АО 
«Научно-исследовательский и проектно - конструкторский институт атомного и энергетического насосостроения»



Новации

Системы управления с возможностью удаленного доступа

 

 

В течение более полувека коллектив АО «ВНИИАЭН» создаёт высококачественное насосное оборудование, которое эксплуатируется на многих крупных объектах тепловой и атомной энергетики, нефтяной, химической, металлургической и пищевой промышленности, в системах трубопроводного транспорта нефти и строительства метрополитена, в коммунальных системах водообеспечения и канализации, а также во многих других сферах деятельности.

Наряду с разработкой непосредственно насосного оборудования, одним из направлений работы института является разработка систем управления и автоматизации такого оборудования. Прогресс не стоит на месте, и сейчас традиционные средства автоматики все чаще заменяются микропроцессорными устройствами. Многие насосные агрегаты, разработанные специалистами АО «ВНИИАЭН», имеют в своём составе микропроцессорную систему управления, обеспечивающую работу технологического оборудования во всех режимах эксплуатации без постоянного присутствия обслуживающего персонала. При этом системы управления позволяют осуществлять сбор и обработку информации о состоянии исполнительных механизмов и объектов автоматизации, контроль технологических параметров, предупредительную и аварийную сигнализацию и защитное отключение агрегата в случае необходимости. Базой для создания таких систем служит микропроцессорное оборудование мировых лидеров в этой отрасли, а именно: Siemens (Германия), Schneider Electric (Франция), General Electric (США), Mitsubishi Electric (Япония) и др. Применение самых современных аппаратных составляющих в сочетании с программным обеспечением собственной разработки делают системы управления универсальным и вполне конкурентоспособным технологическим оборудованием, которое может быть использовано в самом широком спектре отраслей промышленности и энергетики.

 

На данном этапе развития автоматизированных систем управления наиболее востребованным является внедрение систем удаленного доступа и дистанционного управления технологическим оборудованием, которые обеспечивают возможность сбора и обработки данных в режиме реального времени. Удаленный доступ позволяет не только осуществлять мониторинг и управление системами, но и вносить необходимые изменения в алгоритмы работы оборудования, добавлять новый функционал, оценивать значения критических параметров и своевременно реагировать на внештатные ситуации, избегая дорогостоящего выезда специалиста на объект.

С целью реализации таких функций в разрабатываемых АО «ВНИИАЭН» системах управления, нашими специалистами освоена эксплуатация интеграционного контроллера, не имеющего зарубежных аналогов, который производится отечественной фирмой-разработчиком «WebHMI» (г. Днепр). Применение указанного устройства в комплексе с микропроцессорной системой управления позволяет реализовывать функции контроля и управления работой технологического оборудования практически в любой точке земного шара, где есть доступ к сети Интернет или мобильная связь. При этом информация, полученная от объекта управления, может сохраняться как в памяти компьютера, так и в облачном хранилище.

 

 

 Объектом системы диспетчеризации может являться любой объект, расположенный обособленно, или являющийся функциональной частью производственной или бытовой инфраструктуры. Для создания системы управления с возможностью удалённого мониторинга достаточно в шкаф, содержащий микропроцессорное оборудование, дополнительно установить контроллер WebHMI с USB 3G-модемом. Если на объекте автоматизации есть возможность выхода в Интернет через Wi-Fi или с помощью проводного соединения, то модем не обязателен. Во избежание экранирования сигналов металлическим шкафом модем может быть вынесен за его пределы или подключена выносная антенна.

 

 

Доступ в систему диспетчеризации объекта осуществляется через обычный веб-браузер с любого стационарного или мобильного устройства, никакого специализированного ПО для этого устанавливать не нужно. Для доступа в систему могут использоваться смартфоны, планшеты, компьютеры.

 

 

Модуль WebHMI, установленный на одном локальном объекте, обеспечивает пользователям доступ к информации только этого объекта. Доступ в систему защищен паролями, поэтому пользователь системы одного локального объекта не может несанкционированно зайти в систему другого объекта. Кроме того, WebHMI ведет протокол действий оператора, в котором регистрируются все действия пользователя с указанием его логина и времени каждого события.

Также WebHMI может накапливать в памяти важные данные по каждому объекту, которые можно просматривать в виде графиков за выбранный период времени с возможностью масштабирования, а также с помощью API передавать в другие приложения (Exсel, Word, 1C и т.п.) или передавать на общий сервер для хранения и резервирования.

 

 

Если стоит задача диспетчеризации множества распределенных объектов, то для этого предусмотрено включение множества модулей WebHMI в систему облачной диспетчеризации Level2. Level2 — это облачный сервис, который позволяет объединить в единую систему диспетчеризации любое количество объектов, оснащенных модулями WebHMI. Доступ к системе также осуществляется через обычный веб-браузер, при этом пользователь может видеть карту местности и объекты, подключенные в Level2. Наряду с обозначениями объектов на карту может быть выведена информация об их состоянии (Норма/Проблема/Авария). При необходимости получить полную информацию по интересующему объекту оператор может нажать на указатель и перейти на каждый отдельно взятый объект.

