Моделирование систем автоматизации технологических процессов в виртуальной среде CIROS Mechatronics

Рисунок 4 - Электропневматическая схема в режиме моделирования

Из рисунка 4 видно, что линия, соединяющая электромагнит YA1 и шину питания 0В, выделена красной толстой линией, это свидетельствует о том, что через электромагнит будет протекать ток. В результате пневмораспределитель переключится и сжатый воздух из компрессора будет поступать через открытый обратный клапан в поршневую область, что приведет к выдвижению штока пневматического цилиндра. При этом видно, что линия, соединяющая компрессор, пневматический распределитель и поршневую область пневмоцилиндра, показана в виде толстой синей линии, это говорит о том, что данная линия находится под давлением. Воздух из штоковой области будет выходить через регулируемый дроссель в атмосферу. Когда шток пневмоцилиндра выдвинется на расстояние 95 мм, то сработает датчик положения BQ2, что приведет к замыканию контакта концевого выключателя. В результате через электромагнит не будет протекать электрический ток, что приведет к переключению распределителя. При этом шток начнет втягиваться, так как сжатый воздух из компрессора будет поступать через открытый обратный клапан в штоко-вую область пневмоцилиндра, а воздух из поршневой области будет выходить через регулируемый дроссель в атмосферу.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Можно сделать вывод, что программный пакет FluidSIM является простым, но в то же время достаточно функциональным средством для проектирования и моделирования электропневматических схем. Поэтому данный программный продукт эффективно используется специалистами, занимающимися разработкой сложных мехатронных систем. Программный пакет FluidSIM используется кафедрой автоматизации производственных процессов в цикле лабораторных работ по дисциплине «Технические средства автоматизации» при подготовке бакалавров по направлению 220700. Студенты, работая в данном программном

пакете, получают практические навыки в проектировании электропневматических систем. Это позволяет повысить уровень подготовки будущих специалистов в области промышленной автоматизации.

Список литературы

1 URL: http://www.festo-didactic.com.

УДК 621.311.001.57 Д.Ю. Туйков

Курганский государственный университет

МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ВИРТУАЛЬНОЙ СРЕДЕ CIROS MECHATRONICS

Аннотация. В данной статье рассмотрены вопросы применения программного пакета CIROS Mechatronics в учебных целях.

Ключевые слова: моделирование, автоматизация.

D. Yu. Tuykov Kurgan State University

SIMULATION OF TECHNOLOGICAL PROCESS AUTOMATION SYSTEMS IN A VIRTUAL ENVIRONMENT

Abstract. The article examines the issues of CIROS Mechatronics software package application with training purposes.

Keywords: modeling, automation.

ВВЕДЕНИЕ

Ускорение научно-технического прогресса и интенсификация производства невозможны без применения средств автоматизации. Широкое применение систем автоматизации привело, с одной стороны, к существенному сокращению количества работников, занятых в производстве, а с другой стороны, повысила роль персонала, занятого проектированием и сопровождением систем автоматизации, так как ввиду высокой производительности автоматизированных систем даже небольшой по времени простой системы приводит к значительным экономическим потерям.

Названные обстоятельства способствовали возникновению целого комплекса проблем по проектированию, диагностированию и техническому обслуживанию систем автоматизации технологических процессов. Одно из направлений решения данных вопросов основано на применении компьютерных технологий, позволяющих создавать реалистичные трёхмерные модели самых сложных систем автоматизации. Исследование динамики системы в виртуальной среде обеспечивает принятие корректных решений на этапах проектирования и ввода в эксплуатацию системы без риска повреждения сложных мехатронных узлов и создания нештатных ситуаций с позиций техники безопасности для персонала.

Программный пакет CIROS Mechatronics представляет собой виртуальную учебную среду для специалистов в сфере промышленной автоматизации. Особое внимание в названном программном пакете уделяется автоматизированным системам управления, реализованным на базе программируемых контроллеров серии SIMATIC S7-300 компании Siemens.

