Rozvrh hodin KIPL

Rozvrh hodin pro letní semestr 2016/2017 je publikován zde

Seminář FPL

Aktuální program pro letní semestr 2016/2017 naleznete zde.

Konference FPL

Centrum AdMat

Úspěchy a ocenění

  • Oceněné práce - zde
  • Úspěchy na konferencích - zde

Seznam aktuálních publikací

Seznam aktuálních publikací naleznete zde

Užitečné odkazy

SU

FJFI

CVUT

jaderka

SU

EU

You are here

Laboratoř řízení experimentu

OBLASTI VÝZKUMU:
Laboratoř řízení experimentu působí v rámci katedry inženýrství pevných látek, která se mimo jiné zabývá rozličnými způsoby diagnostiky materiálů (Záměr MSM 21000021 – Diagnostika materiálů). Studium vlastností a diagnostika materiálů se opírá o experimentální data, získaná zejména z difrakčních a spektroskopických aparatur. Sběr dat z těchto aparatur je pracná a zdlouhavá záležitost, pokud není vhodným způsobem automatizovaná. Schopnost vhodným způsobem navrhnout automatizované experimentální pracoviště, zhodnotit zdroje měřicích chyb a minimalizovat jejich vliv proto patří k dovednostem, které mohou zásadně ovlivnit celý výsledek vědecké práce.
Laboratoř zajišťuje výuku studentů, směřující k získání teoretických i praktických dovedností z oblasti elektroniky, číslicové a mikroprocesorové techniky, řízení experimentu a vybraných partií z programování v reálném čase. Zároveň se zabývá praktickou činností v dané oblasti a to jak na půdě katedry či fakulty konstrukcí přístrojů a experimentálních pracovišť, tak i mimo fakultu na poli průmyslové automatizace.

Laboratoř zajišťuje výuku jak pro posluchače Katedry inženýrství pevných látek, tak pro Katedru materiálů. Zajišťuje i volitelný předmět určený širšímu okruhu studentů se zájmem o programování.

Kurz pro katedru inženýrství pevných látek sestává ze tří na sebe navazujících předmětů:
  • 11ANEL - Analogová elektronika
    Předmět je úvodem do elektroniky jako takové. Vnitřně se dělí na dvě podčásti – „Analýza lineárních obvodů“ a „Vybrané elektronické obvody“. Předpokládá se absolvování lineární algebry, funkce komplexní proměnné. Vítané je absolvování numerických metod a metod matematické fyziky.
    V první části se probírají metody sestavení obvodových rovnic a to s důrazem na počítačově využitelné. Smyslem je ukázat, jakým způsobem pracují simulační a analytické programové systémy, sloužící pro studium a konstrukci elektronických obvodů. Další důležitou dovedností je správně interpretovat získané výsledky a s co nejmenším úsilím získat z rovnic co nejvíce užitečných informací. Hovoří se o obvodových funkcích, harmonické analýze a o časové odezvě.
    V části „Vybrané elektronické obvody“ se studenti seznámí se základními zapojeními, které se vyskytují v reálných obvodech jako stavební kameny složitějších celků. Jsou to jak zapojení s tranzistory, tak s operačními zesilovači. Výběr obvodů je orientován na zesilování a úpravu signálů z čidel, tedy v souladu se základní myšlenkou celého kurzu.

  • 11MIK - Mikroprocesorová technika
    Předmět se opět dělí na dvě části. První je „Úvod do číslicové techniky“, druhá je „Mikroprocesorová technika“. Předpokládá se částečná znalost matematické logiky.
    „Úvod do číslicové techniky“ se zabývá kombinačními a sekvenčními logickými obvody. Výklad je pojat tak, aby poskytl informace potřebné k pochopení principů funkce mikroprocesoru. Od nejjednodušších logických obvodů se dostáváme k obvodům realizujícím aritmetické operace ve dvojkové soustavě a dále k sekvenčním obvodům, které umožňují realizaci konečných automatů a tak řazení operací v čase.
    „Mikroprocesorová technika“ pokračuje pojmem řadiče a mikroprogramovaného řadiče, který je klíčem k pochopení funkce mikroprocesoru. Na přednášce se navrhuje hypotetický mikroprocesor a definuje se jeho architektura. Tak se seznamujeme s pojmy datové slovo, adresovatelný prostor, instrukční soubor, způsoby adresování, přerušení. Po probrání mikroprocesoru se zabýváme funkcí mikroprocesoru v počítači a principy funkce vstupně-výstupních zařízení. Na závěr se probírá způsob komunikace mikropočítače s okolím.

  • 11EP - Elektronické praktikum
    Elektronické praktikum je určeno k získání praktických zkušeností s lineárními i číslicovými obvody. Předmět vyžaduje absolvování „Analogové elektroniky“ a „Mikroprocesorové techniky“.
    Studenti si vyzkouší výpočet, sestavení a oživení obvodů s tranzistory a operačními zesilovači. Poté sestrojí jednoduché sekvenční obvody, zkusí si pochopit funkci předloženého sekvenčního obvodu a nastavit jej tak, aby se choval dle zadání úlohy. Následně dostanou do ruky jednoduchý řídící mikropočítač. Zkusí si programem zjistit stav tlačítka, výstupem sepnout relé, roztočit krokový motor, změřit hodnotu vstupního napětí, spojit se s PC například sériovou linkou atd. Studenti, kteří pracují na nějakém výzkumném úkolu, mohou přinést vhodné zadání ze svého pracoviště a řešit je v rámci praktika jako „volnou úlohu“. Cílem je, aby každý student podle svých schopností a zájmu načerpal maximum dovedností.

