ЛАБОРАТОРІЯ «ПРОМИСЛОВОЇ АВТОМАТИЗАЦІЇ ТА МЕХАТРОНІКИ ІМ. С. В. ДЕНИСОВА» НА КАФЕДРІ КОМП’ЮТЕРНО-ІНТЕГРОВАНИХ ТЕХНОЛОГІЙ, АВТОМАТИЗАЦІЇ ТА РОБОТОТЕХНІКИ
Ласкаво просимо до лабораторії «Промислова автоматизація та мехатроніка ім. С. В. Денисова» на кафедрі комп’ютерно-інтегрованих технологій, автоматизації та робототехніки Харківського національного університету радіоелектроніки! Ця лабораторія є базовою для наукових досліджень і розробок у сфері промислової автоматизації та мехатроніки для здобувачів освіти освітньої програми Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології спеціальності 174 «Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології».
На кафедрі КІТАР у лабораторії «Промислова автоматизація та мехатроніка ім. С. В. Денисова» у навчальний процес впроваджено декілька спеціалізованих навчальних стендів, у яких промислові програмовані логічні контролери та засоби автоматизації поєднані з навчальними макетами. Це і стенд фірми ОВЕН «Автоматизація управління вентиляцією на виробничому підприємстві», навчально-методичні лабораторні комплекси від компанії «CAMOZZI Automation» – «Пневматика», «Пневмоприводи та мехатроніка».
Також у лабораторії викладачами та студентами власноруч створюються комплекти навчального обладнання та виконавчих пристроїв для проведення лабораторних робіт. За допомогою таких комплектів поступово створюється діюча модель автоматизованої ділянки складання засобів радіоелектроніки для моделювання основних принципів роботи сучасного виробництва у рамках концепції Industry 4.0.
У лабораторії проводяться дослідження комп’ютерно-інтегрованих технологій виробництва засобів автоматизації, об’єктів автоматизації радіоелектронного приладобудування, а також МЕМС-технологій для систем автоматизації.
Лабораторія зосереджена на дослідженнях і розробках у таких ключових напрямках:
– інтелектуальні технології засобів автоматизації виробничих процесів і робототехніки;
– промислові інтерфейси та промисловий Інтернет речей;
– мехатронні пристрої та робототехніка;
– цифрове виробництво та Індустрія 4.0;
– кібербезпека в АСУ ТП, інтелектуальні системи захисту та системи керування доступом комп’ютерно-інтегрованих виробництв;
– програмно-технічні комплекси на базі ПЛК і панелей оператора;
– промислові мережі та компоненти, що поєднують інтелектуальні засоби автоматизації;
– дослідження технології виготовлення друкованих плат і складання електронних модулів;
– дослідження гнучких комутаційних структур у складі засобів автоматизації;
– дослідження багатозондових підмикальних пристроїв для автоматизації електричного контролю електронних компонентів і друкованих плат.
Віртуальні макети та лабораторні роботи під час дистанційного навчання у лабораторії «Промислова автоматизація та мехатроніка ім. С. В. Денисова»
Концепція віртуальних макетів і цифрових двійників реальних пристроїв передбачає можливість як найповніше імітувати поведінку реальних пристроїв. Це стосується і анімації переміщення рухомих частин приладу, і способів підключення до самого макету.
У лабораторії «Промислова автоматизація та мехатроніка ім. С. В. Денисова» створено та впроваджено в учбовий процес універсальну програмну платформу для віртуалізації вже існуючих лабораторних макетів і розроблення нових. В основу платформи була закладена можливість взаємодії з віртуальним пристроєм через декілька комунікаційних протоколів: Serial Protocol, Modbus TCP/IP, Inter-Process Communication.
