Разработка автоматизированного лабораторного комплекса обучению энергосберегающим технологиямESiropyatov@mail.ru, Agenter@mail.ru, Fedorova@rsvpu.ru, ФГАОУ ВПО «Российский государственный профессионально-педагогический университет» г. Екатеринбург Расширение диапазона требований к различному производственному технологическому оборудованию определяет необходимость внедрения новых, нетрадиционных и энергоэффективных технологий управления в различные отрасли промышленности. Для обслуживания и внедрения современных энергосберегающих технологий требуются специалисты, подготовка которых должна отвечать современным запросам общества. Качественная профессиональная подготовка специалистов электротехнического направления связана с поиском новых форм и методов обучения. В настоящее время, для того чтобы в вузе подготовить хорошего специалиста, необходимо построить учебный процесс так, чтобы студент имел возможность проверять, пополнять и использовать свои знания, полученные в ходе теоретического обучения. Для достижения этой цели необходимы различные виды лабораторных и практических занятий, которые позволяют обучаемому получить практический опы т, формировать необходимые умения и навыки, выполнять творческую исследовательскую работу. Такой подход к процессу обучения способствует формированию подготовленного к профессиональной деятельности, конкурентоспособного, мобильного и творческого специалиста. [5] Создание автоматизированного учебного лабораторного оборудования с коллективным доступом удаленных пользователей по сети Интернет по учебным дисциплинам инженерной подготовки во многом может решить проблему обеспечения образовательных учреждений современным лабораторным оборудованием, например, на основе его временной аренды, только на периоды проведения лабораторных занятий. Это позволяет учебному заведению уменьшать капитальные и эксплуатационные затраты на создание собственных учебных лабораторий, на оснащение их оборудованием и обслуживание. Такой подход эквивалентен коллективному использованию учебников из централизованного фонда библиотеки, когда каждый учащийся не приобретает полный комплект учебников в индивидуальное пользование, а временно "арендует" их в библиотеке только на период изучения дисциплины. [6] Компьютеризированный лабораторный практикум, основанный на автоматизации физических стендов и установок, уже давно широко применяется во всем мире. При этом западный подход основан, как правило, на использовании хорошо дидактически оформленных, но простых физических моделей изучаемых объектов и процессов. Лабораторный практикум построен по принципу - каждому студенту свое рабочее место (компьютер и физическая лабораторная модель). Такой по дход эффективен для изучения и экспериментальной проверки основных физических законов, но почти полностью исключает процесс творческого поиска и решения научных и исследовательских задач.
Рис.1. Общий вид автоматизированного лабораторного комплекса На базе оборудования Danfoss и Grundfos разработан лабораторный комплекс, представляющий насосные установки, имитирующие систему водоснабжения с использованием частотно-регулируемого электропривода (рис.1). Установки предназначены для эффективного управления ра сходом воды и потреблением электроэнергии. Лабораторный комплекс экспериментально доказывает преимущества частотного регулирования приводов насосных агрегатов над методом дросселирования, а также позволяют практически ознакомиться с настройками преобразов ателя частоты, как с помощью компьютера, так и через панель оператора LCP. В автоматическом режиме работы система управляет производительностью насосных агрегатов по заданной программе, стабилизируя давление в водопроводной сети, стремясь привести его к заданному пользователем значению. При возникновении необходимости управления комплексом предусмотрен режим ее прямого (ручного) задания. В основу принципа действия системы положен принцип изменения частоты вращения рабочего колеса насосного агрегата в зависимости от значения давления в водопроводной сети. Для реализации этого принципа в системе использованы преобразователи частоты. Датчик давления, установленный в напорном трубопроводе водопроводной сети, преобразует значение давления в пропорциональный элек трический сигнал. Этот сигнал является сигналом обратной связи в контуре регулирования и поступает на аналоговый вход программируемого логического контроллера (ПЛК). Регулятор