Научная работа

Научно-исследовательская работа кафедры велась и ведётся в рамках выполнения хоздоговорных и госбюджетных работ. Особенно активно эти работы в области создания автоматизированных систем управления электроприводами и автоматических систем велись в 80-е и 90-е годы, были созданы современные системы электроприводов прокатных станов для ЗСМК, электроприводы шахтных подъёмных установок.

Внедрение в производство научно-исследовательских разработок, выполняемых в СМИ, базировалось на разработках лаборатории автоматизированного электропривода (ЛАЭП СМИ), централизованное финансирование которой осуществлялось НПО «Сибруда» МЧМ СССР и велось с 1981 г. В 1990 на базе этой лаборатории совместным приказом МЧМ СССР МВО РСФСР создана отраслевая научно-исследовательская лаборатория автоматизации электропривода и технологических процессов (ЛАЭП ТП).

В 1996 году она изменила статус на ТОО «ЛАЭП СибГГМА», а в 1999г. на ООО «НИИ АЭМ СибГИУ».

Основная цель создания этого подразделения являлось не только выполнение НИР и ОКР, но, прежде всего, создание научно-производственной базы для подготовки кадров для института, академии, а далее для университета. Данные подразделения выполняли работы силами аспирантов, вспомогательного персонала и ППС кафедры АЭП и ПЭ.

Успешно сочетаются научные исследования с производственной деятельностью, так как целый ряд научно-технических проблем современного автоматизированного электропривода, решаемых при выполнении хозяйственно-договорных работ, совпадает с темами диссертационных работ аспирантов сотрудников кафедры:

1. Разработка и исследование информационно-управляющих систем электроприводами подъёмных установок (Дужая А. В.).

2. Исследование систем логического управления подъёмными установками (Кубарев В. А.).

3. Унифицированное устройство автоматического управления электроприводом подъёмной установки (Модзелевский Д. Е.).

4. Самонастраивающаяся адаптивная система управления электроприводом подъёмной установки (Борщинский М. Ю.).

5. Идентификация параметров электропривода переменного тока (Литвинов Д. Е.).

В настоящее время НИИ АИЭМ СибГИУ, принимают участие в решении целого ряда проблем:

1. Целевая подготовка студентов, начиная со 2-го – 3-го курсов по специальным (расширенным, индивидуальным) программам.

1.1. Подготовка кадров для университета.

1.2. Целевая подготовка для предприятий.

2. Обеспечение рабочих мест студентам по основной специальности

3. Подготовка научных кадров ведётся в следующих направлениях

3.1. Создание информационно-управляющих систем на базе автоматизированного электропривода, определяющего технологический процесс. (Технологический процесс «Подъём», процесс экскавации полезного ископаемого, поточно-транспортные системы, электроснабжения промышленных предприятий, технологический процесс «Прокатка» и т.д.).

3.2. Исследования и разработка систем логического управления и технологических защит. (Управляющие автоматы, системы технологической автоматики и защит).

3.3. Исследования и разработка цифровых систем автоматического управления (электропривод постоянного и переменного тока подъемных установок, доменного производства и т.д.).

3.4. Ведётся разработка цифровых импульсно-фазовых и непрерывных систем управления преобразователями электрической энергии. (Тиристорные и транзисторные преобразователи).

4. Учебная нагрузка выполняется в виде лекций, лабораторных работ, курсового и дипломного проектирования.

5. Обеспечение преддипломных практик студентов. В последнее время возникали проблемы в отказе предприятий от преддипломных и производственных практик. Эта проблема частично решается за счёт выполнения дипломных проектов связанных с проектирование и производством лабораторных стендов в условиях развивающегося научно-производственного комплекса.

6. Обеспечение прохождения производственных практик, возможно ввести так же на этой основе, охватывая такое же количество студентов

7. Повышение квалификации ППС на кафедре.

Продукция, изготовленная и внедрённая на объектах горно-металлургического комплекса сотрудниками НИИ АИЭМ СибГИУ.

