CC BY
75
УДК 658.5.011.56:004
М. Ю. Перухин, Е. В. Урываев
РАЗРАБОТКА ВИРТУАЛЬНОГО СТЕНДА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ УПРАВЛЕНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ
Ключевые слова: программируемый логический контроллер, CoDeSys.
В статье рассматривается виртуальный лабораторный стенд, созданный в среде CoDeSys для изучения управления периодическими процессами. Созданный эмулятор позволит студентам получить бесценный опыт в области программирования в среде CoDeSys с дальнейшим применением этих знаний в профессиональной деятельности.
Keywords: programmable logic controller, CoDeSys.
The article discusses a virtual lab bench created in the CoDeSys environment to study the control of batch processes. Created the emulator will allow students to gain invaluable experience in the field programming environment CoDeSys with a further application of this knowledge in professional activities.
В настоящее время на предприятиях используются современные средства автоматизации.
На кафедре АССОИ, ФГБОУ ВО «КНИТУ», создана учебная лаборатория, предназначенная для проведения практических занятий со студентами общих специальностей университета по курсу «Системы управления химико-технологическими процессами». Основной целью изучения дисциплины является получение практических навыков по использованию средств автоматизации на основе модельного ряда приборов фирмы ОВЕН [1-3].
Программируемые логические контроллеры являются неотъемлемой частью систем автоматизации. На рынке имеется большой ассортимент ПЛК различных производителей, отличающихся друг от друга по ряду признаков [4-6].
Процессорный модуль включает в себя микропроцессор, запоминающие устройства, часы реального времени и сторожевой таймер [7].
ПЛК используются во всех производственных процессах. Например, для автоматизации технологических процессов, в системах противоаварийной защиты и сигнализации, для сбора и архивирования данных.
Одним из крупнейших российских производителей ПЛК является ПО «ОВЕН».
Одна из работ позволяет изучать периодические процессы. В качестве управляющего устройства используется ПЛК-73.
ПЛК-73 позволяет управлять технологическим процессом непосредственно с лицевой панели контроллера [5].
Использование виртуального стенда в учебном процессе позволяет предоставить возможность студенту провести эксперименты с оборудованием и материалом, которых нет в реальной лаборатории, получить практические навыки проведения работы, познакомиться детально с компьютерной моделью и процессом работы аппаратуры.
Таким образом, виртуальный стенд, возможно, использовать для:
- подготовки обучающихся к реальному процессу;
- самообразования;
- удаленного обучения;
- занятий, если в наличии нет нужных материалов и оборудования.
Визуализация - один из наиболее наглядных приемов обучения, которые помогают проще и глубже разобраться в сущности процесса [8].
Необходимость создания виртуального стенда в образовании возникла в связи с трудностями создания реального стенда. Если сравнивать виртуальные и реальные стенды, можно выделить следующие преимущества виртуальных стендов:
- для проведения разного рода лабораторных работ не нужно приобретать дорогое оборудование;
- возможность создания большего набора периодических процессов, протекание которых тяжело в реальных условиях;
- безопасность;
- возможность изменения времени периодических процессов;
- визуализация процесса;
- благодаря тому, что при моделировании виртуального процесса управление идет через компьютер, появляется возможность проведения множества опытов с разными значениями входных параметров [8].
При создании виртуального стенда симуляции периодического процесса для лаборатории кафедры «Автоматизированные системы сбора и обработки информации» КНИТУ был выбран котроллер ПЛК 73.
Для ознакомления студентов управлением периодическим процессом при помощи контроллера, создан виртуальный стенд, который является дополнением стенда созданного на базе ПЛК-73. Программа управления процессом написана в оболочке CoDeSys на языке программирования CFC (рис. 1).
Составление программы начинается через вкладку POU. К программным компонентам POU (Program Organization Unit) относятся функциональные блоки, функции и программы. Отдельные POU могут включать действия (подпрограммы). Каждый программный компонент состоит из раздела объявлений и кода. Для
написания всего кода POU используется только один из МЭК языков программирования (IL, ST, FBD, SFC, LD или CFC). Входные переменные POU объявляются между ключевыми словами VAR_INPUT и END_VAR. Значения этих переменных передаются в POU, при его вызове. Прежде всего, необходимо вычислить количество шагов периодического процесса. На каждом шаге, должно выполняться, какое либо действие процесса.
