Úvod
V osemdesiatych rokoch minulého storočia sa v Československu začali presadzovať mikropočítačové systémy v rôznych odvetviach priemyslu. Jedným z popredných vývojárov v tejto oblasti bol Výskumný ústav výpočtovej techniky (VÚVT) v Žiline, ktorý vyvinul rad mikropočítačových systémov SMEP. Tento článok sa zameriava na dve konkrétne aplikácie týchto systémov: riadenie sušiarní reziva a riadenie výroby čokolády. Cieľom je ukázať, ako mikropočítače SMEP prispeli k zvýšeniu efektivity a kvality výrobných procesov.
Riadenie sušiarní reziva mikropočítačom SM 50/40-1
Kontext a motivácia
Prvým z radu mikropočítačových systémov SMEP bol osembitový mikropočítač SM 50/40-1. Jeho prvé vzorky sa dostali k riešiteľom pilotných aplikácií na prelome rokov 1980 - 1981. Ústav racionalizácie priemyslu (ÚRAP) v Žiline sa rozhodol ako pilotnú aplikáciu tohto mikropočítača vyriešiť riadenie sušiarní reziva.
Proces sušenia reziva je v podstate jednoduchý, no vyžaduje presné riadenie teploty a vlhkosti vnútri sušiarne podľa požadovaného režimu, ktorý je závislý od viacerých vstupných parametrov. Lepším riadením je možné zlepšiť kvalitu vysušeného reziva, znížiť odpad a spotrebu energií na sušenie. Systém musel byť zároveň ekonomicky výhodnejší ako dovtedy dodávané riadenie k sušiarňam.
Ekonomické a technické aspekty
Cena SM 50/40-1 (vo vyhotovení OEM) vrátane potrebných modulových dosiek JSP bola približne 130 tisíc Kčs. Táto požiadavka bola splnená už pri súčasnom riadení dvoch sušiarní mikropočítačom, pretože cena pôvodnej riadiacej jednotky sušiarne bola okolo 70 tisíc Kčs.
Vzhľadom na úroveň obsluhy v drevárskych podnikoch musel byť systém riešený tak, aby doň obsluha nemohla zasahovať okrem vloženia vstupných parametrov a spustenia procesu. To znamenalo, že všetky programy museli byť po overení uložené do pamäte typu PROM. Na obojstranný styk obsluhy s procesom bol vyvinutý špeciálny ovládací pult.
Prečítajte si tiež: Chlieb ako zrkadlo jazyka
Z hľadiska ekonomiky a spoľahlivosti bolo riadenie riešené ako DDC (Direct Digital Control), čo znamená, že výstupmi z počítača sa prestavovali polohy akčných orgánov (analógovými, resp. impulznými výstupmi podľa druhu servopohonu). Pri výpadku mikropočítača sa prechádzalo na ručné riadenie.
Z hľadiska programových prostriedkov bolo jednoznačným zámerom použiť v maximálnej miere dodávaný a najmä overený softvér. Programy boli vyvíjané na mikropočítačovom vývojovom systéme MVS 80 pod operačným systémom DOS. Vygenerovaný riadiaci systém však pracoval pod exekutívou reálneho času (ERČ 80). Použitá bola štandardná knižnica aritmetických operácií. Rozhodujúcou požiadavkou bolo maximálne skrátiť čas realizácie systému.
Realizácia a komponenty systému
Riešenie projektu sa začalo v apríli 1980, v decembri 1980 boli dodané súčiastky a mechanické moduly na mikropočítač SM 50/40-1, ktorý bol následne osadený a oživený. Principiálnym problémom bolo zabezpečiť čo najväčšiu opakovateľnosť nasadenia systému.
Základom technického vybavenia riadiaceho systému bol mikropočítačový systém SM 50/40-1 s pamäťami typu EPROM aj RAM. Komunikácia operátora procesu s riadiacim systémom bola zabezpečená prostredníctvom pultu operátora.
