АТ 
«Науково-дослідний і проектно - конструкторський інститут атомного та енергетичного насособудування»



Новації

Системи управління з можливістю віддаленого доступу

 


Протягом понад половини століття колектив АТ «ВНДІАЕН» створює високоякісне насосне обладнання, яке експлуатується на багатьох великих об’єктах теплової та атомної енергетики, нафтової, хімічної, металургійної та харчової промисловості, у системах трубопровідного транспорту нафти й будівництва метрополітену, комунальних системах водозабезпечення та каналізації, а також у багатьох інших сферах діяльності.

Поряд з розробкою безпосередньо насосного обладнання, одним із напрямів роботи інституту є розробка систем керування й автоматизації такого обладнання. Прогрес не стоїть на місці, і зараз традиційні засоби автоматики все частіше замінюють на мікропроцесорні пристрої. Багато насосних агрегатів, розроблених спеціалістами АТ «ВНДІАЕН», мають у своєму складі мікропроцесорну систему керування, що забезпечує роботу технологічного обладнання у всіх режимах експлуатації без постійної присутності обслужного персоналу. При цьому системи керування дозволяють здійснювати збір та обробку інформації щодо стану виконавчих механізмів та об’єктів автоматизації, контроль технологічних параметрів, попереджувальну й аварійну сигналізацію та захисне відключення агрегату в разі потреби. Базою для створення таких систем служить мікропроцесорне обладнання світових лідерів у цій галузі, а саме: Siemens (Німеччина), Schneider Electric (Франція), General Electric (США), Mitsubishi Electric (Японія) та ін. Застосування найсучасніших апаратних складових разом із програмним забезпеченням власної розробки перетворюють системи керування на універсальне та цілком конкурентоздатним технологічним обладнанням, яке можна використовувати в найширшому спектрі галузей промисловості й енергетики.

 

На цьому етапі розвитку автоматизованих систем керування найбільш затребуваним є впровадження систем віддаленого доступу й дистанційного керування технологічним обладнанням, що забезпечує можливість збору й обробки даних у режимі реального часу. Віддалений доступ дозволяє не тільки здійснювати моніторинг та управління системами, але й вносити необхідні зміни в алгоритми роботи обладнання, додавати новий функціонал, оцінювати значення критичних параметрів та своєчасно реагувати на позаштатні ситуації, уникаючи великих витрат через виклик спеціаліста на об’єкт.

З метою реалізації таких функцій у системах управління, що розроблюються АТ «ВНДІАЕН», нашими спеціалістами освоєна експлуатація інтеграційного контролера, що не має закордонних аналогів, виробником якого є вітчизняна фірма-розробник «WebHMI» (м. Днепр). Застосування вказаного пристрою в комплексі з мікропроцесорною системою керування дозволяє реалізовувати функції контролю й керування роботою технологічного обладнання практично в будь-якій точці земної кулі, де є доступ до мережі Інтернет або мобільний зв’язок. Водночас інформацію, отриману від об’єкта керування, можна зберігати як у пам’яті комп’ютера, так і в хмарному сховищі.

 

 

 

 

Об’єктом системи диспетчеризації може бути будь-який об’єкт, розташований відокремлено, або такий, що є функціональною складовою виробничої або побутової інфраструктури. Для створення системи керування з можливістю віддаленого моніторингу достатньо в шафу з мікропроцесорним обладнанням установити контролер WebHMI з USB 3G-модемом. Якщо на об’єкті автоматизації є можливість виходу в Інтернет за допомогою Wi-Fi або проводового з’єднання, то модем не є обов’язковим. Щоб уникнути екранування сигналів металевою шафою, модем можна винести за її межі або підключити виносну антену.

 

 

Доступ до системи диспетчеризації об'єкта здійснюється через звичайний веб-браузер з будь-якого стаціонарного або мобільного пристрою, встановлювати спеціальне ПЗ для цього не потрібно. Для доступу до системи можна використовувати смартфони, планшети, комп'ютери.

