Главная
База знаний "Allbest"
Производство и технологии
Механизация и автоматизация подачи закалочных тележек на участке автоклавирования
Механизация и автоматизация подачи закалочных тележек на участке автоклавирования
Структура предприятия и виды выпускаемой продукции ОАО "Коттедж". Технологические процессы на участке автоклавирования. Требования, предъявляемые технологическим процессом к оборудованию участка автоклавирования. Автоматизация производственного процесса.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 03.09.2013 |
| Размер файла | 1,0 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
(4.13)
h = 7.5 - 1.2 =6.3м
h, м - расчетная высота;
А, м - длина цеха;
В, м - ширина цеха;
F, м2 - площадь участка;
Е, лм - нормированная освещенность (для механического участка Е = 200 лм);
k - коэффициент запаса (k = 1,5 ^ 2);
рп, рст, рр - коэффициенты отражения для потолков, стен и расчетной плоскости для проектируемых помещений (рп = 0,7, рст = 0,5, рр = 0,1);
z - коэффициент минимальной освещенности (z = 1,15).
Проектирование установок электрического освещения следует проводить согласно нормам СНиП II-4-79.
Найдем расчетную высоту по формуле (5.14):
(4.14)
h = 9 - 1,5 - 1,2 = 6,3м
Расстояние между светильниками по длине:
(4.15)
LA = 6,3*1.41 = 8,9м
Расстояние от крайних светильников или рядов светильников до стены:
(4.16)
I = 8,3/3 =2,97м
Расстояние между светильниками по ширине участка:
(4.17)
где: а = 1 - 1,5.
LB = 9/1 = 9м
Число светильников по длине:
(4.18)
Округляем до целого значения n = 4
Число светильников по ширине:
(4.19)
Округляем до целого значения m = 4
Общее количество светильников на участке:
(4.20)
N = 4*4 = 16
Индекс помещения определяется как:
(4.21)
На основании индекса помещения, применяемого типа ламп и рп, рст, рр
Определяем световой поток по формуле (4.22):
(4.22)
лм
где п - коэффициент использования светового потока.
По световому потоку подбираем тип и мощность лампы [15].
Выбираю тип лампы ДРИ 700 (дуговая ртутная лампа высокого давления) номинальной мощностью 700Вт.
4.4 Расчет заземляющего устройства
Основные меры, обеспечивающие электробезопасность при прикосновении к конструктивным частям электрооборудования - это контроль сопротивления изоляции.
Защитное заземление - намеренное соединение нетоковедущих частей, которые могут оказаться под током, с заземляющим устройством.
Исходные данные для расчета заземляющего:
суд = 200 ОмЕм; повышающие коэффициенты для горизонтальных и вертикальных электродов Кп. г= 2,3 и Кп. в= 1,5;
коэффициент использования для вертикальных электродов Ки. в= 0,64 и для горизонтальных Ки. г = 0,66;
длинна стержневого электрода l = 3м;
диаметр стержневого электрода d = 0,02 м; глубина заложения электрода t = 0,7 + 3/2 = 2,2 м.
Расчетные удельные сопротивления грунта для горизонтальных и вертикальных заземлителей, ОмЕм:
; (4.22)
, (4.23)
ОмЕм;
ОмЕм.
Сопротивление растеканию одного вертикального электрода стержневого типа Rо. в. э, Ом:
, (4.24)
где l - длина стержневого электрода; d - диаметр стержневого электрода; t - глубина заложения электрода.
Ом.
Примерное число вертикальных заземлителей N, шт:
(4.25)
где Rи = 4 Ом - сопротивление одного электрода.
шт.
Расчетное сопротивление растекания горизонтальных электродов Rг. э, Ом:
, (4.26)
где b = 2·d = 0,04 м; t1 = 0,7 - глубина закладки горизонтального электрода, м.
Ом.
Уточненное сопротивление вертикальных электродов Rв. э, Ом:
, (4.27)
Ом.
Окончательное число вертикальных электродов N, шт:
, (4.28)
шт.
