CC BY
113
-------------------------------------- © Н.Г. Пейль, Т.И. Маковей,
П.В. Ионов, К.Д. Кузьмин, 2009
Н.Г. Пейль, Т.И. Маковей, П.В. Ионов, К.Д. Кузьмин
АНАЛИЗ РАБОТЫ НОВЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ СТЕНДОВ НТЦ
Сделан обобщённый обзор новых лабораторных стендов типа НТЦ и анализ работы со студентами на них. Раскрываются перспективные возможности этих стендов при дистанционном управлении с помощью компьютерной техникой.
Ключевые слова: лабораторные стенды, силовые преобразователи, системы управления электроприводами.
ТТ а кафедре ЭЭГП установлены новые лабораторные стенды НТЦ-02 «Автоматизированное управление электроприводами», НТЦ -12 «Основы автоматики», НТЦ-24 «Электропривод», НТЦ-25 «Основы электропривода». Данные стенды выпускаются научно-техническим предприятием «Центр» и предусматривают микропроцессорное управление. Основной особенностью стендов является то, что в них использованы элементы современной технической базы: микроконтроллеры, силовые модули, драйверы интерфейсов. Использование современных силовых модулей и микроконтроллеров позволяет создавать компактные силовые преобразователи. Периферийные блоки микроконтроллеров: АЦП, таймеры, последовательный порт позволяют производить измерение токов и напряжений, измерение частоты вращения двигателей, цифровую индикацию на передней панели стендов, связь с персональным компьютером. При этом персональный компьютер является дополнением стендов, обеспечивая сбор информации с плат и её обработку, а также построение графиков. При подключении стендов к компьютеру, последний имеет возможность выполнять роль устройства управления.
Лабораторные стенды позволяют изучать силовую преобразовательную технику, системы управления электроприводами, системы автоматического управления.
Стенды также позволяют:
- Исследовать двигатель постоянного тока независимого возбуждения и асинхронный электродвигатель во всех четырёх квад-
рантах механической характеристики, а также реализовать динамическое торможение этих двигателей.
- Изучать релейные схемы пуска, реверса и торможения электроприводов постоянного и переменного тока.
- Изучать электропривод переменного тока на базе асинхронного электродвигателя и преобразователя частоты.
- Изучать электропривод постоянного тока по системам: «Широтно-импульсный преобразователь - Двигатель постоянного тока» и «Генератор - Двигатель».
- Изучать замкнутые системы подчинённого регулирования.
- Исследовать работу элементов и блоков автоматики.
Каждый стенд состоит из разных подсистем, предназначенных для выполнения определённых задач. Так, например, для стенда НТЦ-24 можно выделить основные подсистемы:
Два электромашинных агрегата: двигатель постоянного тока -асинхронный двигатель, двигатель постоянного тока - двигатель постоянного тока.
Преобразователь частоты (на базе силового модуля PS11035), предназначенный для питания асинхронного электродвигателя, с системой управления, реализованной на микроконтроллере MB90F562.
Мостовой реверсивный широтно-импульсный преобразователь для питания электродвигателя постоянного тока.
Трёхканальный преобразователь для регулирования тока в обмотках возбуждения двигателей постоянного тока. В силовой цепи используются MOSFET транзисторы, система управления на микроконтроллере ATMega163.
Подсистема измерения, позволяющая измерять, индицировать и передавать на компьютер величины токов, напряжений, частоту тока, частоту вращения электродвигателей, температуру обмоток двигателей.
Замкнутая система подчинённого регулирования, предназначенная для изучения систем автоматического управления.
Релейная подсистема, позволяющая реализовывать релейные схемы пуска, реверса и торможения электроприводов.
Блок связи с компьютером. В стенде организована внутренняя сеть на основе промышленного интерфейса RS-485.
Перечисленные технические возможности могут быть использованы при изучении курсов «Автоматизированный электропри-
вод», «Системы управления электроприводами», «Теория электропривода», «Основы преобразовательной техники», а также при изучении общего курса электропривода и основ автоматики для студентов всех направлений подготовки. В частности, при проведении лабораторно-практических занятий для студентов специальности 171100 « Машины и оборудование природообустройства и защиты окружающей среды » по дисциплине «Электропривод и автоматизация машин и оборудования природообустройства», специальности «Горные машины и оборудование» по дисциплине «Электропривод».
Количество выполняемых лабораторных работ на разных стендах варьируется от 12 до 18. При этом, только несколько одинаковых лабораторных работ можно выполнить на разных стендах, используя для этого разные схемы управления. В основном это относится к исследованию механических характеристик электродвигателей постоянного тока и асинхронных двигателей.