 

 

Модуль WebHMI, встановлений на одному локальному об'єкті, забезпечує користувачам доступ до інформації тільки цього об'єкта. Доступ до системи захищений паролями, тому користувач системи одного локального об'єкта не може несанкціоновано зайти в систему іншого об'єкта. Крім того, модуль WebHMI веде протокол дій оператора, в якому реєструються всі дії користувача із зазначенням його логіна й часу кожної події.

Також WebHMI може накопичувати в пам'яті важливі дані по кожному об'єкту, які можна переглядати у вигляді графіків за обраний період часу з можливістю масштабування, а також за допомогою API передавати в інші додатки (Exсel, Word, 1C і т.п.) або передавати на загальний сервер для зберігання й резервування.

 

 

Якщо стоїть завдання диспетчеризації безлічі розподілених об'єктів, то для цього передбачено включення безлічі модулів WebHMI в систему хмарної диспетчеризації Level2. Level2 – це хмарний сервіс, який дозволяє об'єднати в єдину систему диспетчеризації будь-яку кількість об'єктів, оснащених модулями WebHMI. Доступ до системи також здійснюється через звичайний веб-браузер, за такої умови користувач може бачити карту місцевості й об'єкти, підключені в Level2. Поряд з позначеннями об'єктів на карту може бути виведена інформація про їхній стан (Норма/Проблема/Аварія). За потреби отримати повну інформацію щодо об'єкта оператор може натиснути на вказівник і перейти на кожний окремий об'єкт.

 

 

Крім завдання об'єднання групи розподілених об'єктів в єдину систему диспетчеризації, Level2 дозволяє вирішити ще ряд завдань:

1. Збір об'єднаних даних з усіх об'єктів та їхнє використання для побудови звітів і графіків, аналізу витрат ресурсів та енергоаудиту.

2. Обмін даними між самими об'єктами, якщо в цьому є потреба для вирішення технологічних задач.

3. Передача на кілька об'єктів одночасно (або на всі відразу) інформації, яка може використовуватися для обчислень всередині локального об'єкта.

4. Нотифікація про аварійні ситуації на об'єктах за допомогою розсилки смс-повідомлень.

5. Користувач Level2 отримує персональний кабінет для керування вибраними послугами, де можна оперативно включити або відключити сервіс для економії коштів на рахунку.

 

Можливості ВНДІАЕН по розробці програмних модулів для параметричного 3D-моделювання 

  

 

При розробці конструкторської документації на проект важливо враховувати взаємне розташування деталей при складанні збірок та вузлів. Розробка 3D-моделі дозволяє конструктору більш точно і в найкоротші строки проводити експертизу проекту. Параметричне 3D-моделювання прискорює процес виготовлення моделей за рахунок напівавтоматичної побудови деталі, а також за рахунок наявності еталонного коректного набору даних (розмірів, асоціативних зв’язків). Параметризація дозволяє перевірити різні конструктивні схеми та уникнути принципових помилок.

Комп’ютерне моделювання є одним з методів САПР.

Система автоматизованого проектування — автоматизована система,, ппризначена для автоматизації процесу проектування, що складається с персоналу і комплексу технічних, програмних та інших засобів автоматизації його діяльності.

В рамках життєвого циклу промислових виробів САПР вирішує задачі автоматизації робіт на стадіях проектування та підготовки виробництва.

 Основна ціль створення САПР – підвищення ефективності праці інженерів, включаючи: 

- Скорочення трудомісткості проектування та планування;

- Скорочення строків проектування;

- Скорочення собівартості проектування та виготовлення, зменшення затрат на експлуатацію;

- Підвищення якості та техніко-економічного рівня результатів проектування;

- Скорочення витрат на моделювання та випробування.
 

 Досягнення цих цілей забезпечується шляхом: 

- Інформаційної підтримки та автоматизації процесу прийняття рішень;

- Використання технологій паралельного проектування;

- Уніфікації проектних рішень та процесів проектування;

- Повторного використання проектних рішень, даних та напрацювань;

- Стратегічного проектування;

- Заміни натурних випробувань та макетування математичним моделюванням;

- Підвищення якості управління проектуванням;

- Використання методів варіантного проектування та оптимізації.
 

