Автоматизация экспериментально-исследовательских работ, НИИЭФА им. Ефремова

Компания "Ниеншанц-Автоматика" оказала техническую помощь сотрудникам Санкт-Петербургского государственного морского технического университета и центра Лазерной техники и технологии НИИЭФА им. Ефремова, предоставив средства автоматизации для проводимых исследований.

При разработке технологии высокопроизводительной синхронной лазерной наплавки процесс отрабатывается на установке "Славянка" мощностью до 15 кВт. Подобные работы требуют выполнение большого объёма экспериментальных исследований. Необходимо определять влияние параметров процесса лазерной наплавки на геометрические характеристики наплавленных валиков, прочность связи наплавленного сплава с металлом основы, температурно-временные зависимости протекания процесса, характеризующие энергетическую сторону процесса наплавки или, другими словами, его эффективность.

Как правило, температурно-временные зависимости процесса получают путем измерения температуры в нескольких точках образца, на поверхность которого производится наплавка. При этом традиционно используются многоточечные регистрирующие приборы с записью на бумажном носителе. Дальнейшая обработка результатов измерений производится экспериментатором путем переноса данных с бумажного носителя в таблицы протоколов измерений либо непосредственно в персональный компьютер. Как видно, такой процесс измерений достаточно трудоёмок и не исключает возможности появления ошибок, возникающих во время ручной обработки измерений.

Для автоматизации процесса получения данных при проведении экспериментальных работ было принято решение создать систему на базе персонального компьютера, с использованием модуля сопряжения территориально-распределенных датчиков I-7018 и I-7050- изолированного модуля конвертера канала связи RS-232/RS-485.

Модуль I-7018 - это малогабаритное многофункциональное интеллектуальным устройством связи с объектом, специально разработано для применения в промышленных условиях эксплуатации. Встроенный микропроцессор обеспечивает независимое от управляющего компьютера выполнение функций гальванически изолированного ввода аналоговых сигналов (в данном случае сигналов 8-ми термопар) с последующей нормализацией, фильтрацией, преобразованием в форму, пригодную для передачи по последовательному каналу связи.

Модуль I-7050 - модуль преобразования сигналов интерфейса RS-232 в RS-485, стандарт которого позволяет за счет использования симметричной линии связи и дифференциальной схемы включения приемопередатчиков преодолеть ограничения, характерные для интерфейса RS-232, а именно: скорость передачи данных, протяженность линии связи и возможность создания многоточечных систем передачи информации.

Прочное и компактное конструктивное исполнение модулей обеспечивает простоту и удобство их монтажа. Для присоединения измерительных термопар и внешних цепей к модулю предусмотрены извлекаемые клеммные соединители с винтовой фиксацией проводников, что обеспечивает быструю смену измеряемых образцов в процессе эксперимента.

Электрическое питание модулей осуществляется нестабилизированным напряжением от 10 до 30 В. Кроме того, в модулях реализованы средства защиты от "переполюсовки" напряжения питания. Для обмена данными в системе на базе рассматриваемых модулей используется одна витая пара, что упрощает монтажные работы.

Протокол обмена с модулями такого типа представляет собой набор символьных строк в формате ASCII. Опрос модулей прикладными программами состоит из простых операций записи и чтения символьных строк из последовательного порта, что легко реализуется на любом языке программирования, подобном Си, Паскаль и Бейсик. Для управления и настройки модуля используется стандартный набор команд, позволяющий экспериментатору непосредственно с компьютера осуществлять установку типа термопар, проводить их калибровку и калибровку смещения нуля, скорости обмена, формата данных и наличия проверки контрольной суммы (для исключения потери данных измерений) и т. д.

С помощью небольшой программы, написанной на языке программирования Basic, устанавливается связь с модулем 1-7018, который подключен к последовательному порту СОМ1 компьютера через преобразователь 1-7520, и в программном пакете Excel 97 осуществляется запись данных измерения температуры последовательно от 8-ми термопар в соответствующую таблицу. По окончании процесса измерения полученный массив данных преобразуется в графическое изображение зависимости измеряемой температуры образца от времени. Запуск программы измерения и записи данных производится экспериментатором нажатием кнопки "Пуск", отображаемой на экране монитора.

График изменения температуры образца при лазерной наплавке.
Измерение выполнено с помощью модуля I-7018 с 5-ю термопарами.

Созданная система позволила выполнить значительный объём экспериментальных исследований в короткий промежуток времени. Кроме того, формат получаемых данных измерения температуры позволяет осуществлять дальнейшую обработку данных непосредственно на компьютере.

К.Т.Н. Семенов Сергей Андреевич
НИИЭФА им. Ефремова