Inspiromat pro výuku a Tecomat: co v učebnici automatizace nebylo (úvod)

V časopise Automa je zahajován naučný seriál s příklady a náměty pro výuku automatizace s využitím programovatelných automatů. Navazuje na právě dokončovanou elektronickou učebnici Automatizace pro střední školy. Rozšiřuje a aktualizuje její obsah, především o řešené příklady, zadání úloh pro samostatnou práci, provokující otázky a náměty pro výuku. Postupně zde budou otiskovány příspěvky od učitelů a studentů s řešením zadaných úloh, s novými úlohami, náměty a s diskusí. Měl by se postupně stát fórem pro vzájemnou komunikaci a diskusí o náplni a formách odborného vzdělávání studentů i pro celoživotní vzdělávání odborníků z praxe.
Motivace, cíle
Aktuálním problémem mnoha českých firem je nedostatek kvalifikovaných technických pracovníků. Nejvýrazněji se projevuje v oboru automatizace, která je hybnou silou pokroku ve všech průmyslových odvětvích, ale nejenom zde. Obor automatizace se velmi rychle rozviji a kvalifikace odborníků rychle zastarává. To je problém nejenom odborných škol, ale i firem, které se automatizaci zabývají. Nezbytné je proto celoživotní vzdělávání – odborníků praxe, ale i učitelů. V našich podmínkách je nejdostupnější forma „samostudia“. Ta ovšem předpokládá dostupnost aktuálních a srozumitelných textů a učebních pomůcek. Aktuální učební texty (samozřejmě) vyžaduje i výuka na odborných školách. V nejbližší době bude pro distribuci uvolněna elektronická učebnice Automatizace pro střední školy – ale je použitelná i pro jine typy škol a pro zájemce z praxe. Zpracoval ji kolektiv autorů (převážně učitelů středních odborných škol) sdružených v Sekci učitelů automatizace při Českomoravské společnosti pro automatizaci. Vedoucím autorem je Ing. Miroslav Žilka, CSc., ředitel SPŠS Betlémská. Témata odpovídají obvyklému pojetí výuky automatizace na středních školách. Rozsah učebnice je však vždy omezeny a kniha od svého vydaní postupně stárne – i když elektronická verze dovoluje občasné aktualizace. Redakce časopisu Automa se rozhodla převzít úkol průběžné aktualizace témat z učebnice a „expanze“ jejího obsahu formou naučného seriálu.

Zaměření seriálu
Seriál bude převážně obsahovat řešené příklady, zadaní úloh k procvičovaní, náměty pro názornou výuku a pro samostatnou tvořivou prací – měl by byt inspiraci pro aktivní učitele i studenty. Proto je pojmenován „inspirovat“. Chceme, aby se stal platformou pro zpětnou vazbu, výměnu zkušenosti a pro diskusi o formách výuky. Po skončeni bude seriál vydán jako souhrnná publikace – podobně jako přecházející seriál esperanto pro – gramatomů PLC, který je v elektronické i tištěné verzi dostupný v redakci časopisu Automa a ve firmě Teco (www.tecoacademy.cz). Rovněž seriál Inspiromat je připravován ve spolupráci s Teco a. s. v rámci jejího výukového projektu EDUtec, který byl založen již před 21 lety pro podporu výuky automatizace a pomoc dvorným školám. Odtud pochází i autor počátečních časti seriálu, ale očekává se, že postupně se připojí spoluautoři z řad učitelů a snad (doufejme) i aktivních studentů odborných škol.

Spoluúčast firmy Teco – Tecomat, Mosaic a norma IEC EN 61131-3

Příklady a jejich programy jsou řešeny s použitím programovatelného automatu Tecomat Foxtrot a jsou programovaný ve vývojovém systému Mosaic (www.tecomat.cz). Na odborných školách jsou rozšířené, oblíbené, uživatelsky přívětivé – a „mluví česky“ (dialogy vývojového systému, dokumentace i technická pomoc „od pramene“). Pro autora je důvod prakticky – dostupnost systémů a informaci v mateřské firmě a také příležitost ke spolupráci s aktivními učiteli. Proto byl název seriálu rozšířen na „Inspiromat pro výuku a Tecomat“, který lepe vystihuje jeho naplň. Měl by byt ale srozumitelný i pro uživatele PLC jiných výrobců, protože norma IEC EN 61131-3 sjednocuje programovací jazyky moderních PLC, a je tedy jakýmsi esperantem jejich programátorů. V dalších odstavcích jsou přiblížena plánovaná témata.

Měření a řízení tepelných soustav

Seriál o PLC začíná poněkud překvapivě pasáži o analogovém měřeni a řízeni tepelných soustav. Programovatelné automaty jsou však zcela univerzální systémy. Měřeni analogových veličin a řízeni spojitých soustav jsou již dávno jejich naprosto přirozenou doménou. Cílem teto časti seriálu je provokativně narušit ustáleny postup výuky, kdy je důsledně oddělován vyklad spojitých a diskrétních soustav (spojité a logické řízeni). Tradiční výuka popisu a regulace spojitých dynamických soustav je založena na teorii, která je poměrně náročná (a mnohdy nepochopena). Za ni se studentům obvykle ztrácí samotná fyzikální podstata problému. Tepelné soustavy jsou rozšířené soustavy, se kterými se studenti každodenně setkávají, zejména v domácnostech a v technice budov. Uváděné příklady studentům dovolí „intuitivní“ pochopeni vlastnosti a chovaní dynamických soustav. V praxi se mohou řídit alespoň „citem a selským rozumem“ i v případech, kdy potřebnou teorii „nestrávili“ nebo zapomněli. Tak se mohou alespoň trochu orientovat v běžných problémech praxe, např. při řešeni uspoř energie při vytápěni nebo chlazeni.

