Infraštruktúra DSR KKUI

Otvoriť obrázok v plnom rozlíšení




Popis infraštruktúry

Riadiaca pyramída znázornená na obrázku predstavuje infraštruktúru Distribuovaného systému riadenia (DSR) KKUI FEI TU v Košiciach ako modelu komplexného informačného a riadiaceho systému, ktorý je vybudovaný nad súborom reálnych fyzikálnych modelov, umožňujúcich modelovanie a experimentálne overenie širokej škály praktických úloh v podmienkach približujúcich sa podmienkam praxe v súlade s medzinárodnými štandardami a odporučeniami. Uvedená infraštruktúra bola budovaná postupne pracovníkmi katedry v rámci riešenia výskumných úloh katedry s podporou významných svetových firiem (Rockwell Automation, ORACLE, WONDERWARE a ďalších) ako aj národných a medzinárodných projektov, napr. projektu podpory operačného programu Výskum a vývoj financovaného z Európskeho fondu regionálneho rozvoja. Je súčasťou Centra informačných a komunikačných technológií pre znalostné systémy riešeného na FEI TU v Košiciach.

Modelové pracovisko

Modelové pracovisko je postavené na báze fyzických modelov výrobných liniek, laboratórnych výukových modelov dynamických systémov do štruktúry DSR KKUI, ktoré boli vytvorené v rámci laboratórií katedry. V súčasnosti je existujúca množina modelov fyzikálnych systémov rozširovaná o nové modely (zložitejšie modely priemyselných výrobných liniek, model rotačného inverzného kyvadla, modely mobilných robotov Khepera III), ktorých získanie je realizované z prostriedkov prebiehajúceho projektu „Centra informačných a komunikačných technológií pre znalostné systémy“- jeho prvej výzvy (Centra excelentnosti I). Súbor týchto reálnych modelov fyzikálnych systémov predstavuje riadený technológický proces a predstavuje nultú úroveň pyramídy.

Systém riadenia

Systém riadenia je integrovaný do 5-úrovňovej pyramídovej architektúry DSR, ktorá umožňuje riešenie úloh v oblasti komplexného riadenia s dôrazom na väzby medzi jednotlivými úrovňami. Štruktúra distribuovaného systému na KKUI je znázornená na obrázku.

Prvá úroveň (Technologická úroveň riadenia a regulácie)

Prvá úroveň predstavuje súbor prostriedkov riadenia a regulácie na báze PLC a technologických PC. Prostriedky tejto úrovne zabezpečujú riadenie a reguláciu modelov, pričom snímače a akčné členy modelov sú pripojené buď štandardne cez technologické rozhrania (analógový V/V, digitálny V/V, alebo frekvenčný V/V), alebo s využitím technologických sietí (Asi, DeviceNet, alebo Profibus).

Druhá úroveň (Úroveň SCADA/HMI)

Druhá úroveň zahŕňa SCADA HMI a súbor modelov, ktoré boli vytvorené pre podporu riadenia na prvej úrovni. SCADA HMI, zabezpečuje supervízne riadenie, zber a archiváciu údajov z výrobného procesu. Väzba na prvú úroveň riadenia je realizovaná obyčajne rozhraním ETHERNET TCP/IP, prípadne iným technologickou sieťou (Profibus, ControNet a pod.) Väzba na PLC je riešená s využitím OPC servera. Väzba na vyššie informačné úrovne riadenia je realizovaná rozhraním ETHERNET TCP/IP s využitím ODBC komunikácie.

Úroveň simulačných modelov

Úroveň modelov je realizovaná buď v programovom prostredí simulačného jazyka Matlab/Simulink so súborom aplikačných Toolboxov a podporných komunikačných prostriedkov zabezpečujúcich interface s prostriedkami SCADA, PLC a RDBS, alebo modely sú vytvárané priamo v prostredí Visual C++, kde sú využívané knižnice pre samotnú funkcionalitu modelov ako aj komunikáciu s inými subsystémami.

Tretia úroveň (Informačná úroveň riadenia na báze relačných databázových systémov, klient-server architektúra)

Tretia úroveň predstavuje úroveň MES (Manufacturing Enterprise Systems). Je určená pre riešenie a realizáciu úloh zabezpečenia výroby, ktoré zahŕňajú funkcie riadenia a evidenciu výroby, riadenie skladov, operatívne plánovanie, resp. rozvrhovanie výroby, riadenie kvality a riadenie opráv. Je realizovaná na báze relačných databázových systémov s pripojenými klientskymi stanicami, ktoré sú realizované na báze WEB technológií.

Štvrtá úroveň (Informačná úroveň riadenia na báze relačných databázových systémov, klient-server architektúra)

Štvrtá úroveň zabezpečuje funkcie ERP/MRP (Enterprise Resource Planning/ Manufacturing Resource Planning). Keďže je realizovaná podobnou technológiou ako tretia úroveň, v rámci blokovej schémy infraštruktúry, obe tieto úrovne sú označené ako Informačná úroveň riadenia na báze relačných databázových systémov. Štandardne je využívaný relačný databázový systém (RDBS) ORACLE.

Piata úroveň (Manažérska úroveň riadenia)

Najvyššia úroveň v rámci hierarchickej štruktúry je Manažérska úroveň riadenia realizovaná na báze multidimenzionálnych databáz s využitím OLAP (Online Analytical Processing) technológie. Paralelne s hlavnou pyramídou riadenia sú v štruktúre DSR systémy sledovania kvality na báze kamerových systémov, ktoré poskytujú podpornú činnosť na nižších úrovniach riadenia.

Reálne modely fyzikálnych systémov

Z hľadiska funkčnosti a využitia môžeme rozdeliť do niekoľkých skupín.

Prvú skupinu tvoria priemyselné výrobné linky (FMP, PVS), ktoré zahŕňajú pneumatické a elektrické pohony, trojosé manipulátory, roboty, inteligentné snímače a akčné členy, kamerové systémy pre automatické sledovanie kvality produkcie, riadiace systémy na báze PLC, SCADA systémy a servre s inštalovanými databázovými systémami. Sú usporiadané tak, aby umožňovali vytvárať modelové situácie vo výrobe s overením riadenia na jednotlivých úrovniach hlavne medziúrovňové komunikácie pre prácu v reálnom čase.

Druhú skupinu tvoria Laboratórne výukové modely (LVM) dynamických systémov (LVM: Gulička na ploche CE151, Helikoptéra CE150 a Magnetická levitácia CE152 od firmy Humusoft, laboratórny model Hydraulického systému, model rotačného inverzného kyvadla – FPM-210/211, Mechanický modelový systém dvojrozmerného pohybu častíc, Guľôčka na ploche B&P_KYB, mobilné roboty Robotický futbalista Mirosot a Pásový mobilný robot a iné, ktoré umožňujú riešiť úlohy:

  • modelovania LVM pomocou metód analytickej a experimentálnej identifikácie s cieľom analyzovať dynamiku uvedených modelov nelineárnych mnohoparametrových systémov pomocou ich naprogramovaných simulačných modelov v programovom prostredí Matlab/Simulink,
  • algoritmického vývoja programových modulov v simulačnom jazyku Matlab/Simulink na základe klasických a moderných metód teórie riadenia s cieľovým využitím na riešenie definovaných úloh riadenia simulačných/reálnych laboratórnych modelov v zvolených riadiacich štruktúrach,
  • programového návrhu internetových aplikácií pre prezentáciu výsledkov definovaných úloh modelovania a riadenia simulačných/reálnych laboratórnych modelov a ich implementáciu do virtuálneho laboratória CyberEduCentre,