Центр дистанционных автоматизированных учебных

Казанский государственный технический
университет им. А.Н. Туполева
Институт радиоэлектроники и телекоммуникаций
Центр дистанционных
автоматизированных учебных
лабораторий
[http://www.kai.ru/univer/labview/]
Название доклада
АВТОМАТИЗАЦИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА НА
УЧЕБНЫХ ТИПОВЫХ И УНИКАЛЬНЫХ
УСТАНОВКАХ И СТЕНДАХ
Евдокимов Ю.К. д.т.т., проф.
Кирсанов А.Ю., к.т.н., доцент
Центр дистанционных автоматизированных учебных лабораторий
КГТУ им. А.Н.Туполева. www.kai.ru/univer/labview
Базовый информационно-управляющий
элемент
Средство автоматизации на основе ВИТ
Исследуемый
объект
(объект автоматизации)
Измерительное
устройство
Управляющее
устройство
Вычислительноуправляющее
средство
Программное
обеспечение ВП
ВИТ – виртуальные измерительные технологии;
ВП – виртуальный прибор.
Лицевая
панель ВП
Автоматизация типовых лабораторных
практикумов
Аналоговые измерительные каналы
Блок
согласования
сигналов
Блок
питания
Набор
исследуемых
схем
Коммутатор
измерительных
каналов
Лабораторный макет
Устройство
ввода/вывода
Цифровые линии
Функциональная схема типового лабораторного макета
Структурная
схема системы
дистанционного
управления
экспериментом
Общая концепция создания дистанционных
лабораторных практикумов
При выполнении дистанционной лабораторной работы
студент должен действовать в той же последовательности,
что и при выполнении работы локально (с использованием
традиционных измерительных приборов). То есть, сначала
осуществляется выбор необходимых в данной работе
измерительных приборов, затем их подключение к
экспериментальной установке (лабораторному макету),
включение настройка приборов и т.д.
Сохранение аналогии дистанционного лабораторного практикума с реальным, необходимо для
обеспечения
полноценности
дистанционных
лабораторных работ в педагогическом плане.
В соответствии с изложенными концепциями, было
разработано клиентское программное обеспечение Distant
Lab 1.0, необходимое для выполнения дистанционных
лабораторных работ.
Титульный лист дистанционного лабораторного
практикума (Distant Lab 1.0)
Библиотека виртуальных измерительных приборов
Состав измерительных приборов в Distant Lab
Генератор
Функциональный опорного
генератор
напряжения
Генератор
АМ-сигнала
Генератор
тока
Характериограф
Осциллограф
Спектроанализатор
Наборное поле
Создание измерительной схемы – шаг 1
Создание измерительной схемы – шаг 2
Создание измерительной схемы – шаг 3
Создание измерительной схемы – шаг 4
Создание измерительной схемы – шаг 5
Создание измерительной схемы – шаг 6
Автоматизированный дистанционный
практикум по курсу «Электроника»
Автоматизированный дистанционный практикум по
курсам «Основы теории цепей» и «Радиотехнические цепи
и сигналы»
Мультимедийный учебный комплекс
по специальности
«МОНТАЖНИК ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ
ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ»
Средство разработки - среда графического
программирования LabVIEW
Содержание лабораторного практикума
1. Основные инструменты электромонтажника.
2. Маркировка и типы проводов и кабелей.
3. Типы разъемов и их условные обозначения.
4. Условные обозначения и чтение электромонтажных
схем.
5. Соединение пайкой.
6. Соединение обжатием.
Рабочее окно программного обеспечения
лабораторного практикума
Раздел тестирования знаний
Страница с вопросом теста
Виртуальный лабораторный практикум по
электрохимическим специальностям
ELECHTROCHIMICAL LABWORK ENVIRONMENT
Создание лабораторного практикума осуществлялось
в рамках международного сотрудничества с лабораторией LET UMR CNRC n0 6608 университета г. Пуатье
(Франция).
Состав практикума:




«Polarization Curve» - поляризационная кривая;
«Voltage Step» (Cotrell Method) – скачок
напряжения (метод Котреля);
«Rotation Disc Electrode» - вращающийся
дисковый электрод;
«Electrodiffusion Friction Measurement» электродиффузионный измеритель вязкого трения.
Виртуальный лабораторный практикум по
электрохимическим специальностям
Титульный лист виртуального лабораторного
практикума ELE 1.0
Виртуальный лабораторный практикум по
электрохимическим специальностям
Интерфейс пользователя лабораторной работы
Автоматизация уникальных лабораторных
установок
Основные требования, предъявляемые к
локальной автоматизированной измерительной
системе:




