EN

О Центре измерительных технологий и промышленной автоматизации МГУ

«Центр измерительных технологий и промышленных автоматизаций» располагается в Корпусе Нелинейной Оптики и является авторизованным Центром фирмы “National Instruments, SolidWorks & Wonderware”. В течение более 15-и лет работа Центра направлена на обучение наших студентов и сотрудников других организаций, на физико-технические исследования и на собственные прикладные разработки. Ниже кратко об этих сферах деятельности и их результатах.

Обучение.

Для студентов 2-го курса в рамках общего цикла «Компьютерная физика» дается лекционно-практический курс «Использование среды графического программирования LabVIEW для создания систем автоматизации физического эксперимента»

Данное направление охватывает практически все аспекты современных систем автоматизации измерений и управления:

●         программные системы сбора, обработки, анализа и представления данных;

●         мобильные и распределенные измерительные системы;

●         встраиваемые системы (ПЛИС, цифровые сигнальные процессоры, КПК);

●         системы технического зрения;

●         системы мониторинга и управления жесткого реального времени;

●         управление перемещениями;

●         средства связи и коммуникации.

Знание систем автоматизации необходимо в экспериментальной научной деятельности, более 80% экспериментальных установок на кафедре общей физики и волновых процессов автоматизированы с помощью LabVIEW (см. ниже).

Первая часть курса посвящена основам программирования в среде National Instruments LabVIEW и работе с оборудованием: платами ввода-вывода сигналов (создание генераторов сигналов, осциллографов, частотомеров, управление цифровыми линиями), интерфейсными шинами Ethernet, RS-232, GPIB (получение данных и управление внешними приборами, организация взаимодействия измерительных систем по компьютерной сети).

Во второй части курса (по желанию) студент может выбрать область для углубленного изучения: программирование систем реального времени и ПЛИС, программирование систем технического зрения, программирование систем управления перемещениями, программирование КПК, программирование цифровых сигнальных процессоров и т.п.

Кроме того, во второй части курса очень успешные студенты могут поучаствовать в реальных разработках по следующим направлениям инжиниринга:

●         высокоуровневая автоматизация научного эксперимента

○          разработка отечественных приборов на основе ПЗС-матриц камер для регистрации спектрального состава импульсного и непрерывного излучения диодов, лазеров, ртутных и прочих ламп – лямбда-метра, спектрометра, спектроскопа и спектрофлуориметра

●         техническое (машинное) зрение

○          разработка систем слежения за зрачком человека – регистрация микродвижений

○          расширение технологии с добавлением фронтальной камеры для создания интерфейса человек-компьютер (управление взглядом в системе «умный дом»)

●         робототехника (интерфейсы человек-машина, человек-компьютер, человек-человек)

○          изучение и развитие когнитивных технологий управления роботизированными механизмами

○          управление тяжелыми колесными роботизированными механизмами

○          разработка основных принципов управления автономным беспилотным летательным аппаратом (разработка тяжелого «умного» квадрокоптера)

○          моделирование процессов на производстве (роботизированные поточные линии, роботизированный склад)

○          моделированик фрезерного станка с числовым программным управлением (ЧПУ)

●         технологий управления роботизированными техническими объектами с использованием антропоморфных принципов организации их поведения (перемещения) в виртуальной и реальной среде

○          многоканальный съем биологических сигналов кожно-гальванической реакции (ЭКГ), мускульных сокращений (ЭМГ) и построение трёхмерных паттернов этих сигналов.

○          разработка системы управления кистью руки на базе высокоточных сервоприводов с обратной связью по току, с помощью которых можно контролировать процесс сжатия и расслабления кисти «умной» руки.

○          разработка бионического протеза «умной» руки

○          создание алгоритмов программной фильтрации и обработки сигналов ЭМГ для распознавания простейших двигательных актов и жестов.

Помимо обучения студентов Центр проводит подготовку слушателей для сдачи экзамена National Instruments на международный сертификат Certified LabVIEW Associate Developer (специалисты востребованы в отраслях промышленности: аэрокосмической, пищевой, автомобилестроении, металлургии, телекоммуникации, транспорт и др.). В настоящее время 10 слушателей наших курсов (30% всех сертифицированных специалистов LabVIEW в России) успешно сдали экзамен и стали сертифицированными специалистами технологий National Instruments. Половина сертифицированных специалистов являются студентами кафедры общей физики и волновых процессов.

Материальная поддержка студентов: участие в коммерческих разработках, создание и проведение учебных курсов (см. http://www.automationlabs.ru)

В центр приезжают учиться специалисты со всей страны.

В рамках дополнительного образования и программ повышения квалификации Центр проводит обучение современным технологиям сбора, обработки данных и автоматизации измерений и управления. В настоящее время открыт набор слушателей на курсы по темам:

●         Основы создания систем сбора данных;

●         Программирование в среде LabVIEW: вводный курс;

●         Сбор данных в LabVIEW с использованием оборудования National Instruments;

●         Коммуникационные и дополнительные возможности LabVIEW;

●         Системы технического машинного зрения;

●         Графическое программирование логических интегральных схем (FPGA);

●         Графическое программирование цифровых сигнальных процессоров Texas Instruments;

●         Модульные приборы на базе промышленной платформы NI PXI;

●         Введение в прототипирование и макетирование с использованием NI ELVIS II;

●         Создание систем сбора и обработки данных на мобильных устройствах;

●         Основы разработки приложений в Wonderware InTouch 10 HMI: вводный курс;

●         Программирование систем жесткого реального времени (PXI, cRIO);

●         Основы твердотельного моделирования в SolidWorks;

●         Дополнительные возможности Solidworks. Введение в инженерный анализ.

