Методология международного дистанционного обучения по специальности "Автоматизацияи управление"

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 622.272

Методология международного дистанционного обучения по специальности «Автоматизацияи управление»

И.В. Брейдо

Ю.Ф. Булатбаева,

А.Б. Крицкий

Г.И. Паршина,

Б.Н. Фешин

Объектом настоящих исследований является процесс обучения магистрантов специальности 6М070200 - «Автоматизация и управление» в Карагандинском государственном техническом университете (КарГТУ) дневной формы обучения, а также процесс разработки технологии дистанционного обучения магистрантов по специальностям 6М070200 - «Автоматизация и управление» в рамках международного проекта Синергия. Элементами исследуемого объекта являются: рабочие учебные планы, учебно-методические комплексы дисциплин преподавателей, программы обучения по дисциплинам для магистрантов(SYLLABUS), рабочие учебные программы, каталоги элективных дисциплин, программно-аппаратное обеспечение кафедры автоматизации производственных процессов (АПП), структура кафедры в рамках университета, а также технологии обучения в режимах реального и разделенного (дистанционного) времени.

Особенностью дистанционного обучения на кафедре АПП является то, что к перечисленным выше элементам следует добавить аналогичные элементы ВУЗов-партнеров по международному проекту Синергия, а также специальные комплекты оборудования и программного обеспечения, позволяющие реализовать процесс дистанционного обучения и дистанционного образования [1].

Под дистанционным обучением следует понимать комплекс образовательных услуг, предоставляемых широким слоям населения на любом расстоянии от образовательных учреждений с помощью специализированной информационно-образовательной среды, базирующейся на телекоммуникационных средствах обмена учебной информацией (спутниковое телевидение, радиотелефония, Интернет-технологии и т.п.).

Не пытаясь охватить все задачи, входящие в рассматриваемую проблему, остановимся на комплексе дисциплин, предлагаемых КарГТУ магистрантам университетов - членов проекта Синергия как законченные циклы (модули) проектно-исследовательских работ. Это предложение в результате последовательного обсуждения членами проекта было трансформировано в траекторию «Автоматизация технологических комплексов» каталога элективных дисциплин рабочего учебного плана 1.5-годичной магистерской подготовки по специальности «Автоматизация и управление», содержащего взаимосвязанные модули, рассчитанные на 3 семестра. Фрагмент каталога представлен на рисунке.

КАТАЛОГ ЭЛЕКТИВНЫХ ДИСЦИПЛИН

Ниже приводится краткая аннотация по модулям 1-5. Предполагается, что обучающиеся магистранты имеют знания в рамках следующих дисциплин-пререквизитов и разделов дисциплин: основы дифференциального исчисления; численные методы решения систем дифференциальных уравнений; основы матричного исчисления; механика твердого тела; теория электропривода; теория нелинейных систем автоматического управления; структура ПЛК (Siemens и др.); программирование в среде Mathlab; языки программирования промышленных контроллеров в стандарте МЭК.

Модуль 1. Основы проектирования автоматизированных технологических комплексов (АТК) (регулируемых по скорости конвейеров и конвейерных линий горного производства).

Рассматриваются технологические процессы горного производства, в которых существенное место занимают конвейеры и конвейерные линии. Анализируются варианты автоматизации конвейеров и частотно-управляемого асинхронного электропривода ленточных магистральных конвейеров угольных шахт, опасных по выбросам метана и угольной пыли. Анализируются вопросы энергосбережения. На основе традиционных представлений о проектировании АСУ ТП формализуются исходные данные и требования к проекту, рассматривается процесс создания технического задания (ТЗ) на разработку систем автоматизации регулируемых по скоростиконвейеров и конвейерных линийгорного производства. Для конкретного плана горных работ и известной сети капитальных гор¬ных выработок составляются логические схемы алгоритмов работы конвейерных линий исписки (таблицы) множества входных и выходных сигналов, а также их характеристик. Разрабатываются функциональные схемы автоматизации на основе требований к локальным подсистемам конвейеров. Проводится анализ и предварительный выбор элементной базы подсистем автоматизации конвейеров и конвейерных линий.

