Разработка лабораторной установки исследования методов управления приводами вентиляции для контроллера Вэст-03
На базе лабораторной установки, разработанной студентом, планируется создать стенд для исследования динамических процессов в системе вентиляции для контроллера Вэст-03. В качестве результата работы будет представлена методика настройки динамических контуров управления для студентов и обслуживающего персонала.
ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………………………………………………………………………… 3
1 РАЗРАБОТКА ПРОТОТИПА ………………………………………………………………………………………………….. 6
1.1 Сравнение контроллера НПО ВЭСТ и разработанной платы ……………………………………………… 8
1.2 Подключение промышленных исполнительных и измерительных устройств ………………….. 12
1.3 Согласование CoDeSys с разработанной платой …………………………………………………………………. 17
2 ОПИСАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ КОНТРОЛЛЕРА НПО ВЭСТ И CODESYS ……………………. 21
2.1 Описание языка Akiar и схемы вентиляции ………………………………………………………………………. 21
2.2 Подготовка функциональных блоков в CoDeSys ……………………………………………………………….. 25
2.3 Перевод сценария вентиляции из Akiar на CoDeSys …………………………………………………………… 31
3 НАСТРОЙКА ТИПОВЫХ КОНТУРОВ………………………………………………………………………………… 33
4 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ ……………………………………………………………………………………….. 38
4.1 Потенциальные потребители результатов исследования …………………………………………………… 38
4.1.1 Анализ конкурентных технических решений с позиции ресурсоэффективности и
ресурсосбережения ……………………………………………………………………………………………………………………. 38
4.1.2 SWOT – анализ …………………………………………………………………………………………………………………. 40
4.1.3 Оценка готовности проекта к коммерциализации …………………………………………………………… 41
4.1.4 Методы коммерциализации результатов научно-технического исследования ……………….. 42
4.2 Инициация проекта …………………………………………………………………………………………………………….. 43
4.3 Планирование управления научно–техническим проектом ………………………………………………. 44
4.3.1 Иерархическая структура работ проекта …………………………………………………………………………. 44
4.3.2 Контрольные события проекта ………………………………………………………………………………………… 45
4.3.3 План проекта…………………………………………………………………………………………………………………….. 46
4.4 Контрольные события проекта …………………………………………………………………………………………… 47
4.4.1 Определение стоимости материальных затрат ………………………………………………………………… 49
4.4.2 Амортизация …………………………………………………………………………………………………………………….. 50
4.4.3 Полная заработная плата исполнителей ………………………………………………………………………….. 50
4.4.4 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) ………………………………………. 51
4.4.5 Накладные расходы ………………………………………………………………………………………………………….. 51
4.4.6 Формирование сметы проекта………………………………………………………………………………………….. 52
4.5 Формирование сметы проекта…………………………………………………………………………………………….. 52
5 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ ……………………………………………………………………………….. 56
5.1 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности …………………………………… 56
5.2 Производственная безопасность …………………………………………………………………………………………. 58
5.2 Анализ выявления вредных, опасных факторов и мероприятия по снижению уровней
воздействия……………………………………………………………………………………………………………………………….. 59
5.2.1 Шум …………………………………………………………………………………………………………………………………… 59
5.2.2 Освещение ………………………………………………………………………………………………………………………… 60
5.2.3 Микроклимат ……………………………………………………………………………………………………………………. 62
5.2.4 Электрический ток и короткое замыкание ……………………………………………………………………… 64
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………………………………………………… 68
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ………………………………………………………………………………………………………………………… 70
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ………………………………………………………………………… 72
Приложение А …………………………………………………………………………………………………………………………… 76
INTRODUCTION ………………………………………………………………………………………………………………………. 77
CONCLUSION …………………………………………………………………………………………………………………………… 80
Главной задачей любой промышленности является динамическое, про-
порциональное развитие общественного производства, повышение эффектив-
ности, увеличение производительности труда, улучшение качества продукции,
ускорение научно – технического прогресса. Все это достигается путем автома-
тизации системы т.е. сокращением участия человека в технических операциях,
поскольку «человеческий фактор» может приводить к различным ошибкам,
сбоям, авариям.
