2. Úvod. 3. Obecný cíl vzdělávání

Transkript

1

2 1. Obsah 1. Obsah Úvod Obecný cíl vzdělávání Rozvíjené kompetence Hlavní myšlenka Časová dotace Klíčové zásady realizace Požadavky na realizaci Cílová skupina Postup práce: Zadání žákům: Harmonogram činnosti Závěr Přílohy

3 2. Úvod Vzdělávací metodika má pomoci pedagogům při vzdělávání dvou rozdílných skupin žáků, kteří spolu při analýzách a řešení zadaného úkolu řeší problém pomocí elektronických prostředků (elektronická pošta, telemost atd. Metodika má pomoci učitelům středních škol při výuce automatizace aplikovat nové vyučovací metody a žákům umožnit vzdělávání s použitím nejmodernějších technologií. 3. Obecný cíl vzdělávání Správná technická kooperace dvou a více zcela rozdílných pracovních týmů, které mají řešit společný problém v rozdělených jednotlivých úkolech je základním předpokladem k úspěchu společnosti jako celku. Cíl tohoto projektu se snaží uvést žáky do této problematiky na nejnižší úrovni. 4. Rozvíjené kompetence Vzdělávání směřuje k tomu, aby žáci dovedli komunikovat ve zcela rozdílných oborech (automatizace a chemie) při řešení společného úkolu pomocí moderních komunikačních prostředků a efektivně dokázali projektovat jednoduché systémy např. řízený pískový filtr. 5. Hlavní myšlenka Smyslem programu je vytvořit dva studijně jinak zaměřené týmy (nebo několik týmů, které by spolupracovaly. První část týmu by byli žáci oboru Mechanik elektronik 4.ročník (modří) a druhá část studenti z Aplikované chemie (červení). Oba týmy by měly společný celkový úkol na kterém by po dobu 2 měsíců pracovaly a jejich vzájemná komunikace by probíhala pouze elektronicky y nebo telemostem mezi přízemím (laboratoř automatizace) a prvním patrem (učebna chemie) při koordinačních schůzkách týmů. Úkolem týmů jako celku je uvést do provozu technické zařízení pískový filtr a připravit základní technické výpočty. 3

4 Tým 1 Studium technologie, výpočty Tým 2 Elektronická komunikace Tým 3,4.. Realizace řízení a vizualizace procesu Sestavit vývojový diagram Vytvořit program pro řízení PLC Vytvořit vizualizaci Vysvětlit projekt Hodnotit týmy 1-4 Vytvořit dokumentaci Učitel 4

5 Studenti z Aplikované chemie 4.ročník mají za úkol nastudovat celou technologii, její funkci a možné stavy a provádět základní technické výpočty (objem filtru, povrch filtru, váha filtru atd.) Princip funkce musí sdělit a zadat mechanikům, kteří vytvoří vývojový diagram, program pro řízení a vizualizaci technologického procesu. Veškerá dokumentace projektu a uvedení virtuálního filtru do provozu bude výstup z projektu. 6. Časová dotace Celková hodinová dotace: 16 vyučovacích hodin mechanici (modří) 6 vyučovacích hodin chemici (červení) Frekvence (tj. počet hodin v týdnu) 2 Doba trvání vzdělávacího modulu 2 měsíce 7. Klíčové zásady realizace 1. Složení jednotlivých skupin žáků 2 žáci oboru mechanik + 2 žáci chemie, počet těchto skupin 4, celkem tedy 16 žáků. 2. Dán důraz na konkrétnost a opravdovost zadaného projektu a její realizace 3. Pozitivní motivace (motivace žáků zapojením do projektu s konkrétním výstupem, podpora samostatné projekční činnosti) 8. Požadavky na realizaci 1. Učebna automatizace s možností připojení na internet 2. Dataprojektor a plátno v učebně automatizace 3. Technologie pro přenos obrazu a zvuku 4. Příprava učitele studium a příprava vývojových diagramů a objektově orientovaných technologií 9. Cílová skupina Studenti čtvrtých ročníků oboru mechanik elektronik a aplikované chemie. 5