Программируемый аппарат задания, контроля движения и технологических защит (ПАЗК) предназначен для управления технологическим процессом на угольных, рудных и нерудных подъемах, экскаваторах и других технологических приводах.

Внешний вид шкафа Программируемого аппарата задания, контроля движения и технологических защит (ПАЗК)

ПАЗК выполнен на базе промышленного контроллера. Предлагаемая система устраняет недостатки используемых в данное время электро-механических аппаратов, а также выполняет дополнительные функции, которые на используемых в данное время аппаратах не выполнимы.

Формируемые ПАЗК сигналы управления в функции пути и защиты, можно оперативно изменить заданием параметров, и легко настраиваются на конкретные характеристики установки с пульта управления оператора, который реализуется на промышленной рабочей станции.

Модульное устройство контроллера и структуры программ позволяют осуществить дальнейшее расширение функциональных возможностей системы – качественное улучшение и увеличение числа защит, введение самонастройки и самодиагностики. Используемые средства коммуникаций предусматривают интегрирование ПАЗК в состав автоматизированной системы управления технологическим процессом посредством вычислительной компьютерной сети.

Включение в рабочую программу ПАЗК алгоритмов управления асинхронным электроприводом, а именно: управление разгоном приводного двигателя (непосредственное управление реверсором и контакторами) и током динамического торможения в режиме спуска груза, управление рабочей сигнализацией установки и осуществление защит и блокировок электропривода существенно расширяют возможности его применения в различных технологических процессах.

Управляющие сигналы используются для автоматизации процесса формирования оптимальных электромеханических характеристик электропривода, что позволяет не только оптимизировать диаграмму движения, но и создать более мягкие условия работы электрического и механического оборудования и повысить комфортность при грузолюдских перевозках

Система логического управления, технологических защит и мониторинга (СЛУМ), созданная на базе ПАЗК, наиболее сложная система, охватывающая все системы технологического комплекса. На пульт оператора, на место глубиномеров, устанавливаются промышленные ЖК-дисплеи с сенсорным экраном и промышленный компьютер вся визуализация выводится на ЖК-мониторы. Установка данной системы позволяет полностью заменить старую СТА и З и вывести установку на современный уровень.

Цифровое устройство автоматического управления электроприводом (ЦУАЭ). Современный электропривод характеризуется высокой степенью надежности, защищенности, информативности и диагностируемости. Эти требования могут быть обеспечены системой современных микропроцессорных управляющих устройств. Наличие средств диагностики и самодиагностики позволяет в кратчайшие сроки определять возможные неисправности и пути их устранения.

Области применения цифрового устройства автоматического управления электроприводом (ЦУАЭ):

• Тиристорный электропривод постоянного тока установок выполненных по системе ТП-Г-Д (подъёмная установка, прокатный стан и др.)
• Тиристорный электропривод постоянного тока установок выполненных по системе ТП-Д
• Электропривод переменного тока при управлении по ротору или асинхронно-вентильным каскадом

Устройство ЦУАЭ может поставляться в различных конфигурациях. Ниже приведены характеристики устройства, имеющего аббревиатуру ПМ и в частности предназначенного для модернизации подъёмных установок.

Представленные устройства, как аппаратные средства, поддержаны комплексом программ, разработанным в НИИ АЭМ СибГИУ. В ходе разработки системы управления электроприводом потребовался удобный инструмент настройки системы управления и анализа режимов работы электропривода. В ходе работы этот инструмент развился в самостоятельный комплекс программ, реализующий множество дополнительных функций и работающий с различными системами управления.

