Результаты Всеукраинской студенческой олимпиады по специальности "Компьютеризированные системы управления и автоматика"

05/05/2016

ВСЕУКРАИНСКАЯ СТУДЕНЧЕСКАЯ ОЛИМПИАДА
"КОМПЬЮТЕРИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И АВТОМАТИКА"

С 18 по 21 апреля 2016 года на базе кафедры Автоматизации и компьютерных систем Национального горного университета проходил II этап Всеукраинской студенческой олимпиады по специальности “Компьютеризированные системы управления и автоматика”.

Подготовка к олимпиаде

Олимпиада проходит в два тура: теоретический и практический. В теоретическом туре перед студентами ставятся абстрактные задачи, связанные с теорией автоматического управления и теорией систем. В практическом туре ставятся прикладные задачи, связанные с проектированием алгоритмов работы программного обеспечения системы управления, и разработке программного обеспечения программируемых логических контроллеров. Коллектив “Учебного центра компании СВ АЛЬТЕРА” вызвался взять на себя подготовку и проведение практического тура олимпиады в соответствии с прошлогодней концепцией. Ее суть заключается в вынесении в задание вопросов связанных с использованием практических навыков работы с промышленным оборудованием. Задание будет сформировано таким образом, что бы в нем не было вопросов по специальности связанных со спецификой, одного из высших учебных заведений. Для подготовки студентам будет предоставлен полный доступ к заданию.

В 2014 году в качестве задания на олимпиаду были вынесены вопросы разработки программного обеспечения под SCADA систему zenon и программный программируемый логический контроллер (ПЛК) zenon Logic. Основной упор шел на дискретное управление с использованием комбинационных автоматов. В 2015 году в качестве задания на олимпиаду были вынесены вопросы по идентификации объектов управления, проектирования системы управления на базе ПИД регулятора и настройки параметров регулятора. При этом модели объекта управления и системы управления были реализованы в SCADA системе zenon, что практически не отличается от работы с реальными объектами управления. В этом году в качестве задания на практический тур было принято решение вынести вопросы проектирования алгоритма работы системы управления в виде графов состояний и разработку программного обеспечения для программируемого логического контроллера. Решения таких задач является одной из отличительных особенностей специальности “Компьютеризированные системы управления и автоматика”.

К началу декабря были выдвинуты основные требования к заданию. Вопросы охватывали все практические аспекты проектирования и разработки программного обеспечения для программируемых логических контроллеров. Объект управления должен обладать только дискретными датчиками, алгоритм работы системы управления может быть легко описан при помощи графа состояний, реализация графа состояний должна быть возможна на большинстве языков программирования стандарта МЭК 61131-3 без использования специфических решений.

В конце декабря был завершен выбор объекта управления. В качестве объекта был выбран гидравлический пресс. Гидравлический пресс (4) предназначен для производства ламината путем прессования предварительно сформированных пакетов (3) под воздействием температуры. Пакеты (3) поступают по рольгангу (2), который представляет собой роликовый конвейер, на котором в один момент времени может находиться только один пакет (3). Управление асинхронным электроприводом рольганга осуществляется при помощи пускателя.

n05052016 1

Перемещение пакета с рольганга на пресс и с пресса на рольганг осуществляется при помощи электромеханических толкателей (1, 6). Выдвинутое и задвинутое положение толкателей определяется при помощи концевых датчиков. В выдвинутом положении толкатель рольганга (1) позиционирует пакет под прессом, а толкатель пресса (6) позиционирует готовый ламинат на рольганге. Управление направлением движения толкателя осуществляется при помощи пускателей.

В процессе прессования плита (5) опускается на пакет до достижения давления 300 МПа. Величина давления контролируется при помощи реле давления. По достижению заданного давления включается нагреватель плиты, после чего ее температура подымается до 200 °C. Управление нагревателем осуществляется при помощи пускателя, а нагрев выполняется по времени. Управление подъемом и опусканием пресса осуществляется при помощи двух электро-гидро переключателей, при этом верхнее положение плиты пресса контролируется по концевому датчику.

Для системы управления гидравлическим прессом была разработана схема электрическая принципиальная. Используя данную схему, участники олимпиады во время выполнения задания должны были разобраться с типами датчиков и условием их срабатывания, а так же с типами исполнительных устройств и принципами их переключения.

n05052016 2

Далее необходимо было разработать модель объекта управления для SCADA системы zenon, которая бы реализовывала гидравлический пресс, функционирование датчиков и базовые физические ограничения на работу исполнительных устройств.

Модель объекта управления была разделена на несколько отдельных элементов, каждый из которых реализовывался своей моделью: пакета, толкателя с рольганга на пресс, толкателя с пресса на рольганг и самого пресса. Наиболее сложной моделью оказалась модель пакета, так как необходимо было реализовать появление его на рольганге, уход с рольганга, изменение пакета в процессе термической обработки. Все это было реализовано на базе графа состояний.

n05052016 3

По умолчанию модель находится в состоянии покоя (S0). При включении рольганга (Roller) модель переходит в состояние подготовки пакета (S1) и запускает таймер (Timer1) на пять секунд. По истечению времени (!Timer1) модель переходит в состояние наличия пакета (S2), при этом на рольганге появляется пакет (PA). Если рольганг включен (Roller), система переходит в состояние подготовки ухода пакета (S3) и запускает таймер (Timer2) на пять секунд. Если рольганг выключается (!Roller), система переходит в состояние наличия пакета (S2). По истечению времени (!Timer2) модель переходит в состояние ухода пакета (S4), при этом пакет уходит (!PA), цвет пакета становится стандартным (!PC), и запускается таймер (Timer3) на пять секунд. По истечению пяти секунд (!Timer3) модель переходит в состояние покоя (S0).

