Бакалавры: Электропривод и автоматика

_____________ (направление 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»)

Магистры: Автоматизированные электромеханические комплексы и системы

____________ (направление 13.04.02, магистерская программа)

Попробуем раскрыть содержание специальности, рассмотрев отдельные понятия в ее названии.

Электропривод

Электропривод - сложная электромеханическая система, предназначенная для приведения в движение всего, что должно двигаться. Более 50% всей вырабатываемой в мире электроэнергии потребляется электроприводами самого различного назначения. Электропривод – это электрический двигатель, подключенный к электрической сети непосредственно или через соответствующий преобразователь (напряжения, частоты и др.). В первом случае мы говорим о нерегулируемом приводе. Он применяется для промышленных установок, которые по технологии производственного процесса не требуют регулирования скорости. Например, мощные синхронные приводы прокатных станов, приводы газовых компрессоров, мощных насосов и др. Но гораздо чаще привод для того или иного механизма должен быть регулируемым по скорости. Тогда электрический двигатель подключается к электрической сети через электронное устройство – преобразователь. Система управления обеспечивает приводу нужные для приводимого механизма характеристики. Объектами управления с помощью электроприводов являются:

Автоматика

Автоматика - управление производственными установками без участия человека. В современных условиях решение задач управления производственными установками немыслимо без использования управляющей вычислительной техники. Особенности производственных установок как объектов управления - их локальное и компактное пространственное размещение входящих в производственную установку приводов, компьютерной системы управления, средств сопряжения ЭВМ с оборудованием. Хорошим примером такой производственной установки может служить металлообрабатывающий станок с программным управлением, обслуживающий станок робототехнический комплекс (промышленный робот - сварочный, загрузочный, сборочный и т.д.). Компьютерное управление координатными следящими приводами установки обеспечивает выполнение траекторных задач перемещения инструмента для получения изделия заданной формы. В отличие от других многочисленных компьютерных технологий управление быстродействующими координатными приводами от ЭВМ ведется в реальном времени. Если запаздывание решения офисной задачи на долю секунды едва ли будет замечено, то запаздывание в управлении координатным приводом на сотую долю секунды имеет для управления катастрофический характер. Компьютерное управление требует от разработчика глубоких знаний аппаратных и программных средств, что достигается непрерывным и сквозным изучением вычислительной техники с первого до последнего курса. Хорошие «мускулы» должны управляться хорошими «мозгами». Наряду с задачами формообразования в станках с ЧПУ необходимо решать многочисленные задачи электроавтоматики: управление инструментальными магазинами, приводами насосов смазки и охлаждения зоны резания, адаптивного управления. Системы с программным управлением на базе ЭВМ - основа современных безлюдных технологий во многих отраслях промышленности и, особенно, в - машиностроении.

Автоматизированные электромеханические комплексы и системы

Промышленные (производственные) установки:

В современной жизни трудно даже обозреть все многообразие приводимых в движение промышленных установок (машин, механизмов, устройств): в быту, транспорте, промышленности, научных лабораториях, в военной технике и пр. Это стиральная машина и металлорежущий станок с числовым программным управлением, скоростной лифт и искусственное сердце, шагающий экскаватор и миниатюрный часовой механизм с шаговым двигателем, прокатный стан и промышленный робот, эскалатор метрополитена и пусковая установка ракетного комплекса, следящая система ориентации телескопа и дисководы магнитных накопителей в ЭВМ. Этот перечень можно продолжать долго. Специалист, проектирующий приводы для того или иного объекта управления, должен знать специфику приводимых в движение установок, их механику, конструкцию, кинематику, характеристики.

Технологические комплексы:

Технологические комплексы представляют собой совокупность различных производственных установок, распределенных в пространстве, связанных между собой и диспетчерским пуьтом каналами цифровой связи и требующих взаимосвязанного управления для решения характерных для данного комплекса технологических задач (технологического процесса). Примером технологического комплекса может служить бумагоделательная машина, представляющая собой набор последовательно расположенных секций с индивидуальным приводом. Скорость каждой секции буммашины должна находиться в строгом соответствии со скоростью предыдущей и последующей секции. Нарушение такого соответствия приведет к обрыву бумажного полотна или образование недопустимой петли. Подобные технологические комплексы характерны для металлургического производства (прокатные станы), текстильного производства. Система мощных насосов для водоснабжения котла электростанции также образует технологический комплекс, работа электроприводов которого требует единого контроля и управления.

Автоматизация:

Автоматизация - компьютерное управление электромеханическим комплексом (системой) с участием человека. Эта специализация кафедры учитывает особенности электромеханического комплекса как объекта управления: значительное число распределенных в пространстве производственных установок, применение локальных микроконтроллерных систем, обширная цифровая сеть, большие потоки данных между локальными системами и рабочей компьютерной станцией, обширный набор сложных датчиков технологических параметров.