На сегодняшний день особое внимание уделяется технологии создания
программного обеспечения для систем, построенных на базе ПЛК, и программ-
ному программированию на языках стандарта МЭК 61131–3.
Стандарт МЭК 61131–3 был создан для повышения скорости и качества
разработки программ для ПЛК, а также создания языков программирования,
ориентированных на технологов, обеспечение соответствия ПЛК идеологии от-
крытых систем, исключение этапа дополнительного обучения при смене типа
ПЛК. Данная среда содержит все необходимые средства для написания, тести-
рования и отладки программ с помощью эмуляторов и реальных ПЛК, а также
множество готовых фрагментов программного кода.
Ошибки в прикладном программном обеспечении ПЛК способны приво-
дить к потере синхронной работы механизмов, что может стать причиной их
поломки и привести к травмам обслуживающего персонала. Правильно спроек-
тированная система должна содержать элементы блокировки, исключающие та-
кую возможность [1].
В настоящее время ощущается жесткий дефицит квалицированных кад-
ров, умеющих работать с ПЛК и понимать алгоритм работы автоматики. Реше-
нию этой проблемы посвящена данная работа.
Задачей любого учебного заведения является подготовка высококвалифи-
цированных кадров, имеющих не только теоретические знания, но и практиче-
ские навыки. В процессе выполнения лабораторных работ прикладываются мак-
симальные усилия в усвоении полученных теоретических знаний и приобрете-
нию практических навыков (обращение с различным оборудованием и про-
граммными средами).
В качестве примера была взята система приточной вентиляции, которая
достаточно сложна и имеет широкое применение, на базе этой системы и была
разработана лабораторная установка. Она состоит из воздушного клапана, при-
водимого в движение приводом, канального фильтра, который благодаря дат-
чику давления определяет пригодность подаваемого воздуха в помещение, ка-
лорифера (электрического или водяного) и вентилятора «сердца» всей системы.
Разумеется, существуют и более сложные системы, но мы остановимся на
наиболее распространенной структуре.
Часто такая простая задача, как например настройка динамических пара-
метров ПИД регулятора, алгоритма работы в нештатных ситуациях, вызывает у
молодого специалиста затруднения. Это происходит даже в комфортных для ра-
боты условиях в офисе. На объекте «в полевых условиях», где идет производ-
ственный процесс (шум работающего оборудования, вибрации, недостаточная
освещенность, плохая связь) специалист либо не справляется, либо некорректно
настраивает всю автоматику.
Для построения системы управления в установке было решено использо-
вать программный пакет CoDeSys, который имеет все необходимые элементы.
На сегодняшний день данная программа является лидером среди МЭК комплек-
сов и с ее помощью программируются свыше полумиллиона контроллеров еже-
годно [3].
Стендовая система разумеется существует, но их стоимость велика, по-
этому с помощью современных способов прототипирования 3D принтера было
решено сделать сравнительно дешевый, удобный, мобильный стенд, и что более
важно с открытым функционалом. От ПЛК, было принято решение отказаться,
поскольку самый дешевый и распространенный ОВЕН ПЛК100 имеет стои-
мость от 15 тыс. руб. [4], а использование встроенного эмулятора в CoDeSys
дает возможность использовать переходную плату, которая выступает в каче-
стве некоего адаптера для подключения исполнительных (привода, калорифера)
и измерительных (датчики температуры) устройств.
Таким образом имеется возможность реализовать систему обучения на
стендовом оборудовании при помощи, распространенной среды CoDeSys.
В качестве прототипа для создания переходной платы будет использо-
ваться контроллер НПО ВЭСТ. Данный контроллер используется для обшир-
ных целей в автоматике, поэтому разработка платы будет опираться именно от
него. Будут освещены технические параметры, возможности подключения раз-
личных датчиков и интерфейсов связи. Для удобства прошивки и связи с ПК
планируется использовать UART TTL протокол, а именно Wi–Fi модуль.
