Konferencja Uniwersytet Wirtualny VU2012

Transkrypt

1 Konferencja Uniwersytet Wirtualny VU2012 Zdalny eksperyment naukowo-badawczy w systemie nauczania na odległość Jerzy Dobrodziej Remigiusz Rak Wydział Elektryczny Politechniki Warszawskiej Marcin Godziemba-Maliszewski Instytut Technologii Eksploatacji Państwowy Instytut Badawczy Warszawa czerwca 2012r.

2 Plan prezentacji 2/23

3 Przesłanki realizacji prac: problemy praktyczne i badawcze Laboratorium Inżynierii Powierzchni Laboratorium Mechatroniki Laboratorium Tribologii Laboratorium Technologii Proekologicznych Laboratorium Laboratorium Technologii Inżynierii Mechatroniki Tribologii Powierzchni Proekologicznych W laboratorium Jedno Laboratorium Laboratorium z najlepiej opracowywane unikatowe wyposażonych z bogatym są m.in. w skali zestawem w kraju, Unii Zaawansowane Europejskiej o europejskim aparatury systemy (jest analitycznej, automatycznej standardzie członkiem wyposażenia, w którym optycznej inspekcji założycielem (AOI), stanowiące realizowane przeznaczone Europejskiego techniczne są prace do zaplecze dotyczące Wirtualnego wieloparametrycznej Instytutu rozwoju ekologicznych, Tribologicznego powierzchniowych wysokowydajnej przyjaznych z ośrodkiem metod kontroli dla jakości wyrobów koordynacyjnym zwiększania człowieka w przemyśle, trwałości i w środowiska Brukseli), a elementów także materiałów unikatowa aparatura wspomagające maszyn optoelektroniczna eksploatacyjnych, i narzędzi badania przez do badania procesów które pokrywanie zastępują tarcia, ich propagacji zużywania cienkimi, odkształceń powszechnie i mieszczącymi smarowania, i pęknięć dotychczas zmęczeniowych się zarówno w stosowane granicach w w materiałach zakresie tolerancji materiały poddawanych rozwiązań wymiarowej (wszelkie zmniejszających obciążeniom powłokami, media na bazie mechanicznym, negatywne nakładanymi ropy których naftowej, skutki w użytkownikami komorach tarcia, smary, jak próżniowych ciecze też jest przemysł opracowywania i przy czołowe chłodząco-smarujące, użyciu uczelnie plazmy nowych krajowe metod, płyny aparatury badawczej hydrauliczne i testowej itp.), stanowiące główne zagrożenie dla środowiska naturalnego ze strony urządzeń produkcyjnych, jak i wszelkich innych użytkowanych urządzeń technicznych. 3/23

4 Przesłanki realizacji prac : problemy praktyczne i badawcze Problemy praktyczne Problemy badawcze Jak centralnie efektywnie zarządzać pracami badawczymi i procedurami jakości w laboratoriach W jaki sposób modelować strukturę zintegrowanych ze sobą laboratorium Jak udostępniać unikatowe urządzenia badawcze dla osób z zewnątrz realizujących badania oraz dla kształcenia i doskonalenia zawodowego Jaki przyjąć język opisu struktury na potrzeby optymalizacji zasobów heterogenicznych laboratoriów ze względu na kryteria skalowalności, wydajności, zrównoważenia obciążenia Jak skutecznie realizować badania międzylaboratoryjne Jak zarządzać użytkownikami, priorytetami realizacji zadań Jak zintegrować eksperymenty badawcze z procesami nauczania na odległość 4/23

5 Zdalny eksperyment naukowo-badawczy 5/23

6 Zdalny eksperyment naukowo-badawczy Internet 6/23

7 Model zdalnego laboratorium Laboratorium sprzętowe 1 o zdalnym dostępie Firewall Lokalna baza danych Serwer pomiarowy Serwer WWW (opcjonalnie) Obsługa dostępu do urządzeń Multiplekser Programowalna matryca łączeniowa Zarządzanie dostępem użytkowników Moduły obsługi dostępu do urządzeń Usługi Windows Pozostałe serwery pomiarowe Internet Laboratorium sprzętowe 2 o zdalnym dostępie Firewall Lokalna baza danych Zarządzanie dostępem użytkowników Serwer pomiarowy Serwer WWW Obsługa dostępu do urządzeń Moduły obsługi dostępu do urządzeń Sterownik Master RS2 MODBUS Usługi Windows... Multiplekser Programowalna matryca łączeniowa Firewall Laboratorium sprzętowe n o zdalnym dostępie Firewall System wykrywania włamań Główny serwer Serwer baz danych Wirtualne serwery aplikacji Webserwer PLC Sterownik PLC nadrzędny Webserwer PLC Sterownik PLC nadrzędny 7/23

