Современные лабораторные стенды: как ПГУ им. Шолом-Алейхема применяют отечественные среду Engee и КПМ РИТМ для моделирования

Модель САУ камерами флотационной машины

Из модели системы управления с помощью генератора кода был получен код на языке C, который был загружен на одноплатный компьютер Repka Pi

Модель системы управления и модель флотационной установки были собраны в Engee

Разработка стенда полунатурного моделирования для системы управления процессом флотации руды

Результаты

Задача

Модель флотационной установки была запущена на КПМ РИТМ

В результате был разработан полунатурный стенд в связке КПМ РИТМ + Repka Pi с передачей сигналов по протоколу Modbus TCP, который станет основой для проведения лабораторных работ по теме

Современное инженерное образование требует практической подготовки студентов к работе с реальными техническими системами и технологии моделирования позволяют сделать образовательный процесс заметно эффективнее.

В этой статье покажем, как ПГУ им. Шолом-Алейхема использует отечественные решения для моделирования комплексных технических систем в образовательном процессе.

Подробнее про основные понятия в этой статье

Приамурский государственный университет им. Шолом-Алейхема и система управления камерами флотации

Опыт Приамурского государственного университета им. Шолом-Алейхема

В Приамурским государственным университетом им. Шолом-Алейхема мы подготовили проект по моделированию системы управления процессом флотации руды. Впоследствии он послужит основой для проведения лабораторных работ по данной теме.

Немного слов о самой технологии. Процесс флотации широко используется в горноперерабатывающей промышленности и представляет собой физико-химический метод обогащения полезных ископаемых посредством разделения твёрдых частиц, основанный на различии в их смачиваемости.

Схематическое изображение процесса флотации

Флотационная установка состоит из нескольких последовательно соединенных камер, между которыми перемещается смесь жидкости и твердых частиц (пульпы). В каждой камере происходит интенсивное перемешивание, насыщение смеси воздухом и образование пены, на пузырьках которой всплывают частицы руды и отделяются от пустой породы. По мере перемещения смеси из одной камеры в другую постепенно увеличивается концентрация извлекаемого вещества.

Ключевая задача — поддержание стабильности технологического цикла: любые колебания уровня смеси в камерах снижают качество обогащения и ведут к потерям сырья.

В лабораторной работе студенты разрабатывают систему управления, регулирующую степень открытия клапанов каждой камеры, управляя перемещением смеси между ними.

Проверять такие наработки на настоящей флотационной установке было бы дорого, сложно и небезопасно: оборудование громоздкое, чувствительное к настройкам, а некоторые режимы могут привести к аварийным ситуациям, — здесь и полезен полунатурный стенд. Вместо реальной флотационной ячейки используется ее модель, собранная в Engee и запущенная на КПМ РИТМ в режиме реального времени. При этом контроллер и модель обмениваются данными через промышленный протокол Modbus TCP, как в настоящей системе.

Такой полунатурный стенд делает обучение безопасным, наглядным и экономичным, а студентам позволяет свободно экспериментировать с инженерными решениями без ущерба для оборудования.

Разберём подробнее модель объекта управления. Engee обладает обширной библиотекой блоков физического моделирования, позволяющей моделировать системы различной физической природы. В нашем случае объект управления — это модель флотационной установки с несколькими камерами, в которой воспроизводится динамика изотермической жидкости.

Общий вид модели объекта управления

Модель флотационной установки

Модель камер флотации

Система управления представлена пятью ПИД-регуляторами — по одному для каждого клапана флотационной установки. Они поддерживают заданный уровень смеси в камерах, управляя открытием клапана в зависимости от отклонения от целевого значения.

Общий вид модели системы управления

Модель регуляторов уровня смеси в камерах

После настройки и отладки модель была преобразована в Cи-код с помощью встроенного генератора кода Engee, а затем загружена на одноплатный компьютер Repka Pi.

Генерация Cи-кода из модели в Engee

Для передачи сигналов между устройствами использовался промышленный протокол Modbus TCP. Библиотека Engee содержит все необходимые для этого блоки — достаточно настроить параметры соединения.

Набор блоков для настройки Modbus

Получившийся полунатурный стенд

Тестирование системы управления флотационной установкой на полунатурном стенде позволяет оценить качество ее работы: отклонение уровня жидкости в камерах от заданных значений, время переходных процессов.

При дальнейшем усложнении системы управления в сценарии тестирования можно включить имитацию отказов компонентов флотационной установки — отключение датчиков уровня, нарушения работы интерфейсов и т. д. — и отлаживать алгоритмы их обработки и переходы в аварийные режимы работы.

Результат работы модели

Таким образом, полунатурный стенд превращает освоение технологических процессов в доступный и наглядный учебный материал, позволяя студентам закрепить знания о технологиях горнодобывающей отрасли и приобрести практические навыки работы с системами управления.

«Наш университет является участником программы «Приоритет 2030», в рамках которой мы активно развиваем сотрудничество с промышленными партнерами. Одним из ключевых партнеров выступает Кимкано-Сутарский горно-обогатительный комбинат.

Среда моделирования Engee в связке с КПМ РИТМ станет платформой для моделирования, экспериментов и обучения. Он интегрирует различные инженерные дисциплины и позволит студентам и сотрудникам совместно работать над реальными производственными задачами.

Использование комплекса не ограничится горно-обогатительной отраслью и охватит широкий спектр направлений подготовки специалистов в нашем вузе.

Наше сотрудничество с центром «Экспонента» пока не имеет долгой истории, но уже приносит первые результаты, что и подтверждает представленный проект.

В перспективе мы планируем широко внедрять инновационные подходы в образовательный процесс и технологические практики на основе решений, предлагаемых центром «Экспонента»».

— Афанасьев Александр Петрович, доцент кафедры технических дисциплин ПГУ

Заключение

Итак, хороший инженерный курс — это не только лекции и формулы, но и работа с инженерными задачами на уровне, близком к реальным условиям. Моделирование с помощью Engee и КПМ РИТМ даёт студентам возможность наглядно и безопасно осваивать новые навыки, а вузам — выстраивать образовательный процесс эффективно.

Мы показали лишь пару примеров из вузовской практики, но подходы и инструменты, о которых шла речь, универсальны. А значит, их можно применять для самых разных областей — от энергетики и транспорта до робототехники и агропромышленного комплекса, адаптируя учебные курсы к требованиям современной промышленности.

Смотреть все