Также планируется рассмотреть различные сценарии вентиляции, напи-
санные на web платформе Akiar и на одном из выбранных действующих объек-
тов будет рассмотрена ее работа.
После чего будет создана собственная библиотека на FBD блоках позво-
ляющая конвертировать проекты из одной программной среды в другую, кото-
рая позволит не опасаться потери блоков при использовании в других версиях
программы и на более понятном языке Akiar производить обучение по исполь-
зованию специализированной среды программирования стандарта МЭК
CoDeSys.
По полученной трассировке системы будут определены динамические ха-
рактеристики с помощью модального метода и получены коэффициенты ПИД–
регулятора с соответствующим переходным процессом в среде Scilab.
1 РАЗРАБОТКА ПРОТОТИПА
Целью выпускной квалификационной работы являлось разработать лабо-
раторную установку, произвести исследования методов управления приводами
вентиляции для контроллера ВЭСТ–03 и представить методику настройки ди-
намических контуров управления.
В качестве примера была взята система приточной вентиляции, которая
достаточно сложна и имеет широкое применение, на базе этой системы и была
разработана лабораторная установка.
В процессе создания лабораторной установки были изучены такие про-
граммы как: SolidWorks для проектирования основных узлов, после чего они
были напечатаны с помощью современных средств прототипирования 3D прин-
тера, в KiCad спроектирована переходная плата для подключения исполнитель-
ных и измерительных устройств к плате. С целью тестирования системы управ-
ления был построен стартовый шаблон в принятом виде мнемосхем и получена
трассировка системы, на основании которой будет производится настройка
ПИД–регулятора.
После проверки работоспособности установки был взят и изучен один из
сценариев на действующем объекте написанный на web платформе Akiar, кото-
рый был в дальнейшем переведен на CoDeSys. Также создана собственная биб-
лиотека на FBD блоках, позволяющая конвертировать проекты из одной про-
граммной среды в другую, поскольку на начальном этапе CoDeSys сложен, а
Akiar имеет более приятный и понятный интерфейс.
По полученной трассировке системы были определены динамические ха-
рактеристики и с помощью модального метода получены коэффициенты ПИД–
регулятора и построен переходный процесс объекта.
В рамках магистерской исследовательской работы были опубликованы и
доложены на конференциях статьи: «Разработка стенда – прототипа системы
вентиляции на базе Arduino и CoDeSys» [30], «Экспериментальная установка
исследования процессов осушением воздуха на базе Arduino и СоDeSys» [31],
«Разработка стенда – прототипа системы вентиляции на базе Arduino и
CoDeSys» [32]. Бакалаврская работа была представлена в виде стартапа.
В разделе «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсо-
сбережение» произведено сравнение и оценка критериев лабораторных устано-
вок выбран разрабатываемый стенд, т.к. он обладает оптимальными техниче-
скими показателями при выгодной стоимости проекта. Были составлены гра-
фики проведения НТИ, определено количество работников, рассчитаны за-
траты. На проведение пуско–наладочных работ затрачено 727 206,21 руб., на
приобретение оборудования 10 015 руб. Работы были проведены за 247 рабочих
дня бригадой из двух человек. На основе расчета интегрального показателя эф-
фективности научного исследования, а также по итогам сравнения финансовой
и ресурсной эффективности наиболее результативной, получается наша разра-
ботка. Однако, детальная оценка экономической эффективности, выходит за
пределы данного исследования и нуждается в дальнейшей проработке.
В разделе «Социальной ответственности» были рассмотрены такие во-
просы:
• правовые нормы работы в лабораториях и организационные меро-
приятия при компоновке рабочего места.
• произведен анализ вредных и опасных производственных факторов,
которые могут воздействовать на персонал в рабочей зоне (поражение электри-
ческим током, шум, освещение, микроклимат);
• определен вред, наносимый окружающей среде, в результате обра-
зования различных отходов;
• выявлены характерные опасные факторы: возгорание и поражение
электрическим током.