Если модель находится в состоянии наличия пакета (S2) и процесс прессования пакета еще не выполнялся (!PC – цвет пакета не изменен), пакет находится под прессом (PckP), создано необходимое давление на пакет (PP) и включен нагреватель плиты пресса (PH) - модель переходит в состояние термообработки пакета (S5), при этом запускается таймер (Timer4) на восемь секунд. Если изменится одно из условий термообработки пакета (!PckP или !PP или !PH), модель перейдет в состояние наличия пакета (S2). При истечении времени (!Timer4) модель переходит в состояние наличия пакета, цвет пакета изменяется на цвет ламината (PC).

Модель наличия пакета реализована в виде программного обеспечения программного программируемого логического контроллера zenon Logic на языке программирования Ladder Diagram.

За перемещение пакета отвечают модели толкателей, а за прессование пакета модель пресса. При этом реализовано зажимание прессом пакета, перекрытие плитой пресса пути для пакета или толкателей, встречное включение толкателей при наличии пакета. Так как данные модели обладают большим количеством операций сравнения числовых значений, они реализованы в виде программного обеспечения программного программируемого логического контроллера zenon Logic на языке программирования Structured Text.

Для визуализации процесса функционирования модели для SCADA системы zenon был разработан человеко-машинный интерфейс, который позволяет индицировать состояние системы управления и датчиков, а также изменять состояние исполнительных устройств.

n05052016 4

Благодаря принятым решениям проверить алгоритм работы системы управления можно до разработки программного обеспечения для софт-ПЛК zenon Logic. Для этого достаточно через человеко-машинный интерфейс в соответствии с алгоритмом задавать состояние исполнительных устройств.

В начале марта пример задания на практический тур был выложен в интернет в общий доступ, после чего с заданием могли ознакомиться все участники олимпиады. Для облегчения подготовки к олимпиаде участники могли скачивать виртуальную машину с уже установленной SCADA системой zenon и сразу приступать к ознакомлению с заданием. В качестве примера задания использовалась модель шахтного водоотлива.

n05052016 5
n05052016 6

Олимпиада

Регистрация участников

Регистрация участников олимпиады проходила в аудитории учебного центра. Благодаря поддержке компании СВ АЛЬТЕРА каждый участник получил информационный пакет, бейдж и программу олимпиады.

n05052016 7

Всего в олимпиаде приняли участие десять высших учебных заведений:

  • Донецкий национальный технический университет
  • Житомирский государственный технологический университет
  • Криворожский национальный университет
  • Национальный аэрокосмический университет имени Н. Е. Жуковского
  • Национальный горный университет
  • Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт"
  • Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа
  • Одесский национальный политехнический университет
  • Сумской государственный университет
  • Харьковский национальный университет радиоэлектроники

После расселения в общежитии все желающие могли вернуться в учебный центр и проконсультироваться по заданиям.

Теоретический тур

Официально олимпиаду открыл проректор по учебной работе Национального горного университета Хоменко Юрий Тимофеевич, пожелав участникам олимпиады больших свершений и побед.

n13052015 15

После открытия участники разошлись по аудиториям и приступили к выполнению заданий, базирующихся на знаниях по теории автоматического управления и теории систем.

Практический тур

Сначала команды разыграли номера компьютеров, за которыми они должны были выполнять задание, после чего начался практический тур. По ходу прохождения олимпиады сотрудники учебного центра оказывали посильную помощь участникам, разъясняя задание и подсказывая в решении некоторых вопросов.

n05052016 9

Перед тем, как приступить к оцениванию, судейской комиссии было продемонстрировано авторское решение, состоящее из графа состояний и реализованного по нему программного обеспечения системы управления для софт-ПЛК zenon Logic.

Представители всех команд приняли активное участие в процессе судейства. Предложенная методика оценивания позволила сделать процесс прозрачным и удобным, благодаря чему результаты стали известны уже через полтора часа.

Большинство команд успешно справилось с заданием и продемонстрировали высокий уровень подготовки в вопросах разработки программного обеспечения для программируемых логических контроллеров. Более половины команд успели разработать граф состояний в SCADA системе zenon, что выходило за рамки поставленного задания.

Победители олимпиады

Призы для победителей, их руководителей и участников олимпиады были предоставлены компанией СВ Альтера в виде фонарика с логотипом компании zenon и USB Flash накопителей.

I МЕСТО Житомирский государственный технологический университет

n05052016 15

I МЕСТО ЗА ПРАКТИЧЕСКИЙ ТУР Национальный горный университет

n05052016 16

II МЕСТО ЗА ПРАКТИЧЕСКИЙ ТУР Сумской государственный университет

n05052016 17

III МЕСТО ЗА ПРАКТИЧЕСКИЙ ТУР Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа

n05052016 19

Авторы

Бойко Олег Александрович, ассистент кафедры АКС НГУ
Воскобойник Евгений Константинович, ассистент кафедры АКС НГУ
Загорудько Валентин Валериевич, ассистент кафедры АКС НГУ
Славинский Дмитрий Вячеславович, ассистент кафедры АКС НГУ
Проценко Станислав Николаевич, доцент кафедры АКС НГУ