Центр оснащен контрольно-измерительным оборудованием и лицензионным программным обеспечением NI LabVIEW, SolidWorks и Wonderware. 13 рабочих мест в практикуме оснащены системами ввода-вывода сигналов на базе плат National Instruments, технического зрения, комплектами оборудования для работы с приборами интерфейсов GPIB и RS-232, системами сбора данных реального времени на базе cRIO и PXI, платами с цифровыми сигнальными процессорами Texas Instruments, Analog Devices, микропроцессорами ARM7, Cortex-M3. Обучение студентов и сторонних слушателей современным технологиям проводится преподавателями, сертифицированными компаниями National Instruments, SolidWorks и Wonderware. Центр также осуществляет подготовку слушателей для сдачи экзамена на международный сертификат Certified LabVIEW Associate Developer. Иногородним МГУ предоставляет общежитие.

По завершению обучения выдается сертификат МГУ.

За последние 5 лет в Центре прошли обучение свыше 100 специалистов из 20 организаций: ЗАО «Ситроникс Телеком Солюшнс», ОАО «Чепецкий механический завод», ОАО «Архангельский ЦБК», ОАО «Челябинский трубопрокатный завод», МГУ, РУДН, Бауманский ГТУ, ИОФАН, ВНИИЭМ и т.д.

2. Физико-технические исследования.

●         О направленности этих исследований и их результатах говорит перечень устройств в разделе «Высокоуровневая автоматизация научного эксперимента» для тематики кафедры ОФ и ВП.

3. Собственные прикладные разработки.

Центр ведет разработки и создания систем сбора, обработки данных и автоматизации измерений. Основные направления деятельности:

●         Создание многоканальных систем ввода и вывода сигналов на базе персональных компьютеров с широкими возможностями сохранения и обработки результатов измерений, а также организации к ним дистанционного доступа.

●         Создание систем реального времени для распределенного сбора данных с использованием программируемых контроллеров автоматизации реального времени National Instruments cRIO и платформы PXI.

●         Создание систем технического зрения на базе аналоговых и цифровых (Firewire, USB) камер, реализация сложных алгоритмов цифровой обработки изображений (анализ морфологии объектов, бесконтактное измерение размеров, распознавание объектов, поиск дефектов, и др.).

●         Создание портативных систем сбора данных и управления с возможностью передачи результатов измерений по проводной (RS-232, USB) и беспроводной связи (ИК, Bluetooth, Wi-Fi).

●         Создание автономных систем обработки данных с помощью цифровых сигнальных процессоров и микроконтроллеров ARM.

Разработанные в Центре системы установлены и используются в: ЗАО «УралАлмаз», ООО «Лаборатория инновационных технологий», Институт океанологии РАН, Zimag Tech Ltd (Израиль), ООО «Доцент», в/ч 35533, г. Железнодорожный, Московская область, ЗАО «Вагонмаш», НИИ спектроскопии РАН, ОАО «Позит» Правдинский опытный завод источников тока, НИИ общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, НИИ физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН, Лазерный центр Братиславы (Словакия), ЗАО «Дидактические Системы», ЗАО МНПО «Спектр», НИИ спектроскопии РАН, НИИ Физико-химической биологии им. А. Н. Белозерского МГУ, Агенство психо- технологий «Конкордия», НИИ теоретической и прикладной электродинамики РАН, Московский автомобильно-дорожный институт и многих других.

Примеры разработок Центра:

Мобильный программно-аппаратный комплекс для измерения вибраций и тормозных импульсов на спортивных санях

Федерация санного спорта России специализируется в подготовке спортсменов к спортивным соревнованиям на международном уровне по санного спорту. Задача заключалась в создании бортового измерительного комплекса, который крепился на спортивных санях, для проведения исследований по измерению вибраций и тормозных импульсов, возникающих при движении саней по реальной трассе. Это необходимо, чтобы выявить ошибки спортсмена на трассе, приводящие к снижению скорости движения. Получение и логгирование данных происходило с помощью контроллера реального времени cRIO-9025. После каждого спуска, который в среднем составлял 2 минуты, записанные на флеш-память данные загружадись на компьютер и анализировались с помощью специально разработанного софта. Ниже приведены скриншоты программного обеспечения, разработанного для анализа данных.

 

Разработанная Центром система позволила показать самые высокие результаты наших спортсменам на олимпиаде Сочи-2014.

Распределенная система мониторинга экологических параметров:

Задача заключалась в создании распределенной экологичекой ситуации с системой отображения в реальном времени на ТЭЦ МЭИ (вредных выбросов и стандартных метеопараметров). План развёрнутой системы следующий. Есть контролирующий центр (сервер), на котором происходит архивирование поступающих данных с каждой из четырёх контрольных точек. Передача данных между контролирующим центром и контрольной точкой осуществляется по радиоканалу. На каждой контрольной точке развёрнута система на базе промышленного контроллера реального времени cRIO-9025, которая и осуществляет бесперебойный опрос газоанализаторов и метеодатчиков. Фотография работающей системы приведена ниже.

Распределенный комплекс осуществляет:

●         Организацию экологического мониторинга

●         Создание динамической экологической карты местности

●         Отображение информационных потоков на карте местности (региона)

●         Отображение и построение экологического профиля местности, с учетом всех факторов экосистемы.

●         Возможность просмотра и анализа измеряемых параметров в сети Интернет в реальном времени.

●         Информирование природоохранных и промышленных организаций о текущем состоянии окружающей среды

●         Расчет предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ.

Ниже приведены скриншоты автоматизированных отчетов по четырем точкам наблюдений.

 

руководитель Центра Ф. В. Потёмкин

Назад