Aktuální vydání

celé číslo

04

2020

Balicí a plnicí linky, výrobní logistika

Příslušentví robotů

celé číslo

Inspiromat pro výuku a Tecomat: Díl třetí: sekvenční logické úlohy, téma pro aktivní studium

Dosud měly jednotlivé části seriálu formu souvislého výkladu (jako v učebnicích, zejména u druhé části o teorii kombinační logiky) nebo souboru řešených příkladů. Zájemci si text mohli nanejvýš přečíst, ale nic je nemotivovalo k aktivnímu řešení problémů. Na doporučení odborníků nyní volíme formu, která čtenáře může motivovat k aktivní a tvořivé činnosti – ta je právě nejlepší formou učení. Dále budou uváděna zadání problémů z různých tematických okruhů. Očekáváme (a doufáme, že oprávněně), že budeme zveřejňovat řešení od čtenářů – vítány budou především příspěvky od studentů, ale mohou být i od učitelů, kolektivů nebo od jiných zájemců o programování PLC. Použít lze libovolný dostupný programovatelný automat, např. již popsanou „kostku Foxee“ nebo jinou laboratorní pomůcku, popř. režim „virtuálního PLC“ vývojového systému Mosaic. Řešením nemusí být jen originální program, ale může jím být i použití vhodného funk­čního bloku z libovolné knihovny, použití systémových proměnných nebo systémových služeb. Řešení mohou být vytvořena v libovolném programovacím jazyku PLC podle normy IEC 61131-3. Musí být ověřená, doplněná popisem a komentáři, v grafické formě vhodné k otištění, s uvedením autora a jeho pracoviště (školy), popř. s kontaktními údaji. Zasláním autoři projevují souhlas s otištěním příspěvku v našem časopise (v tištěné a internetové verzi) nebo na stránkách www.tecoacedemy.cz spolupracující firmy Teco – zde bude následně probíhat diskusní fórum. Uvedeno může být i více alternativ řešení stejné úlohy. Redakce si vyhrazuje právo výběru příspěvků ke zveřejnění, k jejich redakční úpravě, doplnění vlastních komentářů a poznámek. Předpokládáme, že ve spolupráci s firmami Teco a Smart BIT budou později organizovány pracovní semináře pro aktivní řešitele. Těšíme se na řešení a spolupráci.

Tematický okruh 1: generování periodických signálů

Téma 1.1: blikající signálka

Zvolte signálku a po stisku tlačítka ji rozblikejte s frekvencí 1 Hz se střídou 1 : 1 (0,5 s impulz a 0,5 s mezera), po opětném stisku tlačítka ukončete blikání, ale až po skončení posledního impulzu. Postupně volte jiné kmitočty a jinou střídu blikání (poměr impulzu a mezery).

 

Téma 1.2: posuvy

Řadu signálek postupně ovládejte postupem: po stisku tlačítka rozsviťte levou krajní signálku, po zvolené době (např. 1 s) rozsviťte sousední vpravo (původní nechte svítit) a takto postupně rozsvěcujte ostatní signálky v řadě. Po rozsvícení poslední je podobným postupem zhasínejte a tento postup opakujte. Opětovným stiskem tlačítka ukončete. Jinou alternativou může být „rotující jednička“, kdy svítí jen jediná signálka. Téma nabízí mnoho variací, např. nestejné doby prodlevy, obrácení směru rotace po stisku dalšího tlačítka apod.

 

Téma 1.3: dělička kmitočtu záblesků

V klidu signálka bliká se zvoleným kmitoč­tem (např. 10 Hz) a po prvním stisku tlačítka bude kmitočet nkrát nižší, kde n je zadaná konstanta. Po opakovaném stisku se kmitočet vrátí na původní hodnotu. Alternativně lze úlohu rozšířit tak, aby po opakovaných stisknutích byl kmitočet postupně dělen hodnotami různých konstant ze souboru hodnot uložených v paměti.

 

Téma 1.4: násobička kmitočtu záblesků

V klidu signálka bliká se zvoleným kmitočtem (např. 10 Hz). Po stisku tlačítka bude kmitočet nižší, úměrně číslu n, kde n < 1. Po opakovaném stisku se kmitočet vrátí na původní hodnotu. Alternativně lze úlohu rozšířit tak, aby po opakovaných stisknutích byl kmitočet postupně násoben hodnotami konstant ze souboru uloženého v paměti.

