Російська Українська English ДонНТУ Портал магістрів ДонНТУ
Магистр ДонНТУ Стародуб Михайло Олександрович Стародуб Михайло Олександрович

"Електротехнічний факультет"

Кафедра "Електромеханічні системи автоматизації та електропривод"

Спеціальність "Електромеханічні системи автоматизації та електропривод"

Розробка багаторівневої системи керування тепловими процесами

Керівник: к.т.н. доц. Светлічний Олексій Василоьвич



Резюме Біографія
Содержание

   1 ВСТУП
  2 ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ ТА ПОСТАНОВА ЗАДАЧІ
  3 РОЗРОБКА ФУНКЦІОНАЛЬНОЇ СХЕМИ ТА СКЛАД ОБЛАДНЕННЯ
  ЛIТЕРАТУРА

РЕФЕРАТ


  ВСТУП

  Основними напрямками інженерної діяльності фахівців в галузі електроприводу та автоматизації є проектування, виготовлення і експлуатація систем управління, силових перетворювальних пристроїв, вимірювальних систем тощо. Реалізація систем управління сучасних електроприводів ґрунтується на використанні мікропроцесорної, і комп'ютерної техніки, що пред'являє до професійної кваліфікації інженера ряд додаткових вимог, що полягають в оволодінні новими інформаційними технологіями інженерної праці. Успішна конкуренція випускників технічних вишів на ринку праці можливо лише при достатньо високому рівні теоретичної і інженерно–практичної підготовки. Оскільки вимоги, що пред'являються працедавцями до якості підготовки фахівців безперервно посилюються, то істотно зростає роль лабораторного практикуму в учбовому процесі.
  Робота з мікроконтролерними системами, керування реальним устаткуванням можлива в обмеженому об'ємі на лабораторному практикумі і при дипломному проектуванні, що обумовлено високою вартістю устаткування і малою кількістю учбових стендів. В наш час використання микроконтролерних модулів в лабораторному практикумі і курсовому проектуванні стало більш доступним, оскільки з'явилися недорогі набори від спеціалізованих фірм, що дозволяють студентові використовувати їх як окремі пристрої, так і у складі систем. Для широкого впровадження в учбовий процес і самостійну роботу необхідна наявність спеціалізованих програмних проектів, що емулюють зовнішні, по відношенню до модуля, сигнали.
  Рівень розвитку сучасних засобів обчислювальної техніки дозволяє реалізовувати складні алгоритми управління у масштабі реального часу. Цифрові системи управління мають ряд переваг порівняно з аналоговими, що виражається у простоті та гнучкості реалізації алгоритмів управління. Тому знання фахівцями цього напрямку надзвичайно важливим, а для формування у них необхідних практичних навичок необхідною умовою є використання у навчальному процесі сучасного спеціалізованого лабораторного обладнання.

  ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ ТА ПОСТАНОВА ЗАДАЧІ

  Сучасна система освіти в Україні орієнтована на реалізацію високого потенціалу комп'ютерних і телекомунікаційних технологій, які дозволяють використовувати нові форми організації навчального процесу, значно підвищити ефективність навчання і, насамперед, ефективність самостійної роботи студентів, питома вага якої у загальному обсязі навчальної роботи постійно збільшується.
  Важливою частиною учбового процесу всіх електромеханічних спеціальностей є лабораторний практикум.Розвиток лабораторної бази повинен йти шляхом створення нових сучасних лабораторних установок і фізичних моделей.Новітні комп'ютерні технології дають широку можливість для проведення різних експериментів на математичних та реальних моделях.
Рисунок 1–Вентилятор який використовую у роботі