5. Автоматизация производственного процесса
5.1 Определение объекта автоматизации
Цель автоматизации
Одной из актуальных задач в последнее время является автоматизация технологических агрегатов и технологических циклов в целом. Автоматизация позволяет уменьшить ручной труд при выполнение операций и улучшить показатели качества установки или системы, а также производительность установки.
Перевод привода подачи закалочных тележек в автоматический режим является наиболее актуальной задачей для этой части технологического цикла производства ячеистого бетона. Необходимость автоматизации объясняется многими факторами, основными из которых являются:
- автоматизация привода подачи приведет к увеличению производительности, как самого участка, так и всей линии в целом;
- уменьшит участие человека в производственном цикле, а следовательно и человеческий фактор, который часто приводит к ухудшению производительности;
- повысится надежность и показатели качества системы.
Последний пункт является одним из определяющих. Работоспособность привода подачи закалочных тележек определяет в дальнейшем работу автоклавного крана, который производит перенос массивов ("сырых" и "готовых"). Применение для управления приводом подачи тележек человека приводит к удорожанию эксплуатации первого и ухудшению работоспособности, т.к. участвует человеческий фактор.
Автоматизация привода перемещения позволит избежать данных факторов, за счет отслеживания положения тележки на участке автоклавирования.
Автоматизация механизма, за счет разработки системы управления перемещения тележек позволит легче производить загрузку и разгрузку подающего конвейера, что ускорит данную операцию. Так как на данный момент на участке используется реверсивная лебедка, потребуется модернизировать с полной заменой всю механическую часть механизма подачи тележек, в связи, с невозможностью ныне существующей выполнять поставленный задачи.
Данный шаг еще ближе продвигает предприятие к комплексному управлению с помощью компьютера.
Предлагается для управления механизмом использовать контроллер, позволяющий управлять системой в целом, а применение преобразователей частоты для управления исполнительными двигателями позволит более плавно ими управлять.
5.2 Привод подачи закалочных тележек как объект управления
Под объектом управления будем понимать совокупность двигателя и передаточных механизмов. Рисунок 5.1 - Объект управления
5.2.1 Входные и выходные координаты объекта управления, диапазон их изменений
Так как объектом управления является асинхронный двигатель совместно с механической частью системы, то выходной координатой будет линейное перемещение телеги относительно пути. Основным ограничением, действующим на выходную координату, является длина цепного транспортера, то есть телега не может уйти за ее пределы.
Управляющим воздействием в данной системе является частота питающего напряжения, которое подается на статор двигателя. Так как в нашей системе применяется асинхронный двигатель, то изменение частоты питающего напряжения является одним из основных способов изменения частоты вращения ротора двигателя. Диапазон изменения Uдв определяется конструкцией машины и ограничениями управляемого силового преобразователя. Ограничением по управляющему воздействию являются конструктивные особенности двигателя. Нельзя повышать частоту до бесконечности, так как двигатель имеет ограничения по частоте. При очень маленькой частоте (маленькая частота питающего напряжения) вращения двигатель может потерять устойчивость со стороны управления.
Возмущающим воздействием является сила статической нагрузки массы телеги, на которую постоянно действует сила тяжести, и груза находящегося на ней.
Ограничением со стороны возмущения является тот факт, что превышение массы груза может привести к тому, что создаваемый момент превысит момент создаваемый двигателем и последний выйдет из строя. Кроме этого может произойти обрыв цепи и выход из строя всего транспортера.
5.2.2 Расчетная модель объекта управления
Для исследования динамики объекта управления необходимо произвести его математическое описание. Для этого необходимо составить расчетную модель исполнительного механизма.
В общетеоретическом смысле моделирование означает осуществление каким-либо способом отображения или воспроизведения действительности для изучения имеющихся в ней объективных закономерностей.
В расчетной схеме учитываем упругие, инерционные, диссипативные процессы в двигателе, передаточных и исполнительном механизмах. Для упрощения математического моделирования механизма допустим, что упруго-диссипативным свойствами обладает только самый податливый элемент (цепь транспортера). Остальные элементы кинематики представим абсолютно жесткими элементами.