6 10. Postup práce: 1. Vytvoření pracovních skupin, seznámení s tématem 2. Rozdělení úkolů mezi tým mechaniků a chemiků 3. Sledování paralelního procesu realizace 4. Realizace řízení a dokumentace projektu 5. Vyhodnocení nejlepší kooperativní skupiny 11. Zadání žákům: Řízení pískového filtru Při filtrování vody pomocí pískových filtrů přichází surová voda přes solenoidový ventil S1 nad hladinu písku, prochází pískem a zbavuje se mech. nečistot. Potom prochází přes S7 a čerpadlem je čerpána do zásobníku, kde je udržována hladina procent. Jestliže dojde k zanesení pískového filtru, poklesne tlaková diference a diferenční manometr předá tuto informaci PLC. V tomto okamžiku nastává proces automatického čištění pískového filtru, které se skládá z těchto bodů: 1- vypnutí solenoidového ventilu S1 a S6 a čerpadla, tedy uzavření přívodu surové vody a obvodu filtrované vody do zásobníku. 2- nastává fáze 1. praní, kdy jsou otevřeny S2 a S5, tedy přívod a odvod prací vody. 3- nastává fáze provzdušnění, kdy S2 a S5 se zavřou a otevřou se S3 a S4, tedy přívod a odvod vzduchu. 4-fáze 2. praní, kdy S3 a S4 se uzavřou a opět se otevřou S2 a S5. 5- fáze zafiltrování- S2 a S5 se uzavřou a otevřou se S1 a S7. Jestliže v této době netrvá signál z diferenčního manometru, činnost filtru se vrátí do normálního režimu. Jestliže je tomu naopak celý cyklus 1. praní, provzdušnění, 2. praní a zafiltrování se opakuje. Úkolem týmu chemiků (červení) je nastudovat tuto technologii a provedou výpočty hmotnosti pískového filtru, povrchu pískového filtru a zatížení podlahy vodárny filtrem na ploše na které bude filtr instalován. Veškerý princip činnosti POUZE elektronicky komunikují s mechaniky (týmy modrých), kteří mají za úkol sestavit vývojový diagram aktivit, vytvořit program pro řízení s PLC, realizovat vizualizaci technologického procesu, zdokumentovat celý projekt v pracovním sešitě. 6

7 12. Harmonogram činnosti Hodinová dotace: 16 vyučovacích hodin pro mechaniky (modří), 6 hodin pro chemiky (červení) Frekvence: 2 hodiny týdně Celkem 2 měsíce 7

8 Č. Název aktivity Červení - chemici 1.blok Technické výpočty 2.blok Studium technologie 3.blok Kooperace, komunikace se spolupracujícím týmem Počet hodin Předmět Pomůcky 1 Chem.technologie Internet, kalkulátor 3 Chem.technologie Internet,PC 2 Chem.technologie,IKT, chemická informatika Dataprojektor, PC, Internet, kamera, mikrofon Č. Název aktivity Modří - mechanici 1.blok Kooperace, komunikace se spolupracujícím týmem Sestavení vývojového diagramu činností 2.blok Vytvoření programu pro PLC 3.blok Vytvoření vizualizace 4.blok Tvorba kompletní dokumentace 5.blok Zodpovězení kontrolních otázek Počet Předmět hodin 2 Automatizované systémy řízení, Konstrukční úlohy 6 Automatizované systémy řízení, Konstrukční úlohy 5 Automatizované systémy řízení, Konstrukční úlohy 2 Automatizované systémy řízení, Konstrukční úlohy 1 Automatizované systémy řízení, Konstrukční úlohy Pomůcky Dataprojektor, PC, Internet, kamera, mikrofon PC, PLC PC,PLC, MMI PC Pracovní sešit 8

9 13. Závěr Cílem celého projektu je naučit žáky komunikovat a kooperovat v rozdílných oborech lidské činnosti a učení se týmové práce s využíváním nejmodernějších komunikačních technologií. Dalším neméně podstatným cílem je naučení se zdokumentování svého projektu, používání správných norem při dokumentaci, zvládnout minimální základy objektově orientovaných technologií. 14. Přílohy Pracovní sešit pro žáky 9

