АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ НА ДИПЛОМНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ 8
1.1 Требования к лабораторному стенду 8
2 РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ 9
3 ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ 11
3.1 Выбор аппаратной платформы 11
3.1.1 Описание платформы Raspberry Pi 11
3.1.2 Описание платформы Banana Pi 14
3.1.3 Описание платформы Orange Pi 16
3.1.4 Описание платформы Arduino 18
3.1.5 Сравнение аппаратных решений 19
3.2 Выбор системы для ПИД-регулирования температуры 20
3.2.1 Выбор датчика температуры 20
3.2.2 Выбор нагревательного элемента 21
3.2.3 Выбор вентилятора 23
3.3 Выбор элементов для реализации ШИМ 24
3.3.1 Выбор двигателя 24
3.3.2 Выбор платы драйвера 25
3.4 Выбор источника питания 29
3.5 Выбор периферии 30
4 РАЗРАБОТКА ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ 32
5 ОПИСАНИЕ СРЕДЫ АВТОМАТИЗАЦИИ CODESYS 34
6 РАЗРАБОТКА ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ 36
6.1 Основы программирования в среде Codesys 36
6.2 Настройка и исследование системы регулирования температуры на базе
микрокомпьютера Raspberry PI 43
6.3 Реализация управления шаговым двигателем посредствам
микрокомпьютера raspberry PI. 48
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 50
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 52
ПРИЛОЖЕНИЕ А 53
Развитие современных информационных систем и появление новых аппаратных решений стимулирует развитие новых технологических концепций, которые получают широкое распространение как в производстве, так и на этапе обучения. Еще совсем недавно, чтобы произвести сравнительно простой расчет или смоделировать определенную технологическую операцию требовались не одни сутки и довольно дорогостоящее оборудование. Но прогресс не стоит на месте и уже сейчас практически каждый человек носит с собой устройство вычислительная мощность которого больше той, что отправила человека в космос.
Благодаря развитию микропроцессорной техники стали возможны появление и распространение не просто процессоров, а SoC (System-on-a-Chip - однокристальная система), то есть электронная схема, выполняющая функции целого компьютера, но при этом размещенная на одной интегральной схеме.
Уже сегодня практически не встретить мобильного мультимедийного устройства без использования SoC в качестве основной архитектуры. Благодаря такой высокой популярности и массовости производства подобных устройств наблюдается очень сильный демпинг цен, который в свою очередь порождает рыночную асимметрию, заключающуюся в неоправданном ценовом различии электронных устройств разного назначения, но одинакового функционала. Таким образом по логическому функционалу ПЛК фирмы Siemens можно приравнять практически к любому микрокомпьютеру, коих на рынке в избытке.
Интерес данной информации заключается в том, что очень часто при выполнении типовых лабораторных работ по автоматизации и управлению технологическими процессами промышленное оборудование имеет больше созерцательное назначение, нежели практическое. Безусловно такое пренебрежение можно совершить не всегда, и работа на производственном оборудовании является очень важным этапом становления будущего специалиста. Но тем не данная ситуация имеет место быть.Использование микрокомпьютеров в подобных задачах может быть оправдана наличием сопряжения оных с программными средствами промышленной автоматизации (такими как step 7 или CX-One,). Но как правило подобные средства автоматизации выпускаются фирмами производителями промышленного оборудования и ориентируются строго под свою продукцию. Но так бывает не всегда, например codesys - это бесплатное промышленное программное обеспечение ориентированное на множество фирм производителей промышленного оборудования (ABB, Beckhoff, Kontron, Eaton, WAGO, ОВЕН).
В данной выпускной квалификационной работе рассматривается актуальность использования микрокомпьютеров общего назначения для изучения специальных знаний в области управления технологическими процессами, путем разработки лабораторного стенда.
В ходе разработки лабораторного стенда была проведена оценка актуальности использования микрокомпьютера для реализации лабораторного стенда по изучению основ управления технологическими процессами.
В первую очередь, стоит отметить, что лишь благодаря совместимости с codesys микрокомпьютер raspberry PI можно использовать для подобных задач. Именно высокая кроссплатформенность данного программного обеспечения позволяет получать схожий с производственным опыт в настройке оборудования.
В преимущества данной системы стоит записать ее многофункциональность, ведь далеко не каждый программируемый логический контроллер обладает тем количеством протоколов связи и возможностями в применении. Также при конструировании подобных стендов нельзя не отметить экономическое преимущество микрокомпьютера над своими производственными аналогами. Из данного преимущества вытекает и другое: при множественном производстве данных стендов их количество будет превосходить аналоги тех же стендов на ПЛК.
Современный мир развивается с почтительной скоростью, а значит и устаревание учебного оборудования проходит очень быстро. И те знания, которые усваивались на устаревшем оборудовании могут не соответствовать текущим реалиям. Благодаря небольшой стоимости микрокомпьютера обновление оборудования может происходить чаще.
Безусловно у каждого решения есть свои недостатки. Ресурс одноплатного микрокомпьютера невелик относительно промышленных решений, но это было бы большой проблемой на производстве, в условиях учебного проектирования ресурс окупается стоимостью.Также большим минусом является быстродействие микрокомпьютера и плавность работы. Поскольку производственные решения рассчитаны на беспрерывную работу, то качество их управления намного выше и стабильнее.
В заключении можно сказать, что плюсы данной системы намного перевешивают минусы, и частичное использование подобных устройств в обучении дает возможность экстраполировать знания на разные типы устройств, тем самым создавая более полное понимание принципов работы систем автоматизации и управления технологическими процессами.
