XXIX. ASR '2004 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, April 30, 2004 39 Distance Learning Laboratory Task Support Laboratorní modely pro podporu distanční výuky FARANA, Radim Doc. Ing., CSc., Katedra ATŘ-352, VŠB-TU Ostrava, 17. listopadu, Ostrava - Poruba, 708 33 radim.farana@vsb.cz, http://www.vsb.cz/~far10 Annotation: This contribution describes results obtained at the Department of Control Systems and Instrumentation of the VŠB-Technical University of Ostrava during solving the problem how to arrange courses from the area of control systems and instrumentation in distance learning, when new study programs were opened in Šumperk and two other are being prepared for opening in Třinec and Uherský Brod. All these workplaces are equipped with computers or computer laboratories, but no technical laboratories are available there. Two ways have been explored to solve this problem. One focused to virtual laboratories, internet connections, remote control, the use of internet connected SCADA/HMI systems, etc. And second way oriented on developing special portable laboratory tasks, which can be transported to any teaching place. The first developed laboratory task, oriented on logical systems and sensors and supported by the Mitsubishi Alpha Controller, are described in this paper. The presented results have been obtained with the support of the Czech Ministry of Education, Youth and Sports, during completing research project MSM 272300012. Keywords: distance learning, laboratory task, logical controller 1 Výchozí stav V rámci rozvoje výuky začala Fakulta strojní VŠB-TU Ostrava postupně otevírat výuku v distančním studiu, nejprve v Šumperku, později v Třinci a Uherském Brodě. Technická podpora takové výuky je však limitována dostupnými prostředky daného místa. V případě výuky v Šumperku je to prakticky pouze počítačová učebna. Odborná výuka si však žádá realizaci potřebných měření a cvičení na laboratorních úlohách, protože není možno odlišovat výuku stejného oboru, jen proto, že probíhá na jiném místě. Bohužel většina stávajících laboratorních úloh neumožňuje jejich transport buď vůbec, nebo jen s velkými nesnázemi. Pro výuku předmětu Základy automatizace v bakalářském studijním programu jsme proto museli velmi rychle tento problém vyřešit. Vzhledem k jeho přehledového rozsahu bylo možné problematiku částečně rozdělit na oblasti: Logické automaty, Spojitá regulace, Operátorské řízení, SCADA systémy. Zatímco SCADA systémy obvykle umožňují použití v simulačním módu, takže k jejich využití postačí jmenovaná počítačová učebna, u ostatních oblastí tomu tak není. Pro realizaci měření, identifikace, modelování, seřizování regulátorů v oblasti spojité regulace byl s úspěchem využit existující model teplovzdušného agregátu (viz obrázek 1), jehož rozměry a modulární sestava umožňují nepříliš složitý transport, model je současně dostatečně robustní a netrpí příliš zejména vibracemi při dopravě.
XXIX. ASR '2004 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, April 30, 2004 40 Pro jeho využití je k dispozici řada prostředí od specializovaných až po simulační program SIPRO, jakož i mnoho vypracovaných úloh, od nejjednodušších až po komplexní úlohy vícerozměrového řízení. Obrázek 1 Model teplovzdušného agregátu 2 Logické řízení Rozsáhlou částí výuky je také problematika logického řízení a využití logických automatů. V této oblasti jsme neměli k dispozici žádné vhodné laboratorní modely. Proto jsme se v první fázi zaměřili především do této oblasti. Využili jsme logické automaty Mitsubishi Alpha Controller, které jsme nedávno získali díky podpoře firmy Mitsubishi prostřednictvím firmy AutoCont Control Systems, s. r. o. Ostrava. Automaty jsou velmi vhodné pro řešení jednoduchých úloh průmyslové automatizace, velkou výhodou je zejména využití síťového napětí 230 V pro vstupní signály. Pro laboratorní modely, určené studentům, je bohužel skutečnost spíše na závadu. Prvním krokem proto bylo převedení vstupních signálů na napětí 5 V, využitím spínacích optotriaků. Na takto upravený automat se pak připojují jednotlivé laboratorní úlohy. Jejich rozsah je nutno uzpůsobit dostupnému počtu vstupních signálů a výstupů. V našem případě jsou to čtyři vstupy a dva reléové výstupy. Současně jsme se snažili orientovat jednotlivé úlohy na využití různých druhů snímačů, aby se s nimi studenti při práci s modely seznámili. V první sadě úloh byly vytvořeny úlohy: Řízení osvětlení vchodu a schodiště budovy s využitím snímače pohybu, Řešení automatického splachování s využitím snímače přítomnosti, Postupné spouštění navazujících pásových dopravníků, simulovaných postupným rozsvěcováním LED diod pomocí procesoru PIC. Snahou bylo vždy vytvořit sice jednoduchou úlohu, ale přitom umožňující realizovat jak velmi jednoduché úlohy, tak úlohy složitější, vždy však zvládnutelné studenty v rámci jednoho cvičení. Vzhled a sestava vytvořených úloh je zřejmá z obrázku 2.
