Учебный стенд «Гидравлический объект» (рисунок 1) предназначен для моделирования гидравлических и термодинамических технологических процессов и может быть использован для построения учебных систем управления такими процессами.
Использование данного стенда в учебном процессе позволит подготовить высококвалифицированных специалистов для работы в нефтеперерабатывающей и химической промышленности, энергетике, водоподготовке, а также специалистов для разработки и эксплуатации систем жизнеобеспечения зданий и сооружений, систем пожаротушения и других систем промышленной автоматизации.
Рисунок 1 – Стенд «Гидравлический объект»
Состав
Стенд (рисунок 2) состоит из:
- четырех емкостей: двух резервуарных (№3,4), выполненных как сообщающиеся сосуды, и двух контрольных емкостей (№1,2)
- полупогружного насоса с частотным приводом, установленного на емкости №4 и перекачивающего жидкость из резервуарных емкостей в контрольные
- устройство контроля минимального уровня в резервуарных емкостях для обеспечения защиты насоса от работы «всухую»
- датчика избыточного давления на выкиде насоса
- трех устройств контроля расхода жидкости с разными методами измерения (ультразвуковой, электромагнитный и переменного перепада давления)
- двух устройств контроля перелива жидкости из емкостей №1,2 (реле протока)
- нагревательного элемента (тэн), установленного в емкости №1
- двух датчиков температуры жидкости в контрольных емкостях №1,2
- двух устройств измерения уровня жидкости гидростатическим методом (датчик избыточного давления) в контрольных емкостях №1,2
- трех регулирующих клапанов с электроприводами для управления скоростью слива жидкости из контрольных емкостей №1,2 в резервуарную емкость №4, а также из емкости №1 в емкость №2
- двух вентилей с ручным приводом.
Рисунок 2 - Схема стенда «Гидравлический объект»
Основные возможности
Стенд «Гидравлический объект» позволяет:
- осуществлять местный и дистанционный контроль и измерение основных технологических параметров:
- температуры в емкостях №1,2
- уровня жидкости в емкостях №1,2 гидростатическим методом (датчик избыточного давления), а в емкостях №3,4 – с помощью дискретного емкостного датчика (защита насоса от работы «всухую»)
- расхода жидкости тремя методами: ультразвуковым, электромагнитным и измерения переменного перепада давления на сужающем устройстве
- давления на выкиде насоса
- протока жидкости через переливные трубы из емкостей №1,2 (реле протока)
- осуществлять местное и дистанционное управление исполнительными механизмами:
- полупогружным насосом с частотным приводом с помощью унифицированного аналогового сигнала тока или напряжения
- тремя регулирующими клапанами с помощью унифицированного аналогового сигнала тока или напряжения
- нагревательным элементом (тэном) с помощью дискретных сигналов (включить/отключить)
- строить контуры регулирования технологических параметров различной сложности, в том числе реализовывать каскадное регулирование.
По желанию Заказчика возможно изготовление и других учебных стендов под конкретные образовательные задачи.
Программное обеспечение
HMI DataRate™ – программное обеспечение автоматизированных рабочих мест системы «Тепловой объект» и преподавателя – имеет следующие характеристики:
- Клиент-серверная архитектура с возможностью подключения к серверу DataRate до 100 клиентов
- Обмен данными с любыми устройствами связи с объектом, для которых существует OPC DA/HDA-сервер
- Обмен данными с реляционными базами данных и офисными приложениями (MS Excel)
- Управление с помощью Web-интерфейса
- Количество графических динамических элементов в графическом проекте – до 50000
- Ведение трендов с минимальным периодом заполнения, не превышающим 0,5 сек
- Период времени обновления информации в окне – не более 250 мсек
- Количество скриптов – до 5000
- и другие.
Web-контроль обеспечивает подключение удаленных клиентов с помощью сети Internet/Intranet с функциями управления. Для работы клиентов необходим лишь доступ к сети Internet/Intranet и Web-браузер. Подключение удаленных клиентов к Web-серверу защищается паролем.
Учебно-исследовательская лаборатория
«Промышленная автоматизация»
Фирмой «КРУГ» совместно с Пензенским государственным университетом разработан учебный программно-технический комплекс (ПТК) для учебно-исследовательских лабораторий (рисунок 3), включающий в себя:
- два лабораторных технологических стенда («Тепловой объект» и «Гидравлический объект»), имеющие как аналоговые (16), так и дискретные (5) входы и выходы
- контроллерное оборудование (рисунок 4), к которому подключаются технологические стенды
- кафедральную вычислительную сеть
- несколько персональных компьютеров, реализующих функции рабочих станций с программным обеспечением SCADA КРУГ -2000® и HMI DataRate™.