 

 

Кроме задачи объединения группы распределенных объектов в единую систему диспетчеризации Level2 позволяет решить ещё ряд задач:

1. Сбор объединённых данных со всех объектов и их использование для построения отчетов и графиков, анализа расхода ресурсов и энергоаудита.

2. Обмен данными между самими объектами, если в этом есть необходимость для решения технологических задач.

3. Передача на несколько объектов одновременно (или на все сразу) информации, которая может использоваться для вычислений внутри локального объекта.

4. Нотификация об аварийных ситуациях на объектах посредством рассылки смс-сообщений.

5. Пользователь Level2 получает персональный кабинет для управления выбранными услугами, где можно оперативно включить или отключить сервис для экономии средств на счету.

 

Возможности ВНИИАЭН по разработке программных модулей для параметрического 3D-моделирования  

  

 

При разработке конструкторской документации на проект важно учитывать взаимное расположение деталей при составлении сборок или узлов. Разработка 3D-модели позволяет конструктору более точно и в кратчайшие сроки проводить экспертизу проекта. Параметрическое моделирование 3D-модели ускоряет процесс изготовления моделей за счет полуавтоматического построения детали, а также за счет наличия эталонного корректного набора данных (размеров, ассоциативных связей). Параметризация позволяет проверить различные конструктивные схемы и избежать принципиальных ошибок.

Компьютерное моделирование является одним из методов САПР.

Система автоматизированного проектирования — автоматизированная система, предназначенная для автоматизации процесса проектирования, состоящая из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности.

В рамках жизненного цикла промышленных изделий САПР решает задачи автоматизации работ на стадиях проектирования и подготовки производства.

Основная цель создания САПР — повышение эффективности труда инженеров, включая: 

- сокращения трудоёмкости проектирования и планирования;

- сокращения сроков проектирования;

- сокращения себестоимости проектирования и изготовления, уменьшение затрат на эксплуатацию;

- повышения качества и технико-экономического уровня результатов проектирования;

- сокращения затрат на моделирование и испытания. 

Достижение этих целей обеспечивается путём: 

- автоматизации оформления документации;

- информационной поддержки и автоматизации процесса принятия решений;

- использования технологий параллельного проектирования;

- унификации проектных решений и процессов проектирования;

- повторного использования проектных решений, данных и наработок;

- стратегического проектирования;

- замены натурных испытаний и макетирования математическим моделированием;

- повышения качества управления проектированием;

- применения методов вариантного проектирования и оптимизации. 

Параметрическое моделирование (параметризация) — моделирование (проектирование) с использованием параметров элементов модели и соотношений между этими параметрами.
Существуют следующие типы параметризации: 

1.1 Табличная параметризация

Табличная параметризация заключается в создании таблицы параметров типовых деталей. Создание нового экземпляра детали производится путём выбора из таблицы типоразмеров. Возможности табличной параметризации весьма ограничены, поскольку задание произвольных новых значений параметров и геометрических отношений обычно невозможно.

Однако табличная параметризация находит широкое применение во всех параметрических САПР, поскольку позволяет существенно упростить и ускорить создание библиотек стандартных и типовых деталей, а также их применение в процессе конструкторского проектирования.

 1.2 Иерархическая параметризация

Иерархическая параметризация (параметризация на основе истории построений) заключается в том, что в ходе построения модели вся последовательность построения отображается в отдельном окне в виде «древа построения». В нем перечислены все существующие в модели вспомогательные элементы, эскизы и выполненные операции в порядке их создания.

Помимо «древа построения» модели, система запоминает не только порядок её формирования, но и иерархию её элементов (отношения между элементами). Пример: сборки → подсборки → детали.

Параметризация на основе истории построений присутствует во всех САПР, использующих трёхмерное твердотельное параметрическое моделирование. Обычно такой тип параметрического моделирования сочетается с вариационной и/или геометрической параметризацией.

 1.3 Вариационная (размерная) параметризация

Вариационная, или размерная, параметризация основана на построении эскизов (с наложением на объекты эскиза различных параметрических связей) и наложении пользователем ограничений в виде системы уравнений, определяющих зависимости между параметрами.

Процесс создания параметрической модели с использованием вариационной параметризации выглядит так: 

- На первом этапе создаётся эскиз (профиль) для трёхмерной операции. Далее на эскиз накладываются необходимые параметрические связи.

- Затем эскиз «образмеривается», уточняются отдельные размеры профиля. На этом этапе отдельные размеры можно обозначить как переменные (например, параметру, обозначающему длину некой детали, присвоить имя «Length») и задать зависимости других размеров от этих переменных в виде формул (например, «Radius=Length/2»)

- Затем производится трёхмерная операция (например, выдавливание), значение атрибутов операции тоже служит параметром (например, величина выдавливания).

- Взаимное положение компонентов направляющего аппарата (корпуса и каналов) задаётся путём указания сопряжений между ними (перпендикулярность элементов, расположение объектов под углом друг к другу). 