Vstupnou časťou pultu operátora boli príkazové prvky - tlačidlá. Sedemsegmentové displeje slúžili na zobrazovanie žiadaných a nameraných hodnôt veličín. LED diódy boli použité na zobrazenie logických premenných (poruchové indikácie, akceptácia príkazu a pod.). Po technickej stránke bol pult navrhnutý pomerne univerzálne. Na vytvorenie verzie pre konkrétnu aplikáciu stačilo osadiť príslušné miesta technickými prvkami a použiť vhodnú vonkajšiu masku.
Prečítajte si tiež: Článok o prísloví Ráno Múdrejšie Večera
Softvérová štruktúra a funkcionalita
Základná štruktúra riadiaceho systému bola vypracovaná modulárne s požiadavkou na jednoduchosť a nenáročnú obsluhu. Bol vyvinutý operačný systém, ktorého základ tvorila exekutíva reálneho času (ERČ 80). Umožňovala používateľovi implementáciu jeho aplikačných algoritmov bez potreby bližšieho a aktívneho poznávania multiprogramového prostredia reálneho času, v ktorom pracujú, a exekutívy, ktorá ho vytvára. Ďalej poskytovala používateľovi možnosť pracovať s knižnicou aritmetických operácií nad číslami vo formáte pohyblivej rádovej čiarky jednoduchej presnosti.
Používateľské algoritmy - kódové segmenty boli charakterizované rôznou periódou aktivácie a špecifickou činnosťou. Súčasťou riadiaceho systému bol aj subsystém interných hlásení, ktorý realizoval spracovanie interných hlásení systému. Hlásenia majú charakter alarmov a vznikajú v súvislosti s činnosťou programového procesora a segmentov. Subsystém obsluhy pultu operátora (PO) zabezpečoval výstup určenej informácie prostredníctvom zobrazovacích prvkov pultu, resp. spracovanie asynchrónnych prerušení od príkazových prvkov PO.
Aplikačné programové vybavenie opisovaného riadiaceho systému bolo rozdelené do štyroch segmentov. Základným spoločným rysom tvorby segmentov bolo využívanie tzv. metódy štandardných programových modulov. Moduly transformujú svojím algoritmom vstupné veličiny a parametre modulu do výstupných veličín modulu v zmysle požadovanej funkcie. Aplikačný program definuje potom postupnosť volania jednotlivých modulov a obsadenie ich vstupov, výstupov, stavov a parametrov premennými a hodnotami.
Riadiaci systém bol navrhnutý modulárne v tom zmysle, že ním bolo možné riadiť jednu alebo niekoľko sušiarní súčasne. Na riadenie každej implementovanej sušiarne do riadiaceho systému vstupujú z technologického procesu dve analógové a šesť dvojhodnotových premenných. Prostredníctvom pultu operátora bolo potrebné uložiť požadované parametre vsádzky a hodnotu konečnej vlhkosti reziva. Riadiaci systém zabezpečil výpočet riadiacich parametrov procesu sušenia v tej-ktorej fáze procesu a dodržanie predvolených fáz. Počas riadenia sa vykonávali rôzne kontroly nasnímaných i vypočítaných premenných. Pri prekročení stanovenej medze, resp.
Jedinou perifériou riadiaceho systému bol pult operátora. Riešiteľ v prevádzkových podmienkach overil riadiaci systém vygenerovaný na riadenie jednej sušiarne. Pri overovacích nasadeniach boli dôkladne preverené všetky časti riadiaceho systému.
Prečítajte si tiež: Uhorka: Zdravá súčasť jedálnička
Riadenie výroby čokolády pomocou mikropočítačového systému
Kontext a motivácia
Závod na výrobu čokoládových výrobkov na východnom Slovensku plánoval na konci 80-tych rokov rekonštrukciu svojich prevádzok. Po vyhlásení nových ekonomických podmienok a hlavne požiadavky na samofinancovanie všetkých rekonštrukcií sa predstavy závodu na rekonštrukciu výrazne zmenili. Na realizáciu si odberateľ vybral pre neho kľúčové technologické uzly prevádzky výroby čokoládovej zmesi, ktorá sa potom buď predávala jednotlivým veľkoodberateľom alebo sa využívala v ďalších prevádzkach, realizujúcich finálne výrobky.