При разработке комплекса программ ставились задачи настройки сложного электропривода на технологическом объекте, нередко в условиях жестких временных рамок. Предъявлялись большие требования к наглядности и удобству использования и обработки данных с объекта управления, а также легкость анализа сложившейся ситуации для принятия решения по настройке системы управления. В дальнейшем комплекс стал применяться в исследовательских целях, и планируется внедрение комплекса в учебном процессе

Комплекс программ позволяет решать с применением моделирования следующие задачи:

o Контроль внутренних переменных рассчитываемых в управляющей программе на основании входных данных;

o Проверка и отладка управляющей программы на основании модели процесса управления;

o Автоматизированная идентификация параметров объекта управления;

o Параметрическая и структурная оптимизация системы управления на основании модели объекта управления и выбранного эталона;

o Построение и исследование математических моделей.

Структура программного комплекса состоит из двух аппаратно распределенных частей: управляющая программа, выполняемая в контроллере, и среда визуализации и моделирования (см. рисунок 7). Среда визуализации и моделирования располагается на устройстве, не относящемся к технологическому процессу управления электроприводом. При этом обеспечивается автономность частей программного комплекса.

В части управляющей программы содержаться, кроме самих функций управления электроприводом или технологических процессом, модули осциллографирования, настройки параметров и передачи данных. Они выполняют функции накопления информации и связи со второй частью комплекса.

Структурная схема комплекса программ

Среда моделирования и визуализации предоставляет пользователю оперировать с полученными данными: графически представить переходные процессы, провести измерения по графикам и оценить качество переходных процессов, изменить параметры управляющей программы, визуализации или модели, провести анализ данных с использованием среды моделирования. В системе визуализации есть возможность формировать воздействия различной формы и подавать их на входы модели.

Среда моделирования и визуализации предоставляет пользователю оперировать с полученными данными: графически представить переходные процессы, провести измерения по графикам и оценить качество переходных процессов, изменить параметры управляющей программы, визуализации или модели, провести анализ данных с использованием среды моделирования. В системе визуализации есть возможность вручную задавать тренды, подавая эти воздействия заданной формы на вход модели.

Регистрирующе-диагностическое устройство (РДУ) регистрирует аналоговые и дискретные сигналы с малыми временными интервалами в реальном масштабе времени в различных режимах: в круглосуточном, однократном и по комбинации входных сигналов, поступающих из системы технологической автоматики и системы управления электроприводом. РДУ также наделено возможностями для последующей обработки зарегистрированных процессов. Однократный режим работы предназначен для наладки и экспериментов. Круглосуточный режим предназначен для сбора данных с целью последующего анализа работы автоматизированного электропривода. В режиме регистрации по комбинации входных сигналов регистрация запускается и останавливается в зависимости от значения логического выражения, переменными которого служат входные сигналы. Этот режим предназначен для регистрации нештатных ситуаций.

При возникновении нештатной или аварийной ситуации (например, при срабатывании защит), последний (а при необходимости и любые) из зарегистрированных процессов можно использовать для анализа и выявления причин аварии. Кроме этого РДУ можно использовать для регистрации переходных процессов при проведении различных специально подготовленных экспериментов, например, при наладочных работах или при настройке технологического процесса на заданные характеристики.

Основные задачи Регистрирующе-диагностического устройства (РДУ):

• Централизованный контроль над состоянием технологического объекта,
• Измерение, регистрация и хранение значений технологических параметров, обнаружение и регистрация их отклонений от установленных пределов,
• Контроль состояния электрического оборудования и технологического процесса

На базе и кафедры АЭП и ПЭ регулярно проводятся всероссийские конференции, посвящённые развитию систем электропривода, охват которых — более двух десятков городов России. Достаточно упомянуть, что только в 2006 году на Третьей всероссийской научно-практической конференции «Автоматизированный электропривод и промышленная электроника» выступали представители из таких городов, как Москва, Магнитогорск, Красноярск, Кемерово, Томск, Абакан, Оренбург, Новокузнецк, и многих других, от ПБ НЦ ВостНИИ (г. Кемерово) и Госгортехнадзора России выступали с докладами ведущие специалисты по проблемам безопасности. На данной конференции, от лаборатории НИИ АЭМ СибГИУ было представлено 15 докладов посвящённых развитию подъёмных установок.