Наиболее значимые методические цели, реализация которых оправдывает внедрение SCADA-систем в процесс обучения:
- использование современных компьютерных технологий
- индивидуализация и дифференциация процесса обучения за счет возможности поэтапного продвижения к цели по линиям различной сложности
- осуществление контроля за процессом обучения с оценкой результатов
- осуществление самоконтроля и самообучения
- обеспечение возможности тренажа
- наглядность в демонстрации динамики изучаемых процессов
- усиление мотивации обучения за счет графических и изобразительных средств программы
- широкие возможности проведения тренингов по возникающим ситуациям на стадии проектирования, наладки и эксплуатации систем управления
- формирование у студентов стратегий усвоения учебного материала.
Рисунок 3 – Программно-технический комплекс
Рисунок 4 – Контроллерное оборудование (пример)
Цели создания
Цели создания лаборатории можно разбить на общеобразовательную, практическую и обслуживающую (создающую основу для дальнейшего образования).
Общеобразовательная цель – познакомить учащихся с новыми фундаментальными понятиями, терминами и функциями, составляющими основу новых информационных технологий, познакомить с назначением и возможностями различных устройств, входящих в состав компьютерных систем.
Практическая цель – отработка практических навыков работы с техническим и программным обеспечением, отработка технологических приемов использования компьютерных систем при проектировании и эксплуатации современных автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУ ТП).
Обслуживающая цель – заложить основу для совершенствования учебно-методической и дидактической базы при изучении специальных дисциплин.
Архитектура
Архитектура типовой лаборатории представлена на рисунке 5.
Лаборатория построена по иерархическому принципу и представляет собой трёхуровневую структуру, состоящую из двух подсистем – подсистемы «Гидравлический объект» и подсистемы «Тепловой объект» – с единым сервером технологических данных. Обмен данными между подсистемами учебно-исследовательской лаборатории осуществляется по сети Ethernet 10/100.
Нижний уровень подсистемы «Гидравлический объект» представлен технологическим объектом, моделирующим гидравлические, термодинамические и процессы транспорта жидкости.
Нижний уровень подсистемы «Тепловой объект» представлен технологическим объектом, моделирующим теплообменные процессы.
Средний уровень представлен промышленным контроллерным оборудованием, монтируемым на отдельную стойку.
Контроллерное оборудование осуществляет:
- сбор и первичную обработку данных для передачи на верхний уровень
- выдачу управляющих воздействий
- противоаварийную защиту и блокировку
- автоматическое регулирование ряда контролируемых параметров.
Верхний уровень лаборатории включает автоматизированные рабочие места (АРМ) студентов и преподавателя, программное обеспечение которых построено на основе SCADA/HMI.
Рисунок 5 – Архитектура учебно-исследовательской лаборатории
АРМ преподавателя, выполненное в виде сервера технологических данных, предназначено для следующих функций:
- непосредственный обмен данными со средним (контроллерным) уровнем
- накопление, обработку и анализ информации о ходе технологического процесса
- формирование отчетной документации
- программирование и конфигурирование контроллерного оборудования
- настройку контуров регулирования, изменение режимов работы регуляторов («автоматический» – регулирование по ПИД-закону; «ручной дистанционный» – управление исполнительным механизмом вручную)
- протоколирование всех действий студентов
- и другие.
АРМы студентов, являющиеся клиентами сервера технологических данных, обеспечивают:
- обмен данными с сервером технологических данных (АРМ преподавателя)
- обработку и анализ информации о ходе технологического процесса
- просмотр отчетной документации
- программирование и конфигурирование контроллерного оборудования
- настройку контуров регулирования, изменение режимов работы регуляторов («автоматический» – регулирование по ПИД-закону. «ручной дистанционный» – управление исполнительным механизмом вручную)
- и другие.
На всех АРМ имеется возможность внесения изменений в предлагаемый человеко-машинный интерфейс (рисунок 6) или разработки нового.
Рисунок 6 – Интерфейс пользователя стенда «Гидравлический объект»
Кроме того, на АРМ преподавателя при необходимости может быть установлено дополнительное программное обеспечение Web-контроль, обеспечивающее удаленный доступ к человеко-машинному интерфейсу системы по сети Internet/Intranet. Для этих целей на удаленном компьютере, подключенном к сети Internet/Intranet, достаточно иметь любой Web-браузер (например, Internet Explorer). Подключение к Web-серверу защищается паролем.
Выводы
Одним из важных достоинств представляемого лабораторного комплекса является тот факт, что комплекс может быть легко расширен и дополнен новым контроллерным оборудованием и программным обеспечением практически любых фирм-производителей, а также другими стендами, моделирующими физические объекты.
Программное обеспечение SCADA КРУГ-2000® и HMI DataRate™ совместимо с новейшим программным и техническим обеспечением и имеет возможность дальнейшего наращивания представленной архитектуры аудиовизуальными и телекоммуникационными средствами.
По желанию Заказчика возможно изготовление и установка учебного оборудования. В комплект поставки входит необходимый методический материал.
