Министерство транспорта Российской Федерации
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Локомотивы»

К ЗАЩИТЕ ДОПУСТИТЬ

Заведующий кафедрой

__________А.К. Пляскин

«____»________2016 г.

РАЗРАБОТКА ВИРТУАЛЬНОЙ ЛАБОРАТОРИИ
ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА

Пояснительная записка к дипломному проекту

ДП 23.05.03.7.153.ПЗ

Студент гр.153 А.В. Исаев

Руководитель

(доцент, к.т.н., доцент) М.А. Попов

Консультант по безопасности

жизнедеятельности

(профессор, д.т.н., профессор) В.Д. Катин

Консультант по экономике

(доцент, к.э.н., доцент) О.Б. Лазарева

Нормоконтроль

(доцент, к.т.н.) Ю.С. Кабалык

Хабаровск – 2016

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 7

1 ПОДГОТОВКА КОМПЬЮТЕРА К РАБОТЕ И УСТАНОВКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ 8

1.1 Программные продукты и их назначение 8

1.2 Настройка программного обеспечения National Instruments 9

1.2.1 Установка NI LabVIEW 2014 10

1.2.2 Установка NI Multisim 2014 13

1.3 Настройка программного обеспечения Debian GNU/Linux 15

1.4 Проблемы в работе программного обеспечения и их решения 20

2 РАБОТА И СТРУКТУРА ВИРТУАЛЬНОЙ ЛАБОРАТОРИИ 22

2.1 Взаимодействие среды моделирования со средой программирования 22

2.2 Описание модели асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором 31

2.3 Описание модели двигателя постоянного тока (ТЭД) 39

2.4 Внедренные решения во время разработки комплекса 46

2.4.1 Задержка подачи управляющего сигнала 46

3 ПОЛУЧЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВИРТУАЛЬНОГО ЛАБОРАТОРНОГО КОМПЛЕКСА 49

3.1 Лабораторный работы комплекса 49

3.2 Построение скоростной характеристики асинхронных электрических машин НВА-55 и НВА-22 51

3.3 Построение механических характеристик асинхронных машин АЭ92-402, НВА-55, НВА-22 56

3.4 Построение графика скорости вращения вала двигателя НБ-418 от времени 61

4 ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ КОМПЛЕКСА В ГЛОБАЛЬНОЙ СЕТИ 65

4.1 Средства отображения информации в сети интернет (PHP, HTML, CSS, JQUERY, SVG) 65

4.2 Проведение контрольного тестирования 68

4.3 Описание платформы сайта - CodeIgniter 75

5 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 77

5.1 Анализ условий труда и выявление вредных и опасных факторов 77

5.2 Мероприятия по обеспечению безопасного процесса обучения студентов в компьютерном классе 80

6 ЭКОНОМИКА 85

6.1 Показатели оценки экономической эффективности технических решений 85

6.2 Расчет показателей 90

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 97

Список использованных источников …………………………….…….98

Уменьшенные копии демонстрационных листов ……………..……..100

ВВЕДЕНИЕ

Современные требования, предъявляемые к реализации основной образовательной программы высшего профессионального образования, направлены на достижение: усвоения образовательной программы, а также повышения уровня квалификации выпускающихся инженеров путей сообщений.

Разработанный лабораторный комплекс предоставляет возможность по изучению характеристик электрических машин, эксплуатируемых на
Дальневосточной Железной Дороге Российской Федерации. Лабораторный комплекс, даст возможность изучить характеристики: механические, электромеханические, электрические. Получение характеристик происходит в результате моделирования работы электрических машин в режиме реального времени. В работе используются такие двигателя как: НВА-55, НВА-22, АЭ92-402, НБ-420В, НБ-418К6, НБ-412Б. Комплекс работ, реализован на базе технологий интернет, и может использоваться, как удаленно, так и локально.

Проект реализован с помощью программных продуктов National Instruments: LabVIEW, Circuit Design Suite Multisim, Control Design and Simulation. В среде графического программирования NI LabVIEW, разработана логика работы комплекса. Математическая модель, реализована при помощи средств, имитирующих работу машин в режиме реального времени, в среде NI Multisim. Кроме этого реализован интерфейс пользователя в среде NI LabVIEW. В результате моделирования в среде NI Multisim, формируется дифференциальное уравнение, анализ которого происходит в среде графического программирования NI LabVIEW. Взаимосвязь среды моделирования и интерфейса пользователя, осуществляется при помощи программного модуля Control Design and Simulation.