 

Téma 1.5: proměnný kmitočet záblesků

Zvolte konstantní dobu svitu signálky (např. záblesk 0,5 s) a opakujte jej s periodou 1 s. Dobu periody postupně prodlužujte (např. s krokem 0,5 s nebo třeba 0,1 s) až do doby 10 s a potom periodu blikání zase postupně zkracujte. Děj periodicky opakujte až do stisku tlačítka. Podobným postupem, ale s jinými hodnotami ovládejte i ostatní signálky.

 

Téma 1.6: (pseudo)náhodné záblesky

Při konstantní době svitu signálky (např. záblesk 0,5 s) opakujte záblesky s nahodilou dobou periody v rozsahu 1 až 10 s. Podobně, ale s jinými hodnotami ovládejte i ostatní signálky, aby vznikl „naprostý chaos“. Podobně lze vnést nahodilost i do blikání signálky z tématu 1.1. Existuje mnoho algoritmů pro generování pseudonáhodných posloupností a úloha vyžaduje studium a tvořivý přístup.

Doporučení: Nenechte se omezovat formulací zadání, kombinujte různá témata a vytvářejte své variace zadání.

 

Tematický okruh 2: měření času

Téma 2.1: doba stisku tlačítka

Změřte dobu, po kterou bylo stisknuto tlačítko (nebo trvala jiná událost). Změřenou hodnotu zobrazte vhodným způsobem, např. v ladicím prostředí Mosaic, na webových stránkách svého PLC, na operátorském panelu (skutečném nebo virtuálním) nebo v nástroji GraphMaker.

 

Téma 2.2: kopírování doby stisku tlačítka

Změřte dobu, po kterou bylo stisknuto tlačítko, a po jeho uvolnění po stejnou dobu rozsviťte signálku.

 

Téma 2.3: integrující analogie časovače TON

Postupně měřte a sčítejte doby, kdy bylo tisknuto tlačítko (nebo trvala jiná událost). Až tato součtová doba přesáhne nastavenou hodnotu (např. 20 s), nastavte výstup (rozsviťte signálku). Výstup vynulujte dalším tlačítkem (reset). Řešení zpracujte ve formě uživatelského funkčního bloku a uložte do knihovny. Integrující časovač nachází uplatnění v praxi, obvykle při řešení úloh technické diagnostiky, např. při vyhodnocování provozní doby zařízení nebo jeho částí, při kontrole opotřebení nástroje apod.

 

Téma 2.4: měření reakční doby operátora

Řešte problém měření doby reakce operátora – může to být jen zábavná hra, pomůcka pro psychology nebo součást řídicího programu pro testování způsobilosti operátora stroje. V náhodných okamžicích rozsvěcujte signálku, na kterou obsluha reaguje stiskem tlačítka. Měřte dobu od rozsvícení signálky do stisku tlačítka a tyto dílčí hodnoty sčítejte po dobu celého experimentu. Souhrnnou dobu vhodným způsobem zobrazte. Úlohu lze zkomplikovat tak, že se bude rozsvěcovat několik signálek (asi ne více než dvě současně), na které bude třeba reagovat různými tlačítky.

 

Téma 2.5: časové značky událostí

K okamžikům stisku tlačítka (nebo k jiným událostem) přiřaďte časovou značku ve vhodném formátu, uložte a umožněte jejich zobrazení.

 

Téma 2.6: časový odstup mezi událostmi

Zjistěte časový odstup mezi zvolenými událostmi, např. mezi okamžiky stisku téhož tlačítka nebo mezi okamžiky stisku či uvolnění různých tlačítek. Volte různé způsoby řešení, např. s využitím časovačů nebo časových značek.

 

Téma 2.7: okamžik zapnutí a vypnutí PLC

Zajistěte, aby byla k dispozici časová značka okamžiku posledního vypnutí a opětovného zapnutí PLC.

 

Tematický okruh 3: kombinované časové a sekvenční úlohy

Téma 3.1: krátký a dlouhý stisk

V technice budov je účelné redukovat počet ovládacích prvků (vypínačů) tím, že rozlišujeme sekvence a časové závislosti stisků téhož tlačítka. Například po stisku tlačítka se nejprve na krátkou dobu rozsvítí orientační osvětlení místnosti a při delším držení teprve hlavní svítidlo. To zhasneme opakovaným stiskem.

 

Téma 3.2: jednoduchý a dvojitý stisk

Svítidla lze ovládat i počtem stisků téhož tlačítka. Například prvním stiskem se rozsvítí orientační osvětlení, druhý stisk rozsvítí hlavní svítidlo, popř. lze opakovanými stisky rozsvěcet další svítidla. Je na dohodě, zda se mají dříve rozsvícená svítidla opět zhasínat, nebo nechat svítit všechna. Může být požadováno, aby se opakované stisky vyhodnocovaly v zadaném časovém intervalu. Je opět otázkou dohody, jak svítidla zhasínat. Fantazii se meze nekladou.