Модуль 2.Автоматизированный электропривод АТК (оптимальный выбор силового электрооборудования, электродвигателей и преобразователей энергии). дистанционный обучение управление

Для технологической схемы конвейерной линии в качестве расчетного выбирается, головной конвейер магистральной линии и для него определяются исходные данные: длина; ширина лент; угол наклона выработки; производительность; количество конвейеров в линии; режим работы головного конвейера и линии; источники электроснабжения электропривода головного конвейера и места их установки; количество и места установки конвейерных ветвей и их основные характеристики. Осуществляется выбор расчетных схем нагружения электропривода головного конвейера, а также расчет величин потребных управляющих сил и моментов. С учетом вопросов энергосбережения, правил технической безопасности (ПТБ), правил технической эксплуатации (ПТЭ) и правил безопасности (ПБ) в угольных шахтах проводится выбор силового электрооборудования, электродвигателей и преобразователей энергии. Проектирование автоматизированных электроприводов (АЭП) конвейеров проводится в режимах пуска, останова, холостого хода, в режимах нормальной эксплуатации и управляемого реверса конвейерной линии. Последний режим необходим при проведении ремонтно-восстановительных и наладочных работ с электромеханическим оборудованием, средствами и системами автоматизации и автоматизированного электропривода конвейера. Для проверки правильности принимаемых решений разрабатываются математические модели электромеханической системы конвейера, определяется структура и параметры элементов системы автоматического регулирования (САР) и проводится имитационное моделирование САР и АЭП конвейера в среде MatLAB.

Модуль 3.Системы логического управления и контроля режимов работы АТК. Анализируются типовые схемы логического управления конвейерными линиями. Например, на аппаратуре АУК-10ТМ или УКВД. Делается вывод о необходимом уровне автоматизации линий и принимается решение, которое часто сводится к проектированию-модернизации типовых схем контроля, защиты, блокировки, аварийной сигнализации и логического управления на основе ПЛК, возможно в среде ISAGRAF. Процесс завершается разработкой программ подсистем управления конвейерных линий для контроллеров.

Модуль 4.Системы управления, регулирования и контроля АТК. Экспериментальные исследования АТК.

Описывается универсальный стенд автоматизированного частотно-управляемого асинхронного электропривода. Приводится методика исследований на стенде, с целью отладкиалгоритмов и программ САР, для контроллера привода и параметрической оптимизации регуляторов многоконтурной системы регулирования (скорости, тока, момента, возможно потока) частотно-управляемого асинхронного электропривода головного магистрального конвейера в переходных и установившихся режимах работы.

Модуль 5.Системы оперативно-диспетчерского управления АТК. Математическое и имитационное моделирование АТК.

Предлагается методика проектирования системы оперативно-диспетчерского управления магистральными разветвленными конвейерными линиями средствами SCADA-систем. Разрабатывается имитационная модель имитатора автоматизированной разветвленной конвейерной линии на средствах MatLAB и SCADA-систем. Осуществляется отработка проектных решений по подсистемам автоматизации конвейерной линии на имитаторе конвейерной линии.

Рассмотрим возможные варианты оценки знаний магистрантов,

Модуль 1. Лектор, находящийся в аудитории видеоконференций кафедры АПП КарГТУ, предлагает авторизироваться слушателям и приступает к изложению основ проектирования автоматизированных систем управления технологическими процессами, описанию и характеристике технологического процесса, постановке задач в рамках полного цикла дисциплин-модулей «Траектория II…». Далее может последовать первое задание (М1З1) для слушателей: осуществить выбор конкретного объекта проектирования и оценить его характеристики. Здесь просматриваются несколько вариантов выполнения задания и оценки знаний (М1ОКi, где К - номер типа оценки, i-номер оценки) результатов его выполнения. Вариант М1О11: Слушатель самостоятельно ищет объект (шахту, конвейерную линию…), а затем определяет его характеристики. Лектор на последующем занятии проводит опрос авторизованных слушателей. Очевиден недостаток - потеря времени на опрос и, возможно, несогласованное понимание перечня и набора исходных данных. Вариант М1О22: все задания по курсу «Траектория II…» хранятся на портале головного участника проекта --- МЭИ-Festo в жестко формализованном виде. Авторизованные слушатели получают задание и в течение отведенного времени присылают ответы на портал МЭИ-Festo. Оценка знаний осуществляется по программе, предполагающей ответы типа «да, «нет», и/или расчетного типа по проектным формулам. В продолжение лекции преподаватель формирует второе (М1З2), третье (М1З3) и другие задания (М1Зj), которые в настоящем модуле могут оцениваться по М1О11 и М1О22.