8 Model zdalnego laboratorium 8/23

9 Urządzenia badawcze o zdalnym dostępie Urządzenie do badania penetracji środków smarnych moduł webserwera do zdalnej komunikacji użytkowników z urządzeniem moduł sterowników PLC moduł lasera moduł silników DC z enkoderem moduł zasilania moduł baz danych - architektura relacyjnej bazy danych, możliwość zapisu do plików Excela lub XMLS, - interfejs RS-232, Ethernet; - pomiar głębokości penetracji; - możliwość zmierzenia lub symulacji charakterystyk penetracja w funkcji czasu - możliwość zapisania do pliku lub wczytania z pliku zmierzonych charakterystyk; - możliwość zmiany programów sterownika PLC - kamera CCD z indywidualnym adresem IP Urządzenie do wspomagania badań klimatycznych moduł webserwera z możliwością zapisywania programu w sterowniku użytkownika moduł CPU, 16/16 wejść/wyjść, arytmetyka zmiennoprzecinkowa moduł temperaturowy 2 kanały termopar /1 wyjście analogowe 4-20mA/0-10V moduł analogowy 2 wejścia /1 wyjście analogowe 4-20mA/0-10V moduł analogowy uniwersalny 4wejścia termopary lub 4-20mA/0-10V moduł pulpitu operatora moduł zasilaczy DC moduł monitorowania i wizualizacji charakterystyk: temperatury, wilgotności, ciśnienia w funkcji czasu moduł akwizycji danych pomiarowych. zakres zmian temperatury: C dokładność pomiaru temperatury: ± 0.5 C dokładność regulacji temperatury: < 1 C (długoterminowa) zakres zmian wilgotności: 10-80%RH dokładność pomiaru wilgotności: ±3 %RH dokładność regulacji wilgotności: ±2 %RH zakres zmian ciśnienia: 79.0 kpa kpa, dokładność pomiaru ciśnienia: ± 0.1 kpa dokładność regulacji ciśnienia: < 0.15 kpa protokoły: RS-232, MODBUS, Ethernet 9/23

10 Urządzenia badawcze o zdalnym dostępie Urządzenie do badań adhezji materiałów wielowarstwowych moduł webserwera do komunikacji sterownika PLC ze zdalnymi użytkownikami moduł sterowników PLC moduł zasilania (00 240VAC, o częstotliwości 50/60Hz) moduł baz danych moduł sterowania silnikami DC, krokowymi i asynchronicznymi z enkoderami moduł pomiaru położenia moduł pomiaru siły - architektura interfejsu bazy danych klient serwer, -interfejsy RS-485, Ethernet - wyświetlanie wyników pomiaru w postaci charakterystyki siły w funkcji czasu; - autodiagnostyka przyrządu - możliwość zmiany programów sterownika PLC - kamera CCD z indywidualnym adresem IP Urządzenie do badań procesów azotowania gazowego moduł webserwera do komunikacji sterownika PLC ze zdalnymi użytkownikami sterowniki PLC (Master Slave) połączonych szyną MODBUS 12 kanałów pomiaru temperatury, 3 kanały pomiarów przepływów, 4 kanały pomiaru ciśnienia, kanał pomiarowy potencjału azotowego moduły zasilania (00 240VAC, o częstotliwości 50/60Hz) moduł baz danych moduł diagnostyki i autodiagnostyki Nastawy zdalne lub z pulpitu operatora Hybrydowe wielofunkcyjne urządzenie EB-PVD 10/23

11 Egzemplifikacja modelu zdalnego laboratorium aplikacja serwera/klienta Modelowy zdalny przyrząd pomiarowy Pomiar temperatury, napięcia, prądu Programowanie minimalnej i maksymalnej wartości napięcia i prądu Odczyt wejść/wyjść binarnych Generator sygnału sinusoidalnego o zmiennej, programowalnej pulsacji i amplitudzie, sygnału sign oraz generatory liczb losowych o programowanych wartościach: minimalnej i maksymalnej Dotykowy pulpit operatora (HMI) typ HG1F-SB22BF-W Potencjometr regulacja napięcia 0 10 V Potencjometr regulacja prądu 4 20 ma RS 232C E1 RS 485C CPU Slim FC5A-D16RS1 4xAI unit FC4A-J4CN1 Wentylator 24VDC KD2406PTB1 RJ45 ETHERNET RS232 FC4A-HCP1 do HMI Ethenet Webserwer FC4A-SX5ES1E RS 232C E1 FC5A-SIF2 Przełączniki NC-NO-(NC) nastawy wejść binarnych Wyłącznik różnicowo-prądowy 10A/10mA Wyłącznik główny Pt100 Zasilacz 24V/60W PS5R-SD VAC, 50/60Hz DC 11/23