Pro ostatní katedry zajišťuje laboratoř předměty:
  • 11ELEA - Elektronika experimentálních aparatur
    Tato přednáška byla určena studentům zaměření Stavba a vlastnosti materiálů, může ji však navštěvovat každý. Představuje zhuštěnou formu předmětů „Analogová elektronika“ a „Mikroprocesorová technika“ s přídavkem části, zabývající se měření vybraných fyzikálních veličin – času, teploty, síly, polohy, tlaku a průtoku. Vše směřuje ke stavbě počítačem řízených experimentálních pracovišť.

  • 11RTSW - Programování úloh v reálném čase
    Automatizační úlohy, mezi které lze řízení experimentu zařadit, komunikují s reálným světem a probíhají v reálném fyzikálním čase. Tento fakt může mít zcela zásadní vliv na způsob tvorby řídicích programů. Fyzikální procesy mohou probíhat navzájem nezávisle, musí se synchronizovat, na jednotlivé události je třeba reagovat do určité doby apod. Tyto požadavky vymezují třídu úloh, které můžeme nazvat „Úlohy řízení v reálném čase“.
    Pro řízení v reálném čase (RT) byly vytvořeny více či méně zdařilé operační systémy (RTOS). V semináři se hovoří o požadavcích, které jsou na RTOS kladeny a proč. Vychází se z typických situací, na kterých je ukázána důležitost jednotlivých požadavků. Seznamujeme se s pojmy paralelní procesy, thready, multitasking, priority procesů, meziprocesová komunikace, mechanizmy synchronizace procesů atd.
    Na semináři jsou diskutovány charakteristiky OS. Mnohem větší pozornost je však upřena na některé aspekty tvorby programů. Například jak vhodně členit úlohu na jednotlivé procesy, jak řešit vrstvu komunikace se vstupy a výstupy, jak řešit diagnostiku systému, jaké jsou časté zdroje chyb atd. Vedoucí semináře vychází z vlastních praktických zkušeností a chce se o ně podělit. Aktivní zapojení studentů do diskusí je zásadní pro kvalitu semináře.

Při tvorbě přednášek vychází autor ze své praxe.

VLASTNÍ PRAKTICKÁ ČINNOST V OBLASTI ŘÍZENÍ EXPERIMENTU NA KIPLu A JINÝCH VĚDECKÝCH PRACOVIŠTÍCH:
  • Automatizovaná pracoviště sběru dat z rentgenostrukturních difraktometrů
  • Automatizace sběru dat optické laboratoře
  • Automatizovaná aparatura pro vyhodnocení stáří budov termoluminiscenční metodou
  • Zařízení pro měření časových intervalů s přesností 2.5 ps pro laserový radar (SLR)
  • Zařízení pro optickou litografii
  • Mikroprocesy řízené napájecí zdroje LVPS pro stripové detektory v rámci projektu ALICE-CERN

V rámci praktické činnosti laboratoře vzniklo vícero automatických experimentálních zařízení a přístrojů nesoucích logo AREM PRO. Jsou to například:
  • Řízení rentgenostrukturního difraktometru (viz obr. 1). Těchto zařízení A1P1 pracuje po republice na různých místech již více jak desítka. Zařízení řídí pohyb goniometru, vytváří napětí pro sondu, ze které zesiluje a analyzuje impulsy vznikající dopadem fotonů RTG záření, které nakonec počítá. Závislost četnosti impulsů na poloze goniometru je vstupní informací pro analýzu vzorku. (Více viz. Laboratoř strukturní rentgenografie)


  • Vznikl též zdroj AP-4030 (viz obr. 2) určený k napájení rentgenek. Zdroj je schopen napájet rentgenky napětím až 40kV a výkonem až 1.2kW. V souvislosti s konstrukcí tohoto zdroje byl vytvořen program pro analýzu elektrostatického pole. Ukázky grafického výstupu z tohoto programu jsou nejen zajímavé, ale svým způsobem i krásné. (viz ukázky na obr. 3 a 4)


Velmi zajímavou oblastí je spolupráce na projektu SLR (Satelite Laser Ranging). Jedná se o laserový radar. Na základě měření doby mezi vysláním laserového impulsu a návratem odraženého paprsku se měří vzdálenost. Tato měření slouží k zpřesňování polohy družic pro GPS, pro sledování pohybu kontinentů, pro odhalování ložisek nerostných surovin, pro studium jevů v atmosféře i v kosmickém výzkumu. Na konstrukci přístrojů PPET (viz obr. 5) pro měření časového intervalu s přesností až 2.5ps (pikosekundy !!) jsme se také významně podíleli a podílíme.

Spolupracujeme též s CERN. Na našem pracovišti vznikají napájecí zdroje pro detektor Alice (viz obr. 6, 7 a 8).


ŘEŠENÍ MĚŘÍCÍCH A ŘÍDÍCÍCH ÚLOH V PRŮMYSLOVÉ PRAXI:

Za dobu působení v oblasti měření a řízení vznikla celá řada průmyslových aplikací. Od jednoúčelových strojů přes balicí stroje až po obráběcí stroje s CNC řízením.

V současné době je problematika CNC řízení nejčastější. Řídicí systém AREM PRO CNC886 byl nasazen již na cca 300 obráběcích strojích.

  • Řízení balicích strojů
  • Řízení zauhlovacího mostu v elektrárně
  • Řízení výměníkových stanic včetně dálkového sběru dat pro THOL
  • Řízení stohovacího a destohovacího zařízení v Colorbeton Liberec
  • Řízení regálového zakladače palet (palet o hmotnosti 3t)
  • Řízení robotických pracovišť v automobilovém průmyslu
  • Vytvoření řídicího systému pro CNC obráběcí stroje (frézky, soustruhy, řezání vodním paprskem)

PRACOVNÍCI:

Fotografie z laboratoře naleznete zde

SGS ČVUT