ЦП Автоматизированные системы управления и промышленная безопасность

А.В. Пилипенко

Постановка задачи

В лабораторных исследованиях материалов, стандартизации деталей и загото-вок широко используются технические измерения с применением механических и электронных приборов с различной степенью точности. Электронные измерительные приборы достаточно дорогие, их целесообразно использовать при массовом произ-водстве деталей. Механические приборы просты в применении, но не обладают вы-сокой точностью, вместе с тем процесс их использования является достаточно тру-доемким. Предлагаемая автоматизированная система позволяет устранить эти не-достатки.

Описание решения

В работе используется модуль NI Vision Assistant, позволяющий осуществлять фильтрацию, захват, обработку , анализ и редактирование изображений, получаемых с различных видеокамер, настройками работы которых может управлять этот же мо-дуль.
На структурной схеме (рисунок 1) отображен принцип работы системы, где от оператора О поступает входящий сигнал Х на ЭВМ, после обработки команды из ЭВМ поступает сигнал на цифровую камеру ЦК, которая фиксирует информацию об объек-те измерения и отправляет полученную информацию на ЭВМ, после обработки ЭВМ выдает запрашиваемую информацию оператору. Обработка снимков проводится по методу сравнения с эталоном.

Рисунок 1 – Структурная схема автоматизированной системы

А.В. Пилипенко

С помощью современных технологий можно превратить обычный персональный компьютер в мощную информационно-измерительную систему с метрологическими характеристиками мирового уровня. Это позволяет заменить десятки дорогостоящих приборов одной такой системой. Потратив 30 тысяч рублей можно получить компьютерный эквивалент приборного оборудования, стоимость которого составляет несколько миллионов рублей. Эта замена открывает нам новые возможности, т.к. за счет новых технологий появляется возможность изучить физические явления, скрытые от непосредственного наблюдения, и автоматизировать эксперимент.
В качестве примера, рассмотрим работу по изучению зависимости полезной мощности, полной мощности и КПД от отношения сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления. 

Рис. 1 Лицевая панель лабораторной работы

На электрической схеме лабораторной установки, работающей в режиме анимации (рис. 1), источники с различными ЭДС и внутренними сопротивления-ми могут быть поочередно подключены к внешней нагрузке. Ток I и напряжение на резисторе Rе определяются по показаниям вольтметров 1и 2. Режим разомкнутой цепи осуществляют отключением нагрузки ключом К.

Повышение качества подготовки студентов по фундаментальным дисциплинам на младших курсах возможно за счет организации учебного процесса с использованием интеграционных моделей, которые реализуют межпредметные связи при обучении математике, физике, информатике, теоретической механике и другим дисциплинам. Одним из инструментов, реализующим интеграционную модель межпредметных связей, на наш взгляд, являются информационные технологии.
Изучение квантовой физики сопровождается лекциями, практическими занятиями, лабораторным практикумом. Этот раздел общей физики не изучается в школе и является новым для студентов младших курсов. Более того, явления квантовой физики достаточно сложные, лабораторный практикум, в виду ограниченности часов, не может в полном объеме рассмотреть их и оказать методическую помощь в их понимании. Вместе с тем, по другим дисциплинам, например, информатике, имеется курсовое проектирование, которое, на наш взгляд, целесообразно было бы направить на разработку имитационных моделей, сайтостроение по трудно усвояемым разделам дисциплин естественно-научного или общепрофессионального блока, по физике, в частности. Информационные технологии более привлекательны студентам, вызывают активность и дают возможность не просто усвоить материал за счет поиска информации, набора текста, редактирования программ, но реализовать интеграционных моделей, междисциплинарные связи. 
На базе курсового проектирования по «Информатике» и лабораторных работ по «Физике» при активном участии студентов разработан мультимедийный учебно – методический сайт «Квантовая физика». Сайт включает следующий учебный материал:
1.Квантовая природа излучения: тепловое излучение, фотоэффект, тормозное рентгеновское излучение, эффект Комптона, кванты света, диалектическое единство корпускулярных и волновых свойств излучения.
2.Элементы квантовой механики: гипотеза Луи де Бройля, свойства волн де-Бройля, уравнение плоской волны де Бройля, необычайные свойства микрочастиц, соотношение неопределенностей Гейзенберга, границы применимости классической механики, волновая функция ее статистический смысл, уравнение Шредингера. 
.3.Изучение статистических характеристик квантово - механических закономерностей: узкий электронный пучок, дифракция электронов.
4. Решение уравнения Шредингера 
Сайт включает многочисленные дополнительные и иллюстративные материалы, которые помогают студентам понимать сложные явления квантовой физики.
При организации сайта использовались различные программные средства.
Для создания анимации использовалась программа Macromedia FlashMX.