XXIX. ASR '2004 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, April 30, 2004 41 Obrázek 2 Vytvořené úlohy pro řízení logickým automatem 3 Realizace úloh logického řízení Jak již bylo uvedeno v minulé kapitole, pro vytvořené laboratorní modely byly vždy sestavovány úlohy různé složitosti, které umožňují např. poskytnout studentům základní řešení úlohy, na kterém se naučí chápat funkci modelu, a umožní jim přitom realizovat další nápady na vylepšení jeho funkce. K programování Alpha Controlleru je k dispozici velmi přehledné firemní programovací prostředí. Z jednoduchých funkčních bloků je možno velmi snadno sestavit celé řešení, viz obrázek 3 se základním řešením úlohy osvětlení vchodu a schodiště domu. Programovací prostředí obsahuje také možnost sestavení simulačního modelu s rozmístěním jednotlivých prvků a následnou vizualizací při simulaci činnosti systému, viz obrázek 4. Díky tomu mohou studenti ověřit funkcionalitu navrženého systému řízení bez nutnosti využití laboratorního modelu a teprve následně pak přenést sestavený systém řízení do automatu. Dostupné funkční bloky umožňují realizaci obvyklých logických funkcí v kombinaci s bloky pulsů, děliček, zpoždění, včetně počítadel a využití hodin reálného času pro realizaci časově závislých operací. Řešení úlohy osvětlení vchodu a schodiště domu na obrázku 5 obsahuje řadu z nich.
XXIX. ASR '2004 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, April 30, 2004 42 Obrázek 3 Základní řešení úlohy osvětlení vchodu a schodiště domu Obrázek 4 Simulace činnosti systému v programovacím prostředí
XXIX. ASR '2004 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, April 30, 2004 43 Obrázek 5 Konečné řešení úlohy osvětlení vchodu a schodiště domu 4 Závěr Příspěvek popsal naše zkušenosti dosažené při tvorbě laboratorních úloh vhodných pro využití při distanční výuce. Vytvořené laboratorní modely se ve výuce plně osvědčily a byly studenty přijaty velmi nadšeně. Ocenili na nich jak názornost použití různých typů snímačů, seznámení s možnostmi logických automatů i realizaci konkrétních systémů řízení. Proto chceme v této činnosti i nadále pokračovat a vytvořit několik dalších modelů, zaměřených na využití různých typů světelných závor, koncových spínačů, ale také třeba inkrementálního snímače otáček. 5 Použitá literatura BABIUCH, M. Microchip real-time application in control systems. In Sborník přednášek konference AUTOS 2001 Automatizované systémy. Praha, 2001, pp. 1-4. ISSN 1212-5709. FOJTÍK, D. Návrh a realizace úprav zvyšující determinovatelnost zpracování zvoleného požadavku IRQ v MS Windows NT/2000/XP využívající obvody PIC-8259A. In Proceedings of XXVIII Seminary ASR 2003 Instruments and Control. Ostrava : VŠB- TU Ostrava, 2003, pp. 69-81. ISBN 80-248-0326-7. KOČÍ, P. Assessment of machine Tool Dynamic Properties. Acta Montanistica Slovaca, Vol. 8, 4/2003, pp. 179-181. ISSN 1335-1788. KOVÁČ, J., SVOBODA, M. & LÍŠKA, O. Automatizovaná a pružná montáž. Vjenala, Edícia vedeckej a odbornej literatúry SjF TU Košice, 2000, ISBN 80-7099-504-1. KULHÁNEK, J. Distributed Simulation with Variable Parameters. In Proceedings of XXVIII Seminary ASR 2003 Instruments and Control. Ostrava : VŠB-TU Ostrava, 2003, pp. 178-180. ISBN 80-248-0326-7. LANDRYOVÁ, L. Monitoring Technological Processes in SCADA/HMI System with the Support of Decision Making. In Proceedings of International Carpathian Control Conference 2003. High Tatras : TU Košice, 2003, pp. 143-146. ISBN 80-7099-509-2.
XXIX. ASR '2004 Seminar, Instruments and Control, Ostrava, April 30, 2004 44 SALOKY, T. Aplikácie techník strojového učenia, ELFA, Košice 1998, ISBN 80-88786-73-8. SMUTNÝ, L. Smart Instruments in Wireless LAN, In Proceedings of International Workshop on Intelligent Mining Systems. Fukuoka (Japan) : KYUSHU University Fukuoka, 2002, pp. 85-90, ISBN 80-86111-90-3. ŠKUTA, J. Control and monitoring of technological processes with LAN and ILAN support. Ph.D. Thesis. Ostrava : VŠB-Technical University of Ostrava, 2003, 199 pp. (in Czech) ŠKUTA, J. & BABIUCH, M. Vzdálené ovládání PC ze systému Control Web 2000 v síti LAN. In Proceedings of XXVIII Seminary ASR 2003 Instruments and Control. Ostrava : VŠB- TU Ostrava, 2003, pp. 339-341. ISBN 80-248-0326-7. TŮMA, J. Signal Analyse, the software support for education of signal processing. Acta Montanistica Slovaca, Vol. 8, 4/2003, pp. 159-161. ISSN 1335-1788. WAGNEROVÁ, R. Nonlinear Control Systems Synthesis. In Proceedings of 3 rd International Carpathian Control Conference. Ostrava : VŠB-TU Ostrava, 2002, pp. 751-756. ISBN 80-248-0089-6.