 Параметричне моделювання (параметризація) – моделювання (проектування) з використанням параметрів елементів моделі та співвідношень між цими параметрами.

Існують наступні типи параметризації: 

1.1.1 Таблична параметризація

Таблична параметризація полягає в створенні таблиці параметрів типових деталей. Створення нового екземпляра деталі проводиться шляхом вибору з таблиці типорозмірів. Можливості табличної параметризації досить обмежені, оскільки вказати довільні значення параметрів та геометричних відношень зазвичай неможливо.

Однак таблична параметризація знаходить широке використання у всіх параметричних САПР, оскільки дозволяє суттєво спростити та пришвидшити створення бібліотек стандартних та типових деталей, а також їх використання в процесі конструкторського проектування. 

1.1.2 Ієрархічна параметризація

Ієрархічна параметризація (параметризація на основі історій побудов) полягає в тому, що в ході побудови моделі вся послідовність побудови відображається в окремому вікні у виді «дерева побудування». У ньому зазначені всі існуючі в моделі допоміжні елементи, ескізи та виконані операції в порядку їх створення.

Окрім «дерева побудування» моделі, система нагадує не тільки порядок її формування, але й ієрархію її елементів (відношень між елементами). Приклад: зборки – підзборки – деталі.

Параметризація на основі історії побудов присутня у всіх САПР, які використовують трьохвимірне твердотільне параметричне моделювання. Звичайно такий тип параметричного моделювання поєднується з варіаційною та/або геометричною параметризацією. 

1.1.3 Варіаційна (розмірна) параметризація

Варіаційна, або розмірна, параметризація заснована на побудові ескізів (з накладанням на об’єкти ескізу різних параметричних зв’язків) та накладання користувачем обмежень у виді система рівнянь, які визначають залежності між параметрами.

Процес створення параметричної моделі з використання варіаційної параметризації виглядає таким чином: 

- На першому етапі створюється ескіз (профіль) для трьохвимірної операції. Далі на ескіз накладаються необхідні параметричні зв’язки.

- Потім на ескізі проводиться уточнення окремих розмірів профілю. На цьому етапі окремі розміри можна визначити як змінні (наприклад, параметру, який означає довжину деякої деталі, присвоїти ім’я «Length») та задати співвідношення інших розмірів від цих змінних у виді формул (наприклад, «Radius=Length/2»)

- Потім проводиться трьохвимірна операція (наприклад, видавлювання), значення атрибутів операції також є параметром (наприклад, величина видавлювання).

- Взаємне положення компонентів направляючого апарату (корпусу і каналів) задається шляхом визначення сполучення між ними (перпендикулярність елементів, розміщення об’єктів під кутом один до одного).
 

Варіаційна параметризація дозволяє легко змінювати форму ескізу або величину параметрів операцій, що дозволяє зручно модифікувати трьохвимірну модель. 

1.1.4 Геометрична параметризація

Геометричною параметризацією називається параметричне моделювання, при якому геометрія кожного параметричного об’єкту перераховується в залежності від положення батьківських об’єктів, його параметрів та змінних.

Параметрична модель, у випадку геометричної параметризації, складається з елементів побудови та елементів зображення. Елементи побудови (конструкторські лінії) задають параметричні зв’язки. До елементів зображення відносяться елементи оформлення (розміри, написи, штриховка).

Одні елементи побудови можуть залежати від інших елементів побудови. Елементи побудови можуть містити і параметри (наприклад, радіус кола та кут нахилу прямої). При зміні одно з елементів моделі всі залежні від нього елементи перебудовуються у відповідності до своїх параметрів та засобів їх визначення.

Процес створення параметричної моделі методом геометричної параметризації виглядає так: 

- На першому етапі конструктор задає геометрію профілю конструкторськими лініями та відмічає ключові точки.