Рис.1 Фотоэффект

А.В. Пилипенко, А.А. Федотов,  Ю.Ю. Степашина

1. Постановка задачи
Листовой материал, подвергаемый штамповке, как правило, обладает анизотропией механических свойств, обусловленной маркой материала, технологическими режимами его получения, которая может оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на устойчивое протекание технологических процессов.
При анализе технологических процессов обработки металлов давлением часто анизотропию в плоскости листа оценивают средним значением R, вычисленным по формуле (1):
(1)
Где - коэффициент анизотропии, который представляет собой отношение логарифмических деформаций по ширине и толщине образца, вырезанного под углом ? = 0, 45 и 90 градусов соответственно к направлению прокатки при испытании его на растяжение.
Ряд процессов обработки металлов давлением, таких как вытяжка, обжим, раздача и другие, протекают в условиях плоского напряженного состояния листовой заготовки. Теоретические исследования напряженного и деформированного состояний заготовки, силовых режимов этих процессов выполняются на основе уравнений плоского напряженного состояния. 
Так, например, для плоского напряженного состояния трансверсально-изотропного тела условие текучести в главных напряжениях имеет вид:
(2)
(3)

(4)
Где ?? - параметр Лодэ-Надаи, характеризующий вид напряженного состояния.
Требовалось создать программу, производящую расчет значения главных напряжений ?1 и ?3 и построить зависимости ?1 и ?3 от вида напряженного состояния, характеризующегося параметром Лодэ-Надаи, и коэффициента анизотропии заготовки.

Авторы: Демина Ю.А., Демина Е.Г., Демин А.В.

В настоящее время важнейшую роль в проведении качественного контроля приборов играют условия контроля. Исследования, отраженные в данной статье, направлены на решение проблемы ускорения и повышения качества контроля манометрических приборов, таких как датчики-реле температуры (терморегуляторы с чувствительным элементом и сильфоном). Решение этой проблемы связано с проведением комплексных теоретических и экспериментальных исследований процессов теплообмена в специальной барокамере с целью достижения необходимой температуры её воздушной среды, влияющей непосредственно на скорость и качество контроля, погружаемых в барокамеру контролируемых приборов.

На основе ранее проведенных исследований, результаты которых отражены в рецензируемых журналах, был предложен подход, основанный на том, что заданные температурные режимы в барокамере устанавливаются с помощью термоэлектрических модулей, выделяющих или поглощающих тепловую энергию на одной из их сторон (пластин) в зависимости от величины и направления протекающего через них электрического тока.

Контроль качества прибора осуществляется следующим образом: чувствительный элемент контролируемого прибора погружают в жидкостной термостат, в котором поддерживают постоянную температуру, а на сильфон прибора воздействуют давлением в соответствии со значениями контрольных точек.

При этом температура сильфона контролируемого прибора должна соответствовать нормальным условиям контроля и быть выше температуры жидкостного термостата. В противном случае под воздействием избыточного давления в барокамере может произойти недопустимая деформация сильфона, которая может вызвать изменение механических характеристик контролируемого прибора. (Вайнштейн, В.Д. Низкотемпературные холодильные установки / [Текст] Вайнштейн В.Д., Канторович В.И. - М.: "Изд-во Пищевая промышленность", 1972. - .342 с, стр. 199). Поэтому необходимо в барокамере поддерживать постоянную температуру в пределах нормы.

Но при быстром подъеме и сбросе давления происходят недопустимые скачки температуры воздуха в барокамере. Отсюда следует, что быстроты и качества контроля приборов невозможно достичь без стабилизации температурных режимов в барокамере. Поэтому предложен подход, основанный на том, что заданные температурные режимы в барокамере (воздушном термостате) и в жидкостном термостате устанавливаются с помощью термоэлектрических модулей, выделяющих или поглощающих тепловую энергию на одной из их сторон (пластин) в зависимости от величины и направления протекающего через них электрического тока.

Модуль воздушного термостата представлен на рисунке 1, где 1 – крышка камеры; 2 – термоэлектрический элемент (модуль Пельтье); 3 – радиатор; 4 – двигатель циркуляционного насоса; модуль жидкостного термостата: 5 – кожух теплообменника; 6 – радиатор теплообменника; 7 - термоэлектрический элемент; 8 – радиатор; 9 – теплоизоляция.




Рисунок 1 – Схема барокамеры с использование термоэлектронных модулей