Результати Всеукраінської студентської олімпіади зі спеціальності «КОМП'ЮТЕРИЗОВАНІ СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ ТА АВТОМАТИКА», яка відбулася в Національному Гірничому Університеті

30/04/2014

ВСЕУКРАЇНСЬКА СТУДЕНТСЬКА ОЛІМПІАДА
"Комп'ютеризовані системи управління і автоматики"

З 14 по 17 квітня 2014 на базі кафедри Автоматизації та комп'ютерних систем Національного гірничого університету проходив II етап Всеукраїнської студентської олімпіади зі спеціальності "Комп'ютеризовані системи управління і автоматика". Відмінною рисою Олімпіади 2014 року стало проведення Практичного туру на базі "Навчального центру компанії СВ АЛЬТЕРА" із застосуванням промислового апаратного та програмного забезпечення.

Підготовка до олімпіади

На початку листопада 2013 стало відомо про те, що кафедрі доручено проведення олімпіади. Зазвичай олімпіада проходить в два тури: теоретичний і практичний. У теоретичному турі перед студентами ставляться завдання, пов'язані з ідентифікацією об'єктів управління, теорією автоматичного управління, адаптивними й оптимальними системами управління, а в практичному турі пов'язані з електронікою та мікропроцесорною технікою. Колектив навчального центру зголосився взяти на себе підготовку і проведення практичного туру.

Проаналізувавши завдання на олімпіаду попередніх років, було прийнято рішення запропонувати нову концепцію проведення практичного туру. Її суть полягає у винесенні в завдання питань, пов'язаних з використанням промислового апаратного та програмного забезпечення систем управління. Завдання формувалися таким чином, щоб вони були однаково складні для студентів з різних вищих навчальних закладів. Попередньо надавався повний доступ до завдання на етапі підготовки до олімпіади.

На базі навчального центру в якості апаратного забезпечення вивчаються програмовані логічні контролери VIPA, а в якості програмного забезпечення SCADA система zenon. SCADA система zenon дозволяє здійснювати наскрізне програмування як людино-машинного інтерфейсу (HMI), так і програмованих логічних контролерів (PLC). Досвід викладання програмування систем управління показав, що студенти легше освоюють розробку програмного забезпечення, коли результати роботи програми управління відразу візуалізуються людино-машинним інтерфейсом. Крім того, не у всіх вищих навчальних закладах вивчаються програмовані логічні контролери. Тому було прийнято рішення зробити основний упор в завданні на розробку людино-машинного інтерфейсу і програми управління вбудованого в zenon PLC.

До початку грудня були висунуті основні вимоги до завдання. У ньому не використовувались специфічні особливості SCADA системи zenon, які відсутні в інших SCADA системах чи не можуть бути освоєні студентами за одну академічну годину. Крім того, мають бути присутні питання, пов'язані з адресацією пам'яті в програмованих логічних контролерах, використанням дискретних і аналогових датчиків та виконавчих механізмів. Всі обчислювальні завдання можуть бути вирішені за допомогою арифметичних або логічних операцій, а кількість операндів у них не повинна перевищувати чотирьох. Для перевірки правильності функціонування завдання використовувався стенд, який дозволяє керувати станом датчиків і візуалізує стан виконавчих механізмів.

До кінця грудня було підготовлено два завдання, які задовольняють висунутим вимогам і відрізняються тільки об'єктом управління. Як приклад завдання на практичний тур був обраний пасажирський корабель, а як завдання пасажирський літак.

На початку лютого на сайті кафедри та на сайті компанії СВ АЛЬТЕРА були опубліковані: приклад завдання на практичний тур, а також робочий простір з налагодженою симуляцією програмованого логічного контролера, графічні матеріали, вступна інформація до завдання, приклад вирішення і посилання на SCADA систему zenon Supervisor 7.0.

