Ανάπτυξη και κατασκευή εκπαιδευτικών διατάξεων εξομοίωσης βιομηχανικών αυτοματισμών.

Abstract

Ο βασικός εξοπλισμός των εργαστηρίων εκμάθησης βιομηχανικών αυτοματισμών απαρτίζεται συνήθως από μία μονάδα PLC και ορισμένα περιφερειακά εξαρτήματα που αναπαριστούν τις εισόδους και εξόδους των σημάτων από αυτό. Οι φοιτητές καλούνται να αναπαραστήσουν στο μυαλό τους τα διάφορα σενάρια και να κατανοήσουν με αυτόν τον τρόπο τη λειτουργία ενός αντίστοιχου πραγματικού συστήματος. Ο τομέας πάνω στον οποίο θα κλιθούν να εργαστούν οι απόφοιτοι του τμήματος, απαιτεί τη δυνατότητα επίλυσης προβλημάτων που είναι όχι μόνο πραγματικά αλλά και περίπλοκα. Για να μπορέσει ένας φοιτητής να ανταποκριθεί σε αυτό, η θεωρητική προσέγγιση δεν αρκεί, είναι βοηθητική έως ένα σημείο, αλλά δε φέρνει τον φοιτητή αρκετά κοντά στο πρόβλημα ώστε να τον ωθήσει να κατανοήσει πλήρως το σενάριο και τις πολλαπλές παραμέτρους που υπάρχουν. Αυτό που απουσιάζει από την αίθουσα διδασκαλίας είναι η ευκαιρία των φοιτητών να αλληλεπιδράσουν με σενάρια που ανταποκρίνονται στην πραγματικότητα και να αντιμετωπίσουν τις προκλήσεις που αυτή κρύβει, βλέποντας τα αποτελέσματα μπροστά τους σε κατάλληλα διαμορφωμένες εκπαιδευτικές διατάξεις εξομοίωσης. Αυτό λοιπόν που επιδιώκω μέσω της πτυχιακής μου εργασίας, είναι να δώσω στο εκπαιδευτικό προσωπικό πρόσβαση σε νέα και καινοτόμα εκπαιδευτικά μέσα, που θα διευκολύνουν το έργο τους και θα προσφέρουν στους φοιτητές τους τη δυνατότητα να εκπαιδευτούν με τρόπο που θα τους καταστήσει καλύτερα προετοιμασμένους για την αγορά εργασίας.

Στην παρούσα πτυχιακή εργασία, θα δούμε αναλυτικά τα στάδια μελέτης και κατασκευής μιας πρότυπης εκπαιδευτικής διάταξης βιομηχανικών αυτοματισμών, πάνω στην οποία θα συνδέονται μέσα σε λίγα δευτερόλεπτα και με μεγάλη ευκολία, κατασκευές που εξομοιώνουν στην πράξη θεωρητικά παραδείγματα που έχουν αναφερθεί στο μάθημα. Το σύνολο του αναφερόμενου πρότυπου εκπαιδευτικού εξοπλισμού, απαρτίζεται από τρία βασικά σκέλη, τα οποία θα αναλύσουμε εκτενέστερα αργότερα. Το πρώτο, είναι η Κεντρική Εκπαιδευτική Μονάδα που θα φιλοξενεί τα PLC και εν δυνάμει, μια οθόνη αφής (HMI) και μια συσκευή απομακρυσμένης πρόσβασης και χειρισμού αυτής. Το δεύτερο, είναι η εξωτερική επέκταση εξομοίωσης διασταύρωσης δρόμων με φωτεινούς σηματοδότες. Το τρίτο, είναι η εξωτερική επέκταση εξομοίωσης δεξαμενής νερού με έλεγχο στάθμης. Πέρα από την παρουσίαση και τη θεωρητική μελέτη των εξωτερικών επεκτάσεων εξομοίωσης, θα παρουσιαστούν τόσο η πρακτική αξιοποίηση του πρότυπου εκπαιδευτικού εξοπλισμού που αναπτύχθηκε όσο και η διαδικασία ανάπτυξης των κατάλληλων ηλεκτρονικών κυκλωμάτων που τους συνοδεύουν.

The basic equipment in industrial automation labs typically comprises a PLC (Programmable Logic Controller) unit and several peripheral components representing its signal inputs and outputs. Students are expected to visualise various scenarios and, through this, understand the functioning of a similar real-world system. The industry sector in which the graduates of the electrical engineering department will work demands the ability to solve not just real problems but complex ones. A solely theoretical approach, although beneficial, doesn’t immerse the student sufficiently to fully grasp the scenario and its multifaceted parameters. What's missing in the classroom is the student's opportunity to interact with realistic scenarios and face the challenges they present, observing the outcomes through well-structured educational simulation setups. Through my thesis, I aim to equip educators with innovative educational tools, streamlining their tasks and enabling their students to be trained in a manner that better prepares them for the job market.

In this thesis, we will delve into the stages of designing and constructing a prototype educational platform for industrial automation. This platform will enable students to effortlessly and swiftly connect to setups that simulate practical applications of the theoretical examples presented in the course. The entire referred prototype equipment consists of three primary components, which we will elaborate on later. The first is the Central Educational Unit, which houses the PLC and potentially, a touch screen (HMI) and a remote access device to control it. The second is an external simulation extension for a traffic intersection with traffic lights. The third is an external simulation extension of a water tank with level control. Beyond exploring the theoretical underpinnings of these simulation extensions, this study will illuminate the practical significance of the prototype and elucidate the methodology behind the design of its integrated electronic circuits.