Моделювання типових технологічних процесів засобами CoDeSys



Анотація. В даній роботі було розглянуто моделювання процесів та систем в інструментальному програмному комплексу CODESYS. Було змодульовано одні з найпоширеніших процесів, такі як гідродинамічні, термодинамічні та інші. Було зроблено порівняння з іншими програмними комплексами такого ж типу. Було зроблено висновок, що використання програмного комплексу CODESYS призводить до оптимізації підготовки кадрів, адже простота програмування процесів і систем є очевидною складовою цього комплексу.

Ключові слова: моделювання, оптимізація, процеси та ситеми.

Драбинко Віталій Павлович

НТУУ «КПІ» ім. Ігоря Сікорського

м. Київ, Україна

v.drabynko@gmail.com

Жеребко Валерій Анатолійович

НТУУ «КПІ» ім. Ігоря Сікорського

м. Київ, Україна

valery.zherebko@gmail.com

Modeling of typical technological processes by means of CoDeSys

Abstract. In this paper, the simulation of processes and systems in the CODESYS instrumental software system was considered. We have been modeling some of the most common processes, such as hydrodynamic, thermodynamic, and others. A comparison was made with other software systems of the same type. It was concluded that the use of the CODESYS software system leads to optimization of training, since the ease of programming of processes and systems is an obvious component of this complex.

Keywords: simulation, optimization, processes and systems.

Drabynko Vitalii

Faculty of Informatics and Computer Technology NTUU "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute"

Kyiv, Ukraine

v.drabynko@gmail.com

Zherebko Valerii

Faculty of Informatics and Computer Technology NTUU "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute"

Kyiv, Ukraine

zalery.zherebko@gmail.com

ВСТУП

В наш час дуже важливо, щоб студенти отримували якісну освіту і ставали висококваліфікованими спеціалістами. Особливо це стосується студентів різних технічних спеціальностей. Одним із важливих етапів їхнього навчання є програмування. В цьому і може допомогти інструментальний програмний комплекс CODESYS. Він був розроблений компанією 3S-Smart Software Solutions Gmbh [1]. Основою комплексу CODESYS є середовище розробки прикладних програм для програмованих логічних контролерів (ПЛК) [2]. Було розглянуто актуальність та ефективність використання інструментального програмного комплексу CODESYS у вищих навчальних закладах. Актуальність залучення CODESYS в навчальний процес є неймовірно великою, адже це програмний комплекс який постійно оновлюється і до того ж є безкоштовним. В ході даної роботи нами було розроблено декілька технологічних процесів та систем на різних мовах, що є доступними в програмному комплексі CODESYS, такі як термодинамічний, гідродинамічний, рух механічних систем та були промодельовані електричні схеми та системи.

РЕАЛІЗАЦІЯ CODESYS В ПРАКТИЧНИХ ЦІЛЯХ

Чому ж було обрано саме CODESYS в порівнянні з іншими інструментальними програмними комплексами? По-перше, в CODESYS реалізована можливість створювати програми на всіх п’яти мовах програмування, визначених міжнародним стандартом IEC 61131-3. Це такі мови як IL, ST, LD, FBD та SFC. Структура проекту не є складною адже вона є деревовидною та зрозумілою. Вона складається з менеджера бібліотек, головного тіла програми, трейсу (графічного представлення результатів) і само собою головною програмою (кодом). Часткова реалізація гідродинамічного процесу виглядає так:

Реалізація:

В даному випадку технологічним об’єктом керування виступає бак з рідною певної форми. В залежності від вибору моделі його фізичні характеристики змінюються.

РЕЗУЛЬТАТИ МОДЕЛЮВАННЯ В СЕРЕДОВИЩІ CODESYS

Для початку реалізації проекту, необхідно обрати скільки буде виконано кроків дискретизації та самий час виконання цих кроків. Для цього процесу було обрално гідродинамічний процес з кроком дискретизації в 1 секунду та часом виконання в 19 секунд, і отримано такі результати:

Рис. 1. Залежність висоти води в бакові від часу

Даний графік описує один з гідродинамічних процесів, такий як залежність витоку води з баку при включенні подачі води, як тільки рівень води достигне рівня трубки. Як видно на графіку початковий рівень води становив 0.25 м і повільно падав вниз, але як тільки рівень води досягнув позначки трубки, то одразу ж бак почав наповнюватись і паралельно стікати, що і видно на даному графіку.

ПЕРЕВАГИ CODESYS

Надзвичайно важливим елементом в CODESYS є інструмент графічного трасування значень змінних Дуже зручним в програмному комплексі є наявність вбудованої системи візуалізації, що дозволяє виконувати на практиці досить складні проекти автоматизації. Незамінною в освітньому процесі є можливість додавання власних бібліотек і програмних розширень нарівні зі стандартними. Це відкриває чимало можливостей для створення навчальних програм з вивчення автоматизації та моделювання процесів і систем. Використання цього комплексу надає студентам не тільки теоретичні навички, але й практичні та професійні. Студенти, які мають практичні навички користування ним, з легкістю увійдуть на робочі місця.

ПРАКТИЧНА ЕФЕКТИВНІСТЬ CODESYS

Для перевірки ефективності використання даного програмного комплексу на практиці було проведено моделювання термодинамічного процесу в комплексі CODESYS. У цій програмі було змодульовано процес нагрівання деякого об’єкта з певними фізичними властивостями (сталева кулька) та розраховано залежність температури від часу при відомій залежності підвідної потужності від часу. Як бачимо графік дуже точний, адже на ньому видно початкову температуру досліджуваного об’єкта і крок дискретизації був заданий в 0.01 секунди. В CODESYS було використано мову програмування ST, що зайняло небагато часу і дозволило покроково спостерігати за проходженням процесу

ВИСНОВКИ

В ході написання цієї статті був розглянутий інструментальний програмний комплекс Codesys для оптимального моделювання технологічних процесів та систем. Використовуючи всі переваги надані Codesys було змодульовано декілька процесів та систем. Було зроблено висновок, що наш вибір є найбільш актуальним та ефективним, в порівняні з іншими варіантами. Тому є доцільним використання цього комплексу у навчальному процесі як безкоштовний універсальний комплекс. Він є простим для складання програмних моделей й імітаційного моделювання систем керування на прикладі розроблених моделей технологічних процесів та систем. Результати даної розробки впровадженні в навчально методичний комплекс дисципліни «Моделювання процесів та систем» на кафедру АУТС, факультету інформатики та обчислювальної техніки в НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського».

ЛІТЕРАТУРА

$1.$ Jochen Petry IEC 61131-3 mit CoDeSys V3: Ein Praxisbuch für SPS Programmierer. —2011. — 839 с.

$2.$ Петров И. В. Программируемые контроллеры. Стандартные языки и приёмы прикладного проектирования / Под ред. проф. В. П. Дьяконова. — М.: СОЛОН-Пресс, 2004. — 256 с.

May 17, 2018