Kombinační logické funkce

Nejprve bude uvedeno několik ukázek programů jednoduchých logických úloh ve všech jazycích normy IEC EN 61131-3 a v jazyku CFC – jako ilustrace jejich formy, možnosti, názornosti a úspornosti zápisu. Následovat budou příklady složitějších kombinačních funkci, zapsané jen v progresivnějších jazycích ST, LD, CFC. Na příkladech budou ilustrovaný úlohy syntézy kombinačních logických funkci, které jsou obvykle prezentované jako postupy návrhu pevné logiky, ale stejně dobře jsou použitelné i při programovaní – od tabulky k logickému výrazu a programu, pravidla Booleovy algebry, minimum
o minimalizaci, neúplné zadaní, K-mapa, technicky významné logické funkce NAND, NOR, M2, XOR, parita, symetrické
funkce a počítaní jedniček. Vysvětlen bude i postup spočívající v přímé realizaci logické funkce tabulkou s využitím dat (vektorů a datových struktur). Podmíněné příkazy: omezení a rizika Podmíněné příkazy typu if-then nebo if – then-else jsou v programátorské praxi často nadužívaný. Programátoři si obvykle ani neuvědomuji, že svým programem realizuji logické funkce, ovšem velmi neefektivním a nepřehledným způsobem – a často s chybami. Příklady ilustruji rovnocennost programu
s podmíněnými příkazy a programu s booleovskymi výrazy. Upozorňuji na rizika programátorských chyb, nechtěné paměťové
chovaní a neúplné zadaní.

Sekvenční logické funkce – základní pojmy, intuitivní návrh Sekvenční logické funkce se v praxi vyskytuji častěji než kombinační. Na příkladech budou ilustrovaný příčiny sekvenčního chovaní – zpětné vazby, podmíněné příkazy, nesousledná aktivace příkazů, zpožďovací linky, využiti „historických vzorků“. Intuitivní postup návrhu sekvenčních funkci bude ilustrovat použiti funkčních bloků (generátory impulzů, paměťové funkce RS, SR, čítače a časovače), ale i využiti systémových časových proměnných pro úlohy měřeni času a časové řízeni. Sekvenční systémy – systematický návrh Intuitivní návrh je vhodný jen pro řešeni nepříliš složitych sekvenčnich funkci a skryva v sobě četna rizika hrubych chyb. Mnohem vyhodnějši je použit systematicky postup navrhu. Vychazi z teorie konečnych automatů a Petriho siti. Při programovaní PLC se nejčastěji využívají nástroje SFC podle normy IEC EN 61131-3, popř. Graf čet. Pro ilustraci budou uvedena alternativní řešeni k intuitivním postupům. Převažovat ale budou příklady řízeni mechanismů různé složitosti – od řízeni žaluzii, dveří a vrat až k řízením složitějších technologických a mechatronikách soustav a učebních pomůcek, které se obvykle vyskytuji v laboratořích. Příklady budou řešit nejenom základní požadavky na řízeni, ale i ošetřeni chybových stavů a řešeni úloh technické diagnostiky. Ilustrováno bude generovaní posloupnosti binárních signálů a jejich rozpoznávaní.

Sekvenční systémy – (nepovinná) teorie a souvislosti Pro zájemce jsou uvedeny základní pojmy teorie, která se tyká sekvenčních systémů – teorie konečných automatů, typy automatů (se vstupní paměti, Mooreho a Mealyho), souvislosti s programovými nastrojí SFC, Grafenem a Petriho sítěmi, přechodová a výstupní funkce, grafy a tabulky, bitový a znakově orientované automaty, vyhodnoceni posloupnosti tlačítek a znaků (rozpoznávaní příkazů, kontrola obsluhy, překlady) deterministické a nedeterministické automaty, diagnostika a prediktivní diagnostika. Přechodové a výstupní funkce konečných automatů jsou kombinační logické funkce a jako takové je lze i realizovat – z tabulek přímo s využitím datových struktur. Podobně je možné řešit i programy časového řízeni (časové procesory). Zajímavou třidou sekvenčních systémů jsou zpětnovazební registry, využívané jako generátory pseudonáhodných posloupnosti, a generátory kontrolních znaků při zabezpečeni dat.
Shrnutí
Rozsah jednotlivých témat a jejich přiřazeni k číslům časopisu nelze předem určit. Je pravděpodobně, že sled témat bude občas přerušen nebo doplněn aktuálními texty – aktuální zprávou, popisem řešeni zajímavé úlohy, náměty nebo připomínkami
čtenářů. Věříme, že seriál bude užitečný. Budeme vděčni za spoluautorství, náměty a připomínky.
Ladislav Šmejkal

Komentáře

Přidat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

  • Nadpis formuláře

    Text formuláře

  • Kategorie