Impianti simulati ad uso didattico - Solutions

Impianti simulati ad uso didattico
"LabVIEW consente ad allievi e docenti di realizzare
degli impianti “virtuali”, ovvero oggetti creati al
computer, che simulano nel modo più aderente
possibile il funzionamento di un’apparecchiatura
reale."
- C. Ferrari, ITIS CORNI (http://www.itiscorni.it)
La sfida:
Realizzare uno strumento didattico che permetta a docenti e studenti di scrivere programmi in linguaggio strutturato per il controllo di processi
industriali, al fine di sperimentare le principali tecniche di gestione sof-tware dell’input/output.
La soluzione:
Creare strumenti virtuali che simulano il funzionamento di impianti industriali, con i quali è possibile interagire per mezzo di funzioni contenute in
un’apposita libreria e richiamabili in un programma C.
Autore (i):
C. Ferrari - ITIS CORNI (http://www.itiscorni.it)
Breve riassunto
Si tratta di strumenti virtuali che rappresentano semplici sistemi industriali, nei quali lo studente può leggere lo stato dei sensori, utilizzare tali valori
nell’ambito del proprio applicativo C e infine generare le uscite che comandano gli attuatori in base alle specifiche imposte dal docente.
Le applicazioni previste sono a diversi livelli di complessità e permettono di sperimentare le principali tecni-che di gestione di Input/Output (polling,
sistema a stati finiti) con segnali sia digitali che analogici.
Articolo
Saper scrivere un programma in linguaggio strutturato per il controllo di apparecchiature è una nozione fon-damentale nel bagaglio di un futuro perito,
come anche specificato nei programmi ministeriali di diversi indi-rizzi tecnici contemplati dall’istruzione secondaria superiore.
Sfortunatamente queste richieste si scontrano, il più delle volte, con il risicato budget riservato alle scuole per l’acquisto di tali apparecchiature che, anche
se didattiche, non sono certamente poco onerose.
L’idea alla base di quest’applicazione è di mettere a disposizione degli allievi e dei docenti degli impianti “virtuali”, ovvero oggetti creati al computer, che
simulano nel modo più aderente possibile il funzionamento di un’apparecchiatura reale.
I vantaggi sono:
• risparmio per l’istituzione scolastica, che non deve dotarsi di costose attrezzature;
• miglioramento dell’azione didattica del docente, che operando su sistemi “fatti su misura” può sele-zionare le esercitazioni da svolgere in funzione degli
obbiettivi che si propone e della risposta data dagli studenti;
• miglior apprendimento per gli studenti, che possono lavorare con uno strumento didattico che per-mette la sperimentazione autonoma e che soprattutto,
può essere utilizzato anche a casa.
Nel progetto in questione si sono realizzati alcuni strumenti virtuali che simulano:
• una generica interfaccia multi I/O costituita da 16 linee di input digitali, 8 linee di output digitali, 2 ca-nali di input analogico, 2 canali di output analogico e
un display a due cifre a sette segmenti (figura 1);
• un impianto costituito da un nastro trasportatore su cui transitano scatole di diversa forma, con sta-zione per la selezione secondo altezza e per il
riempimento (figura 2);
• un impianto dove all’interno di un silos è possibile immettere, miscelare e scaldare dei liquidi (figura 3);
• un impianto in cui si può comandare l’apertura/chiusura di una serranda al fine di permettere il pas-saggio di un carrello (figura 4).
Per lo sviluppo del software di simulazione sono stati utilizzati LabVIEW Professional Development System e LabVIEW DSC Module , installati su un
personal computer ACER Aspire 5633 WLMi con processore Intel T5500 Duo, 2 GB DDR2 e sistema operativo Windows Media Center.
La scelta di LabVIEW e DSC come software di sviluppo è motivata dal fatto che:
• il pannello frontale deve rappresentare nella maniera più fedele possibile l’aspetto delle macchine per le quali si va a scrivere l’applicativo, in modo da
essere “accattivante” e di immediata compren-sione per gli studenti;
• devono essere svolti simultaneamente un certo numero di task;
• deve essere possibile la gestione di eventi;
• è necessario disporre di funzioni per la gestione avanzata di file e per la gestione delle proprietà grafiche degli oggetti che appariranno nell’applicativo
durante il run-time.