  Одним з ефективних засобів дослідження процесів функціонування електромеханічних систем та систем автоматизації, інтенсифікації і підвищення рівня науково–дослідницької ті інженерної праці є дослідження на основі комп’ютерного моделювання, що забезпечує оперативний розрахунок сталих і перехідних режимів роботи в штатних і нештатних режимах роботи. Методологічну та методичну основу математичного моделювання на базі пристроїв силової електроніки і мікропроцесорної техніки складають системний підхід, імітаційне та аналітичне моделювання. Труднощі моделювання обумовлені їхньою неоднорідною фізичною природою, топологічною і математичною складністю моделей, необхідністю реалізації багаторівневого моделювання. Недоліком цього підходу є дослідження віртуальних моделей, які не дають чіткого уявлення про структуру реальних систем та не дозволяють отримати практичних навичок роботи з апаратною частиною.
  Іншим підходом до дослідження є програмно–паратні комплекси з використанням реальних об'єктів управління. Навідміну від комп’ютерного моделювання ця система дозволяє отримати результати з реальних, а не ідеалізованих, об’єктів, тобто більш чітко визначити характер того чи іншого процесу. Недоліками таких рішень є невідповідність характеристик реальних об'єктів характеристикам ідеалізованих моделей, що застосовуються при вивченні базових дисциплін; можливість дослідження систем лише певної структури із обмеженим набором об'єктів керування; прив'язка до спеціального обладнання, що часто вимагає додаткових знань інструментальних засобів проектування; висока вартість.
  Питання розробки лабораторних стендів у останній час стало ще гострішим. Саме завдяки цьому відбулася інтенсифікація впровадження їх у реальному житті. Наприклад, зусиллями викладачів та студентів Кременчуцького державного політехнічного університету імені Михайла Остроградського було розроблено програмно–апаратний комплекс для дослідження розподілених систем керування [1]. Метою роботи стала розробка структури комплексу управління спектром потужності для методу енергодіагностики та розробка апаратного і програмного забезпечення.

Рисунок 2–Тренди температури повітряного простору в режимі стабілізації при потужності нагрівача 220Вт

  Розробка комплексу була виконана з урахуванням наступних вимог:
  1. отримання даних з двох каналів одночасно, синхронізація і протоколювання в файл вхідних і вихідних сигналів;
  2. забезпечення необхідного гармонійного складу вихідної напруги та можливість його зміни;
  3. можливість спостерігати за гармонійним складом потужності в реальному часі;
  4. проста схемна реалізація і можливість застосування швидкодіючих алгоритмів управління на мікропроцесорній елементній базі.
  Комплекс вміщує у собі наступні елементи:
  1. персональний комп'ютер–реалізує функції автоматизації проведення діагностики, забезпечення інтерфейсу, збору даних, обробки отриманих результатів і зміни вагових коефіцієнтів трьох гармонік напруги таким чином, щоб забезпечити необхідний гармонійний склад електричної потужності на навантаженні;
  2. широтно&ndashімпульсний перетворювач реалізований на мікроконтролері, силових транзисторах і драйверах силових транзисторів і призначений для напруги живлення;
  3. нерегульований інтегральний перетворювач постійної напруги &ndash реалізує живлення драйверів силових транзисторів;
  4. модуль L–CARD відповідає за збір і обробку сигналів з датчиків струму і напруги. Сигнали вимірювань на вхід модуля приходять у вигляді сигналу струму.
  Після обробки на виході видається сигнал напруги, який поступає на мікроконтролер.Мікроконтролер здійснює всю необхідну обробку сигналів для регулювання струму в реальному часі.
  Іншою розробкою того ж закладу є програмно–апаратний комплекс для дослідження розподільних систем керування. Мета роботи &ndash розробка структури демонстраційного комплексу для дослідження РСК [2].
  В якості базового обладнання для реалізації комплексу використано демонстраційний стенд CC–Link Demo–case компанії Mitsubishi.Стенд призначений для віддаленого керування об'єктами дискретної і безперервної дії і має ряд переваг:
  1. мультипроцесорний режим роботи;
  2. наявність великої кількості інтерфейсів зв'язку;
  3. відкрита архітектура побудови.
  В якості об'єктів управління в комплексі прийняті промисловий робот МП–9С.01 та електромеханічна система, що представляє собою двохдвигунний електропривод–асинхронний двигун (АД)–двигун постійного струму (ДПС) з силовими керуючими пристроями–перетворювач частоти (ГІЧ) і широтно–імпульсний перетворювач відповідно. Робот МП–9С.01 призначений для виконання операцій транспортування й орієнтації деталей, має три ступені рухливості по дві позиції у кожній. Головна задача керування роботом– переміщення маніпулятора в задані позиції. Електромеханічна система також включає датчики току і напруги в статорному ланцюгу АД і якірному ланцюгу ДПС та датчик швидкості. Головна задача керування системою–підтримка заданої швидкості обертання незалежно від навантаження.
Рисунок 3–Программний логічний контроллер VIPA