К каждому разделу прописаны нормативные документы, которыми нужно
руководствоваться при исследовании, моделирование устройства на рабочем
месте. Установлено что рабочее место соответствует всем нормативам.
1.Петров И. В. Программируемые контроллеры. Стандартные языки
и приемы прикладного проектирования/ Под ред. Проф. Дьяконова В. П. – М.:
СОЛОН–Пресс. 2004. – 256 с.
2.Шилин А.А Линейные системы в теории автоматического управле-
ния: ученое пособие/ А.А. Шилин, Д.Ю. Ляпунов, Л.А. Паюк, С.В. Ляпушкин;
Томский политехнический университет. – Томск: Изд–во Томский политехни-
ческий университет, 2019. – 178 с.
3.Энциклопедия АСУ ТП. Системы программирования на языках
МЭК 61131–3 [Электронный ресурс] https://www.bookasutp.ru/Chapter9_3.aspx
(дата обращения 10.03.2021).)
4.ОВЕН. Контроллеры для диспетчеризации, телемеханики и учета
ресурсов [Электронный ресурс] owen-prom.ru (дата обращения 10.03.2021).
5.НПО ВЭСТ. Устройства управления и связи. [Электронный ресурс]
https://npowest.ru (дата обращения 12.03.2021).
6.ПКЛ:дискретныевходы/выходы[Электронныйресурс]
https://www.compel.ru/lib/96415 (дата обращения 12.03.2021).
7.Интерфейсы связи, используемые в программируемых логических
контроллерах.[Электронныйресурс]https://studme.org/176964/tehnika/
interfeysy_svyazi_ispolzuemye_programmiruemyh_logicheskih_kontrollerah (дата
обращения 12.03.2021).
8.Интерфейсы.RS–232.[Электронныйресурс]
http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/interface/rs232/start.htm(датаобращения
12.03.2021)
9.Wi–FiмодульESP–01.[Электронныйресурс]
https://robotchip.ru/obzor-modulya-esp-01-na-chipe-esp8266(датаобращения
12.03.2021).
10.МодулиBluetoothHC–05/06.[Электронныйресурс]
https://voltiq.ru/arduino-and-hc-05-hc-06 (дата обращения 12.03.2021).
11.Самый гибкий язык программирования [Электронный ресурс]
https://biysk-tv.ru/raznoe/st-yazyk-programmirovaniya-codesys-yazyk-st-codesys-
samyj-gibkij-yazyk-programmirovaniya.html (дата обращения 14.03.2021).
12.Языки программирования контроллеров. Особенности применения
языков FBD, LD [Электронный ресурс] https://na-journal.ru/3-2019-tehnika/1897-
yazyki-programmirovaniya-kontrollerov-osobennosti-primeneniya-yazykov-fbd-ld
(дата обращения 14.03.2021).
13.Руководство пользователя по программированию ПЛК в CoDeSys
2.3 [Электронный ресурс] https://owen.ru/uploads/134/codesys_v23_ru.pdf (дата
обращения 16.03.2021).
14.WebплатформаAKIAR[Электронныйресурс]
https://akiar.npowest.ru (дата обращения 18.03.2021).
15.АСУТП. Определение параметров переходных характеристик
[Электронныйресурс]https://automation-system.ru/main/10-regulyator/
xarakteristiki-i-svojstva/20-70-opredelenie-parametrov-perexodnyxxarakteristik.
html (дата обращения 25.03.2021).
16.Учтех–Профи. Типовой комплект учебного оборудования «Венти-
ляционные системы» ВЕНТ–017–13ЛР [Электронный ресурс] http://labstand.ru
(дата обращения 18.03.2021).
17.ЭнергияЛаб. Типовой комплект учебного оборудования «Вентиля-
ционныесистемы»Модель:ЭЛБ–160.011.08[Электронныйресурс]
https://www.vrnlab.ru (дата обращения 18.03.2021).