работа в режиме жесткого реального времени;
резервирование жизненно важных узлов;
защита от некорректных действий оператора
(предотвращение критических режимов работы);
автоматическое отключение установки при
аварийном режиме.
Двигатель АИ-25
Габаритные размеры
длина – 1993 мм;
ширина – 820 мм;
высота – 896 мм.
Сухая масса – 320 кг
Назначенный ресурс – 1800 ч
Календарный срок службы – 8 лет
На взлетном режиме
На крейсерском режиме
Тяга – 1500 кгс
Тяга – 443 кгс
Удельный расход топлива – 0,568кг/кгс*ч
Удельный расход
топлива – 0,795кг/кгс*ч
Расход воздуха – 44.8 кг/с
Суммарная степень повышения
давления – 8
Степень двухконтурности – 2,2
Температура газов перед турбиной – 2,2
Экспериментальная установка
Двигатель АИ-9
1 – двигатель АИ-25;
2 – пусковой двигатель АИ-9;
3 – испытательный стенд.
Схема измерения параметров рабочего тела
T1
nкнд
T2
T4
T3
T0
P0
ВУ
P1
К
nкнд
КС
ГТ
C
P
P2
P3
P4
P5
P
• T0 – температура воздуха в боксе;
• P0 – атмосферное давление в боксе;
• Ti – температура рабочего тела в характерных сечениях
(четыре датчика);
• ΔPi – избыточное давление в характерных сечениях
(шесть датчиков);
• GТ – расход топлива;
• nквд , nкнд – частоты вращения роторов турбокомпрессора;
Измерительное оборудование



NI PXI-8105 – контроллер реального времени;
NI PXI-6251 – плата ввода-вывода
аналоговых и цифровых сигналов;
SCXI-1520 – плата для подключения
резистивных датчиков, мостовых схем;
SCXI-1102 – плата для подключения
термопар;

Программное обеспечение
Лицевая панель пользовательского интерфейса
Аэродинамическая труба КГТУ им. А.Н. Туполева
Аэродинамическая труба КГТУ им. А.Н. Туполева
Оборудование для автоматизации экспериментов
в аэродинамической трубе
Измерительное оборудование:


NI PXI-8106 – контроллер реального времени;
NI PXI-4220 – двухканальная плата для
тензометрических измерений (три платы);

многоканальная плата NI PXI-6255;

Датчики:
давления;

тензометрические;
Структурная схема измерительной системы
для исследования рабочих процессов ДВС
Датчик
расхода воздуха
Датчик частоты
вращения
Индуктивный
коленвала
тормоз
Датчик
момента
вращения
Д1
Д4
ДВС Д 220
Д3
Д2
Д5
Имитатор
нагрузок
Датчик
расхода топлива
Устройство
ввода/вывода
Автоматизированный
блок управления
индуктивным тормозом
Система дистанционного управления
измерениями параметров газоперекачивающей
установки ГТИ-25ИР
Казань
Клиентское ПО
Пользовательский интерфейс
Операторы, получающие
доступ через Интернет
Блок сетевого взаимодействия
с измерительным ПК
ПО оператора
Интернет
Идентификация клиента
Формирование
отказа
Контроль доступа
ЛВС
Протокол dstp
Шимордан
Протокол передачи данных
через Интернет (http, dstp)
Измерительный сервер
Интернет-сервер (Web, Data socket)
Операторы,
находящиеся
в ЛВС
БД
ПО управления
измерительными
процессами
Архив данных
Очередь
запросов
Контроллер
серии Compact
Field Point (cFP)
Измерение физического
состояния (давление,
температура, расход)
Измерительный сервер
Группа датчиков
Газоперекачивающая
установка
ГТК-25ИР
Структурная схема
Data Socket - сервер
dstp-протокол
Контроллер
серии Compact
Field Point
Функциональная схема
Мнемосхема газоперекачивающей
установки ГТИ-25ИР
Автоматизированный стенд по исследованию
параметров поршневого компрессора
Измерительные каналы:
1) канал измерения давления в цилиндре (до 800 кПа);
2) канал фиксации верхней мёртвой точки.
Автоматизированный стенд по исследованию
параметров поршневого компрессора
Программное обеспечение
Автоматизированный стенд по исследованию
параметров поршневого компрессора
Программное обеспечение
Автоматизированный стенд по исследованию
динамического температурного поля роторного
компрессора КР-6/2,3
Роторный компрессор
КР-6/2,3
Стенд с компрессором
Автоматизированный стенд по исследованию
динамического температурного поля роторного
компрессора КР-6/2,3
Измеряемые параметры
Тип
№
датчика
Место установки,
назначение
ТХК
На корпусе компрессора, измерение
стеночной
температуры
2
ТХК
3
Датчик
давлени
я
1
4
Фото-
Диапазон
Колизмерени
во
я
Точность
13
0÷150˚С
0,1˚С
На вращающемся
роторе, измерение
флуктуационной
составляющей
1
0÷150˚С
0,1˚С
На вращающемся
роторе, измерение
давления воздушного
потока
1
0÷3 ата
0,5%
Измерение скорости
1
<3000
-
Автоматизированный стенд по исследованию
динамического температурного поля роторного
компрессора КР-6/2,3
Прибор для подключения ТХК (16 каналов)
Автоматизированный стенд по исследованию
динамического температурного поля роторного
компрессора КР-6/2,3
Система технического зрения для измерения
часовых деталей платино-мостового
производства
Эталонный экземпляр
Система технического зрения для измерения
часовых деталей платино-мостового
производства
Систематическая погрешность СТЗ ΔХ
30
25
20
15
10
5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
-5
-10
ΔХ 144
ΔХ 141
-15
В красных точках погрешность
превышает 15 мкм
В зелёных точках погрешность
не превышает 10 мкм
Конец презентации
Спасибо за внимание!
Центр дистанционных автоматизированных учебных лабораторий
КГТУ им. А.Н.Туполева. www.kai.ru/univer/labview