Рис. 1 - Программирование в CoDeSys
Далее необходимо задать начало работы процесса и его окончание, т.е. первый и последний шаг. Первый шаг процесса будет нажатие кнопки «Старт», для этого в проекты был создан вход «Start». Сигнал с этой кнопки связан с входом блока «SR» (переключатель с доминантой включения), а с выхода этого блока сигнал поступает на выход под названием «WORK» (рис. 2).
Рис. 2 - Связь функциональных блоков
Для окончания процесса необходимо к входу RESET блока «SR» подключить блок «EQ» (двоичный оператор возвращает TRUE, если значение первого параметра равно второму), а на входы этого блока подключить переменные «Step» и «6» обозначающие шаги процесса и их количество (рис. 3).
Рис. 3 - Управление процессом
Надо отметить, что приведенные схемы это лишь малая часть созданной программы. Объем программы не позволяет привести и описать ее полностью в данной статье, т.к. вся программа является слишком большой.
Для описания последовательности и работы шагов были использованы блоки «AND» (побитное И) и «MOVE» (присвоение значения одной переменной другой соответствующего типа).
Овладев основами программирования на языке CFC, студенты могут самостоятельно изменять временные интервалы и эмулировать процесс смешения компонентов (рис. 4).
Рис. 4 - Визуализация процесса смешения в CoDeSys
Приведенный на рисунке процесс - это процесс смешения, при котором происходит подача двух компонентов с последующим их смешением и выгрузкой, после чего происходит промывка емкости.
При достижении определенного уровня прекращается подача компонента А и происходит подача компонента Б до тех пор пока не будет достигнут определенный уровень. После загрузки емкости начинается смешение компонентов в течение определенного времени (время смешения задается). По окончании смешения происходит выгрузка продукта и промывка резервуара (рис. 4).
Созданная программа не подлежит загрузке ее в ПЛК. В программе создан виртуальный контроллер, который отрабатывает все команды.
Таким образом, данный эмулятор позволит студентам получить бесценный опыт в области программирования в среде CoDeSys с дальнейшим применением этих знаний в профессиональной деятельности.
Литература
1. А.Р. Герке, Роль и задачи подготовки студентов в лаборатории измерительных приборов современных технологических производств / А. Р. Герке, А. В. Лира //Вестник Казан. технол. ун-та - 2013. - Т. 16, №2. - с. 276-278.
2. А.Р. Герке, Лабораторный учебный стенд для изучения метрологических характеристик приборов измерения давления / А.Р. Герке, А.В. Лира, М.Ю. Перухин // Вестник Казан. Технол. ун-та - 2013. - Т. 16, №8. - с. 315-316.
3. А.Р. Герке, Основные направления при подготовке студентов в лаборатории измерительных приборов современных технологических производств / А.Р. Герке, А.В. Лира // Вестник Казан. Технол. ун-та. - 2012. - Т. 15, №21. - с. 212-213.
4. Йоахим Хюпер, Микропроцессоры с функциональностью промышленных компьютеров / Йоахим Хюпер, С. Щедрин // Компоненты и технологии. - 2009. - №3. - с. 92-94.
5. Алексей Елов, Отечественный контроллер для ответственных применений / А. Елов, Д. Добриян // СТА. - 2015. - № 3. -с. 68-70.
6. Алексей Бармин, ПЛК SLЮ компании УТРА. Новый подход к управлению функционалом контроллера (часть 1) / А. Бармин // СТА. - 2014. - №1. - с. 78-81.
7. В.В. Денисенко Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием. Горячая линия-Телеком, Москва, 2013, 606 с., ил.
8. Саданова Б. М., Олейникова А. В., Альберти И. В., Одинцова Е. А., Плеханова Е. Н. Применение возможностей виртуальных лабораторий в учебном процессе технического вуза // Молодой ученый. - 2016. - №4. - С. 71-74.
© М. Ю. Перухин - к.т.н.; доцент кафедры автоматизированных систем сбора и обработки информации КНИТУ, [email protected]; Е. В. Урываев - магистрант той же кафедры.
© М. Perukhin - Dr. (PhD) associate professor of automated systems for the collection and processing of information department of KNRTUn [email protected]; E. Uryvaev - master student of automated systems for the collection and processing of information department of KNRTU.