10 Cíl činnosti Činnost žáků Rozvíjené pojmy Pomůcky Metody Hodnocení Časová dotace Seznámení s projektem Rozdělení do skupin Přidělení rolí ve skupině Vytvoření plánu činnosti Definování rolí: vedoucí týmu, člen týmu, technolog, programátor PLC a vizualizačních prostředků PC, Internet, dataprojektor Vysvětlení, dialog Slovní učitelem vysvětlení 1 hodina Studium technologie chemici (červení) Pochopení principu technologie, komunikace s mechaniky (modrými) Přenos informací na modré Komunikační schopnost technické funkce dovednosti, vysvětlení Internet, PC Pracovní sešit, komunikační IT nástroje Týmová práce, Slovní zhodnocení a průběžná kontrola vyučujícím 4hodiny Práce na projektu, vlastní realizace mechaniky (modří) Vytvoření vývojových diagramů Realizace řízení PLC Realizace vizualizace Zdokumentování celého procesu Cílový výstup Vzájemné předvedení projektů Slovní prezentace Komunikační programování programování procesů dovednosti, PLC, vizualizace PC, pracovní sešit Internet PLC, řídící systém, dataprojektor, komunikační IT nástroje PC, dataprojektor Týmová práce, konkurenční prostředí v modrých týmech Sebehodnocení v modrých týmech, průběžná kontrola vyučujícím Týmová práce Vzájemné hodnocení skupin, hodnocení vyučujícím nebo porotou 15 hodiny 1hodina 10

11

12 Pracovní list k zápisu získaných informací pro modré mechanici řešení pro učitele Doplňte vlastní vývojový diagram činností pro pískový filtr. Získaný a vytvořený z informací a dat od týmu červených chemici. Jako příklad základních stavebních bloků a rozhodovacích částí máte vysvětlen na příkladu žárovky a její rozsvícení. Doplňte tabulku vstupů a výstupů.

13 Popis vstupů vstupu pískového filtru E1 Senzor tlakové diference Popis výstupů pískového filtru A1 S1 přívod surové vody A2 A3 A4 A5 A6 A7 S2 přívod prací vody S3 přívod vzduchu S4 odvod vody a vzduchu při provzdušnění S5 odvod prací vody S6 odvod filtrované vody S7 odvod vody při zafiltrování Tab. Popis vstupů a výstupů

14 1) Vývojový diagram pískový filtr, doplňte: Pdif =max start 1.praní Chyba filtru? ANO Provzdušnění NE 2.praní filtrace Zafiltrování

15 2) Vytvořte vlastní program pro řízení pískového filtru pomocí PLC vámi zvoleného typu např. SLC 500 Allen Bradley. Pozn: Nelze jednoznačně popsat jedinečné řešení. Záleží na zvolené programovací metodě a především na typu použitého PLC, které je k dispozici.

16 3) Vytvořte vizualizaci technologického procesu pískového filtru na vámi zvoleném typu zařízení (např. Panel View PV 550 Allen Bradley) Pozn: Nelze jednoznačně popsat jedinečné řešení. Záleží na zvolené programovací metodě a především na typu použitého MMI, které je k dispozici.

17 4) Doplňte test: a) doplňte názvy tří programovacích technik PLC Jazyk pokynů a příkazů, žebříková logika-liniové schéma, jazyk funkčních schémat b)co vyjadřuje obrázek? Vnitřní strukturu PLC

18 c) Vysvětli rozdíl mezi digitálním a analogovým vstupem. Digitální rozlišuje logickou 0 a 1 na úrovně 0V pro log. 0 a 24V na úroveň log. 1. Analogový vstup pracuje se spojitým signálem 4-20 ma. d) Vyjmenuj 5 druhů zařízení realizující digitální vstup -tlačítko -bezdotykový senzor kapacitní - optický senzor - koncový spínač -světelná závora e) Vyjádři k čemu slouží simulátor PLC např. typu, který je na obrázku. K simulaci řízení procesů bez potřeby fyzického vlastnění PLC a k trénování programování PLC. f) Co znamenají zkratky PLC? Programmable Logic Controller

19 g) Který typ a značka PLC v současné době převládá v USA? Allen Bradley SLC 500 h) Který typ a značka PLC v současné době převládá v Evropě Siemens Simatic S7 200 nebo 300 ch) Je rozdíl mezi označením PLC a SLC používaným firmou Allen Bradley? Žádný, SLC Small Logic Controller, malý programovatelný automat, tedy malé PLC. i) Jakého typu je PLC na obrázku? Modulární nebo kompaktní? Modulární.