Ведем основные допущения: распределенную массу элементов заменяем эквивалентной, сосредоточенной в центре масс; считаем деформацию в упругих звеньях системы только упругой, описываемой законом Гука; рассеяние энергии в материале происходит за счет сил внутреннего трения, пропорционально скорости этих деформаций.
С учетом выше принятых допущений расчетная схема примет вид, показанный на рисунке 5.2, где:
МДВ - момент двигателя; JД - момент инерции двигателя; iP - передаточное число редуктора; МР - момент редуктора; Jз - момент инерции звездочки; Rз - радиус звездочки; F - усилие создаваемое звездочкой; x1 - значение координаты в начале транспортера; x2 - значение координаты в конце транспортера; FC - усилие создаваемое от передвигаемого груза; С - коэффициент жесткости цепи; Д - коэффициент демпфирования цепи.
Найдем данные значения. Выпишем значение радиуса звездочки выбранной цепной передачи найденной по формуле (3.13): RЗ=0.34 м
Найдем момент инерции звездочки
JЗ - момент инерции по формуле (5.1):
(5.1)
кгм2
Коэффициент жесткости цепи [14], С=1,4108
Коэффициент демпфирования цепи [14], Д=1.1107
Найдем постоянную времени цепной передачи по формуле (5.2):
(5.2)
с
Усилие создаваемое перемещением груза численно равно сопротивлению перемещению, найденному по формуле (3.1):
FC=28361 Н
Выпишем данные для мотор-редуктора:
Передаточное отношение составляет, i = 188.45
Момент инерции двигателя, JД=0,03 кгм2
Максимальный крутящий момент МКР = 9 440 Н*м;
5.2.3 Система уравнений движения объекта управления
На основании полученной расчетной модели составим уравнения, которые описывают физические процессы протекающие в объекте:
Принимая начальные условия нулевыми перейдем к изображению по Лапласу. Получим:
,
где Т - постоянная времени цепи;
а - ускорение с которым движется груз;
m - масса передвигаемого груза.
5.3 Структурная схема объекта управления
На основании системы уравнений построим структурную схему механизма передвижения. В качестве входной координаты будем считать частоту питающего напряжения. Из разработанной структурной схемы можем выделить интересующие в дальнейшем координаты.
Рисунок 5.3 - Структурная схема математической модели объекта управления
5.4 Математическая модель объекта управления
В соответствии с разработанной структурой построим вычислительную модель объекта управления и проведем ее исследования в программной среде MatLab.
В качестве программного пакета для моделирования полупроводниковых электроприводов наиболее подходящей считается система MatLab (матричная лаборатория) со своими пакетами расширения, повсеместно принятая в качестве основного инструмента изучения полупроводникового электропривода.
Пакет Simulink со своими дополнениями - основной инструмент изучения различных электромеханических систем. Практически не существует задачи, связанной с исследованием систем электропривода, которую нельзя было бы решить в этом пакете.
Simulink предоставляет исследователю самые различные возможности, начиная от структурного (математического) представления системы и кончая генерированием кодов для программирования микропроцессора в соответствии со структурной схемой модели.
Библиотека Simulink представляет собой набор визуальных объектов, используя которые можно исследовать практически любую систему автоматического регулирования. Практически для всех блоков существует возможность настройки параметров. Параметры настройки отражаются в панели окна настройки выбранного блока.
Для выбранного двигателя рассчитаем необходимые для создания модели параметры.
Найдем постоянную времени T1 по формуле (5.3) [5]:
(5.3)
(5.4)
где:
Х1 - индуктивное сопротивление статора, Х1 = 1.155 Ом
Х - индуктивное сопротивление главного поля, Х = 40.75 Ом
R1 - активное сопротивление статора, R1 = 0.652 Ом
с
Найдем постоянную времени T2 по формуле (5.5):
(5.5)
где:
R2 - активное сопротивление ротора приведенное к статору, R2 = 0.448 Ом
(5.6)
Х2 - индуктивное сопротивление ротора приведенное к статору, Х2 = 1.766 Ом
, (5.7)
, (5.8)
с
Найдем постоянную времени T32 по формуле (5.9):
(5.9), с, г1=1.058
,
Рисунок 5.4 - Вычислительная модель ОУ
Рисунок 5.5 - Вычислительная модель двигателя мотор-редуктора
5.4.1 Исследование ОУ по отношению к управляющему воздействию
В рамках данного исследования нам необходимо изменять величину входного воздействия. В нашей системе управляющим воздействием является частота питающего напряжение. Изменять частоту будем вниз от номинального значения. И проведем этот опыт для разных значений нагрузки.
