Назначение: Проведение лабораторного практикума по курсам Цифровые системы управления, Промышленные системы управления, Автоматизация технологических процессов.

Оборудование: Программируемые контроллеры типа MicroPC – 5 шт., сервер преподавателя.

В лаборатории предусматривается проведение фронтального (все студенты одновременно выполняют одну работу) практикума на программируемых контроллерах, совместимых программно и аппаратно с персональными компьютерами.

Такие контроллеры выпускаются в разнообразных модификациях (рис. 1) и используются в промышленности, транспорте и социальной сфере.

Одной из первых такие контроллеры для промышленного применения разработала и наладила производство американская фирма Octagon Systems.

Контроллеры компании обеспечивают решение практически любых задач автоматизации в различных отраслях, обладая стойкостью к вибрациям до 5-10g, к ударам до 20-40g, и расширенным диапазоном рабочих температур от -40 до +85°C.

Высокая надежность продукции Octagon Systems подтверждается ее использованием на самолетах, космических кораблях, подводных аппаратах, железнодорожном транспорте, в нефтяной и газовой промышленности. Компания Octagon Systems обладает сертификатом качества ISO-9001 c 1993 года - дольше всех в отрасли.

Для обеспечения высоких показателей по надежности, в контроллерах был применен ряд оригинальных решений, в частности исполнение в малогабаритном конструктиве (форм-факторе), получившем название MicroPC.

Основные производители: Octagon Systems (США) и Fastwel (Россия). В России крупнейшим дистрибьютором оборудования форм-фактора MicroPC является компания Прософт. Область применения этого форм-фактора от бортовых устройств космических аппаратов, до автоматизации сельскохозяйственного производства (рис. 2).

Подтверждённое время безотказной работы в жёстких условиях эксплуатации для плат MicroPC производства Octagon Systems и Fastwel составляет от 10 до 20 лет.

В лабораторном стенде имеются основные модули, обеспечивающие работу контроллера в системах автоматизации:

Возможность подключения стандартного монитора обеспечивается наличием платы видеоадаптера 5420, работы в сети Ethernet – сетевой платы 5500. В состав стенда входят также жидкокристаллический дисплей и малогабаритная клавиатура, предназначенные для промышленных условий эксплуатации. Структурная схема стенда представлена на рис.3, внешний вид на рис.4.

Содержание лабораторного практикума:

1. Лабораторная работа 1 - Изучение состава и конструкции лабораторного стенда для исследования цифровых систем управления и автоматизации;
2. Лабораторная работа 2 - Ввод-вывод дискретной информации с использованием модуля 5600;
3. Лабораторная работа 3 - Ввод-вывод аналоговой информации с использованием модуля 5710;
4. Лабораторная работа 4 - Исследование интервального таймера 82С54;
5. Лабораторная работа 5 - Организация ввода – вывода информации с использованием матричной клавиатуры и жидкокристаллического дисплея;
6. Лабораторная работа 6 - Программирование работы задатчика интенсивности;
7. Лабораторная работа 7 - Изучение архитектуры и работы компьютерной сети;
8. Лабораторная работа 8 - Исследование режимов работы автоматизированных систем управления водоснабжением с различными структурами;
9. Лабораторная работа 9 - Исследование режимов работы автоматизированной системы управления водоснабжением с учетом нелинейностей характеристик объекта и исполнительного механизма.

Лабораторный практикум построен по принципу от простого к сложному. В лабораторной работе № 1 студенты знакомятся с назначением и техническими характеристиками контроллеров, составляют функциональную схему для промышленного применения.

В лабораторных работах №№ 2-5 осуществляется более глубокое изучение отдельных устройств, написание программ для работы с ними на языке СИ.

В работе № 6 реализуется программно-аппаратный задатчик скорости электропривода с использованием всех изученных компонентов.

Лабораторная работа № 7 посвящена изучению применения контроллера в составе компьютерной сети.

После изучения аппаратно-программной базы (hardware, software) в лабораторных работах №8 и №9 реализуются цифровые системы управления системой водоснабжения. Для этого на сервере лаборатории имеется программный модуль, моделирующий объект управления (рис. 5), а задачей студентов является программно реализовать заданную структуру системы управления (рис.6) и настроить параметры регуляторов в соответствии с заданными требованиями к качеству регулирования.

Рисунок 5 - Модель объекта регулирования

Рисунок 6 - Система регулирования уровня воды в баке

История создания

В 1999 году на проходившей в Москве выставке Промышленные технологии автоматизации (ПТА 1999) присутствовал президент американской компании Octagon Systems McOwn. Находившийся там же доцент кафедры А.В. Светличный обратился к нему с просьбой предоставить выпускаемое фирмой оборудование для изучения студентами специальности. Без колебаний, президент дал свою визитную карточку и написал на ней контактные данные менеджера по поставкам, которому надо было передать запрос. Вернувшись в Донецк и обсудив с коллегами желаемый состав оборудования, А.В. Светличный направил в США техническую спецификацию. Через полгода в адрес института прибыло оборудование на сумму 19 тысяч долларов США, предоставленное фирмой Octagon Systems бесплатно в качестве гуманитарной помощи. Еще полгода ушло на растаможку груза, так как с университета требовали уплату налога на прибыль с суммы поставки. Наконец, с помощью администрации и министерства образования, проблему удалось решить, и началась сборка лабораторных стендов.

Помещение лаборатории было отремонтировано и укомплектовано мебелью с помощью Донецкого НПО ДОНИКС. Так совместными усилиями в 2001 году лаборатория была введена в работу.

Большой вклад в проектирование и изготовления стендов внесли ассистент кафедры Р. В. Федоряк и выпускник Г. Е. Шиманский.

Источники информации

1. Федоряк Р., Лейковский К., Светличный А. Система контроля технологии и управления скоростными режимами прокатного стана // Современные технологии автоматизации. 2001. №1. С.14-21.
2. Азин Е., Будаква С., Кузьмин А. и др. Информационная система резчика слябов в обжимном цехе // Современные технологии автоматизации. 2001. №1. С.22-25.
3. Кукуй К., Сульников С, Вахранев С., Светличный А. Автоматизированная система управления нагревом слитков в нагревательных колодцах обжимного стана // Современные технологии автоматизации. 2001. №3. С.26-33.
4. Афонин Ю, Шарнин Л., Федоряк Р. и др. Микропроцессорная техника для вузов // Современные технологии автоматизации. 2001. №3. С.58-67.
5. Хомяк А., Светличный А., Зайченко С., Розкаряка П. и др. Система прямого цифрового управления главным приводом блюминга // стана // Современные технологии автоматизации. 2004. №4. С.16-23.
6. Романовский Р., Светличный А., Тарсков П., Шевченко А. Автоматизированная система контроля параметров оборудования непрерывно-заготовочного стана // Современные технологии автоматизации. 2004. №4. С.24-27.
7. Светличный А, Лейковский К. Информационные и управляющие системы в металлургии // Современные технологии автоматизации. 2006. №3. С.18-24.