У SCADA системі zenon для доступу до даних PLC використовуються драйвера, які можуть функціонувати в апаратному режимі і в режимі програмної симуляції. В режимі симуляції драйвер підключає замість фізичного контролера програмний програмований логічний контролер zenon Logic. Під zenon Logic можна розробляти програмне забезпечення, що симулює поведінку системи управління фізичного контролера і об'єкта управління на мовах програмування стандарту МЕК 61131-3.

Запропонований для виконання завдання робочий простір включає в себе вже налаштовану симуляцію, яка за функціональністю повністю повторює можливості фізичного стенду. Таким чином, ознайомившись із вступною інформацією, встановивши на комп'ютер SCADA систему zenon, і виконавши запропоновані лабораторні роботи, будь-який бажаючий міг приступити до виконання завдання олімпіади.

У той же час, на кафедрі для участі в олімпіаді були відібрані дві команди. Перша команда офіційно представляє кафедру: Ананченко В.Ю., Панасенко Д.В., Руссу А.І. під керівництвом доцента Проценко С.М. Друга - бере участь тільки в практичному турі Білик Ю.Ю., Коваль Є.Г. під керівництвом асистента Бойко О.А. До олімпіади було проведено вісім консультаційних занять для кожної з команд.

Розробка стенду

Для перевірки працездатності розробленого учасниками олімпіади програмного забезпечення був створений стенд - фізична модель об'єкта управління.

Щоб відповідати завданням, стенд повинен був включати програмований логічний контролер, шість перемикачів що імітують дискретні датчики, вісім світлодіодів що імітують дискретні виконавчі механізми, два потенціометра що імітують аналогові датчики, перемикач вибору набору даних, кнопку скидання параметрів і HMI панель на якій візуалізуються параметри поточного завдання.

Для вирішення даної задачі був обраний програмований логічний контролер VIPA 314-6CF02. При виборі враховувалося те, що він містить два інтерфейси: Ethernet і PROFIBUS-DP. Завдяки використанню інтерфейсу Ethernet, будь-який з учасників зі свого робочого місця міг підключитися до стенду і перевірити правильність функціонування розробленого програмного забезпечення. Інтерфейс PROFIBUS-DP дозволив розширити відсутні входи контролера за рахунок використання системи віддаленого вводу-виводу VIPA SLIO 053-1DP00.

У відповідності зі схемою електричною принциповою створено стенд, на лицьовій панелі якого наведена мнемосхема. На ній розміщений програмований логічний контролер, система віддаленого вводу-виводу і HMI панель.

Для програмованого логічного контролера було розроблено програмне забезпечення, яке дозволяє вибирати один з трьох режимів роботи: "Завдання", "Тест 1" і "Тест 2".

Залежно від обраного режиму, програмне забезпечення програмованого логічного контролера отримує параметри для ваги вантажу, кількості пасажирів імперіала, пасажирів бізнес класу, пасажирів економ- класу, пілотів і бортпровідників. Так само контролер формує синусоїдальне пересування літака та змінює амплітуду і фазу сигналу.

Для SCADA системи zenon 6.51, яка працює на HMI панелі VIPA TouchPanel TP 607LC було розроблено програмне забезпечення, що візуалізує параметри поточного набору даних.

В середині березня розробка стенду була завершена, а до кінця березня було підготовлено завдання і авторське рішення. Загальний час на створення авторського рішення з урахуванням перевірки орфографії і вибору дизайну склало менше п'яти годин.

Олімпіада

Реєстрація учасників

Реєстрація учасників олімпіади проходила в аудиторії навчального центру. Завдяки підтримці СВ АЛЬТЕРА кожен учасник отримав інформаційний пакет, бейдж, програму олімпіади та значок з логотипом олімпіади.

