Model vlakového uzlu Model of a Railway Junction Michal Bílek 1 Abstrakt Vysoká škola polytechnická v Jihlavě využívá pro výuku odborných předmětů mnoho modelů. Jedním z modelů používaných ve výuce je i model vlakového uzlu. Uvedený model je možné řídit pomocí vstupů a výstupů binárních či analogových připojených k PLC nebo přes rozhraní RS232 pomocí datového protokolu. Tento model je využíván v předmětu ovládání zařízení pomocí PC, kde si studenti na základě dokumentace vyzkouší řízení modelu. Cílem příspěvku je představit další z modelů používaných na Vysoké škole polytechnické v Jihlavě. Tento model není vzdáleně přístupný jako mnoho dalších, ale je možné vyzkoušet řízení pomocí softwarového simulátoru modelu. Tento simulátor přijímá a odesílá datový protokol jako by to byl samotný model a programátor si tak ověří vlastní funkci. Studenti nejdříve ovládají vlakový uzel pouze s jedním vlakem a vytvoří tak aplikaci pro ruční nebo automatické řízení. Po otestování aplikace mají za úkol vytvořit aplikaci, která řídí vlakový uzel se dvěma vlaky dle zadaných propozic a požadavků. Model je využíván ve výuce předmětu ovládání zařízení pomocí PC a rovněž může být začleněn do předmětů ostatních předmětů a to zejména předmětů programování např. jazyka C#. Nevýhoda nemožnosti vzdáleného testování je nahrazena programovým simulátorem. Po dokončení aplikace je nutné fyzické otestování na reálném modelu a ověření funkčnosti aplikace. Klíčová slova model, vlakový uzel, PLC, C#, simulátor 1 Ing. Michal Bílek., e-mail: michal.bilek@vspj.cz, katedra elektrotechniky a informatiky, Vysoká škola polytechnická Jihlava, Tolstého 16, 586 01 Jihlava, ČR, tel. +420 567 141 134
Úvod Základem moderní výuky v předmětech, které používají průmyslové automaty či jiné řídící prvky je praktická práce studentů s modely. Základem praktického vyučování je možnost přístupu k modelům i mimo hodiny určené pro cvičení, ovšem některé modely tento přístup neumožňují a je tedy třeba zvolit jiný systém. Na VŠPJ máme již prakticky ověřený rezervační systém, pomocí kterého je možné přistupovat a řídit modely vzdáleně, pro modely, které tento přímý přístup neumožnují je vytvořen simulační program, pomocí kterého si mohou ověřit funkčnost své aplikace a následně si vše otestovat na reálném modelu v laboratoři. Právě takovým modelem je model vlakového uzlu. [1] Model vlakového uzlu Model železničního uzlu je navržen tak, aby odpovídal reálnému provozu železnice. Model má tvar ležaté osmičky s odstavným místem v podobě nástupiště a je umístěn na desce o rozměrech 2x1,5 metru. Celý model se skládá z 6 výhybek, 12 snímačů pro indikaci polohy vlaku, 11 semaforů, 2 vlaků, elektronického modulu vstupů a výstupů včetně datového rozhraní RS232, 12V zdroje. Obrázek 1
Kolejiště je rozděleno do 7 segmentů, každý segment je možné napájet zvlášť v rámci jednoho směru. Rychlost a směr vláčku je určena napětím přivedeným do kolejí. Tato hodnota je pak určena analogovým vstupem nebo příslušnou hodnotou v datovém protokolu přes, který lze model rovněž řídit. Princip určení směru a rychlosti je přehledně zobrazen na následujícím obrázku[2]. Obrázek 2 Každá lokomotiva je vybavena magnetem a při projetí nad snímačem polohy je sepnuto magnetické relé a tím je udána poloha vlaku. Obrázek 3 Při sepnutém relé je na výstup vyslán signál, který tuto skutečnost vyhodnotí logickou úrovní 1 na digitálním vstupu, při rozepnutém relé logickou úrovní 0. Z důvodu různých rychlostí vlaku je délka impulsu softwarově prodloužena na 2s. Obrázek 4
Simulátor vlakového uzlu Uvedený model, lze řídit pomocí vstupů a výstupů jak digitálních tak i analogových pro potřeby ovládání pomocí PLC. Pro účely ovládání modelu pomocí počítače je model vybaven rozhraním sériové linky a lze tedy model ovládat pomocí datového protokolu. Pro otestování ovládání modelu byla vytvořena aplikace, která přijímá informace ze vstupů a odesílá informace na výstupy a simuluje tak činnost jako by se jednalo o reálný model vlakového uzlu. Vlastní propojení mezi aplikacemi je pak realizováno párem virtuálních portů, které jsou pak propojeny. Toto propojení umožní otestovat funkčnost testované aplikace vytvořené například C# nebo v jiném programovacím jazyce. Obrázek 5 Modernizace modelu Model je realizován pomocí standardních prvků modelu HO. Při využívání modelu ve výuce jsme narazily na problém přestavníků. Obrázek 6
Po dvou letech nám přestaly tyto přestavníky bezpečně přehazovat a nebylo možné si tak bezpečně otestovat funkci řídící aplikace. Proto jsme realizovali vlastní přestavník pomocí servomotoru, který tak bezpečně přepne příslušný přestavník do správné polohy. Obrázek 7 Výsledky Z praktického používání modelu vlakového uzlu vyplývá, nutnost rozšířit možnosti připojení například o bluetooth či ethernet nebo Wi-Fi. Studenti pak budou mít možnost řídit vlak například pomocí iphonu. Dalším přínosem je to, že jsme si vyzkoušeli i připojení modelu, který není možné fyzicky řídit vzdáleně a to z praktických důvodů jako je například vykolejení vlaku a podobně. Je tedy možné testovat i modely pro, které se přepraví simulátor.[3] Závěr Další možností o rozšíření modelu je zapojení do vlakového uzlu lokomotivu s Web kamerou, která by snímala okolí a na základě zpracování obrazu by pak řídicí aplikace řídila příslušnou lokomotivu. Literatura [1] SMRČKA, F., ZEZULKA, F., BÍLEK, M. Teaching by Means of Remote Access to Models. In Proceedings of 15th International Conference on Mechatronics: Mechatronika 2012. MAGA, Dušan, STEFEK, Alexandr, BŘEZINA, Tomáš. 1. vyd.. Praha: CVUT FEL. 2012. s. 215-219. ISBN 978-80-01-04985-3. [2] JAKUB L. Bakalářská práce. Řízení modelu vlakového uzlu Jihlava: Vysoká škola polytechnická Jihlava. 2013 [3] SMRČKA, F., BÍLEK, M., ZEZULKA, F.. Management of Remote Mechatronic Models. Logos polytechnikos. 2013, 4, 4, s. 3-9. ISSN 1804-3682.