18.Электронный фонд. Правовой и нормативно – технической доку-
ментации [Электронный ресурс]. http://docs.cntd.ru/document/9037002 дата обра-
щения (21.03.2021).
19.Трудовой кодекс Российской Федерации от 30.12.2001 N 197–ФЗ
(ред.от09.03.2021)[Электронныйресурс].
http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_34683датаобращения
(21.03.2021).
20.Электронный фонд. Система стандартов безопасности труда ГОСТ
12.0.003–2015 [Электронный ресурс]. https://docs.cntd.ru/document/1200136071
дата обращения (22.03.2021).
21.Электронный фонд. Инструкция по охране труда при работе на пер-
сональномкомпьютере№32–19–П[Электронныйресурс].
https://docs.cntd.ru/document/554462854?marker=6500ILдатаобращения
(22.03.2021).
22.Электронный фонд. Система стандартов безопасности труда. Шум
[Электронный ресурс]. https://docs.cntd.ru/document/5200291?section=text дата
обращения (22.03.2021).
23.Электронный фонд. Естественное и искусственное освещение
[Электронный ресурс]. https://docs.cntd.ru/document/456054197 дата обращения
(22.03.2021).
24.Электронный фонд. Общие санитарно-гигиенические требования к
воздухурабочейзоны[Электронныйресурс].
http://docs.cntd.ru/document/1200003608 дата обращения (22.03.2021).
25.Электронный фонд. Электроустановки низковольтные [Электрон-
ныйресурс].http://docs.cntd.ru/document/1200082275датаобращения
(23.03.2021).
26.Электронныйфонд.Электростатика.Защитаэлектронных
устройствотэлектростатическихявлений.[Электронныйресурс].
https://docs.cntd.ru/document/1200178080 дата обращения (23.03.2021).
27.Электронный фонд. Санитарно–эпидемиологические требования к
условиям труда. [Электронный ресурс]. https://docs.cntd.ru/document/573230583
дата обращения (23.03.2021).
28.Электронный фонд. Производственная вибрация, вибрация в поме-
щенияхжилыхиобщественныхзданий.[Электронныйресурс].
https://docs.cntd.ru/document/901703281 дата обращения (25.03.2021).
29.Электронный фонд. Пожарная безопасность. [Электронный ресурс].
http://docs.cntd.ru/document/9051953 дата обращения (27.03.2021).
30.Устименко А.Н. Разработка стенда–прототипа системы вентиляции
на базе Arduino и CodeSys// Энергетика. Сборник докладов XLV научно–прак-
тической конференции Малой академии наук РК «Интеграция образования и
науки–шаг в будущее», г. Павлодар, 12 апреля 2019 г. –Павлодар, 2019. – 2019.
–С. 113–117.
31.Нгуен В. В., Устименко А. Н. Экспериментальная установка иссле-
дования процессов осушением воздуха на базе Arduino и CoDeSys //Электрон-
ные средства и системы управления. Материалы докладов Международной
научно–практической конференции. – федеральное государственное бюджет-
ное образовательное учреждение высшего образования Томский государствен-
ный университет систем управления и радиоэлетроники, 2019. – №. 1–2. – С.
87–91.
32.Устименко А.Н. Разработка стенда–прототипа системы вентиляции
на базе Arduino и CodeSys// Энергетика и металлургия. Сборник докладов XLVI
Международной научно–практической конференции Малой академии наук Рес-
публики Казахстан «Интеграция образования и науки – шаг в будущее», посвя-
щенной 25–летию Конституции Республики Казахстан, г. Павлодар, 12 апреля
2020 г. –Павлодар, 2020. – 2020. –С. 107–110.
Последние выполненные заказы
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
5 (158 отзывов)
4.9 (343 отзыва)
5 (285 отзывов)
5 (14 отзывов)
4.7 (18 отзывов)
4.5 (9 отзывов)
4.8 (105 отзывов)
4.6 (30 отзывов)
5 (174 отзыва)