20 Pracovní list k zápisu získaných informací pro červené- chemici řešení pro učitele Červení-chemici: Červení -chemici Tým 1 Tým 2 Elektronická komunikace Studium technologie, komunikace a předání dat týmu modrých výpočty Tým 3,4.. Modří -mechanici Učitel Hodnotit týmy 1-4 Úkolem červených je prostudovat celou technologii pískového filtru, vyhledat pomocí vyhledávače na Internetu pět funkcí, které pískový filtr zastává. Po prostudování výkresu a rozměrů pískového filtru stanovit:

21 1) A: Určete povrch pláště pískového filtru. S = S válcové části + S koule S válcové části = π * d * v = 3,14 * 2 * (6 1 1) = 3,14 * 2 * 4 = 25,12 m 2 S koule = 2 * ½ * 4 * π * r 2 = 4 * 3,14 * 1 2 = 12,56 m 2 S = S válcové části + S koule = 25, ,56 = 37,68 m 2 Povrch pískového filtru je 37,68 m 2.

22 B: Určete hmotnost prázdného filtru (jeho obalu, pokud je vyroben z oceli a síla stěny je 10mm. m ρ = = > m = ρ * V V ρ hustota oceli 8000 kg. m -3 V = S. síla materiálu = 37,68. 0,01 =0,3768 m 3 m= ,3768 = 3014,4 kg Hmotnost prázdného filtru je 3014,4 kg. C: Určete hmotnost křemičitého písku, je-li nasypán do 50% objemu pískového filtru Sypná hmotnost (hustota) křemičitého písku je dle tabulek 2400 kg / m 3. Objem celého pískového filtru je V = V válce + V 1/2koule 2 2 πd 3,14.2 3,14 V válce = v = > 4 = 4 = 12,56m V koule = π π = / 2. r = r = 0,66.3,14.1 2, 09 m 3 V = V válce + V 1/2 koule = 12,56 + 2,09 = 14,65 m 3 Pro 50% 14,65. 0,5 = 7,32 m 3 m ρ = = > m = ρv V m = ,32 = kg D: Odhadněte hmotnost filtru, pokud je naplněn do 50% křemičitým pískem. m filtru = m prázdného filtru + m písku m filtru = = kg Hmotnost celého zařízení je 20,5t.

23 2) Prostudujete funkci pískového filtru a jeho automatické pročištění a tuto funkci elektronicky sdělte realizátorovi automatického řízení (tým modrých- mechanici). Řízení pískového filtru Při filtrování vody pomocí pískových filtrů přichází surová voda přes solenoidový ventil S1 nad hladinu písku, prochází pískem a zbavuje se mech. nečistot. Potom prochází přes S7 a čerpadlem je čerpána do zásobníku, kde je udržována hladina procent. Jestliže dojde k zanesení pískového filtru, poklesne tlaková diference a diferenční manometr předá tuto informaci PLC. V tomto okamžiku nastává proces automatického čištění pískového filtru, které se skládá z těchto bodů: 1- vypnutí solenoidového ventilu S1 a S6 a čerpadla, tedy uzavření přívodu surové vody a obvodu filtrované vody do zásobníku. 2- nastává fáze 1. praní, kdy jsou otevřeny S2 a S5, tedy přívod a odvod prací vody. 3- nastává fáze provzdušnění, kdy S2 a S5 se zavřou a otevřou se S3 a S4, tedy přívod a odvod vzduchu. 4-fáze 2. praní, kdy S3 a S4 se uzavřou a opět se otevřou S2 a S5. 5- fáze

24 zafiltrování- S2 a S5 se uzavřou a otevřou se S1 a S7. Jestliže v této době netrvá signál z diferenčního manometru, činnost filtru se vrátí do normálního režimu. Jestliže je tomu naopak celý cyklus 1. praní, provzdušnění, 2. praní a zafiltrování se opakuje.

