Сборник тезисов докладов VIII Международной молодежной научной конференции

Полярное сияние 2005

Ядерное будущее: безопасность, экономика и право

Содержание сборника

Секция «Перспективные приложения ядерных технологий»

Все доклады секции


Автоматизированный электропривод для объектов атомной промышленности

Байдали С.А., Чурсин Ю.А., Вильнин А.Д.

Томский политехнический университет

Атомная промышленность, являясь одной из наукоёмких отраслей мировой производственной сферы, предъявляет повышенные требования к профессиональной подготовке специалистов. Наиболее эффективно задачу подготовки таких специалистов выполняют специально созданные физико-технические высшие учебные заведения. В течение всего этого времени происходило непрерывное обновление и пересмотр курсов, преподаваемых в университете будущим специалистам в атомной отрасли.

Давно известно, что лабораторный практикум – это наиболее эффективная форма обучения студентов. Во время выполнения лабораторных работ студент приобретает ценные практические навыки работы и закрепляет полученный ранее объем теоретических знаний, т.к. только при непосредственном взаимодействии с объектом исследования достигается наиболее глубокое понимание протекающих в нем физических процессов. В образовательном процессе наблюдается все большая виртуализация исследуемых физических объектов, то есть замена реально существующего объекта его математической моделью. Таким образом, выполнение лабораторной работы заключается в исследовании объекта, заданного уравнениями в специализированной программе на ПК, то есть происходит полный переход с «железа» на программный код, реализующий виртуальный процесс. Это позволяет упростить процесс обучения, так как ПК представляет информацию в более удобной и наглядной форме, но, в то же время, подобная замена абстрагирует студента от действительности, так как далеко не всегда модель соответствует материальному объекту. Данное обстоятельство заставляет задуматься о том, как можно совместить компьютер и физический объект. С помощью компьютера предлагается осуществлять управление и предоставлять информацию о состоянии изучаемого объекта, сам же объект можно оставить без изменений или модернизировать.

Таким образом, в подготовке высококвалифицированных специалистов, важное место должны занимать качественные курсы лабораторных работ проводимых на соответствующем современном оборудовании. Исходя из вышеуказанных положений был разработан УЛК для изучения тиристорного электропривода постоянного тока. В качестве программного обеспечения, осуществляющего управление ОУ и предоставление информации о его состоянии, была выбрана SCADA-система TraceMode. Интерфейсом связи выбран RS-232, а протоколом связи по этому интерфейсу ModBus. Основные функции привода реализуются на МК фирмы Analog Devices – ADuC842. К этим функциям относятся: 1) система импульсно-фазового управления тиристорным усилителем; 2) аналого-цифровое преобразование сигналов несущих информацию о состоянии двигателя и цифро-аналоговое преобразования сигнала управления нагрузкой, 3) прием управляющих команд от верхнего уровня АСУ и передача данных о состоянии привода посредством асинхронного последовательного интерфейса.

Рис. 1. Структурная схема учебно-лабораторного комплекса тиристорного электропривода постоянного тока (МК – микроконтроллер; АЦП – аналого-цифровой преобразователь; ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь; UART – универсальный асинхронный приемопередатчик; УС – устройство синхронизации; НП – нормирующий преобразователь; У – усилитель; ТУ – тиристорный усилитель; ДТ – датчик тока; ДПТ – двигатель постоянного тока; ТГ – тахогенератор; Н – нагрузка; ПИ – преобразователь интерфейса)

Объектом исследования является двигатель постоянного тока, частота вращения которого, определяется сигналом, поступающим с тиристорного усилителя. Тиристорный усилитель, управляемый с дискретного порта, формирует напряжение на якоре двигателя постоянного тока. Тахогенератор используется для измерения частоты вращения исследуемого двигателя. Нагрузкой является двигатель идентичный исследуемому, функционирующий в режиме генератора. Величина нагрузки регулируется с помощью ЦАП и вспомогательного усилителя. Устройство синхронизации необходимо для синхронизации сигналов управления тиристорным усилителем с питающим напряжением. Преобразователь интерфейса предназначен для согласования уровней электрических сигналов UART до уровней интерфейса RS-232. Кроме того, сигналы, поступающие от датчиков тока и тахогенератора, посредством нормирующих преобразователей и АЦП поступают в МК.

В процессе выполнения лабораторной работы, студент выбирает режим работы стенда (это могут быть: управляемый выпрямитель; тиристорный электропривод постоянного тока без ОС; тиристорный электропривод постоянного тока с ОС) задает величину напряжения на якоре двигателя, а также величину нагрузки. При этом, на экране ПК отображается вся информация о состоянии объекта управления, выводятся временные диаграммы различных параметров двигателя. Здесь же отображаются задачи лабораторной работы и различная служебная информация, такая как формулы для расчета различных физических величин, комментарии по выполнению работы.

По отзывам студентов, лабораторная работа на рассмотренном УЛК, является более наглядной и понятной, и что очень важно - она вызывает интерес. Студент проявляет творческий подход. Поэтому он, по завершению выполнения лабораторной работы и её защиты, понимает и запоминает значительно больше информации.