Перспектива мехатроники в учебном процессе

Представляем наше видение развития учебного центра путем усложнения задач повышения квалификации рабочих и специалистов как промышленных участков, так и управленческого состава.

Для получения квалифицированного рабочего, или специалиста, соответствующих требованиям современного промышленного производства нужно обеспечить им соответствующую подготовку. Ведущие предприятия развитых стран предлагают пройти от 2 до 4 ступеней подготовки — от простого к сложному, от 1-ой до 4-ой ступени обучения.

Прохождение каждой из этих ступеней должно обеспечивать и соответствующее уровню сложности учебно-лабораторное оборудование.

1-я ступень (базовый курс мехатроники — электро-, пневмо-, гидроавтоматика и ПЛК) в учебных центрах предприятий как правило есть.

В мире промышленная автоматизация объединяет множество самых разных задач — от технических до управленческих. Попытка систематизировать эти задачи привела к появлению так называемой «пирамиды автоматизации».

Каждый уровень пирамиды, т. е. каждая группа решаемых задач, требует соответствующей подготовки специалистов.

Качество подготовки, как известно, в большой степени зависит от практической составляющей, позволяющей обучаемому не только получить знания, но и приобрести необходимые практические навыки.

Первая ступень подразумевает обучение персонала в 3-х лабораториях:

  • Пневмо- и гидроприводов;
  • Электроприводов;
  • Лаборатории ПЛК и датчиков.

Это дает возможность понять основы мехатроники: пневмо-, электро- и гидроприводы («мышцы машин») и ПЛК и датчики («мозг и органы чувств» машин).

Если более подробно, то пневмо-, электро- и гидроприводы позволяют изучить:

  • Принципы действия, назначение и конструкция аппаратов и машин, особенности взаимодействия между собой, чтение и составление принципиальных схем, монтаж и наладка простых систем управления;
  • Лаборатория ПЛК и датчики — дает представление о аппаратном решении современных систем управления, конструкции и принципах действия ПЛК и датчиков, формировании простейших команд и циклов, программном продукте для ПЛК, схемах подключения и монтажа датчиков и управляемых силовых механизмов, машин и аппаратов.

Вторая ступень должна обеспечить понимание взаимодействия всего этого (аппаратов и устройств) между собой в типовых, относительно сложных сочетаниях, встречающихся практически во всех автоматизированных устройствах:

  • транспортировка изделий, измерение размеров и параметров, фасовка, сортировка, укупорка, контроль наличия тары, упаковка и др.

Каждая из названных функций реализована типовым модулем, из которых может быть собрана самостоятельная автоматизированная установка для последующего изучения особенностей ее функционирования.

Мы предлагаем несколько вариантов таких установок. Всех их объединяет одно — они построены на базе электрических и электропневматических приводов с управлением от ПЛК с использованием типовых датчиков и выключателей.

Итак: Второму уровню соответствуют модульные стенды M1 — M7 и IPC-200, позволяющие моделировать системы, управляемые с помощью программируемых контроллеров.

Линия М1

Система автоматической сборки: учебный стенд

Стенд М1 предназначен для практического изучения современного технологического оборудования, применяемого в системах автоматической сборки. Стенд воспроизводит наиболее общие применяемые в промышленности методы автоматической сборки, основанные на использовании электропневматических систем. Оборудование стенда позволяет выполнить полную сборку механизма обратного клапана, состоящего из корпуса и запорного органа, причем с учетом материала корпуса и запорного органа.

С целью расширения дидактических возможностей стенд, может комплектоваться SCADA-системой, которая дистанционно позволяет управлять оборудованием в реальном времени с персонального компьютера.

В комплект стенда входит документация, включающая Руководство пользователя и Сборник задач. Руководство пользователя содержит описание всего оборудования, в том числе пневматические и электрические схемы, а также технические описания всех покупных изделий, использованных на стенде. Сборник задач включает набор практических упражнений, предназначенных для углубления знаний и развития практических навыков работы с оборудованием. Материал разделен на две части: первая (для обучающихся) содержит постановку задач и некоторую предварительную информацию, а вторая (для преподавателя) содержит решения поставленных задач.

M2 — это модульный учебный стенд, позволяющий моделировать реальный технологический процесс сортировки изделий по этажам в зависимости от материала изделия.

Модуль М1 + М2 в сочетании выполняют комплекс операции — от сборки изделия до его сортировки и складирования. Контроллер программируется с персонального компьютера с использованием специального программного продукта.

Модульный принцип расширяет возможности применения стендов: каждый модуль может использоваться автономно, в то же время модули могут быть собраны в единую систему.