  Виходячи з досвіду цих та інших робіт потрібно розробити програмно–апаратний комплекс для дослідження теплових процесів, як найбільш зручний для реалізації. Стенд повинен відповідати наступним вимогам:
  1. Наявність фізичної моделі.
  2. Наявність КВП (Контрольно–вимірювальні прилади) та ПЛК (Програмний логічний контроллер).
  3. Зв'язок КВП (Контрольно–вимірювальні прилади) та ПЛК (Програмний логічний контроллер) з ПК
  4. Можливість швидкої перекомутації схеми.
  5. Можливість аналогового та дискретного керування.
  6. Можливість керування з ПК.
  7. Наявність ПО.
  8. Можливість реєстрації параметрів у режимі реального часу.
  9. Створення системи як нагрівання так і охолодження



  РОЗРОБКА ФУНКЦІОНАЛЬНОЇ СХЕМИ ТА СКЛАД ОБЛАДНЕННЯ

  При розробці функціональної схеми системи, потрібно визначитись із основними елементами, що входять до її складу. Слід визначити кількість таких елементів, їх призначення та функціональну спроможність.До таких можна віднести:
  1. Датчики температури.
  2. КВП (Контрольно–вимірювальні прилади) або ПЛК (Програмний логічний контроллер).
  3. Пристрій реєстрації використаної електричної енергії.
  4. Регулятори потужності (реалізація аналогового керування).
  5. Вентилятори.
  6. Трансформатори стуму.
  7. Нагрівачі.
  8. Об’єкт регулювання.
  При виборі кожного з елементів системи слід користуватися наступними вимогами: Спроможність справитися з поставленою задачею, доступність до придбання, якість виконання, габаритні розміри, вартість, простота монтажу.
  Користуючись цими вимогами та такими, що притаманні лише кожному з компонентів системи окремо, було обрано елементи автоматизації, які у подальшому будуть встановлені на стенді.
Рисунок 4–Схема лабораторного стенду
  1–ПІД–регулятор, 2–Аналізатор параметрів мережі, 3–Трифазний трансформатор струму 20/5, 4&ndashДатчик температури повітряного простору, 5 &ndash Датчик температури об’єкта регулювання, 6&ndashРегулятор потужності вентилятора 2, що нагнітає повітря, 7–Регулятор потужності нагрівача, 8–Регулятор потужності вентилятора 1, що висмоктує повітря, 9–Вентилятор 2, що нагнітає повітря, 10–Вентилятор 1, що висмоктує повітря, 11–Нагрівач,12– об’єкт регулювання.
  Схема містить у собі усі елементи, що створюють систему автоматизації. До таких належить ПІД–регулятор (ТРМ або ПЛК), що виконує функцію обробки інформації та керування об’єктом, датчики температури, що призначені для вимірювання температури безпосередньо об’єкта, тобто радіатора, а також температури у повітряному просторі за напрямком руху повітря під дією вентиляторів, самі вентилятори, що призначені для переміщення повітря вздовж об’єкта регулювання. Також у системі передбачена можливість аналогового та дискретного керування об’єктом, для чого використовуються регулятори потужності. Пристрій для аналізу параметрів мережі у парі з трансформаторами стуму дають можливість дуже точно визначити кількість використаної енергії для нагріву та охолодження об’єкта.

  ЛІТЕРАТУРА
  1. Електромеханічні системи, методи моделювання та оптимізації. Збірник наукових праць VII Всеукраїнської науково&ndashтехнічної конференції молодих учених і спеціалістів у місті Кременчук 2–4 квітня 2009 р. &ndash Кременчук, КДПУ, 2009. – 414 с.
  2. Вентиляторы и воздушно–отопительные агрегаты.: Каталог-справочник. Ч.1.–М: Машмир,1992.–220 c.
  3. Коган А.Д. Изготовление и монтаж вентиляционных систем: Справочник / Коган А.Д., Шепотько А.П..&ndashК: Будівельник,1990.–192 c.
  4. Иванов О.П. Аэродинамика и вентиляторы. Учебник. / Иванов О.П., Мамченко В.О. –Л: Машиностроение,1986.–280 c.
  5. ДЖ. ФРАЙДЕН Современные датчики. Справочник. Перевод с английского Ю. А. Заболотной под редакцией Е. Л. Свинцова ТЕХНОСФЕРА Москва Техносфера–2005
  6. Котюк А.Ф. Датчики в современных измерениях. Москва. Радио и связь–2006
Вверх


Резюме Біографія