Вариационная параметризация позволяет легко изменять форму эскиза или величину параметров операций, что позволяет удобно модифицировать трёхмерную модель.

 1.4 Геометрическая параметризация

Геометрической параметризацией называется параметрическое моделирование, при котором геометрия каждого параметрического объекта пересчитывается в зависимости от положения родительских объектов, его параметров и переменных.

Параметрическая модель, в случае геометрической параметризации, состоит из элементов построения и элементов изображения. Элементы построения (конструкторские линии) задают параметрические связи. К элементам изображения относятся линии изображения (которыми обводятся конструкторские линии), а также элементы оформления (размеры, надписи, штриховки и т. п.).

Одни элементы построения могут зависеть от других элементов построения. Элементы построения могут содержать и параметры (например, радиус окружности или угол наклона прямой). При изменении одного из элементов модели все зависящие от него элементы перестраиваются в соответствии со своими параметрами и способами их задания.

Процесс создания параметрической модели методом геометрической параметризации выглядит так: 

- На первом этапе конструктор задаёт геометрию профиля конструкторскими линиями и отмечает ключевые точки.

- Далее проставляет размеры между конструкторскими линиями. На этом этапе можно задать зависимость размеров друг от друга.

- Затем обводит конструкторские линии линиями изображения — получается профиль, с которым можно осуществлять различные трёхмерные операции. 

Последующие этапы в целом аналогичны процессу моделирования методом вариационной параметризации.

Геометрическая параметризация позволяет более гибко редактировать модели. Если надо внести незапланированное изменение, то в геометрию модели не обязательно удалять исходные линии построения (это может привести к потере ассоциативных взаимосвязей между элементами модели), — можно провести новую линию построения и перенести на неё линию изображения.

Сотрудники института занимаются разработкой 3D-моделей деталей для насосного оборудования. 3D-модели разрабатываются для последующего использования моделей: 

- формирование чертежа из 3D-модели;

- конструкторской экспертизы проекта;

- в расчётах на прочность;

- в гидравлических расчётах;

- при программировании станков с ЧПУ при фрезеровании готовой детали;

- при программировании станков с ЧПУ для выполнения оснастки;

- для выполнения моделей на 3D-принтере. 

Рисунок 1 – Главное окно программы построения направляющего аппарата

Рисунок 2 – Окно построения эскизов

 Сотрудниками сектора САПР в 2018 году был разработан программный модуль для параметрического построения 3D-модели направляющего аппарата.

В главном окне программы (Рис. 1) указаны этапы построения модели направляющего аппарата (согласно методу геометрической параметризации).

Сначала необходимо последовательно построить эскизы диффузорного и обратного каналов, указав на форме (Рис. 2) необходимые элементы для построения.

В результате работы модуля получим сформированные эскизы для дальнейшего использования в построении (Рис. 3).

Следующим этапом является построение части корпуса направляющего аппарата для создания на его основе обратного канала. На форме (Рис.4) необходимо задать размеры для корпуса. После выполнения программы получим готовую часть корпуса (Рис. 5).


Рисунок 3 – Построенный эскиз каналов
 

Рисунок 4 - Окно выбора размеров для корпуса

Рисунок 5 – Построение корпуса

 

Далее с помощью модуля производится создание тел обратного, диффузорного и переводного канала.

Затем выполняется построение тела направляющего аппарата путем удаления воды из дополнительного тела, создаются вырезы в соответствии с главным сечением чертежа направляющего аппарата. После выполняется построение всех фасок и скруглений, пазов и отверстий направляющего аппарата. Далее следует механическая обработка направляющего аппарата.

В результате получаем готовую 3D- модель направляющего аппарата (Рис.6 и Рис.7).

Рисунок 6 – Готовая модель направляющего апарата (вид 1)


Рисунок 7 – Готовая модель направляющего апарата (вид 2)

 

«ВНИИАЭН» занимается разработкой программного обеспечения для САПР-систем, разработкой решений, повышающих эффективность процесса автоматизированного проектирования. Мы работаем над внедрением новых возможностей для 3D-моделирования путем расширения стандартной функциональности продуктов для систем автоматизированного проектирования.

Были разработаны и успешно эксплуатируются параметрические 3D-модели следующих деталей:

- муфта;

- гайка накидная;

- детали ротора;

- ниппель;

- распределитель;

- фланец;

- штуцер;

- направляющий аппарат. 

Наши сотрудники проведут для вас следующие работы: 

- разработка 3D-модели (в том числе деталей сложной геометрии – лопатки, отливка и т.д. методами поверхностного моделирования);

- параметризация модели детали (в том числе используя программные методы и пользовательские интерфейсы, на языках программирования VBA, C#, C++);

- параметризация модели сборки (в том числе используя программные методы и пользовательские интерфейсы, на языках программирования VBA, C#, C++). 

Наш  коллектив высококвалифицированных специалистов всегда стремится максимально выполнить индивидуальные требования своих заказчиков.