Программа управления для аппаратно-программного комплекса симуляции задач управления технологическим оборудованием

Данная полезная модель является одним из типов учебного оборудования, которое содержит технические средства автоматизации технологических процессов, а также электронной вычислительной техники. Устройству найдется применение в высших и средних специальных учебных заведениях для получения навыков программирования ПЛК и обучению основам оптимизации реальных технических процессов производства. Также устройство может быть использовано для повышения квалификации специалистов в области автоматизированных систем управления технологическим процессом на предприятиях. В качестве приближенного по технической составляющей патента известен «Учебный лабораторный стенд для изучения технических средств автоматизации и основ управления технологическими процессами» (Пат. РФ №206052 опубл. 18.08.2021), на монтажной панели которого находятся программируемый логический контроллер, сенсорная панель оператора, программируемое реле, датчик температуры, устройство задания сигналов, твердотельное реле, а также охлаждающее оборудование. Недостатками данного технического решения являются сосредоточение на одном типе процессов симуляции, громоздкость и дороговизна оборудования. Задачей полезной модели является разработка лабораторного стенда симуляции различных задач технологического оборудования, предназначенного для улучшения качества обучения специалистов по автоматизации производства. Технический результат- вклад в развитие существующего поколения учебных стендов на основе программируемым логических контроллеров (ПЛК). Поставленную задачу можно решить, создав в микроконтроллере базу математических моделей технологического оборудования и с помощью управляющей программы задать использование одной из симуляций технологического процесса производства. Для наглядности и возможности слежения за изменением параметров просимулированного оборудования в корпус встроен дисплей. Достоверность и точность управляемых сигналов обеспечивает программируемый логический контроллер. В качестве базовой среды программирования ПЛК будет использован CodeSys. Исходный код программы будет перекомпилирован в машинный и загружен в ПЛК. ПЛК, в свою очередь, сгенерирует корректные управляющие сигналы и направит их в микроконтроллер для изменения параметров математической модели. Основой стенда будет являться высокопроизводительный 32-разрядный микроконтроллер PIC32MX795F512 с рабочей частотой 80 МГц. Он обладает большим набором интерфейсов таких как SPI, I2C и UART, что позволяет подключать специализированные микросхемы драйверов промышленных интерфейсов типа «токовая петля». Для отображения текущей информации о моделируемых параметрах технологического процесса будет использован жидкокристаллический цветной дисплей диагональю 7 дюймов с поддержкой сенсорного ввода информации. На данном дисплее будет отображаться мнемосхема выбранного объекта моделирования. Для обработки входных дискретных сигналов использована схема с оптроном TCLT1002. Для генерации выходных дискретных сигналов использована схема с реле G6L-1P DC3. Для создания выходных аналоговых сигналов системы используется две плата модуля генерации сигнала типа «токовая петля» MIKROE-1296 4-20 мА на основе 12-разрядного ЦАП MCP4921 со временем стабилизации 4.5 мкс, работающий с источником питания 5В. С выхода ЦАП будет управляться преобразователь токовой петли XTR116. Данная плата также обеспечивает гальваническое отделение от контура тока через цифровой изолятор ADuM1411 от аналоговых устройств. ADuM1411 также выполняет преобразование уровней сигналов от 3.3 вольтовой логики в 5 вольтовую логику. Ток через контур устанавливается транзистором средней мощности BCP56, приводимым в действие преобразователем XTR116. Для обработки входных аналоговых сигналов установлены два модуля ввода сигнала типа «токовая петля» MIKROE-1387 на основе 12-разрядного АЦП MCP3201 частота дискретизации которого 100 000 выб./сек. Для подключения к микроконтроллеру используется высокоскоростной интерфейс SPI. Настройка ПЛК будет осуществляться в среде CoDeSys (Controller Development System). В режиме эмуляции у студентов появится возможность изменить настройки и посмотреть, как это влияет как на работоспособность самой программы, так и на выходные параметры. Такая «тренировка» позволит будущим специалистам овладеть базовыми навыками программирования на языках стандарта МЭК 61131-3. Данный лабораторный стенд совмещает в себе имитационную модель системы с использованием математических функций программной среды с осуществлением точной модуляции работы исполнительных устройств за счет использования ПЛК. Таким образом, в качестве основы схемы организации будет использоваться производительный микроконтроллер, который позволяет моделировать участок технологического процесса. Также в системе необходимо использовать схемы согласования сигналов, для приведения их к соответствию с принятыми в промышленной автоматизации. Преимуществом учебного лабораторного стенда является возможность его непрекращающегося совершенствования за счет изменения математических моделей технологического оборудования, а также их настройки под нужды конкретного пользователя. Данная разработка направлена на доступное и эффективное повышение качества обучаемости специалистов в области автоматизированных систем управления технологическим процессом.