Проектування та створення розумних електромеханічних систем

Мета вивчення дисципліни:
Формування у здобувачів вищої освіти системного уявлення про принципи проектування, апаратну та програмну реалізацію розумних електромеханічних систем з елементами автоматизації, телемеханіки та штучного інтелекту.
Практичне значення та використання отриманих знань:
Знання, отримані під час вивчення дисципліни, використовуються при проектуванні та експлуатації розумних електромеханічних систем промислових, енергетичних, транспортних та інфраструктурних об’єктів. Здобувачі освіти набувають навичок інтеграції електромеханічних пристроїв із системами керування на базі програмованих логічних контролерів і мікроконтролерів. Отримані компетентності застосовуються для реалізації сервоприводів, систем телемеханіки, об’єктів альтернативної енергетики та елементів «розумних будівель». Дисципліна формує готовність до впровадження інтелектуальних алгоритмів керування та подальшої професійної діяльності у сфері електромеханіки й автоматизації.
Тематика та види навчальних занять

Для денної форми здобуття освіти

Лекційні заняття
Лекція 1. Вступ до розумних електромеханічних систем. Поняття «розумна система». Еволюція електромеханічних систем.
Лекція 2. Ознаки та класифікація розумних систем. Адаптивність, самодіагностика, само-налаштування. Інтелектуальні сенсори та виконавчі пристрої. Рівні «інтелекту» систем.
Лекція 3. Структура розумної електромеханічної системи. Датчики, контролери, виконавчі механізми. Розподілені та централізовані системи керування. Вбудовані системи.
Лекція 4.Архітектура систем автоматизації будівель. Структура управління будівлею (BMS, SCADA, IoT-платформи).
Лекція 5. Інтелектуальні системи освітлення. Схеми автоматизованого керування освітленням.
DALI, DMX, IoT-лампи.
Лекція 6. Системи безпеки та контролю доступу в будівлях. Відеоспостереження, охоронна сигналізація. Кібербезпека в «розумних будівлях».
Лекція 7. Інтелектуальне керування опаленням і кондиціонуванням в будівлях. Системи HVAC (Heating, Ventilation, Air Conditioning). Взаємодія з іншими підсистемами.
Лекція 8. Сервоприводи в системах «розумного будинку». Серводвигуни та крокові двигуни. Електроприводи жалюзі, воріт, вентиляції. Інтеграція з BMS та IoT.
Лекція 9. Комунікаційні інтерфейси та протоколи. Промислові Ethernet-мережі. Огляд протоколів зв’язку (KNX, BACnet, ZigBee, Z-Wave, Modbus).
Лекція 10. Розумні електромеханічні системи об’єктів альтернативної енергетики. Вітрогенератори та сонячні трекери. Інтелектуальні інвертори та системи накопичення енергії.
Лекція 11. Енергоменеджмент і відновлювана енергетика в будівлях. Енергетичний аудит будівлі. Інтеграція сонячних панелей, теплових насосів.
Лекція 12. Розумні електромеханічні системи транспортних засобів. Електроприводи транспорту, системи керування тягою. Інтелектуальні системи безпеки.
Лекція 13. Проектування систем «розумний дім»: методологія. Етапи проектування: технічне завдання, схемотехніка, програмування. Стандарти та нормативи. Стандарти та нормативи.
Лекція 14. Економічна ефективність і аналіз проектів. Розрахунок економічної доцільності впровадження. Окупність та енергозбереження.
Лекція 15. Штучний інтелект у керуванні електромеханічними системами. Нейронні мережі та нечітка логіка. Машинне навчання для діагностики електромеханічного обладнання.

Лабораторні заняття
В ході лабораторних занять відбувається розширення, поглиблення й деталізація знань, отриманих здобувачами на лекціях та в процесі самостійної роботи і спрямованих на підвищення рівня засвоєння навчального матеріалу, прищеплення умінь і навичок, розвиток наукового мислення здобувачів.
Загальною метою проведення лабораторних робіт є:
- допомогти здобувачам освіти засвоїти та закріпити основні положення теоретичного курсу;
- навчити здобувачів освіти початковим навичкам дослідної роботи, зокрема, у виконанні розрахунків електроприводів «розумних систем» при різних зовнішніх чинниках та оформлювати результати досліджень відповідно до державних стандартів;
- навчити здобувачів освіти аналізувати результати досліджень, робити узагальнення і висновки.

Лабораторне заняття № 1.Дослідження структури розумної електромеханічної системи
Мета заняття: ознайомитися зі структурними елементами розумної електромеханічної системи та їх роботою і взаємодією.

Лабораторне заняття № 2.Дослідження електромеханічних датчиків у системах «Розумний дім»
Мета заняття: ознайомитися із параметрами і характеристиками датчиків, що використовуються у розумних електромеханічних системах.

Лабораторне заняття № 3.Сполучення мікроконтролерів із електромеханічними виконавчими пристроями.
Мета заняття: дослідити характеристики оптоелектронних пристроїв та ознайомитися із прикладами їх застосування в розумних електромеханічних системах.

