Проектирование и производство лабораторных комплексов для ФГАОУ ВПО «Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Заказчик: ФГАОУ ВПО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина».

Задача автоматизации

Разработка и внедрение учебных автоматизированных комплексов для выполнения лабораторных работ по тепломассопереносу; теоретическим основам теплотехники и термодинамики; промышленной экологии и процессам и аппаратам пищевых и химических производств.

Необходимость автоматизации

Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина является одним из ведущих и инновационных ВУЗов в стране. В настоящее время в большинстве университетов стоит большая проблема модернизации учебного оборудования и внедрения современных приборов, используемых на современных производствах. В данном учебном заведении была необходимость в модернизации лабораторных стендов на кафедрах «Теплофизики и информатики в металлургии», «Процессов и аппаратов химической технологии», «Теплогазоснабжения и вентиляции» и «Теоретической теплотехники». Пример поставленного лабораторного комплекса на рисунке 1.

Все установки должны отвечать требованиям электробезопасности, подключаться к ПК и с помощью специально разработанного ПО давать возможность обрабатывать результаты эксперимента как в режиме реального времени, так и проводить постобработку полученных данных. Также получаемые данные должны дублироваться на цифровых индикаторах для контроля проведения лабораторных работ.

Реализация проекта и выбор средств автоматизации

Реализацией и внедрением проекта занимались специалисты ООО «Центр инновационных технологий ОрелГТУ». Для индикации показаний датчиков в ходе эксперимента использовались двухканальные измерители ОВЕН ТРМ200. Для стендов с большим количеством измерений применялись модули аналогового ввода ОВЕН МВА8. На всех лабораторных стендах были установлены автоматические преобразователи интерфейсов USB/RS-485 ОВЕН АС4, с помощью которых сигналы датчиков передавались в компьютер для последующей их обработки и индикации экспериментальных данных. В тех случаях, когда стояла необходимость управления нагревателями в стендах по тепломассопереносу, применялись измерители-регуляторы двухканальные с RS-485 ОВЕН ТРМ202. Однофазные амперметры ОВЕН МЭ110-224.1Т использовались для измерения электрического тока в цепях нагревателей для последующего определения выделяемой тепловой мощности. В качестве первичных преобразователей применялись термопары типа ТХА ОВЕН ДТПК 011-0,5/5 и датчики давления ОВЕН ПД-100.

Каждый стенд поставлялся в комплекте с ноутбуком, на котором при помощи специального разработанного программного обеспечения выполнялись сбор и обработка экспериментальных данных, поступающих по протоколу ОВЕН и Modbus-RTU.

Учебная установка по испытанию различных конструкций теплообменников представлена на рис. 2. На данной установке испытываются 2 типа теплообменников – «труба в трубе» и пластинчатый теплообменник. Здесь присутствуют два контура – горячий и холодный, при чем холодный имеет 2 режима работы – по прямотоку жидкости с горячим контуром и против него. На данном стенде используется модуль аналогового ввода ОВЕН МВА8 в виду большого количества датчиков температуры ОВЕН ДТПК 011-0,5/5 (6 шт.) и счетчика расхода воды, подключенного к прибору в режиме «сухого контакта». Данная конфигурация позволила получать информацию одновременно со всех датчиков и передавать ее по удобному в использовании протоколу ОВЕН с помощью автоматического преобразователя интерфейсов USB/RS-485 ОВЕН АС4 в компьютер для отображения показаний и построения графиков.

 Другим примером служит стенд «Изучение конвективного теплообмена» (рис. 3) изучается процесс переноса тепла методом конвекции, определяются расчетные и экспериментальные характеристики комбинированного теплообмена – количество тепла, передаваемое от поверхности труб в окружающую среду, коэффициент теплоотдачи горизонтальной трубы и степень черноты ее поверхности. На стенде закреплены 4 трубы одинаковой длины с различными диаметрами, формой и отражающими характеристиками наружных поверхностей. Внутри каждой трубы установлен трубчатый нагреватель. На лицевой панели стенда установлены 2 двухканальных измерителя ОВЕН ТРМ200 и один измеритель-регулятор двухканальный с RS-485 ОВЕН ТРМ202. С помощью ТРМ202 выполняется переключение труб и их комбинаций. На измерителях ТРМ200 отображаются значения температур на каждой из труб. Однофазный амперметр ОВЕН МЭ110-224.1Т измеряет силу тока, что позволяет вычислить общую выделяемую мощность нагревателей.

Результат автоматизации

В результате университет получил 4 лабораторных комплекса общей численностью 40 учебных установок на различных кафедрах. Применение надежных и недорогих приборов ОВЕН позволило успешно выполнить автоматизацию проведения лабораторных работ и экспериментов, по функционалу сопоставимых с аналогами других производителей за существенно меньшую сумму, что важно для государственных образовательных учреждений.

В дальнейшем планируется объединение всех лабораторных установок в единую сеть коллективного пользования для проведения удаленных лабораторных работ студентами обучающихся по дистанционным программам образования.