Силовая электроника №6'2012

Лабораторный комплекс для изучения современных технических средств автоматизации электроприводов

Куликов Сергей

Нестеров Александр

Хусаинов Ильмир


Описанный в этой статье комплекс предназначен для проведения практических занятий в рамках различных учебных курсов бакалавриата и магистратуры по направлениям, связанным с изучением автоматизированного электропривода, приобретения практических навыков в области программирования, наладки и обслуживания различных средств автоматизации электроприводов.

Повышение экономической и технологической эффективности работы предприятий в настоящее время возможно благодаря различным технологиям, в числе которых интенсивное внедрение новых, более совершенных электроприводов и технических средств их автоматизации. Этот процесс связан с экономическими интересами и технологическими возможностями производителей такого оборудования, а также возможностями проектировщиков и обслуживающего персонала использовать и обслуживать его в составе современных технологических комплексов. Поэтому повышение качества образования таких специалистов является одной из приоритетных задач высшей школы. При решении этой задачи, наряду с актуальным лекционным материалом, не обойтись без современного лабораторного практикума.

Представленный комплекс предназначен для проведения практических занятий различных учебных курсов бакалавриата и магистратуры по направлениям, связанным с изучением автоматизированного электропривода и технологических комплексов:

  • микропроцессорные средства в электроприводах и технологических комплексах;
  • элементы систем автоматики;
  • автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов;
  • автоматизация типовых технологических процессов и производственных установок;
  • компьютерные, сетевые и информационные технологии.

Комплекс может быть использован для обучения практическим навыкам в области программирования, наладки и обслуживания различных средств автоматизации электроприводов.

В данном лабораторном комплексе представлено в основном оборудование фирмы Siemens, выбор которого был обусловлен несколькими причинами:

  • Siemens уже давно представляет собой транснациональную корпорацию с интересами в различных отраслях человеческой деятельности — начиная от бытовой техники и медицины, заканчивая атомной и космической промышленностью.
  • Фирма является лидером в области разработки электроприводов и различных технических и программных средств автоматизации.
  • Оборудование Siemens широко распространено на предприятиях России и стран СНГ.
  • Присутствует подробная документация, включая каталоги, информацию по продуктам, брошюры и инструкции на русском языке.

При разработке стенда также учитывалось следующее. Несмотря на разнообразие систем автоматизации, в любом современном автоматизированном электроприводе можно выделить основные элементы: электродвигатель с полупроводниковым преобразователем, пульт оператора-технолога, устройство управления, датчики (преобразователи) технологической информации, исполнительные устройства и устройства отображения информации, регуляторы технологических параметров и различное пультовое оборудование. В той или иной степени указанные составные части автоматизированного электропривода нашли отражение в стенде.

Конструктивно комплекс в представленной конфигурации состоит из стойки с модулями, располагаемой на столе (рис. 1), ноутбука или персонального компьютера (ПК) и электромеханического агрегата. В состав стойки входят:

  • модуль питания стенда;
  • модуль программируемого контроллера;
  • модуль панели оператора;
  • модуль «Методическая печь»;
  • модуль преобразователя частоты;
  • модуль датчиков механических величин;
  • модуль логического реле LOGO.
 Внешний вид лабораторного стенда

Рис. 1. Внешний вид лабораторного стенда

При разработке стенда ориентировались на блочно-модульную конструкцию, позволяющую замену физических объектов для исследования и проведения новых лабораторных работ. Неизменяемой частью стенда является лишь модуль питания — он получает питание от сети переменного тока напряжением 220 В и обеспечивает питанием +24 и +5 В постоянного тока сменные модули. Блочно-модульная конструкция со сменными модулями позволяет наращивать их число, расширяя функциональные возможности стенда. Кроме того, наличие сменных модулей позволяет во время проведения лабораторных работ макетировать и изучать сложные системы автоматизации.

С помощью разработанного комплекса предполагается изучение различных средств управления автоматизированными электроприводами и технологическими комплексами:

  • программируемый логический контроллер (ПЛК);
  • логическое (интеллектуальное) реле;
  • панель оператора.

С помощью управляющих программ, записанных в память ПЛК или логического реле, обеспечивается управление электроприводом, а с помощью панели оператора — выдача команд на выполнение программ и индикация текущего состояния электропривода и всей системы автоматизации в целом.

Кроме того, лабораторный комплекс позволяет изучать различную датчиковую аппаратуру, применяемую в автоматизированных системах электропривода:

  • датчики частоты вращения (тахогенератор и инкрементальный оптический энкодер);
  • бесконтактные конечные выключатели (емкостный, индуктивный и оптический) и аналоговый преобразователь перемещения (индуктивного типа).

Для отработки согласованной работы различных средств автоматизации в комплексе используется асинхронный электропривод, включающий в себя преобразователь частоты и асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором (АДКЗ).