12 Egzemplifikacja modelu zdalnego laboratorium aplikacja serwera/klienta Wykonane aplikacje komputerowe Aplikacja napisana w NI LabVIEW posadowiona na serwerze pomiarowym Aplikacja kliencka napisana w NI WebUIBuilder Usługa sieciowa uruchomiana bezpośrednio na wbudowanym webserwerze wirtualnego przyrządu pomiarowego 12/23

13 Egzemplifikacja modelu zdalnego laboratorium aplikacja serwera/klienta Logowanie do systemu informatycznego usług zdalnego dostępu Wczytywanie konfiguracji zdalnego klienta, generacja kluczy 13/23

14 Egzemplifikacja modelu zdalnego laboratorium aplikacja serwera/klienta Sterowanie położeniem głowicy pomiarowej Podgląd z kamery nadzoru umożliwia precyzyjne ustawianie stożka nad powierzchnią badanego środka reologicznego 14/23

15 Egzemplifikacja modelu zdalnego laboratorium aplikacja serwera/klienta Zdalne zgłoszenie żądania wykonania pomiarów Widok z pozycji klienta zdalnego Dla pracy zdalnej istnieje możliwość wysłania żądania przygotowania urządzenia i próbki do zdalnego wykonania pomiaru. Możliwość przesłania informacji do obsługi oraz system powiadamiania 15/23

16 Egzemplifikacja modelu zdalnego laboratorium aplikacja serwera/klienta Zdalna realizacja pomiarów Pomiary wykonywane są 200 ms i prezentowane jako w formie charakterystyki: głębokość penetracji w funkcji czasu Monitorowanie przebiegu badania przy użyciu kamery (Rejestracja obrazu z rozdzielczością klatek na sekundę) Dane wideo i pomiarowe zsynchronizowane Po zaprogramowanym czasie wyświetlany jest wynik końcowy 16/23

17 Egzemplifikacja modelu zdalnego laboratorium aplikacja serwera/klienta Archiwizacja i odczyt danych z eksperymentu badawczego Zapis wyników pomiarów do bazy danych Odtwarzanie przebiegu eksperymentu (prezentacja charakterystyki penetracji, wizualizacja wideo z wykonanego badania Raport w formacie Word lub Excel 17/23

18 Egzemplifikacja modelu zdalnego laboratorium aplikacja serwera/klienta Moduł interaktywnej pomocy z wykorzystujący techniki rozszerzonej rzeczywistości Wykorzystanie technik rozszerzonej rzeczywistości do wspomagania samouczenia użytkownika w obsłudze urządzenia oraz w realizacji badań konsystencji ciał półstałych (środków smarnych) i smarów stałych. 18/23

19 Egzemplifikacja modelu zdalnego laboratorium aplikacja klienta web Logowanie do systemu informatycznego przy użyciu przeglądarki www 19/23

20 Egzemplifikacja modelu zdalnego laboratorium aplikacja klienta web Zdalny dostęp użytkownika do obsługi urządzenia Aplikacja klienta odwzorowuje układ graficzny pulpitu operatora. Dostępne są też takie funkcje jak: Instrukcja interaktywna, Podgląd z kamery nadzoru w zewnętrznym oknie w dużej rozdzielczości i częstotliwości odświeżania 20/23

21 Egzemplifikacja modelu zdalnego laboratorium aplikacja klienta web Nastawy urządzenia badawczego (zdalnie wykonywane) 21/23

22 Egzemplifikacja modelu zdalnego laboratorium aplikacja klienta web Zdalna realizacja eksperymentu badawczego 22/23

23 Podsumowanie: możliwości, zalety, ograniczenia Zdalna obserwacja eksperymentu (audio-video) Zdalna wizualizacja przebiegu eksperymentu w czasie rzeczywistym (nauczanie na odległość) Zdalna kontrola przebiegu eksperymentu - zdalne sterowanie przebiegiem eksperymentu Zdalne planowanie i projektowanie przebiegu eksperymentu Zdalny dostęp do zasobów aparaturowych w innym ośrodku badawczym lub dydaktycznym Brak Dostęp możliwości do specjalizowanej, prowadzenia unikatowej badań aparatury międzylaboratoryjnych badawczej Niebezpieczeństwo Wykorzystanie (zdalne) powielania kosztownej aparatury w do laboratoriach celów badań i dydaktyki Problemy Sprawdzanie, z prowadzeniem kalibracja, wzorcownie, eksperymentu monitorowanie w czasie aparatury rzeczywistym pomiarowej (zdalne) Ograniczone Integracja aparatury współdzielenie pomiarowej zasobów i symulacji informacyjnych komputerowej pomiędzy w ramach eksperymentu laboratoriami Niezadowalająca Efektywne zarządzenie integracja laboratorium interdyscyplinarnych laboratoriów badawczych Konieczność Zmiana procedur znajomość pomiarowych adresów bez zmiany IP serwerów komponentów pomiarowych sprzętowych przez użytkownika 23/23