процесса, реализованный в ПЛК, имея задание (требуемое давление в сети), формиру ет сигнал задания для преобразователя частоты. Насосные установки в лабораторном комплексе объединены и подключены параллельно с помощью преобразователя интерфейсов ADAM -4561, который преобразует сигнал от частотных преобразователей из RS-485 в USB. Каждому частотному преобразователю присвоен свой уникальный адрес. Для обслуживания и настройки частотных преобразователей применяется проектно - ориентированный программный пакет VLT® Setup Software MCT10: позволяет хранить наборы параметров (настройки) привода или группы приводов; поддерживает USB-связь с приводами, имеющими USB -порт; поддерживает связь через конвертеры USB ->RS485 или RS232->RS485 со всеми VLT Drives; поддерживает связь через стандартные коммуникационные карты Siemens (например, CP 5511, CP 5512, CP 5611) по протоколу DP V1 с приводами, имеющими опциональную коммуникационную карту Profibus; поддерживает дружественный пользовательский интерфейс (простая структура проекта и параметров, фильтры); имеет встроенный инструментарий для редактирования и пошаговой отладки программ для встраиваемых контроллеров синхронизации и положения MCO 305; позволяет локализация аварийных ситуаций; поддерживает графические пакеты; позволяет осциллографирование переходных процессов в реальном времени. [2] Созданный лабораторный комплекс соответствует основным существующим требованиям к насосным станциям, которые отражены в СНиП 2.04.01 -91: Поддержание высокой точности заданного давления в системе водоснабжения. Диагностика питающего напряжения станций и восстановление работы станции после сбоев питания. Защита насосов от сухого хода Функциональная диагностика работы насосов. Возможность передачи параметров работы станции по выделенным каналам связи.
Настройка параметров работы станции с пульта управления. Обеспечение противопожарного режима работы станции. Обеспечение ручного режима работы станции при техническом обслуживании.
[7] Переключение насосов для равномерной выработки ресурса насосных агрегатов. На данный момент лабораторный комплекс нуждается в ряде мер по модернизации стендов для осуществления возможности коллективного доступа удаленных пользователей по сети Интернет (рис.2).
Рис.2. Структурно-блочная схема работы модернизированного лабораторного комплекса Для автоматизации лабораторного комплекса необходимы следующие основные мероприятия: 1. Замена дроссельной заслонки на заслонку, управляемую электроприводом. 2. Установка контроллера. 3. Автоматизация системы освещения лаборатории. 4. Автоматизация включения и отключения насосных установок. 5. Установка расходомера, а также подключение его к контроллеру. 6. Автоматизация задания давления с помощью контроллера. 7. Установка вебкамер. 8. Подключение компьютера лаборатории к сети интернет. 9. Разработка программного комплекса для управления контроллером и компьютером лаборатории. Выполнение лабораторных работ в режиме удаленного доступа будет осуществляться студентами при поддержании диалога с оператором, обслуживающего комплекс. Это позволит обеспечить высокое качество подготовки специалистов вне зависимости от их территориального удаления от образовательных центров при одновременном сокращении капитальных и эксплуатационных затрат за счет значительного сокращения количества требуемого лабораторного оборудования, площадей, обслужив ающего персонала. Список литературы 1. Кузнецов Ю.В. Федорова С.В. Энергосберегающие технологии и мероприятия в системах энергоснабжения. Учебное пособие. – Екатеринбург: УрО РАН, 2008. – 356 с. 2. МСТ10 Setup software. Инструкция по эксплуатации. Danfoss 3. VLT Automation Driver FC 300. Руководство по программированию. Danfoss 4. Федорова С.В. Взаимодействие образования и бизнеса в подготовке высококвалифицированных кадров // Энергоанализ и эффективность 2007, №3 (24) С.34 -35 5. Соловьев А. Довузовская подготовка – условие повышения качества инженерного образования // Высшее образование в России. 2008. №8 C. 46 -51 6. Арбузов Ю.В., Маслов С.И., Воронков Э.Н., Липай Б.Р., Станкевич И.В., Стукалин В.Н., Берилов А.В., Грузков Д.С., Обрадович В.А. Автоматизированный лабораторный практикум в системе открытого технического образования. Московский энергетический институт (технический университет), Москва 7. Строительные нормы и правила внутренний водопровод и канализация зданий. СНиП 2.04.01-91 Л.В. Шмакова |
|