- Далі проставляються розміри між конструкторськими лініями. На цьому етапі можливо задати залежність розмірів один від одного.

- Потім обводить конструкторські лінії лініями зображення – отримуємо профіль, з яким можна виконувати різні тривимірні операції.
 

Наступні етапи в цілому аналогічні процесу моделювання методом варіаційної параметризації.

Геометрична параметризація дозволяє більш гнучко редагувати моделі. Якщо потрібно внести незаплановану зміну, то у геометрії моделі не обов’язково видаляти початкові лінії побудування (це може призвести до втрати асоціативних зв’язків між елементами моделі), - можливо провести нову лінію побудови та перенести на неї лінію відображення.

Співробітники інституту займаються розробкою3D-моделей деталей для насосного обладнання. 3D-моделі розробляються для наступного використання моделей: 

- формування креслення з 3D-моделі;

- конструкторської експертизи проекту;

- в розрахунках на міцність;

- у гідравлічних розрахунках;

- при програмуванні станків з ЧПУ при фрезеруванні готової деталі;

- при програмуванні станків з ЧПУ для виконання оснащення;

- для виконання моделей на 3D-принтері.
 

Малюнок 1 – Головне вікно програми побудування направляючого апарату

Малюнок 2 – Вікно побудування ескізів

 Співробітниками сектору САПР у 2018 році був розроблений програмний модуль для параметричної побудови 3D-моделі направляючого апарату.

У головному вікні програми (Мал. 1) вказані етапи побудови моделі направляючого апарату (згідно з методом геометричної параметризації).

З початку необхідно послідовно побудувати ескізи дифузорного та зворотнього каналів, вказавши на формі (Мал. 2) необхідні елементи для побудови.

У результаті роботи модуля отримаємо сформовані ескізи для подальшого використання у побудові (Мал. 3).

Наступним етапом являється побудова частини корпуса направляючого апарату для створення на його основі зворотнього каналу. На формі (Мал. 4) необхідно задати розміри для корпусу. Після виконання програми отримаємо готову частину корпусу (Мал. 5).


Малюнок 3 – Побудований ескіз каналів
 

Малюнок 4 - Вікно вибору розмірів для корпусу для корпуса

Малюнок 5 – Побудування корпусу

 

Далі за допомогою модуля проводиться створення тіл зворотнього, дифузорного та переводного каналів.

Потім виконується побудова тіла направляючого апарату шляхом видалення води з додаткового тіла, створюються вирізи у відповідності до головного перетину креслення направляючого апарату. Після цього виконується побудова усіх фасок та закруглень, пазів та отворів направляючого апарату.

В результаті отримуємо готову 3D-модель направляючого апарату (Мал.6 и Мал.7).

Малюнок 6 – Готова модель направляючого апарату (вид 1)


Малюнок 7 – Готова модель направляючого апарату (вид 2)

 

«ВНДІАЕН» займається розробкою програмного забезпечення для САПР-систем, розробкою рішень, що підвищують ефективність процесу автоматизованого проектування. Ми працюємо над впровадженням нових можливостей для 3D-моделювання шляхом розширення стандартної функціональності продуктів для систем автоматизованого проектування.

Були розроблені та успішно експлуатуються параметричні 3D-моделі наступних деталей:

- муфта;

- гайка накидна;

- деталі ротору;

- ніпель;

- розподільник;

- фланець;

- штуцер;

- направляючий апарат.

Наші співробітники проведуть для вас наступні роботи: 

- розробка 3D-моделі (в тому числі деталей складної геометрії – лопатки, відливка і т.д. методами поверхневого моделювання);

- параметризація моделі деталі (в тому числі використовуючи програмні методи та користувацькі інтерфейси, на мовах програмування VBA, C#, C++);

- параметризація моделі зборки (в тому числі використовуючи програмні методи та користувацькі інтерфейси, на мовах програмування VBA, C#, C++). 

Наш  колектив висококваліфікованих спеціалістів завжди намагається максимально виконати індивідуальні вимоги своїх замовників.