Рисунок 5.6 - Семейство характеристик изменения скорости двигателя щ=f (t) при изменении частоты питающего напряжения, при малой нагрузке
После окончания переходного процесса получаем установившееся значение скорости двигателя равное:
при f = 15 Гц щ =61 рад/с
при f = 30 Гц щ =100 рад/с
при f = 50 Гц щ =157 рад/с
Рисунок 5.7 - Семейство характеристик изменения скорости толкающей телеги v=f (t) при изменении частоты питающего напряжения, при малой нагрузке
После окончания переходного процесса получаем установившееся значение скорости толкающей телеги равное:
при f = 15 Гц v =0.12 м/с
при f = 30 Гц v =0.18 м/с
при f = 50 Гц v =0.28 м/с
Рисунок 5.8 - Семейство характеристик изменения перемещения толкающей телеги Х=f (t) при изменении частоты питающего напряжения, при малой нагрузке
За время равное 8 с толкающая телега прошла расстояние равное:
при f = 15 Гц v =0.8 м
при f = 30 Гц v =1.4 м
при f = 50 Гц v =0.22 м
Рисунок 5.9 - Семейство характеристик изменения скорости двигателя щ=f (t) при изменении частоты питающего напряжения, при средней нагрузке
После окончания переходного процесса получаем установившееся значение скорости двигателя равное:
при f = 15 Гц щ =79 рад/с
при f = 30 Гц щ =94 рад/с
при f = 50 Гц щ =150 рад/с
Рисунок 5.10 - Семейство характеристик изменения скорости толкающей телеги v=f (t) при изменении частоты питающего напряжения, при средней нагрузке
После окончания переходного процесса получаем установившееся значение скорости толкающей телеги равное:
при f = 15 Гц v =0.11 м/с
при f = 30 Гц v =0.17 м/с
при f = 50 Гц v =0.27 м/с
Рисунок 5.11 - Семейство характеристик изменения перемещения толкающей телеги Х=f (t) при изменении частоты напряжения, при средней нагрузке
За время равное 8 с толкающая телега прошла расстояние равное:
при f = 15 Гц v =0.8 м
при f = 30 Гц v =1.4 м
при f = 50 Гц v =0.21 м
Рисунок 5.12 - Семейство характеристик изменения скорости двигателя щ=f (t) при изменении частоты питающего напряжения, при номинальной нагрузке
После окончания переходного процесса получаем установившееся значение скорости двигателя равное:
при f = 15 Гц щ =50 рад/с
при f = 30 Гц щ =90 рад/с
при f = 50 Гц щ =148 рад/с
Рисунок 5.13 - Семейство характеристик изменения скорости толкающей телеги v=f (t) при изменении частоты питающего напряжения от 15 до 50 Гц, при номинальной нагрузке
После окончания переходного процесса получаем установившееся значение скорости толкающей телеги равное:
при f = 15 Гц v =0.09 м/с
при f = 30 Гц v =0.16 м/с
при f = 50 Гц v =0.27 м/с
Рисунок 5.14 - Семейство характеристик изменения перемещения толкающей телеги Х=f (t) при изменении частоты напряжения при номинальной нагрузке
За время равное 8 с толкающая телега прошла расстояние равное:
при f = 15 Гц v =0.75 м
при f = 30 Гц v =1.35 м
при f = 50 Гц v =0.2 м
5.4.2 Исследование ОУ по отношению к возмущающему воздействию
В рамках данного исследования нам необходимо изменять величину возмущающего воздействия. То есть величину статической нагрузки от массы телеги и груза.