Модуль 2. Освоение любого последующего модуля курса зависит от твердости знаний по пререквизитам и предыдущим модулям. Поэтому лектор предлагает авторизироваться слушателям и сообщает им результаты оценки знаний М1О11, М1О22, …М1ОКi по Модулю 1.Рекомендации по повышению уровня знаний слушателей предлагается перенести в режим разделенного времени (по электронной почте) в период до следующей лекции. На портале МЭИ-Festo по запросу слушателей вывешиваются индивидуальные оценки М1ОКi, рекомендации лектора и его ассистентов по совершенствованию знаний слушателей и график последующих оценок знаний. Предлагается установить накопительную систему оценки знаний, в которой отрицательные показатели разрешается улучшать за определенные интервалы времени, предшествующие контрольным проверкам знаний (аттестациям, проводимым 2-3 раза за семестр).

В Модуле 2лекторпредлагает инженерные методики расчета и выбора электропривода АТК. Здесь принципиально важно получить навыки, опыт и знания расчета, поиска исходных справочных данных, итерационного подбора оборудования с проверкой ограничений и допусков. Слушатели получают задания, последовательно вытекающие из логики проектирования электропривода АТК: определение назначения, типа и основных характеристик конвейера; выбор расчетных схем нагружения электропривода головного конвейера; расчет величин потребных управляющих сил и моментов; выбор силового электрооборудования, электродвигателей и преобразователей энергии; разработка математических моделей электромеханической системы конвейера; определение структуры и параметров элементов системы автоматического регулирования (САР), имитационное моделирование САР и АЭП конвейера в среде MatLAB. Проектирование автоматизированных электроприводов (АЭП) конвейеров проводится в режимах пуска, останова, холостого хода, в режимах нормальной эксплуатации и управляемого реверса конвейерной линии. Расчеты проводятся по методическим пособиям, а выбор электромеханического оборудования осуществляется по справочным данным. Вся необходимая информация в электронном варианте выставляется на портал МЭИ-Festo. По множеству расчетов, процедур выбора электромеханического оборудования, построению расчетных схем и математических моделей электропривода формируются задания М2Зj и оценки для контроля знаний по типу М2ОКi.

Модуль 3. Жестко формализованный вариант оценки знаний слушателей на этом этапе проектирования АТК возможен только с целью проверки подготовленности к освоению методики и алгоритмов анализа и синтеза систем логического управления конвейерами. Поэтому первоначально слушателям предлагается «домашняя» работа, в которой задания М3Зj и оценки М3ОКi содержат элементы алгебры, логики, синтеза систем логического управления на основе логических схем алгоритмов и карт Карно. Собственно процесс проектирования систем логического управления и контроля режимов работы АТК носит элементы творческого характера и поэтому при освоении Модуля 3 необходиминтерактивный режим работы лектора со слушателями.

Модуль 4. Лектор предлагает слушателям информацию о возможности экспериментальной проверки уже полученных решений по разработке АТК на стенде, установленном на кафедре АПП КарГТУ. Стенд оснащен системой автоматизации научных исследований, что позволяет проводить исследования в режимах разделенного и реального времени. В порядке подготовки к процессу экспериментальных исследований предлагается методика проведения факторных экспериментов в пространстве настроечных параметров регуляторов многоконтурной системы регулирования (скорости, тока, момента, возможно потока) частотно-управляемого асинхронного электропривода головного магистрального конвейера в переходных и установившихся режимах работы. Формируются задания М4Зj и оценки М4ОКi, позволяющие получить навыки параметрических исследований САР электропривода путем проведения имитационных экспериментов в среде MatLAB.Слушатели, получившие положительные оценкиМ4О2i, допускаются к работе на стенде. Варианты оценок работ на стенде кодируются символом К=3:М4О3i. Здесь возможны варианты сравнения показателей качества переходных процессов по скорости и току, полученных экспериментально и путем имитационного моделирования в среде MatLAB, для заданных параметров регуляторов.

Модуль 5. Универсальным средством проверки знаний по циклу Модулей 1-5 предполагается сделать имитатор автоматизированной разветвленной конвейерной линии на средствах MatLAB и SCADA-систем. Варианты автоматизированных имитаторов технологических процессов и производств представлены в [2].

Список литературы

1. Паршина Г.И., Фешин Б.Н. Системы обеспечения эффективной эксплуатации электротехнических комплексов добычных участков угольных шахт. Алматы: Гига Трейд, 2011. 126 с.

2. Крицкий А.Б., Фешин Б.Н. Управление режимами частотных электроприводов насосных станций магистральных теплоснабжающих систем. Алматы: Гига Трейд, 2011. 177 с.

Размещено на Allbest.ru