Всього в олімпіаді взяли участь вісім вищих навчальних закладів:

  • Донецький національний технічний університет
  • Житомирський державний технологічний університет
  • Криворізький національний університет
  • Національний аерокосмічний університет імені М. Є. Жуковського
  • Національний гірничий університет
  • Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут"
  • Сумський державний університет
  • Харківський національний університет радіоелектроніки

Після розселення в гуртожитку всі бажаючі могли повернутися в навчальний центр і проконсультуватися по завданнях. Найбільш часто задавалися питання стосовно адресації пам'яті програмованих логічних контролерів VIPA, розміщення картинок на зображеннях і повороту елементів.

Теоретичний тур

Офіційно олімпіаду відкрив ректор Національного гірничого університету Півняк Геннадій Григорович. Побажав учасникам олімпіади великих звершень і перемог.

Після чого учасники розійшлися по аудиторіях і приступили до виконання завдань, які базувались на знаннях з теорії автоматичного управління, оптимальним і адаптивним системам.

Підготовка до практичного туру

Після того, як теоретичний тур закінчився, в навчальний центр був перенесений стенд. На комп'ютерах були розгорнуті робочі простори з проектом завдання, а також графічні ресурси. Це дозволило учасникам не витрачати час на рутинну роботу і приділити основну увагу процесу розробки, забезпечити сучасний дизайн елементів людино-машинного інтерфейсу. Это позволило участникам не тратить время на рутинную работу и уделить основное внимание процессу разработки и обеспечить современный дизайн элементов человеко-машинного интерфейса. Развернутое рабочее пространство по структуре соответствует примеру задания. В нем также присутствует драйвер программируемого логического контроллера, для которого реализована симуляция стенда и настроен доступ к физическому контроллеру. Для получения доступа к переменным контроллера достаточно правильно настроить их адресацию.

Практичний тур

Співробітники навчального центру надавали посильну допомогу учасникам, роз'яснюючи завдання і допомагаючи у вирішенні організаційних питань.

По завершенню практичного туру проект авторського рішення і проекти всіх команд були об'єднані в один робочий простір. Перед журі було поставлено завдання оцінити правильність функціонування людино-машинного інтерфейсу при роботі SCADA системи zenon з фізичним контролером. Спочатку журі ознайомилося з авторським рішенням і критеріями оцінки виконання завдання і потім перейшло до оцінки проектів команд. Судді мали можливість порівнювати значення, які відображаються людино-машинним інтерфейсом зі значеннями, відображеними на HMI панелі. Поки журі оцінювало наступний проект, лічильна комісія підраховувала бали. Завдяки такій організації весь процес зайняв менше двох годин і був прозорим для спостерігачів.

Переможці практичного туру

I МІСЦЕ Сумський державний університет

II МІСЦЕ Харківський національний університет радіоелектроніки

II МІСЦЕ Національний гірничий університет

III МІСЦЕ Житомирський державний університет

III МІСЦЕ Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут"

III МІСЦЕ Національний гірничий університет

Повний список учасників, їх проекти, допущені помилки і зображення можна подивитись на сайті кафедри автоматизації та комп'ютерних систем.

Відеоматеріали, що демонструють функціонування проектів, можна подивитись на YouTube.

Подяки

Колектив Навчального центру, кафедра Автоматизації та комп'ютерних систем дякують всім учасникам олімпіади та їх керівникам.

Ми раді, що Ви побували у нас, познайомились з нашою роботою, і сподіваємось, що Вас зацікавили використовувані нами підходи при підготовці студентів.

Ми дякуємо компанії СВ АЛЬТЕРА і її колективу за всеосяжну допомогу в підготовці до олімпіади і великий внесок у розвиток вищих навчальних закладів України.

Автори:

Бойко Олег Олександрович, асистент кафедри АКС НГУ
Воскобойник Євген Костянтинович, асистент кафедри АКС НГУ
Загорудько Валентин Валерійович, асистент кафедри АКС НГУ
Носкін Дмитро В'ячеславович, асистент кафедри АКС НГУ
Проценко Станіслав Миколайович, доцент кафедри АКС НГУ