1 ПОДГОТОВКА КОМПЬЮТЕРА К РАБОТЕ И УСТАНОВКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

1.1 Программные продукты и их назначение

Компания National Instruments (NI), является лидером в области разработки и производства аппаратно-программных средств автоматизации измерений, диагностики, управления и моделирования в различных производственных областях, на мировом уровне. Данная компания является разработчиком технологий виртуальных приборов. Компания занимается разработкой программного обеспечения, программно-аппаратных продуктов, оборудования для научных и учебных целей.

NI LabVIEW – это среда графического программирования, которую используют технические специалисты, инженеры, преподаватели и ученые по всему миру для быстрого создания комплексных приложений в задачах измерения, тестирования, управления, автоматизации научного эксперимента и образования [4]. В основе LabVIEW лежит концепция графического программирования - последовательное соединение функциональных блоков на блок-диаграмме. Данная программа, имеет следующие преимущества:

• быстрая разработка программного обеспечения;

• интеграция с сопутствующим оборудованием;

• расширенный функционал обработки и анализа сигналов;

• интерфейс пользователя и возможность отображения данных в режиме реального времени;

• широкий диапазон платформ и операционных систем;

• обширная база различных примеров программирования;

• возможность программирования для многоядерных платформ;

• наличие специализированного программного обеспечения, для хранения и подготовки отчетов.

Среда графического программирования NI LabVIEW, обладает большим количеством сопутствующего, дополнительного, программного обеспечения.

NI Multisim – это среда моделирования, которую возможно использовать в области проектирования, прототипирования и тестирования, электрических цепей. Программа обладает обширной базой функциональных возможностей, и, большой элементной базой, с возможностью, ручной, детальной надстройки элементов [8].

1.2 Настройка программного обеспечения National Instruments

Предварительно, перед установкой компонентов программного обеспечения National Instruments, необходимо решить, какие плагины, и дополнительное программное обеспечение необходимо устанавливать сопутствующие. Для наглядности, составим таблицу 1.1, в которой отобразим все необходимые продукты компании NI, для разработки, усовершенствования, модернизации, лабораторного комплекса.

Следует отметить, что существует два пути установки программного обеспечения:

• установка среды графического программирования (NI LabVIEW), совместно с дополнительным ПО, выполняется с одного носителя, после чего, выполнить установку среды моделирования (NI Multisim);

• установка всех, необходимых продуктов компании NI, выполняется при помощи интернет ресурса (http://www.ni.com/).

Таблица 1.1 – Программное обеспечение NI

№	Наименование	Принадлежность	Описание
Вычислительная часть комплекса
1	LabVIEW 2014	Программа	Среда программирования, составляет основную логику комплекса.
2	Multisim 2014	Программа	Среда моделирования, в которой выполняется моделирование электрических машин.

Окончание таблицы 1.1

№	Наименование	Принадлежность	Описание
3	Control Design and Simulation (CDs) 2014	Модуль	Модуль взаимодействия между средой программирования и средой моделирования (LabVIEW - CDs - Multisim).
4	LabVIEW Multisim co-simulation 14.0	Плагин	Плагин, передачи данных между средой программирования и средой моделирования.
ПО обеспечивающие транспорт данных в глобальную сеть
1	LabVIEW Real-Time	Модуль	Подпрограмма управления программой, в режиме реального времени.
2	LabVIEW Run-Time Engine	Модуль	Подпрограмма для выполнения откомпилированного кода программы.

Рисунок 1.2 – Структура устанавливаемых программ

1.2.1 Установка NI LabVIEW 2014

Предварительно, перед установкой ПО National Instruments LabVIEW 2014 необходимо:

• войти в систему с правами администратора;

• отключить антивирусные программы (некоторые антивирусные системы, могут помешать установке ПО).

Произведя запуск инсталлятора (setup.exe), видим стартовое окно инсталлятора, устанавливаемого продукта, рисунок 1.3.

В появившимся окне, выбираем «Install LabVIEW, Modules, and Toolkits». После чего, последующем окне, выбираем форму активации, наличие или отсутствия ключа продукта, на рисунке 1.4 область выбора, выделяется красным.

Рисунок 1.3 – Стартовое окно инсталляции продукта NI LabVIEW

Рисунок 1.4 – Подтверждение наличия лицензионного ключа

Следующим этапом необходимо выбрать дополнительные продукты компании National Instruments. При использовании лицензионного диска, дополнительная закачка с официального сайта, подпрограмм, не потребуется. Производим выбор необходимых продуктов, в новом окне, рисунок 1.5.

Рисунок 1.5 – Выбор дополнительных продуктов программы NI LabVIEW

В следующем окне, выбираем директорию для установки комплекса программ NI LabVIEW, рисунок 1.6. Выбор директории, не влияет на работу комплекса, за исключением одного момента, в иерархии папок, не должно быть русскоязычных названий.