Крім того, брались до уваги компетенції професійної підготовки майбутніх фахівців, а також сучасні тенденції розроблення засобів автоматизації з використанням Arduino серед студентів і навіть школярів.
| Макет | Опис | Освітня програма |
 | Віртуальні макети реальних пристроїв автоматики є важливим інструментом для дистанційного навчання у процесі підготовки фахівців для обслуговування промислового обладнання з використанням ПЛК і модулів вводу-виводу. Цифрові двійники реального обладнання дають можливість виконувати практичні завдання з будь-якого місця з доступом до Інтернету. Загалом, віртуальні макети мають багато переваг у навчанні технічних дисциплін і можуть забезпечити більш ефективне засвоєння матеріалу й отримання реального досвіду. | Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології |
Важливою особливістю цифрового двійника є те, що для подавання на нього вхідних впливів використовується інформація з датчиків реального пристрою, який працює паралельно. Робота можлива як в онлайн, так і в офлайн режимах. Далі можливе проведення порівняння інформації віртуальних датчиків цифрового двійника з датчиками реального пристрою, виявлення аномалій і причин їх виникнення.
Лабораторні макети у лабораторії «Промислова автоматизація та мехатроніка ім. С. В. Денисова, на базі яких проходять дослідження:
| Макет | Опис | Освітня програма |
 | У рамках програми КАМПУС студентами ХНУРЕ спільно із фахівцями компанії ОВЕН було розроблено лабораторний стенд «Управління вентиляцією та кондиціюванням». Цей стенд є класичним прикладом застосування обладнання ОВЕН для вирішення завдань автоматизації управління вентиляцією промислового приміщення. Завдяки цьому стенду студенти майбутні інженери мають змогу вивчати принципи промислової автоматизації на основі обладнання ОВЕН. До складу навчального стенду увійшли такі прилади: – програмований логічний контролер ОВЕН ПЛК110-24.60.К-L; – модуль дискретного виведення ОВЕН МУ110-24.32Р; – модуль введення аналогових сигналів ОВЕН МВ110-224.8; – комплект термоперетворювачів опору КДТС014-РТ1000.А4.40/1,5; – термопара на основі КТМС з кабельним виведенням ДТПK284-09.200C.1; – датчик тиску ОВЕН ПД100-ДІ1,0-181-1,0; – панель оператора ОВЕН ІП320. | Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології Системна інженерія |
 | Навчально-методичні лабораторні комплекси від компанії «CAMOZZI Automation» призначені для опанування курсів «Пневматика» і «Пневмоприводи та мехатроніка». Стенди базуються на основі типових технологічних модулів автоматичних систем курування на базі стислого повітря. Застосовані навчальні елементи дозволяють студентам опанувати різні принципи побудови автоматизованих систем, складати й аналізувати власні технічні рішення під час виконання лабораторних, дипломних і магістерських робіт. | Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології Системна інженерія
|
 | Лабораторний макет «Світлова колона». Даний модуль має власний блок управління, що містить мікроконтролер і необхідні блоки узгодження з промисловим обладнанням. Завдяки цьому пристрій можна підключити до вихідних контактів кінцевих датчиків або кнопок керування без використання керуючого ПЛК. Також даний модуль може поєднуватись із ПЛК за допомогою промислової мережі та протоколу Modbus. У такому разі світлова сигналізація буде підпорядковуватись командам від керуючого контролеру та працювати згідно алгоритму управління промисловою лінією. | Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології Системна інженерія
|