Per lo sviluppo della libreria C e dei programmi applicativi di gestione dell’impianto simulato è stato utilizzato l’ambiente BorlandC versione 5.02, operante
su piattaforma Win32 in modalità console.
La parte fondamentale di tutte le applicazioni è costituita da un insieme di file di testo che permettono lo scambio di dati tra il software di simulazione
scritto in LabVIEW e l’applicativo realizzato in linguaggio C.
All’interno di questi file, LabVIEW inserisce lo stato dei sensori presenti nel sistema simulato.
Tale stato viene desunto o dalla posizione assunta da un corrispondente controllo booleano o numerico (come in figura 1) oppure secondo la posizione
relativa assunta da un oggetto che si muove nel front panel rispetto a un oggetto fisso.
A tal proposito è necessaria una precisazione, prendendo come esempio quanto rappresentato in figura 2.
Qui un indicatore booleano è stato customizzato nell’aspetto ricorrendo all’Image navigator di DSC e appare come una cassa.
Nell’applicazione LabVIEW, tale oggetto viene spostato da destra a sinistra grazie ad una funzione che agi-sce sulle proprietà della posizione dell’oggetto
stesso.
Quando la posizione della cassa viene ad assumere coordinate prossime, ad esempio, a quelle dove si trova l’indicatore booleano sovrapposto al simbolo
del sensore di prossimità (anch’esso prelevato dall’ Image navigator) SP, allora viene “acceso” l’indicatore e contemporaneamente viene scritto un ‘1’
nella corrispondente posizione del file di testo.
Nella scrittura dell’applicativo, lo studente ha a disposizione una libreria contenente le funzioni DI_ReadLine(), DI_ReadPort(), AI_ReadChannel(),
inportb() che quando richiamate vanno a leggere dal file di scambio le informazioni concernenti lo stato istantaneo dei sensori.
Lo studente ha poi a disposizione le funzioni DO_WriteLine, DO_WritePort, AO_WriteChannel e outportb() che permettono di andare a scrivere nei file di
scambio lo stato che dovranno assumere gli attuatori presenti nell’impianto simulato.
L’applicativo LabVIEW, di conseguenza, in base allo stato dei bit presenti nella sezione degli output dei file di scambio andrà ad accendere/spegnere
indicatori booleani oppure a modificare la posizione assunta da altri indicatori booleani ai quali è stato customizzato l’aspetto per assomigliare, ad
esempio, allo stelo di un cilindro pneumatico oppure alla serranda di un portone.
L’operazione di scrittura del file di testo degli input e di lettura del file di testo degli output viene eseguita in LabVIEW ciclicamente.
Sempre ciclicamente (e parallelamente) sono eseguite le elaborazioni che determinano lo spostamento degli oggetti in movimento.
Particolare attenzione nella scrittura dell’applicativo LabVIEW e nella costruzione della libreria per lo svilup-patore C è stata dedicata alla ricerca di un
metodo per sincronizzare l’apertura dei file di scambio da parte dell’applicativo LabVIEW e da quello scritto in linguaggio C.
I due applicativi non devono accedere contemporaneamente allo stesso file, altrimenti si incorrerebbe in un errore di condivisione della risorsa che
porterebbe ad un errore run-time.
Infine, un ultimo grande vantaggio derivante dall’utilizzo di LabVIEW.
È possibile, infatti, realizzare una versione distribuibile del software di simulazione grazie al tool Build Executable: in questo modo lo studente più
interessato potrà continuare a fare esercizio anche a casa previa installazione del pacchetto lv82runtime, la cui licenza è assolutamente free.
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Informazioni sull'autore:
C. Ferrari
ITIS CORNI (http://www.itiscorni.it)
[email protected] (mailto:[email protected])
Figura 1
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Figura 2
Figura 3
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Figura 4
Informazioni Legali
Questo case study (questo "case study") è stato fornito da un cliente di National Instruments ("NI"). QUESTO CASE STUDY È FORNITO SENZA NESSUN TIPO DI
GARANZIA ED È SOGGETTO AD ALCUNE LIMITAZIONI PIÙ SPECIFICATAMENTE DESCRITTE NEI TERMINI D’USO DI NI.COM
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