Рисунок 5.15 - Семейство характеристик изменения скорости двигателя щ=f (t) при изменении нагрузки, при частоте питающего напряжения 50 Гц
После окончания переходного процесса получаем установившееся значение скорости двигателя равное:
при P = 500 Н щ =157 рад/с, при P = 17000 Н щ =155 рад/с
при P = 28400 Н щ =152 рад/с
Рисунок 5.16 - Семейство характеристик изменения скорости толкающей телеги v=f (t) при изменении нагрузки, при частоте питающего напряжения 50 Гц
После окончания переходного процесса получаем установившееся значение скорости толкающей телеги равное:
при P = 500 Н v =0.27 м/с
при P = 17000 Н v =0.16 м/с
при P = 28400 Н v =0.09 м/с
Рисунок 5.17 - Семейство характеристик изменения перемещения толкающей телеги Х=f (t) при изменении нагрузки, при частоте питающего напряжения 50 Гц
За время равное 8 с толкающая телега прошла расстояние равное:
при P = 500 Н v =2.15 м
при P = 17000 Н v =2.1 м
при P = 28400 Н v =2.05 м
Рисунок 5.18 - Семейство характеристик изменения скорости двигателя щ=f (t) при изменении нагрузки, при частоте питающего напряжения 30 Гц
После окончания переходного процесса получаем установившееся значение скорости двигателя равное:
при P = 500 Н щ =100 рад/с
при P = 17000 Н щ =95 рад/с
при P = 28400 Н щ =90 рад/с
Рисунок 5.19 - Семейство характеристик изменения скорости толкающей телеги v=f (t) при изменении нагрузки, при частоте питающего напряжения 30 Гц
После окончания переходного процесса получаем установившееся значение скорости толкающей телеги равное:
при P = 500 Н v =0.18 м/с
при P = 17000 Н v =0.175 м/с
при P = 28400 Н v =0.17 м/с
Рисунок 5.20 - Семейство характеристик изменения перемещения толкающей телеги Х=f (t) при изменении нагрузки, при частоте питающего напряжения 30 Гц
За время равное 8 с толкающая телега прошла расстояние равное:
при P = 500 Н v =1.4 м
при P = 17000 Н v =1.395 м
при P = 28400 Н v =1.39 м
Рисунок 5.21 - Семейство характеристик изменения скорости двигателя щ=f (t) при изменении нагрузки, при частоте питающего напряжения 15 Гц
После окончания переходного процесса получаем установившееся значение скорости двигателя равное:
при P = 500 Н щ =62 рад/с
при P = 17000 Н щ =58 рад/с
при P = 28400 Н щ =49 рад/с
Рисунок 5.22 - Семейство характеристик изменения скорости толкающей телеги v=f (t) при изменении нагрузки, при частоте питающего напряжения 15 Гц
После окончания переходного процесса получаем установившееся значение скорости толкающей телеги равное:
при P = 500 Н v =0.11 м/с
при P = 17000 Н v =0.105 м/с
при P = 28400 Н v =0.09 м/с
Рисунок 5.23 - Семейство характеристик изменения перемещения толкающей телеги Х=f (t) при изменении нагрузки, при частоте питающего напряжения 15 Гц
За время равное 8 с толкающая телега прошла расстояние равное:
при P = 500 Н v =0.89 м
при P = 17000 Н v =0.85 м
при P = 28400 Н v =0.79 м
Различие переходных характеристик для трех значений масс перемещаемого груза незначительные, ими можем пренебречь. Поэтому при проектировании системы управления рассматриваем только вариант при наибольшей загрузке транспортера.
5.5 Структурный синтез системы управления приводом перемещения
Создание системы автоматического позиционирования позволяют снизить требования уровня профессионализма, увеличить время межремонтных периодов и повысить производительность установки.
Проведенные исследования ОУ показывают, что необходимы дополнительные меры для снижения влияния люфта и компенсации статической ошибки системы положения.
5.5.1 Структурный синтез системы и настройка регуляторов
в настоящее время в электроприводе при создании системы автоматического управления используется структурное построение в виде многоконтурной системы с одной измеряемой координатой.