Учебный план подготовки специалиста

В формировании специалиста можно выделить четыре основных компонента:

• 1. Объекты управления - производственные установки и технологические комплексы
• 2. Электроприводы в составе установок и комплексов
• 3. Системы управления электроприводами и электроавтоматикой
• 4. Автоматизированные электромеханические комплексы и системы (для магистров)

Рассмотрим перечень дисциплин в учебном плане,поддерживающих указанные компоненты:

1. Объекты управления

• - Теоретическая механика
• - Прикладная механика
• - Математическое моделирование электромеханичнских систем

2. Электропривод

Электропривод - это базовый элемент в управлении любой технической системой, это мускулы промышленности. Диапазон мощностей приводов – от долей ватта до десятков мегаватт, диапазон требуемых скоростей исчисляется десятками тысяч. Велико многообразие приводов по видам приводных двигателей (асинхронные, синхронные, постоянного тока, шаговые, вентильные), по роду тока (постоянного и переменного тока), по типу используемых преобразователей (тиристорные, транзисторные, частотные). Многообразие типов электроприводов по мощности и исполнению обусловлено многообразием производственных установок и технологических задач. Разработка электропривода с его многочисленными электротехническими составляющими поддерживается дисциплинами:

• - Теоретические основы электротехники
• - Электрические машины
• - Электрические аппараты
• - Основы электроснабжения
• - Теория автоматического управления и регулирования
• - Теория (основы) электропривода
• - Силовая электроника и микроэлектроника
• - Элементы автоматики
• - Преобразователи(тиристорные, транзисторные, частотные)

3. Системы управления электроприводами и автоматикой

Управление приводами, этими мускулами должно быть точным, быстрым, гибким. После проектирования электропривода как инструмента автоматики рождается широкий круг теоретических и технических задач, решение которых немыслимо без использования управляющей вычислительной техники. Особенности производственных установок как объектов управления - локальное и компактное пространственное размещение входящих в производственную установку приводов, компьютерной системы управления в составе управляющей ЭВМ и средств ее сопряжения с оборудованием. Типичным примером такой производственной установки - металлообрабатывающий станок с программным управлением, обслуживающий станок робототехнический комплекс (промышленный робот - сварочный, загрузочный, сборочный и т.д.). Компьютерное управление координатными следящими приводами установки обеспечивает выполнение траекторных задач перемещения инструмента для получения изделия заданной формы. В отличие от других многочисленных компьютерных технологий управление быстродействующими координатными приводами от ЭВМ ведется в реальном времени, а это требует глубоких знаний аппаратных и программных средств вычислительной техники, что достигается непрерывным и сквозным изучением вычислительной техники с первого до последнего курса. Хорошие «мускулы» должны управляться хорошими «мозгами». Системы с числовым управлением на базе ЭВМ - основа современных безлюдных технологий во многих отраслях промышленности и, особенно, в - машиностроении. Для подготовки специалистов в области компьютерного управления в учебном плане кафедры предусмотрены следующие курсы:

• - Микропроцессорные средства и системы
• - Теория и практика дискретного электропривода
• - Электроприводы станков и роботов
• - Системы программного управления производственными установками и технологическими комплексами
• - Электроприводы общепромышленных механизмов

4. Автоматизированные электромеханические комплексы и системы

Эта специализация кафедры учитывает такие особенности электромеханических комплексов, как объектов управления: значительное число распределенных в пространстве производственных установок. Технологические комплексы характеризуются применением локальных микроконтроллерных систем программного управления установок, обширной цифровой сетью, большими потоками данных между локальными системами и рабочей станцией, обширным набором сложных датчиков технологических параметров. Сюда входит:

• сбор данных и передача их по цифровым каналам связи на рабочую станцию пульта управления;
• обработка информации в удобном для обозрения и восприятия виде;
• задание параметров управления приводами с диспетчерского пульта - ЭВМ и их отработка на локальных микроконтроллерных регуляторах;
• архивация технологического процесса, создание своего рода «черных ящиков» для анализа аварийных ситуаций.

Для освоения данной специализации в учебном плане предусмотрен ряд дисциплин для изучения следущих разделов:

• - исполнительные механизмы
• - элементы автоматики
• - датчики технологических параметров
• - цифровые каналы связи
• - языки объектно-ориентированного программирования (язык СИ++)
• - специализированные инструментальные программы, реализующие управление по системе: рабочая станция – микроконтроллерные системы управления локальными объектами (SСADA-системы).

Особенности обучения:

Многообразие типов приводов, элементов электроавтоматики, большой объем задач числового программного управления установками и комплексами, реализуемых на основе ЭВМ и микропроцессоров. Это требует глубокого изучение аппаратных средств управляющих ЭВМ и микроконтроллеров, средств их сопряжения с объектами, навыков в программировании на языках низкого и высокого уровня. Трудность в обучении вознаграждается приобретением востребованной специальности широкого профиля.