Zaawansowane laboratoria zintegrowanego sterowania wspierają edukację studentów w Katedrze Mikroelektroniki i Technik Informatycznych Politechniki Łódzkiej

Katedra Mikroelektroniki i Technik Informatycznych (DCMS) na Politechnice Łódzkiej stwarza dla swoich studentów, doktorantów i absolwentów coraz szersze spektrum możliwości rozwoju wiedzy i umiejętności – a następnie ich wykorzystania. Można śmiało powiedzieć, że DMCS jest ważnym ośrodkiem rozwoju mikroelektroniki w Polsce. ASTOR jest jedną spośród licznych organizacji, z których doświadczenia łódzki DMCS czerpie szukając możliwości poszerzenia pola działalności dla mikroelektroników.
Najczęściej używana nazwa katedry – DMCS – to skrót od Department of Microelectronics and Computer Science, czyli od angielskiego tłumaczenia polskiej nazwy jednostki. Istnieje ona od 1996 roku. Obok zajęć dydaktycznych na kilku wydziałach Politechniki Łódzkiej, pracownicy DMCS biorą udział w licznych projektach badawczo-rozwojowych we współpracy z ośrodkami na całym świecie i w Polsce. Od pierwszych lat działalności Katedra Mikroelektroniki i Technik Informatycznych organizuje też międzynarodową konferencję MIXDES (Mixed Design of Integrated Circuits and Systems).
Zakres wiedzy i zainteresowań naukowców z DMCS-u jest bardzo szeroki – od udziału wpracach nad uzyskaniem energii z kontrolowanej syntezy jądrowej w międzynarodowym projekcie ITER, po prace nad konstruowaniem „ARUZA", czyli rewolucyjnie szybkiego symulatora procesów chemicznych powstającego w łódzkim Technoparku. Katedra utrzymuje również stałe kontakty z ośrodkami przemysłowymi w USA, Kanadzie i Niemczech, a także w Polsce, wykonując zlecane przez nie projekty.

Wyzwanie

Wśród specjalności, w których kształci DMCS, jest również specjalizacja Układy Elektroniki Przemysłowej, z obszarami takimi, jak: diagnostyka wibracyjna dużych maszyn wirnikowych, sterowniki i komputery przemysłowe, transmisja danych w sieciach przemysłowych i systemy nadzoru i wizualizacji procesów produkcyjnych. Studenci wybierający tę specjalizację już od 1989 roku mogli korzystać z pracowni elektroniki przemysłowej wyposażonej w sterowniki PLC i przemysłowe systemy wizualizacji, czyli technologie w owych czasach wchodzące na rynek, a obecnie stosowane jako standard w przemyśle. Ciekawostką jest, że do tej pracowni przyciąga studentów model kolejki szynowej sterowany za pomocą sterowników i switchy przemysłowych.
Od kwietnia 2015 roku studenci i doktoranci DMCS-u mogą korzystać z dwóch nowych pracowni wyposażonych w urządzenia i oprogramowanie stosowane w przemyśle. Są one częścią nowego Centrum Technologii Informatycznych, którego budowę i wyposażenie współfinansowano ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Infrastruktura i Środowisko.
Laboratorium komputerów i sterowników przemysłowych oraz laboratorium sieci przemysłowych i zintegrowanego sterowania to dwie propozycje spośród 21 pracowni, w których przyszli naukowcy i specjaliści mogą się zapoznawać z możliwościami zastosowań technologii informatycznych w różnych dziedzinach. Pracownie przemysłowe wyróżniają się na tle podobnych laboratoriów na innych uczelniach technicznych w Polsce różnorodnością zaprezentowanych instalacji. W wyposażeniu stanowisk zastosowano sterowniki GE Intelligent Platforms oraz oprogramowanie do wizualizacji danych przemysłowych GE Intelligent Platforms Proficy iFIX.