Medzi tieto kľúčové procesy patrili:
- Praženie kakaových bôbov v pražiarni
- Lisovanie kakaového masla z kakaových bôbov
- Mletie sušiny z vylisovaných kakaových bôbov
- Homogenizovanie sušiny budúcej čokoládovej zmesi (pozostávajúcej z pomletej sušiny z kakaových bôbov a ďalších prímesí v hnetačoch (mixéroch))
- Konžovanie budúcej čokoládovej zmesi v otáčajúcich sa konžovacích bubnoch za definovanej teploty a neustáleho premiešavania tejto zmesi miešačmi
- Dotukovávanie budúcej čokoládovej zmesi v procese konžovania podľa požiadaviek príslušnej receptúry sa robilo troma rôznymi tukovými zložkami: kakaové maslo, ILLEXAO, stužený pokrmový tuk. To buď iba jednou touto zložkou alebo kombináciami týchto zložiek opäť podľa požiadavky príslušnej receptúry. Jedna tuková dávka sa pohybovala okolo 50 kg a musela byť z jednotlivých zložiek presne navážená s výslednou presnosťou lepšou ako 0,5 %.
- Váženie a balenie varovej čokolády, ktoré sa pôvodne robilo ručne naberačkami čokoládovej zmesi po ukončení konžovania a vypustení. Táto zmes sa navažovala presnými váhami (opäť presnosť váženia sa vyžadovala lepšia ako 0,5%) na štandardnú hmotnosť 15 kg do potravinárskych prepraviek vyplnených baliacim papierom. Balenie sa dokončovalo po vychladnutí a stuhnutí obsahu krabíc. Po vychladení a zabalení jednotlivé balíky postupovali do skladu hotovej výroby.
Zvolená koncepcia riešenia musela zohľadňovať investičné možnosti zadávateľa a technické požiadavky jednotlivých technologických postupov.
Technické riešenie a softvérové vybavenie
Súčasťou systému boli tri vyhrievané veľkokapacitné zásobníky tukových zložiek v tekutom stave. Oba videoterminály boli navzájom zastupiteľné.
Základom programového vybavenia riadiaceho systému bola exekutíva reálneho času (ERČ 80). Umožňovala používateľovi implementáciu jeho aplikačných algoritmov bez potreby bližšieho a aktívneho poznávania multiprogramového prostredia reálneho času v ktorom tieto pracujú a exekutívy, ktorá ho vytvára. Systémové programové vybavenie zahŕňalo knižnicou aritmetických operácií nad číslami vo formáte pohyblivej rádovej čiarky jednoduchej presnosti FPAL. Aplikačné programy boli napísané v programovacích jazykoch PL/M 80 a assembler ASM 80.
Rozsah programového vybavenia bol na hranici adresovateľnosti 8 bitového procesora, kód umiestnený v EPROM mal po kompilácii veľkosť 48 KB a dáta programu zaplnili bez pár bytov celú pamäť RAM s rozsahom 12 KB. S výhodou sa vyžívala vlastnosť perzistencie akumulátorom zálohovanej CMOS RAM pamäte, kde pamäť bola využívaná nielen ako pamäť programu, ale aj ako účelová databáza receptúr, uložených technologických a výrobných údajov, ktoré bolo možné uchovať len vytlačením na pripojenú tlačiareň. Používateľské algoritmy boli implementovane s využitím vlastností exekutívy/operačného systému reálneho času ERČ 80. Terminálové užívateľské rozhranie s prihlasovaním meno/heslo, riadením úrovne prístupu k používateľským funkciám.
Overenie a prevádzka systému
Riadiaci systém bol otestovaný a úspešne uvedený do prevádzky v roku 1990. Pri overovaní nasadenia boli dôkladne preverené všetky časti riadiaceho systému. Riadiaci systém pracoval spoľahlivo, regulácia pracovala v požadovaných medziach. Systém poskytoval tiež podklady pre riadenie a bilanciu výroby a spĺňal požiadavky zadávateľa. Akú dobu bol systém používaný v reálnom výrobnom procese nie je autorom článku v čase písania známe.