Предлагаемые Стенды наших партнеров могут оснащаться SCADA-системой, которая позволяет:

  • контролировать состояние устройств «полевого» уровня;
  • отображать информацию о процессе на мониторе ПК, управлять данными и сохранять их;
  • управлять процессом в реальном времени;
  • отображать различные фазы процесса с использованием графического интерфейса;
  • выявлять нештатные ситуации;
  • формировать отчеты.

Стенды используются для приобретения практических навыков и повышения квалификации в следующих направлениях деятельности:

  • анализ оборудования с составлением спецификации;
  • установка, сборка и наладка технологического оборудования;
  • техническое обслуживание, диагностика состояния и ремонт оборудования;
  • пуск оборудования в эксплуатацию;
  • проектирование и конфигурирование технологического оборудования;
  • программирование;
  • работа с технической документацией.

Система управления комплексом может быть построена на основе промышленной сети PROFIBUS (контроллеры SIEMENS) или др.

Особого внимания заслуживает стенд IPC-201C — Система управления и регулирования аналоговых переменных.

Стенд IPC-201C предназначен для демонстрации и изучения современного технологического оборудования, применяемого в металлургической, химической и других отраслях промышленности, а также для формирования и совершенствования практических навыков по регулированию давления, температуры, расхода и уровня жидкости.

Стенд содержит, наряду с контроллером, три промышленных ПИД-регулятора. Это позволяет выполнять регулирование параметров двумя способами:

  • с помощью программируемого контроллера и SCADA-системы;
  • с помощью промышленных ПИД-регуляторов.

Регулирование температуры. Регулируется температура жидкости в центральной емкости. Измерение температуры осуществляется с помощью датчика Pt100, нагрев и охлаждение- с помощью элементов Пельтье.

Регулирование уровня жидкости. Регулируется уровень жидкости в центральной емкости. Измерение уровня производится с помощью прецизионного датчика перепада давлений. Кроме этого, все емкости снабжены дискретными датчиками уровня, предохраняющими емкости от переполнения и полного опорожнения.

Регулирование давления. Регулируется давление наддува левой емкости. Для этого применяется промышленный электропневматический преобразователь.

Регулирование расхода. Регулируется расход жидкости в линии подачи. Измерение расхода выполняется с помощью промышленного расходомера вихревого типа, а управление величиной расхода — с помощью регулируемого насоса, а также пропорционального клапана.

SCADA-система отображает состояние элементов системы и измеряемые параметры, позволяет управлять оборудованием и регулировать давление, расход, температуру и уровень.

Как и предыдущие стенды IPC-201C используется для приобретения практических навыков и повышения квалификации в аналогичных направлениях деятельности.

Предлагаются и комплексные стенды, относящиеся к 3-ему и 4-ому уровням.

Учебный комплекс FMS-200 (гибкая производственная сборочная система) может включать до 8 станций, объединенных в единую систему, которая содержит все необходимые элементы автоматического сборочного производства. Например, он позволяет собирать подшипники 24 различных конфигураций. На этом тренажере отрабатываются навыки конструирования, монтажа и испытания сложной системы, разработки системы управления, программирования, поиска причин отказов, ремонта.

Для практической подготовки специалистов на 4-ом уровне, т. е. специалистов по управлению производством, предназначен комплекс HAS-200 (высокоавтоматизированная производственная система). Этот комплекс представляет собой целый мини-завод, который может выпускать 19 видов продукции. На 10 станциях комплекса производится подача исходных материалов, загрузка контейнеров продуктами заданного состава, контроль технических параметров продукции, упаковка, маркировка, складирование (вертикальное и горизонтальное), а также извлечение отгружаемой продукции со склада и формирование упаковок для транспортировки.

Комплекс HAS-200 позволяет отрабатывать навыки управления производственным процессом в соответствии с объемами заказов на те или иные виды продукции — от закупки исходных материалов до отгрузки продукции со склада. Каждое решения физически реализуется на тренажере, что помогает существенно повысить ответственность обучаемого за принимаемые решения. В этом состоит один из главных принципов данного метода подготовки специалистов. В результате HAS-200 позволяет обеспечить подготовку руководителя производства на том уровне, который требуется современной промышленности.

Комплекс HAS-200 не имеет аналогов в мире. Он используется, в частности, при подготовке менеджеров компании INTEL. Сегодня HAS-200 уже успешно применяется в США, Великобритании, Испании, Франции, Мексике. В 2010 году HAS-200 появился в России (Технологический колледж г. Москва).