Проведение лабораторных работ осуществлялось пока только на стендах НТЦ-24 и НТЦ-25 со студентами специальности ГЭ при изучении курсов «Электропривод», «Системы управления электроприводами» и «Теория электропривода». Со студентами специальности МОП и ГМО занятия проводились только на стенде НТЦ-24.
Часть лабораторных работ были проведены факультативно вне расписания с ограниченным числом студентов четвёртого курса ГЭ.
Если на учебных занятиях по расписанию преподавателем полностью осуществлялось руководство студентами при работе на стендах, то на факультативных занятиях им предоставлено больше самостоятельности в изучении стендов, схем и снятии характеристик. Необходимо было понять, как быстро студенты могут освоить и выполнить лабораторные работы на новом оборудовании.
После работы на новых стендах в течение двух семестров можно сделать следующие выводы.
Практически все лабораторные работы рассчитаны на выполнение в течение двух учебных часов, что и подтвердилось на занятиях. За это время необходимо ознакомиться со стендом, выбрать соответствующую для выполнения работы подсистему, изучить подробно схему и порядок выполнения работы, снять требуемые характеристики.
На практике на выполнение одной лабораторной работы отводится одно занятие для всей студенческой группы в количестве 2527 человек. Обычно группа делится на несколько бригад, что позволяет учащимся полноценно работать на стендах. Одновремённо посадить за стенды невозможно даже половину группы.
Поэтому необходимо вернуться к прежней системе выполнения лабораторных работ, когда группа делилась на две подгруппы.
Сопроводительная техническая документация содержит образцы снятых на стендах характеристик. При выполнении работ студентами были получены характеристики, которые соответствовали теоретическим. В то же время изменение заданных параметров расширяет семейство характеристик.
Интересно мнение самих студентов. Они отметили как положительные следующие качества:
- с точки зрения предметов «Электропривод» и «СУЭП» стенды отвечают основным положениям данных учебных курсов;
- данные лабораторные стенды позволяют проводить большой комплекс работ по разным направлениям;
- стенды позволяют применять современные технологии в учебном процессе;
- электрические принципиальные схемы достаточно наглядны и доступны для изучения;
- высокая надёжность и безопасность стендов;
- характеристики, построенные по экспериментальным данным, практически совпадают с теоретическими характеристиками.
Но так же студенты отметили, что на стендах могут работать не более 3-4 человек. Учитывая, что лабораторные работы длятся более 60 мин., то вся группа не успевает сделать работу.
Некоторые студенты посчитали, что отсутствует наглядность в работе электрических двигателей.
Отдельно следует отметить, что студенты механических специальностей довольно быстро осваивают новые понятия, связанные с микропроцессорной техникой. Но не достаточно хорошо ориентируются в подсистемах и электрических схемах. Это объясняется знакомством студентов с компьютерной техникой, но слабой теоретической подготовкой.
Техническое обеспечение предусматривает дистанционное управление стендами при помощи удалённого компьютера. Для этого имеется возможность использовать при проведении лабора-
торной работы штатное программное обеспечение EL - drive, разработанное для каждого стенда. Компьютер, управляющий стендом, может быть подключён к другому компьютеру на рабочем месте пользователя через модем. Имея несколько подключенных к стенду компьютеров можно обеспечить доступ к выполнению работ большего числа студентов, чем это в настоящее время.
Компьютер, предназначенный для дистанционного выполнения лабораторной работы, должен обладать следующими техническими данными: 500 MB RAM; Ethernet card/ADSL modem; Windows 2000/XP/2003; 100 Мб свободного пространства на диске; доступ в Интернет.
Управление стендами с помощью программы позволяет: выполнять лабораторные работы в автоматическом режиме с минимальным участием пользователя в процессе; отслеживать изменения величин в реальном времени на ПК и регистрировать их значения; регистрировать переходные процессы пуска, торможения, сброса, наброса нагрузки и др.; осуществлять стабилизацию измеряемых величин на заданном уровне.
N.G. Pejl, T.I. Makovej, P. V. Ionov, K.D. Kuzmin
THE ANALYSIS OF WORK OF THE NEW LABORATORY SCIENTIFIC AND TECHNOLOGICAL CENTRE STANDS
The generalised review of new laboratory stands of type of scientific and technological centre and ana-liz works with students on them is made. Reveal perspective voz-mozh-nosti these stands at remote control with the help kompju-ternoj technics.
Keywords: laboratory stands, power converters, siste managements of electric drives.
___ Коротко об авторах ____________________________________
Пейль Н.Г. - кандидат технических наук, доцент кафедры ЭЭГП, Маковей Т.И., Ионов П.В., Кузьмин К.Д. - студенты гр. ГЭ-2-05 Московский государственный горный университет, [email protected]