 | Лабораторний макет для вивчення принципів роботи штампувального автомату. Для керування макетом використовується навчальний програмований логічний контролер. У даному макеті застосовано модульний ПЛК WES-100, який працює на базі міні-ПК Raspberry PI. Макет штампувального автомату має власний модуль керування, який перетворює дискретні сигнали від ПЛК на сигнали управління виконавчими механізмами. За допомогою даного макету студенти вивчають принцип керування складними механізмами на виробництві. | Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології
|
 | Навчальний програмований логічний контролер NTech PLC206-D. Даний контролер має моноблокову функціонально закінчену конструкцію. В основі пристрою знаходиться мікроконтролер ATMega328. Пристрій має шість дискретних входів з оптичною ізоляцією вхідних контактів від вхідних портів мікроконтролера. Контролер обладнано шістьма дискретними виходами. Пристрій застосовується для вивчення технологічних мов програмування, наприклад, LD. | Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології
|
 | Лабораторний макет пристрою постачання деталей для технологічної лінії – це пристрій, що виконує функцію накопичення деталей для безперервної подачі їх на конвеєр для подальшої обробки. Макет накопичувача призначений для тимчасового зберігання деталей і послідовного їх вивантаження для подальшого переміщення перекладником. Даний лабораторний макет може керуватись будь-яким ПЛК, наприклад, NTech PLC206-D. | Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології
|
 | Лабораторний макет «Модуль формування дискретних сигналів» – це імітатор дискретних сигналів, що використовується для виконання завдань створення та налаштування технологічних програм управління промисловим обладнанням. Пристрій дозволяє встановлювати необхідний набір дискретних вхідних сигналів на клемах програмованого контролера. Центральний процесор зчитує вхідні дискретні сигнали та виконує їх обробку в програмі користувача. Реакція контролера на набори вхідних сигналів, які з’являються, дозволяє робити висновок про правильність функціонування програми. | Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології
|
 | Мобільний демонстраційний стенд з набором навчальних макетів. Даний набір використовується під час проведення лекційних, практичних, лабораторних занять, а також на виставках та інших заходах. До складу демонстраційного стенду входять: макет світлової колони, макет накопичувача деталей, учбовий ПЛК, модуль формування дискретних сигналів, модуль сенсорних кнопок для управління технологічним обладнанням. | Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології Системна інженерія
|
 | Макет для автоматизованого тестування друкованих плат.
Використовується для електричного контролю двосторонніх друкованих плат за адаптерним методом у ході дослідження технологічних особливостей виготовлення засобів автоматизації. Для дослідження застосовується набір дослідних зразків – друкованих плат, виготовлених за субтрактивною технологією.
| Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології Системна інженерія
|
  | Робоче місце для дослідження технологічної операції паяння електронних компонентів на друковані плати. Для виконання дослідження процесу паяння облаштоване робоче місце, на якому наявні: – паяльна станція AOYUE-852; – комплект інструментів для паяння компонентів зі шрирьовими та планарними виводами; – матеріали для паяння: припої та флюси.
| Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології Системна інженерія
|
  | Багатозондові підмикальні пристрої на гнучкій поліімідній основі.
МЕМС багатозондові підмикальні пристрої на основі гнучких алюміній-поліімідних матеріалів розроблені та запатентовані викладачами кафедри КІТАР і призначені для автоматизації електричного та функціонального контролю багатошарових комутаційних плат і електронних компонентів із матричними кульковими виводами типу BGA/CSP.
| Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології |
Віртуальні лабораторні макети, що застосовуються під час дистанційного навчання в лабораторії:
| Макет | Опис | Освітня програма |
 | Віртуальний макет «Світлова колона» Даний віртуальний прилад є цифровим двійником світлосигнальної колони для візуалізації стану промислового обладнання. Віртуальний прилад повністю реалізує поведінку реального приладу та може працювати із зовнішною програмою або іншим пристроєм за одним із можливих протоколів: Named Pipes для Inter-Process Communication; Modbus TCP/IP; Serial Protocol. | Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології
|
 | Віртуальний макет «Штампувальний автомат» Даний віртуальний прилад за функціональними можливостями відповідає реальному лабораторному макету «Штампувальний автомат». Механізм штампування керується зовнішніми сигналами з програми LDmicro або CodeSys за допомогою протоколу modbus. У віртуальному приладі додатково передбачені декілька органів керування та візуалізації для реалізації розвинутих алгоритмів керування процесом штампування. | Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології
|
 | Віртуальний макет «Конвеєр та технологічна лінія» Даний віртуальний прилад є цифровим двійником мехатронного модуля транспортування та розподілення фірми FESTO. Особливістю реалізації даного приладу є поєднання конвеєрної лінії з модулем живлення деталями конвеєрної лінії в єдиний виробничий модуль. Програмна реалізація дозволяє виконувати функції: – видачі деталей для живлення конвеєрної лінії; – переміщення їх конвеєрною лінією; – за потреби, розподілення потоку деталей у залежності від характеристик деталей або за іншим принципом; – управління режимом роботи макету за допомогою додаткового блоку кнопок; – візуалізація поточного стану всіх елементів макету. | Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології Системна інженерія
|
 | Віртуальний макет «Модуль формування та відображення стану дискретних сигналів» Даний віртуальний прилад дозволяє виконувати формування дискретних сигналів для дослідження реакції розроблюваної програми для управління ПЛК. Також, завдяки наявності великої кількості елементів візуалізації, його можна використовувати для наочної демонстрації роботи технологічної програми у режимі керування дискретними виходами ПЛК. | Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології
|
 | Віртуальний макет «Програмований логічний контролер. Модулі вводу-виводу дискретних сигналів» Даний віртуальний прилад використовується для симуляції роботи навчального ПЛК NTech PLC206-D. До входів ПЛК підключено модуль формування дискретних сигналів EDS-8. Даний модуль використовується для імітації подачі на вхід ПЛК потрібної комбінації дискретних сигналів. | Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології
|
 | Віртуальний макет «Дозатор» Даний макет розроблено для проведення моделювання процесу змішування речовин у певній пропорції та візуалізації поведінки виконавчих пристроїв у залежності від команд керуючої програми. Керування клапанами відбувається за допомогою технологічної програми, що виконується в симуляторі ПЛК. Якщо подана логічна одиниця на відповідне реле, назва якого співпадає з однією з вказаних міток, то вмикається режим симуляції наповнення дозувального бункеру. | Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології
|
 | Програмний засіб «DetailsCaser». Використовується для симуляції процесу автоматичного сортування деталей на конвеєрній лінії та аналізу їх якості за допомогою оптичних засобів контролю.
| Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології |
Макети, що розроблені здобувачами освіти у процесі навчання в лабораторії:
| Макет | Опис | Освітня програма |
| Автоматизована система керування освітленням «Nure Energy» Автоматизована систем керування освітленням – це комплексний продукт з модульною структурою й універсальною програмою управління під будь-яке завдання. Впровадження даного рішення сприяє економії електроенергії за рахунок: – контролю рівня зовнішнього освітлення та наявності людей у приміщенні; – автоматичної підтримки необхідного рівня освітленості на робочому місці, незалежно від часу доби або погодних умов; – використання розумного чергового освітлення для підвищення безпеки працівників. Особливістю даної системи є можливість поетапної та економічної модернізації застарілої системи освітлення за рахунок введення в експлуатацію окремих пристроїв освітлення структурних підрозділів підприємства. За рахунок підключення спеціальних модулів управління можна використовувати звичайні світильники у складі інтелектуальної системи керування освітленням. | Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології Системна інженерія
|