1 Назначение программного пакета CIROS Mechatronics

CIROS Mechatronics является инструментом, с помощью которого можно проводить отладку программы контроллера, находить ошибки в ее работе, выявлять столкновения исполнительных элементов. Существует возможность моделирования любых ситуаций отказа оборудования. В состав программы входят специальные функции, которые особенно полезны при анализе сигналов управления и информационных сигналов датчиков.

Виртуальное моделирование технологических процессов в CIROS Mechatronics позволяет проводить отладку и настройку программы управления контроллера без участия реального, физического оборудования. Данная возможность позволяет избежать поломки и выхода из строя физического оборудования на этапе отладки программы и пуско-наладочных работ. Отлаженная в CIROS Mechatronics программа управления контроллера без каких-либо изменений может быть записана в память контроллера реального оборудования. Существует возможность моделирования любых ситуаций отказа оборудования. В состав программы входят специальные функции, которые особенно полезны при анализе сигналов управления и информационных сигналов датчиков. 62

2 Функциональные возможности

Основные достоинства CIROS Mechatronics:

1 Обширная библиотека содержит 3D-модели процессов всех станций MPS, различных ленточных конвейеров и одного многоярусного стеллажа.

2 К управлению моделями можно приступать незамедлительно, используя интегрированный виртуальный ПЛК^7 и прикладную среду программирования STEP 7.

3 Ручной режим позволяет выполнять шаговые перемещения и объединять их в последовательность операций, не прибегая к программированию [1]. Окно ручного управления представлено на рисунке 1.

Index Proc ;s5 Activity Index j Proct ss State

<k 1 1M1 Ejecting cylinder Push out workpis :ce « B4 £ ensor Magazii e empty

Ik 2 2M1 Switch on vacuum * i 1b1 »ensor Ejectin 1 cylinder retracted

ш 3 Ж 2 Blow off impulse on * ; ! IB 2 îensor Ejectin 1 cylinder extended

«s 4 3m1 Swivel drive to magazine • 1 1m1 Valve-LED Eje ting cylinder Push ol

* 5 3M2 Swivel drive to succeeding statior lift 5 2B1 Sensor Workpiece picked up

« 6 14 Communication <№ 6 2M1 Valve-LED Switch on vacuum

<S 7 15 Communication •i 7 2M2 Valve-LED Blow off impulse on —

» в 16 Communication ft 8 3B1 Switch Swivel drive at position mage

* 9 17 Communication & 9 3B2 Switch Swivel drive at position sue«

« 10 Remove workpiece firom magazine star ige ^ 10 3M1 Valve-LED Swivel drive to magazine

m u Succeeding station ready 11 3M2 Valve-LED Swivel drive to succeedir

12 IP FI Sensor Succeedina station readv .ZJ <1 1 >1

<J_ 1 и

1 - список сигналов управления; 2 - список сигналов состояния; 3, 4 - интерактивный световой индикатор состояния сигнала; 5, 6 - индекс сигнала; 7, 8 - обозначение сигнала

Рисунок 1 - Окно ручного управления станцией

4 Высокоэффективная функция симуляции с разнообразными сценариями, включая неправильную юстировку датчиков. Создание ошибок защищено паролем. Предусмотрены функции протоколирования поиска и устранения ошибок, а также анализа результата данных работ. Это позволяет создавать эффективные тренинги по вводу систем в эксплуатацию и поиску неисправностей в виртуальной среде.

5 3D-моделирование в реальном времени [1].

3 Пример использования

При подготовке бакалавров по направлению 220700 в цикле лабораторных работ по дисциплине «АТПП» используется программный пакет CIROS Mechatronics. В рамках программы «Инженерные кадры Зауралья» кафедрой автоматизации производственных процессов была внедрена в учебный процесс автоматизированная производственная система MPS210 фирмы FESTO, одним из модулей которой является станция распределения с программируемым логическим контроллером (ПЛК) SIMATIC 313C-2DP. Данная станция обеспечивает перемещение различных корпусов пневматических цилиндров (деталей) из зоны загрузки оператором к зоне выгрузки следующей станции.

