Ученые университета загоняют турбины и локомотивы в цифру

«Ругать нашу науку и  говорить, что мы  все время догоняем развитые страны, сегодня модно. Между тем многие разработки ученых УрФУ и  других вузов опережают общемировые тренды на  полкорпуса. Наш симулятор  — из  таких»,  — уверяет Михаил Мудров.

Михаил окончил университет в  2014  году. Успел поучиться не  только в  УрФУ: до  защиты диплома стажировался в  Финляндии, а  в  2016-м получил президентскую стипендию и  продолжил научную работу в  Португалии. Тема, которую разрабатывает Мудров, в  точности как из  «заветов Путина»,  — цифровизация промышленности.

«Работаем с  коллегами над тем, чтобы перенести дорогостоящие и  опасные испытания разных устройств  — от  вентиляторов до  локомотивов  — из  лабораторий и  с  полигонов в  виртуальную среду»,  — поясняет Михаил.

«Прикладные задачи подтянули фундаментальную науку»

Чаще наука тянет за  собой развитие прикладных технологий. В  нашем случае вышло наоборот. По  контракту с  одним агрохолдингом мы  ремонтируем электрооборудование  — от  «мозгов», то  есть контроллеров, до  силовой части преобразователей.

Преобразователь  — сложный электротехнический прибор, который способен изменять напряжение. Скажем, на  входе постоянное напряжение, а  для работы объекта нужно переменное  — преобразователь трансформирует один вид в  другой.

Преобразователи как раз и  страдают чаще всего  — взрываются из-за скачков напряжения или короткого замыкания. Например, мышь забралась в  установку  — готово: короткое замыкание, аппарат вышел из  строя. Иногда в  неисправности преобразователя виноват контроллер  — мы  должны это выяснить и  восстановить работу.

Но  отремонтировать агрегат  — полдела. Надо еще убедиться, что он  работает. И  вот тут начинаются сложности. Испытания проходят в  два этапа. На  первом проверяем контроллер, без подключения к  силовой части. На  втором испытываем преобразователь  — с  реальными токами и  нагрузкой.

«Реальные условия воспроизводим в  виртуальности»

Чтобы испытать преобразователь, нужны условия, аналогичные тем, в  которых тот работает: такое  же управление, такая  же силовая установка, такие  же токи. Проще, конечно, испытывать на  реальном объекте. Но  если до  этих объектов ехать 500  км  — не  наездишься.

Второй вариант  — поставить отремонтированный блок на  похожую по  параметрам силовую установку. Чаще всего так и  проводятся испытания. Однако это небезопасно. Силовая установка  — электромеханический агрегат: запускается преобразователь, двигатель раскручивается. На  него идет нагрузка со  второго двигателя, он  так и  называется: нагрузочный агрегат. Токи в  испытуемой системе должны соответствовать токам реального объекта. Нельзя раскрутить маленький моторчик, чтобы проверить преобразователь для промышленного вентилятора  — а  такие мы  и  ремонтируем. Если при испытаниях что-то пойдет не  так, последствия могут быть разрушительными.

Мы  нашли третий вариант  — применили научные разработки кафедры. Со  студентами и  аспирантами работаем над симуляторами реального времени. Назначение этих устройств  — создавать в  виртуальной среде управляемые электронные нагрузки с  теми  же параметрами, что на  конкретных объектах. Использовать электромеханические установки уже не  нужно  — испытание проходит виртуально.

На  первом этапе испытаний проверяется «мозг» преобразователя  — контроллер. Для этого используем программно-аппаратные симуляторы. Это нельзя назвать нашим открытием  — такие симуляторы изобрели давно, но  обычно программная часть пишется под конкретный контроллер. Мы  же создали программный код, который можно использовать в  разных контроллерах. Это делает наш симулятор универсальным прибором, а  то, что мы  придумали,  — ноу-хау.

Кстати, на  этом  же симуляторе проверяем студентов. Те  пишут программы для контроллера, но  вдруг ошибка в  коде? Если запустить систему в  реале, что-то может сгореть  — тот  же преобразователь или силовая часть. С  симулятором  — минимум издержек.

«Обогнали зарубежных коллег на  полкорпуса»

Чтобы проверить силовые агрегаты на  втором этапе испытаний и  при этом не  разнести лабораторию, кафедра разработала еще одну схему. Я  уже говорил, что и  сегодня для подобных испытаний чаще используют установки с  электромеханической частью. Мы  же заменили ее  на  электрическую  — с  помощью реакторов. Тут главное  — воспроизвести токи с  заданными параметрами, как на  реальном объекте. В  этой системе можно имитировать аварийные режимы, запустить туда условную мышь  — в  виде цифрового сигнала  — и  проверить, как каждая часть установки справляется с  нагрузкой. Фишка в  том, что энергию гоняем внутри системы  — энергопотери минимальны. И  это намного безопаснее, чем традиционные методы испытаний.

Наш симулятор очень ждут! Недавно ездили на  конференцию в  Ригу. Встретили там коллегу, бывшего соотечественника. Тот живет в  Германии и  работает в  компании, которая производит профессиональный инструмент  — дрели, перфораторы, шуруповерты и  т.  п. Коллега разрабатывает преобразователи и  системы управления для инструментов, а  испытывают там по  старинке  — с  помощью электромеханической установки. Узнал о  нашем устройстве  — заинтересовался. Говорит, ему важно обезопасить стенд, чтобы не  покалечить людей в  лаборатории.

А  взять электропривод, скажем, для локомотива. Чтобы такой испытать, требуется отдельный полигон и  электромеханическая установка размером с  дом в  пару-тройку этажей. Наше изобретение поможет уменьшить «дом» до  размеров комнаты.

Электроприводы сегодня стоят в  любом устройстве  — от  сотового телефона до  ракеты, так что сомнений в  востребованности симулятора нет. К  тому  же не  так много зарубежных наработок по  этой теме  — интересоваться проблемой там начали недавно. Да  и  подход наш в  корне другой: мы  создаем универсальный симулятор, а  там больше сосредоточены на  воссоздании конкретных условий. Так что мы  пока впереди.

По материалам 66.RU