Лабораторне заняття № 4.Керування сервоприводом у системі «розумного будинку»
Мета заняття: дослідження особливостей роботи сервоприводів та їх характеристик у складі електромеханічних актуаторів системи «розумного будинку».

Лабораторне заняття № 5.Моделювання розумної електромеханічної системи об’єкта альтернативної енергетики
Мета заняття: виконати розрахунок показників та характеристик електроприводу сонячного трекеру поворотної фотоелектричної панелі.

Лабораторне заняття № 6.Розробка структурної схеми автоматизації освітлення.
Мета заняття: навчитись розробляти структурні схеми за ТЗ для проектування системи автоматизації; вибір протоколу зв’язку; вибір датчиків та зв’язок між ними.

Лабораторне заняття № 7.Застосування елементів штучного інтелекту в електромеханічних системах
Мета заняття: ознайомлення із можливостями використання штучного інтелекту при створенні та керуванні розумними електромеханічними системами.

Для заочної форми здобуття освіти

Лекційні заняття

Установча лекція 1. Вступ до розумних електромеханічних систем. Поняття «розумна система». Ознаки та класифікація розумних систем. Інтелектуальні сенсори та виконавчі пристрої. Еволюція електромеханічних систем.
Установча лекція 2. Архітектура систем автоматизації будівель. Структура управління будівлею (BMS, SCADA, IoT-платформи).

Лабораторні заняття

Лабораторне заняття № 1.Сполучення мікроконтролерів із електромеханічними виконавчими пристроями
Мета заняття: дослідити характеристики оптоелектронних пристроїв та ознайомитися із прикладами їх застосування в розумних електромеханічних системах.

Лабораторне заняття № 2.Моделювання розумної електромеханічної системи об’єкта альтернативної енергетики
Мета заняття: виконати розрахунок показників та характеристик електроприводу сонячного трекеру поворотної фотоелектричної панелі.
Індивідуальна робота

Розрахунково-графічна робота

Під час вивчення дисципліни здобувачі виконують розрахунково-графічну роботу. Проектування інтелектуальної системи керування освітленням,мікрокліматом та безпекою об’єкта.
Мета розрахунково-графічної роботи – закріплення теоретичних знань і практичних навичок з проектування інтелектуальних електромеханічних систем шляхом створення комплексного проекту «розумний дім».
Розділи розрахунку
1. Аналіз об’єкта проектування - 2 години.
2. Розробка структурної схеми системи: – 3 години
3. Проектування підсистем: освітлення, клімат-контроль, безпека – 6 годин.
4. Розрахунок споживаної потужності системи освітлення;визначення економії електроенергії при автоматизованому керуванні – 3 години.
5. Креслення структурної схеми системи та плану приміщення з розміщенням обладнання. - 3 години.
6. Оформлення розрахунково-пояснювальної записки – 1 година
Графічну частину РГР складають: структурна схема системи та план приміщення з розміщенням обладнання.
Пояснювальна записка містить 12-15 сторінок Кількість розділів – 5. Графічна частина – структурна схема та план приміщення.
Оцінювання виконання розрахунково-графічної роботи здійснюється у 20 балів.
Захист розрахунково-графічної роботи – протягом останнього навчального тижня семестру.

Розрахунково-графічна робота для здобувачів заочної форми

Під час вивчення дисципліни здобувачі виконують розрахунково-графічну роботу з проектування інтелектуальної системи керування освітленням, мікрокліматом та безпекою об’єкта.
Мета розрахунково-графічної роботи – закріплення теоретичних знань і практичних навичок з проектування інтелектуальних електромеханічних систем шляхом створення комплексного проекту «розумний дім».

Розділи розрахунку
1. Аналіз об’єкта проектування - 2 години.
2. Розробка структурної схеми системи: – 3 години
3. Проектування підсистем: освітлення, клімат-контроль, безпека – 6 годин.
4. Розрахунок споживаної потужності системи освітлення; визначення економії електроенергії при автоматизованому керуванні - 3 години.
5. Креслення структурної схеми системи та плану приміщення з розміщенням обладнання. - 3 години.
6. Оформлення розрахунково-пояснювальної записки – 1 година
Оцінювання виконання розрахунково-графічної роботи здійснюється у 20 балів.

Пояснювальна записка містить 12-15 сторінок Кількість розділів – 5. Графічна частина – структурна схема та план приміщення.
Термін надання виконаної контрольної роботи на перевірку – не пізніше, ніж за місяць
до початку сесії.

Форми контрольних заходів та оцінювання результатів навчання

Для денної форми здобуття освіти
Поточний контроль полягає у виконанні:
1) Захисту лабораторних робіт. Захист проводиться на підставі оформлених звітів по кожній роботі. Сумарний бал по захисту лабораторних робіт становить 30 балів.
2) Двох модульних контрольних робіт. Модульні контрольні роботи складаються з теоретичної і практичної частин та проводяться у формі комп'ютерного тестування. Бездоганне виконання кожної модульної контрольної роботи становить 25 балів.
3) Бездоганне виконання розрахунково-графічної роботи оцінюється у 20 балів..
Підсумковий контроль – екзамен. Екзамен усний.
Сумарна оцінка за виконання РГР, лабораторних робіт, модульних контрольних робіт дорівнює 100 балам