Для станции требуется написать программу управления на языке лестничных диаграмм (LD). После чего требуется дальнейшая ее отладка на реальном оборудовании, в нашем случае это станция распределения.

Отладка программы усложнена тем, что при за-

ВЕСТНИК КГУ, 2015. №1

пуске ее на реальном оборудовании может возникнуть аварийная ситуация и оборудование может быть повреждено. На реальном оборудовании должен производиться запуск заведомо корректных программ.

Используя программный продукт CIROS Mechatronics, промоделируем загрузку программы в контроллер и дальнейшую ее отладку. Пример аварийной ситуации показан на рисунке 2. При загрузке программы управления станцией распределения в виртуальный контроллер и при последующем запуске возникла ситуация, в которой столкнулись две детали. Данная ситуация вызвана некорректным написанием алгоритма управления станции распределения. Толкатель выталкивающего цилиндра дважды выдвинул деталь в зону загрузки перекладчика. Для исключения данной ситуации необходимо выполнить поиск ошибки в программе управления и выполнить корректировку текста программы.

КЯЦЯГИ.ВНШЛ lull.I.'I 'J и.."JFi —.'DI

^ íj .. & & & Q 41 * UP iP У-а

1 - перекладчик; 2 - зона загрузки; 3,4 - детали; 5 - модуль накопителя

Рисунок 2 - Аварийная ситуация

Если же в процессе моделирования не возникло аварийных ситуаций, то программа считается корректной и готова для отладки уже на реальном оборудовании.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Использование программного продукта CIROS Mechatronics существенно сокращает время разработки программ управления для автоматизированных систем управления технологическими процессами. Становится возможным практически исключить ошибки в программировании средств управления, уменьшить вероятность выхода из строя исполнительных устройств автоматизированного оборудования.

Основным результатом, полученным при выполнении данной работы, является адаптация рассмотренного программного продукта целям и задачам учебного процесса. Это позволит повысить уровень подготовки специалистов в сфере промышленной автоматизации.

Список литературы

1 URL: http://www.festo-didactic.com/

УДК 681.587 К.М. Боботков

Курганский государственный университет

ПРИМЕНЕНИЕ ПРОГРАММЫ ANSYS ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРИ УСТАНОВКЕ «ФИЛЬТРА» В ТРУБОПРОВОД

Аннотация. В данной статье рассматривается вопрос моделирования поведения среды в трубопроводах с помощью программы инженерного анализа ANSYS.

Ключевые слова: компьютерное моделирование, трехмерная модель.

K.M. Bobotkov Kurgan State University

APPLICATION OF ANSYS SOFTWARE FOR DETECTING CHANGES OF HYDRODYNAMIC PARAMETERS AFTER INSTALLING THE «FILTER» IN THE PIPELINE

Abstract. The article addresses the issue of modeling the behavior of the medium in pipelines using ANSYS engineering analysis program.

Keywords: ^mputer modeling, three-dimensional model.

На этапе становления машиностроительной отрасли огромное значение имеет компьютерное моделирование и диагностика. В настоящее время в арсенале инженера-исследователя появилось большое количество программных пакетов, позволяющих решить ряд практических задач, таких как 3D-моделирование, расчеты гидродинамики, тепло- и массообмена, расчеты прочности изделия и т.д. Программой, реализующей в себе большинство разделов физики, является программа инженерного анализа ANSYS.

Для выявления некоторых возможностей программы ANSYS мы провели экспериментальную работу на трехмерной модели участка трубопровода. Суть опыта: мы ставили на участок трубопровод «фильтр», работа которого заключается в снижении напряжения на стенки трубопровода. Так же при установке «фильтра» снижается общая скорость потока по трубопроводу, что положительно влияет на стенки трубы, предохраняя ее от микротрещин, которые впоследствии могут привести к прорыву участка трубы (рисунок 1).

ANSYS - универсальная программная система конечно-элементного анализа, направленная на реше-