Объектом управления Wоу (p) является существующая система управления, включающая в себя контур скорости. ОУ можно описать апериодическим звеном с постоянной времени Т=0.5 с (Рисунок 5.24)
(5.10)
Синтез регуляторов осуществляется методом последовательной коррекции (начиная с внутреннего контура и заканчивая внешним) одной из наибольшей постоянной времени.
Практически при выборе передаточной функции регулятора контура стремятся обеспечить за счет действия регулятора компенсацию наиболее существенных инерционностей объекта, входящих в данных контур, и тем самым улучшить быстродействие системы;
Коэффициент передачи пропорционально дифференциального регулятора в первом контуре положения выбираем исходя из условия отсутствия колебательности выходной координаты около установившегося значения.
(5.11)
Подадим скачкообразный воздействие на вход первого контура R1. Затем экспериментально по графику переходного процесса определим коэффициенты в полученном контуре одновременно добиваясь наилучших показателей качества системы.
Во втором контуре положения необходимо скомпенсировать затяжной характер переходного процесса путем компенсации большой постоянной времени первого замкнутого контура положения. В данном контуре положения применяем пропорциональный регулятор.
(5.12)
Рисунок 5.25 - Структурная схема синтезированной системы
Рисунок 5.26 - Вычислительная модель синтезированной системы
Рисунок 5.27 - График изменения скорости телеги v (t)
Рисунок 5.28 - График изменения перемещения х (t)
Полученные переходные процессы перемещения телеги (рисунок 5.28) и ее скорости (рисунок 5.27) показывают, что система точно отрабатывает задающий сигнал при отсутствии перерегулирования без скоростной и статической ошибки.
5.5.2 Синтез оптимальной траектории движения
Позиционные режимы с прямоугольными временными диаграммами ускорений обеспечивают наибольшее быстродействие, но не оптимальны по электропотреблению. Они являются возбудителями полигармонических колебаний механизмов и источниками дополнительных погрешностей движения исполнительных органов. В связи с этим используют алгоритмы формирования треугольных и трапецеидальных диаграмм ускорений при отработке заданных перемещений.
С целью снижения нагрузок на привод и конструкцию крана необходимо создать оптимальные траектории движения крана с учетом наложенных ограничений на ускорение и рывок.
При необходимости обеспечения высокой точности позиционирования формируется оптимальный график движения рабочего органа. Такой типовой график состоит из трех участков - разгона, движения с установившейся скоростью и торможения (рисунок 5.29).
Известные величины ускорения и рывка позволяют построить оптимальный график скорости, который достичь оптимального характера ускорения при одновременном снижении нагрузки на механику.
График скорости состоит из участков:
0 - t1 - величина рывка поддерживается постоянной;
t1 - t2 - поддерживается постоянной величина ускорения;
t2 - t3 - величина рывка поддерживается постоянной;
t3 - t4 - скорость остается постоянной;
t4 - t5 - величина рывка поддерживается постоянной;
t5 - t6 - поддерживается постоянной величина ускорения;
t6 - t7 - величина рывка поддерживается постоянной.
Часто возникают случаи, когда расстояние между двумя рабочими точками мало и рабочий орган манипулятора не успевает набрать максимально возможную скорость. При этом траектория движения состоит только из двух участков - разгона и торможения
Рис. 5.29 - Формирование оптимальных траекторий
5.6 Алгоритм работы привода подачи закалочных тележек
Рабочий цикл транспортера состоит из двух основных операции:
составление поезда из закалочных тележек и последующая его загрузка в автоклав;
разгрузка автоклава и телег после окончания процесса автоклавирования.
При разработки и составление алгоритма управления транспортером учитывалось такое обстоятельство, что при выполнение технологического цикла транспортер знает места основных положений (их 6). Поэтому при составление данного алгоритма на контроллере необходимо заложить данную функцию программно.
Алгоритм работы системы при отработке операции "Составление поезда" (рисунок 5. и 5.).