 | Дослідницький макет мобільного робота «Марсоход» Наш Марсоход – це інноваційний робот, розроблений для проведення експериментів з автономного керування мобільними роботами на відкритій місцевості. Він оснащений колесами з незалежним приводом та окремим рульовим механізмом. Система керування використовує інформацію від датчиків відстані та відеокамер для вирішення завдань навігації у просторі. | Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології Системна інженерія
|
 | Мережевий шлюз для захисту IoT пристроїв у бездротовій промисловій мережі. Пристрій побудовано на базі Raspberry PI та з використанням модему LoRaWAN. Для організації обміну повідомленнями на фізичному рівні забезпечується передача блоків даних між кінцевим пристроєм (End Node) і шлюзом LoRa (Gateway). | Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології
|
 | Модуль визначення шляху руху мобільної платформи з використанням технології LiDAR. Макет побудовано на основі датчику VL53L0X. Для визначення відстані використовується технологія TOF (timeofflight), заснована на вимірюванні часу, який витрачає електромагнітна хвиля на подолання відстані між випромінювачем електромагнітної хвилі до перешкоди та повернення її до приймача після її відбиття від перешкоди. | Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології
|
 | Макет промислового маніпулятора. Пристрій призначено для виконання дій з переміщення деталей у виробничому середовищі, спираючись на дані від сенсорів, які розміщені на захваті маніпулятора. Переміщення ланок маніпулятора відбувається за допомогою команд від джойстика або в автономному режимі. Як тільки предмет переміщення потрапляє у зону спрацювання датчика, захват маніпулятора виконує захоплення об’єкта. Далі об’єкт можна переміщувати в автоматичному режимі. | Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології Системна інженерія
|
 | Макет для дослідження принципів позиціонування робочих органів робототехнічних засобів автоматизації технологічних процесів. Кут обертання визначається за допомогою датчика абсолютного положення AS5600. У процесі експерименту оператор фіксує положення плеча маніпулятора за допомогою транспортиру та заносить значення до відповідної комірки в таблицю вимірювань. Особливістю макета є те, що редуктор повністю виготовлено за допомогою 3D-друку. | Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології
|
 | Маніпулятор із системою технічного зору. Маніпулятор має два рухомих суглоби, може обертатись навколо вертикальної осі, а також переміщуватись на рейках ліворуч і праворуч. Також маніпулятор має захват для захоплення та переміщення деталей у межах його робочої зони. Актуальністю досліджень із даним пристроєм є необхідність вдосконалення методів позиціонування промислових маніпуляторів для вирішення завдання переміщення предметів у робочому просторі для виконання заданого технологічного процесу. | Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології Системна інженерія
|
 | Макет для дослідження методів сортування деталей на виробництві. Даний пристрій призначений для сортування пласких деталей товщиною до двох міліметрів. Це обмеження пояснюється конструктивними особливостями макету. Принцип сортування заснований на визначенні величини світлового випромінювання, яке проходить через область з об’єктом. Це дозволяє сортувати деталі пласкої форми не тільки за габаритними розмірами, але й однакові деталі, які містять в собі отвори різного розміру та конфігурації (наприклад, шайби, гайки, шестерні тощо). | Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології Системна інженерія
|
 | Мобільний робот з диференційним приводом. Пристрій складається з двох коліс, якими можна керувати незалежно, вмикаючи привід як вперед, так і в зворотному напрямку. Також у конструкції використовується опорне колесо для балансу. Робот використовуються для дослідження методу візуальної одометрії в задачах позиціонування мобільних пристроїв. | Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології
|
 | Низькочастотний вібростенд (патент № 102880 України на корисну модель) Вібростенд призначений для вимірювання параметрів засобів автоматизації на основі гнучких комутаційних структур і компонентів мікроелектромеханічних систем у низькочастотному діапазоні.
| Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології |
Дисципліни:
– Програмно-технічні комплекси та програмне забезпечення АСУ ТП;
– Програмно-технічні комплекси та програмне забезпечення РТС;
– Технологія промислового Інтернету речей;
– Кібербезпека комп’ютерно-інтегрованих виробництв;
– Промислові мережі та компоненти;
– Технологія організації та адміністрування промислових обчислювальних мереж;
– Технологія розробки програмного забезпечення КІС;
– Інтелектуальні компоненти пневматичних мехатронних засобів;
– Засоби інтегрованих платіжних систем;
– Автоматизовані технології аналізу та прогнозування;
– Комп’ютерно-інтегровані технології виробництва технічних засобів автоматизації (АКІТ);
– Мікросистемні технології в системах автоматизації (АКІТ);
– Об’єкти автоматизації радіоелектронного приладобудування (АКІТ, СІ).