«Сердцем» комплекса является ноутбук или персональный компьютер, с помощью которого осуществляется разработка проектов и программирование всех технических средств, изучаемых в лабораторном комплексе.

Проверку правильности программирования ПЛК, логического реле или панели оператора можно осуществлять двумя способами: с помощью виртуальных объектов автоматизации, реализованных на экране монитора ноутбука или ПК в виде мультипликации, а также с помощью имитации физического объекта, реализованной в виде мнемосхемы на лицевой панели модуля.

В первом случае при работе системы автоматизации выделяются цветом состояния датчиков и исполнительных органов, а также происходит движение виртуальных механизмов в соответствии с записанной в память ПЛК или логического реле программой. В случае «соударения» механизмов (в результате ошибок при программировании системы автоматизации или в результате неправильных действий студента при ручном управлении механизмами) включается сигнализация об ошибке.

Разработано четыре варианта виртуальных объектов автоматизации:

  • участок транспортировки заготовок в методическую печь;
  • механизмы управления крышкой нагревательных колодцев обжимного прокатного стана;
  • участок транспортировки труб большого диаметра;
  • автоматизированный комплекс скипового подъема угля.

Во втором варианте на мнемосхеме представлено упрощенное изображение объекта автоматизации. Состояние механизмов и положение деталей индицируется с помощью светодиодов. С помощью тумблеров и кнопок осуществляется ручное управление моделью.

Разработано также четыре варианта имитации физических объектов автоматизации:

  • методическая печь;
  • асинхронный электродвигатель;
  • насосная станция водоснабжения многоэтажного жилого дома;
  • газовый отопительный котел.

В целом комплекс обеспечивает выполнение до десяти лабораторных работ:

  • Изучение технических характеристик и основ программирования промышленного логического контроллера (с помощью установленного на ноутбуке или ПК программного обеспечения разрабатывается проект, далее он записывается в память ПЛК и проверяется с помощью имитации пульта оператора).
  • Изучение технических характеристик и основ программирования сенсорной панели оператора (с помощью установленного на ноутбуке или ПК программного обеспечения разрабатывается проект, далее он записывается в память панели оператора и проверяется совместно с ранее изученным контроллером).
  • Изучение технических характеристик и основ программирования логического реле (с помощью установленного на ноутбуке или ПК программного обеспечения разрабатывается проект, далее он записывается в память логического реле и проверяется с помощью имитации пульта оператора).
  • Изучение технических характеристик и основ программирования преобразователя частоты (с пульта оператора преобразователя частоты производится настройка всех необходимых параметров, после чего производится пробный пуск агрегата и проверяется правильность настройки).
  • Изучение автоматизации технологических процессов (разрабатываются проекты для ПЛК, логического реле и панели оператора для управления заданным технологическим объектом, после чего производится проверка работоспособности проекта с использованием виртуальной или физической имитации).
  • Изучение бесконтактных датчиков приближения (изучается работа датчиков в «путевом» и «концевом» режимах).
  • Изучение бесконтактных датчиков перемещения.
  • Изучение датчиков частоты вращения (изучаются статические и динамические характеристики тахогенератора и оптического энкодера).
  • Изучение промышленной сети PROFINET (в соответствии с заданием производится сборка заданной системы автоматизации на базе сети PROFINET, программирование всех элементов, входящих в ее состав, и последующая проверка работоспособности разработанной системы).
  • Изучение промышленной сети на базе стандарта RS485 (производится программирование ПЛК и преобразователя частоты для совместной работы по протоколу USS, реализованному на базе стандарта RS485, после чего производится проверка работоспособности автоматизированной системы управления электроприводом).

Методическое обеспечение комплекса построено по принципу «от простого к сложному». Таким образом, представленный комплекс позволяет изучить широкий перечень оборудования, начиная от достаточно простого в программировании логического реле и заканчивая сложной системой автоматизации на базе промышленных сетей.

Литература

  1. Нестеров А. С. Лабораторный стенд «Средства автоматизации и управления» // Электроприводы переменного тока: Труды 13-й МНТК. Екатеринбург: УГТУ – УПИ. 2005.
  2. Борисов А. М. Средства автоматизации и управления: учебное пособие. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ. 2007.
  3. Борисов А. М. Программируемые устройства автоматизации: учебное пособие. Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ. 2010.
  4. Нестеров А. С. Лабораторный практикум для изучения средств автоматизации и управления // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Энергетика». 2010. Вып. 14. № 32 (208).
  5. Борисов А. М. Основы построения промышленных сетей автоматики. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ. 2012.
*  *  *

Другие статьи по этой теме


Скачать статью в формате PDF

Скачать статью в формате PDF 2012_06_10.pdf  

 
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ

Оцените, пожалуйста, удобство и практичность (usability) сайта:
Хорошо
Нормально
Плохо