Realizacja: Laboratorium komputerów i sterowników przemysłowych

Laboratorium wyposażone jest w 5 typów stanowisk obiektowych odzwierciedlających różne aspekty pracy zakładu przemysłowego lub obiektu użyteczności publicznej. Silniki i inne elementy wykorzystane w modelach możliwie najdokładniej odzwierciedlają sprzęt pracujący w warunkach przemysłowych.
Stanowiska wyposażone są także w panel do wizualizacji danych o przebiegu procesu. „Obiekty w laboratorium zostały skonstruowane i zaprogramowane tak, żeby student miał możliwość uczenia się modułowego, poczynając od prostego zaprogramowania układu, po wykonywanie coraz bardziej skomplikowanych operacji" – podkreśla Łukasz Mąka, koordynator ds. edukacji w firmie ASTOR.
Stanowisko 1: Sterowanie procesami dyskretnymi
Jest to model linii technologicznej, zbudowany w oparciu o jeden centralny kontroler PACSystems RX3i zbierający wszystkie sygnały w instalacji. Sterownik ma obsłużyć proces zgodnie z algorytmem wgranym przez studenta. Podstawowym zadaniem dla studenta jest segregacja elementów przesuwających się na transporterze taśmowym, przy wykorzystaniu danych zbieranych przez system czujników. To stanowisko pozwala poznać różne typy czujników wykorzystywanych w przemyśle, a także sposoby ich kalibrowania i programowania.
Stanowisko 2: Utrzymywanie ciśnienia cieczy pneumatycznej
Przerwa w pracy instalacji tego typu w rzeczywistym zakładzie przemysłowym niesie duże ryzyko. Z tego względu w modelowanym obiekcie zastosowano ciekawą architekturę systemu; pracują tu dwa kontrolery PACSystems RX3i, zapewniające redundancję. Oznacza to, że gdy jeden przestaje działać, drugi może przejąć sterowanie procesem bez straty dla procesu. Na tym stanowisku student może zapoznać się z takim elementami, jak algorytmy sterowania procesami szybkozmiennymi, czy regulator PID.
Stanowisko 3: Sterowanie systemem przepompowni
Stanowisko pozwala zapoznać się z elementami obsługi obiektów wodno-kanalizacyjnych. Składa się z dwóch zminiaturyzowanych zbiorników, których praca regulowana jest dwoma odrębnymi sterownikami oraz pompy podającej ciecz do zbiornika. Kontroler PACSystems RX3i komunikuje się ze sterownikiem VersaMax Micro bezprzewodowo, a także za pomocą standardowego switcha w sieci kablowej. Do komunikacji bezprzewodowej wykorzystano radiomodemy SATEL, by zademonstrować typowo przemysłowe rozwiązanie komunikacji bezprzewodowej, szeroko stosowane w przedsiębiorstwach w branży wodno-kanalizacyjnej.
Stanowisko 4: Ploter
Układ składa się ze stolika „XY" i systemu uchwytów pozycjonujących element – jest to pisak rysujący linie na kartce, co pozwala studentowi na bieżąco obserwować efekty pracy. W instalacji zastosowano kontroler PACSystems RX3i, który komunikuje się za pomocą światłowodu ze wzmacniaczami serwo PACMotion, które sterują serwo-silnikami pozycjonującymi ramię plotera.
Stanowisko 5: Bezpieczeństwo maszynowe
Stanowisko odpowiada na potrzeby branży maszynowej. Zaprezentowano tutaj rozwiązania z dziedziny bezpieczeństwa pracy wymagane dyrektywą Unii Europejskiej. Silnik imitujący piłę znajduje się w zabezpieczonej klatce, a nad bezpieczeństwem czuwa sterownik bezpieczeństwa. W wypadku wtargnięcia do klatki operatora lub innego elementu, sterownik bezpieczeństwa wykrywa wtargnięcie, zatrzymuje proces i wyłącza silnik. Sterownik zaprogramowano tak, by reagował na element wielkości znormalizowanej średnicy dłoni mieszkańca Europy. Wszystkie elementy systemu sterowania i bezpieczeństwa są połączone przemysłową siecią komunikacyjną Profibus DP.

Realizacja: Laboratorium sieci przemysłowych i zintegrowanego sterowania

Laboratorium zostało wyposażone w najnowszych dziesięć rodzajów sieci przemysłowych stosowanych we współczesnych zakładach produkcyjnych. Opierają się one na szeregu protokołów komunikacyjnych stosowanych w zakładach. Również w wyposażeniu tego laboratorium kierowano się zasadą możliwie najdokładniejszego odwzorowania popularnych rozwiązań stosowanych w rzeczywistych zakładach przemysłowych.
„Studenci mogą się tutaj nauczyć zarówno programowania sieci, jak i tego, w jaki sposób przebiega komunikacja pomiędzy poszczególnymi stanowiskami, tak jak to się dzieje w rzeczywistych warunkach w procesie przemysłowym na linii produkcyjnej" – dodaje Zbigniew Kulesza – opiekun pracowni.

Korzyści

Wyposażenie pracowni w rozwiązania tak różnorodne, a jednocześnie praktyczne było możliwe nie tylko dzięki wiedzy, doświadczeniu i determinacji pracowników DMCS, ale także dzięki zaangażowaniu szeregu inżynierów konsultantów zfirmy ASTOR.
„Przygotowując projekt, korzystaliśmy z doświadczenia zespołu praktyków pracujących na „pierwszej linii frontu". Każdy z nich brał udział w realizacji dziesiątek inwestycji w zakładach produkcyjnych" – podkreśla Przemysław Łukasik, opiekun projektu.
W nowych laboratoriach studenci mogą zdobywać praktyczną wiedzę i umiejętności. Po zakończeniu studiów te umiejętności powinny okazać się pomocne w znalezieniu zatrudnienia, na przykład w coraz bardziej poszukiwanym zawodzie automatyka, a następnie przydatne w przyszłej pracy w zakładzie przemysłowym, za granicą, a także w Polsce.
ASTOR jest jedną spośród licznych organizacji, z których doświadczenia łódzki DMCS czerpie szukając możliwości poszerzenia pola działalności dla mikroelektroników. Są wśród nich ośrodki naukowe, przemysłowe i jednostki administrujące funduszami przeznaczonymi na rozwój nauki. Dzięki tej gęstej sieci współpracy studenci, doktoranci i absolwenci Politechniki Łódzkiej mają coraz szersze spektrum możliwości zastosowania swojej wiedzy – na polu naukowym i w innych dziedzinach.
„Niezwykłą zaletą obydwu pracowni jest to, że studenci mają możliwość pracy na modelach rzeczywistych obiektów przemysłowych" – podkreśla mgr inż. Zbigniew Kulesza, opiekun specjalności Układy Elektroniki Przemysłowej DMCS.
To w dużej mierze dzięki jego znajomości technologii przemysłowych, a także jego inicjatywie, w laboratoriach stworzono tak zróżnicowane możliwości zdobywania i pogłębiania wiedzy o technologiach stosowanych w automatyzacji produkcji zakładów przemysłowych.
Źródło: ASTOR