25

26 4. Pracovní list k zápisu získaných informací pro modré- mechanici Tým 1 Tým 2 Elektronická komunikace Červení - chemici Tým 3,4.. Sestavit vývojový diagram Realizace řízení a vizualizace procesu,ověření znalostí Vytvořit program pro řízení PLC Vytvořit vizualizaci Vysvětlit projekt Vytvořit dokumentaci Hodnotit týmy 1-4 Doplnit test Učitel 2

27 1) Doplňte vlastní vývojový diagram činností pro pískový filtr. Získaný a vytvořený z informací a dat od týmu červených chemici. Jako příklad základních stavebních bloků a rozhodovacích částí máte vysvětlen na příkladu žárovky a její rozsvícení. Doplňte tabulku vstupů a výstupů. 3

28 Popis vstupů vstupu pískového filtru E1 Popis výstupů pískového filtru A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 Tab. Popis vstupů a výstupů 4

29 Vývojový diagram pískový filtr, doplňte: start filtrace 5

30 2) Vytvořte vlastní program pro řízení pískového filtru pomocí PLC vámi zvoleného typu např. SLC 500 Allen Bradley. 6

31 3) Vytvořte vizualizaci technologického procesu pískového filtru na vámi zvoleném typu zařízení (např. Panel View PV 550 Allen Bradley) 7

32 4) Doplňte test: a) doplňte názvy tří programovacích technik PLC b)co vyjadřuje obrázek? 8

33 c) Vysvětli rozdíl mezi digitálním a analogovým vstupem. d) Vyjmenuj 5 druhů zařízení realizující digitální vstup e) Vyjádři k čemu slouží simulátor PLC např. typu, který je na obrázku. 9

34 f) Co znamenají zkratky PLC? g) Který typ a značka PLC v současné době převládá v USA? h) Který typ a značka PLC v současné době převládá v Evropě ch) Je rozdíl mezi označením PLC a SLC používaným firmou Allen Bradley? i) Jakého typu je PLC na obrázku? Modulární nebo kompaktní? 10

35 5. Získané dovednosti a zkušenosti modří - mechanici Zapiš nově získané dovednosti a zkušenosti. 11

36

37 1. Zapište jména členů své skupiny Jméno Příjmení Tým / skupina Pozice 2. Rozdělení úkolů Student Oblast řešení 2

38 3. Pracovní list k zápisu získaných informací pro červené- chemici Červení -chemici Tým 1 Tým 2 Elektronická komunikace Studium technologie, komunikace a předání dat týmu modrých výpočty Tým 3,4.. Modří -mechanici Učitel Hodnotit týmy 1-4 Úkolem červených je prostudovat celou technologii pískového filtru, vyhledat pomocí vyhledávače na Internetu pět funkcí, které pískový filtr zastává. Po prostudování výkresu a rozměrů pískového filtru stanovit: 3

39 1) A: Určete povrch pláště pískového filtru. 4

40 B: Určete hmotnost prázdného filtru (jeho obalu, pokud je vyroben z oceli a síla stěny je 10 mm. C: Určete hmotnost křemičitého písku, je-li nasypán do 50% objemu pískového filtru D: Odhadněte hmotnost filtru, pokud je naplněn do 50% křemičitým pískem. 5

41 2) Prostudujete funkci pískového filtru a jeho automatické pročištění a tuto funkci elektronicky sdělte realizátorovi automatického řízení (tým modrých- mechanici). Řízení pískového filtru Při filtrování vody pomocí pískových filtrů přichází surová voda přes solenoidový ventil S1 nad hladinu písku, prochází pískem a zbavuje se mech. nečistot. Potom prochází přes S7 a čerpadlem je čerpána do zásobníku, kde je udržována hladina procent. Jestliže dojde k zanesení pískového filtru, poklesne tlaková diference a diferenční manometr předá tuto informaci PLC. V tomto okamžiku nastává proces automatického čištění pískového filtru, které se skládá z těchto bodů: 1- vypnutí solenoidového ventilu S1 a S6 a čerpadla, tedy uzavření přívodu surové vody a obvodu filtrované vody do zásobníku. 2- nastává fáze 1. praní, kdy jsou otevřeny S2 a S5, tedy přívod a odvod prací vody. 3- nastává fáze provzdušnění, kdy S2 a S5 se zavřou a otevřou se S3 a S4, tedy přívod a odvod vzduchu. 4-fáze 2. 6

42 praní, kdy S3 a S4 se uzavřou a opět se otevřou S2 a S5. 5- fáze zafiltrování- S2 a S5 se uzavřou a otevřou se S1 a S7. Jestliže v této době netrvá signál z diferenčního manometru, činnost filtru se vrátí do normálního režimu. Jestliže je tomu naopak celý cyklus 1. praní, provzdušnění, 2. praní a zafiltrování se opakuje. 7

43 4. Získané dovednosti a zkušenosti červení - chemici Zapiš nově získané dovednosti a zkušenosti. 8