 

Téma 3.3: pro pány

Na veřejných WC pro pány je splachování pisoárů řízeno automaticky, v závislosti na stavu senzoru. Způsoby ovládání mohou být v detailech odlišné, podle výrobce nebo uspořádání mušlí (ovládání jednotlivých mušlí nebo společné ovládání celé řady). Analyzujte jednotlivé postupy a pak je modelujte v programu PLC (z cvičných důvodů, pro řízení splachovače se PLC nepoužívá).

 

Tematický okruh 4: časové programy

Téma 4.1: časové programy v „absolutním čase“

V technice budov se lze často setkat s časovým řízením. Jednotlivá technická zařízení v budově nebo i v jednotlivých místnostech a na chodbách (osvětlení, vytápění, klimatizace, zásuvky, žaluzie) jsou mnohdy ovládána časovým programem. Obvykle je zadáván z operátorského rozhraní v podobě tabulky nebo grafu, kde jsou jednotlivým časovým intervalům přiřazeny příznaky aktivity a hodnoty pro jednotlivá zařízení. Obyčejně se používá programování v denních, týdenních nebo ročních cyklech. V paměti PLC jsou pak programy uloženy ve formě struktury dat. Časové údaje jsou zde uloženy jako ve formě „absolutního času“, který je strukturován na dny, hodiny a minuty. Vytvořte program, který interpretuje údaje z datové struktury a převádí na povely pro technologická zařízení (alespoň zjednodušeně, třeba jen pro dvouhodnotové ovládání světel). Jako nadstavbu můžete vytvořit jednoduché operátorské rozhraní.

 

Téma 4.2: časové programy v „přírůstkovém čase“

Časové řízení se používá i při řízení technologických procesů. Zde jsou ale časové údaje zadávány v přírůstkové formě, jako začátky intervalů od začátku procesu.

 

Tematický okruh 5: sekvenční algoritmy a řízení mechatronických soustav

Téma 5.1: řízení modelu mechatronické soustavy

Vyberte si v laboratoři vhodnou mecha­tronickou učební pomůcku nebo její softwarový model („virtuální soustavu“), např. pásový dopravník, manipulátor, model výrobní linky nebo pračky. Navrhněte svůj technologický postup, který budete na modelu řešit, a vytvořte pro něj program PLC, kterým budete model řídit.

 

Téma 5.2: technická diagnostika řízeného modelu

Algoritmus a program řízení modelu mechatronické soustavy rozšiřte o postup, který řeší základní technickou diagnostiku – rozpoznává typické poruchové stavy a označuje jejich příčinu.

 

Téma 5.3: simulace života v prázdném domě

Bezpečnost obyvatel a majetku je velmi důležitým požadavkem na technické vybavení budov. Kromě základního vybavení zabezpečovacím systémem je užitečná i „simulace života“. Profesionální zloději obvykle napadnou dobře vytipovaný objekt s pečlivě dokumentovaným režimem, ale příležitostní pachatelé se rozhodují podle momentální situace. Ne vždy je ale odradí stálé osvětlení místností v prázdném domě. Podstatně účinnější je „simulovaný život“. Například po setmění se někde rozsvítí, později se zapne televize, občas se rozsvítí a zhasne v koupelně, osvětlí se schodiště a pak prostory v horním patře apod. V ideálním případě může být scénář modifikován pro různé dny, mohou se ozývat různé zvuky (např. nesrozumitelný rozhovor, štěkání psa, tekoucí voda, kroky, padající předměty). Navrhněte svou verzi simulačního algoritmu a vytvořte pro ni program PLC.

 

Závěr

Neočekáváme lavinu odpovědí. Není nutné vyřešit úlohy všech tematických okruhů – a už vůbec ne všechny současně. Jsme připraveni přijímat řešení úloh v náhodném pořadí, jak byly vytvořeny. Nenechte se svazovat požadavky zadání, libovolně je modifikujte nebo řešte úlohy podle svého zadání. Cílem je aktivovat čtenáře (především studenty) k tvořivé práci (individuální nebo raději týmové) a poskytnout jim radost z dosažených výsledků a následně je veřejně prezentovat a přijímat k diskusi.

 

Ladislav Šmejkal, Teco a. s.

a externí redaktor Automa