Технологический цикл работы начинается с включения питания (блок 2). Затем проверятся условие установки и загруженности массивами закалочной телеги (ЗТ). После этого происходит выключение тормоза, подается напряжение на двигатель. При достижении толкающей телеги (ТТ) позиции 5 (блок 5) происходит автоматическое зацепление крюка толкающей телеги с держателем закалочной телеги. Двигатель включается в режиме вращения назад и транспортер перетаскивает в телеги до позиции 4 (блок 8). Затем происходит проверка условия установки и загрузки ЗТ 2 и алгоритм повторятся снова. До тех пор пока не составиться поезд. После этого происходит процесс выдержки массивов вне автоклава. Производиться проверка завершения процесса выдержки (блок 31). И при прохождении проверки того, что автоклав открыт двигатель включается на вращение вперед и происходит перекат поезда из закалочных телег в автоклав (блок 33). Ввиду того что ТТ не может затолкнуть весь поезд полностью, в связи с тем что мы не можем установить ведомую звездочку цепного транспортера в автоклав. При нахождении ТТ в позиции 6 (блок 34) происходит включение расцепителя 1 (блок 36). и ТТ отделяется от основного поезда. Автоклавным краном устанавливается специальная заталкивающая телега (ЗТТ) (блок 41). После выполнения данного условия двигатель транспортера включается вперед и дотаскивает поезд из ЗТ в автоклав. При достижении позиции 6 ТТ двигатель останавливается и включается движение назад (блок 45). Включается расцепитель 2 (блок 46) и происходит автоматическое расцепление ТТ с ЗТТ. Затем ЗТТ убирается с пути автоклавным краном. Обесточиваются цепи питания двигателя и расцепителея. Технологическая операция "Составление поезда" завершена.
Алгоритм работы системы при отработке операции "Разгрузка поезда" (рисунок 5. и 5.).
Технологический цикл работы начинается с включения питания (блок 2). Затем проверятся условие установки закалочной телеги (блок 5) она необходима для выемки из автоклава первой телеги. Затем ее убирают автоклавным краном. После подтверждения этого условия (блок 17) Двигатель включается для перемещения вперед и при достижении позиции 6 происходит автоматическая сцепка зацеп ТТ и держателя ЗТ. Происходит остановка двигателя (блок 20) и включается движение двигателя назад. И при достижении позиции 5 происходит включение сначала расцепителя 1 и затем расцепителя 2. Конструктивно расцепитель 2 находиться несколько дальше от оси симметрии установочного места под автоклавным краном. Это сделано для того чтобы сначала ЗТ расцепилась с поездом. А потом уже с ТТ. После этого ЗТ убирается с пути автоклавным краном. И таким образом операция повторяется до полной разгрузке ЗТ в поезде. Останавливается двигатель, выключаются расцепители. Технологическая операция "Разгрузка поезда" завершена.
Рисунок 5.24 - Алгоритм технологической операции "Составление поезда" часть 1
Рисунок 5.24 - Алгоритм технологической операции "Составление поезда" часть 2
Рисунок 5.24 - Алгоритм технологической операции "Разгрузка поезда" часть 1
Рисунок 5.24 - Алгоритм технологической операции "Разгрузка поезда" часть 2
5.7 Вариант технической реализации САУ (на основе ПЛК Siemens S-200)
Электропривод с программным управлением обеспечивает движение исполнительного органа рабочей машины по определенной, наперед заданной программе.
Программные контроллеры позволяют реализовать как простые схемы с цикловым движением электроприводов, так и сложные системы комплексной автоматизации промышленного оборудования.
Автоматизация работы по перемещению грузов с помощью транспортных машин позволяет повысить производительность транспортных работ. Но наряду с этим необходимо учитывать необходимость требований безопасности и человеческий фактор при работе с механизмом.
5.7.1 Алгоритм функционирования
При составлении технологических программ запись алгоритмов функционирования в виде оперативных схем является наиболее наглядной и удобной. При этом арифметические операторы изображаются прямоугольниками внутри, которых записывается непосредственная команда, реализованная оператором, а управление от данного оператора к последующему указывается направлением стрелки. Логические операторы изображаются ромбами внутри, которых словесно указывается выполнение требуемого условия (да или нет). При этом соответственно и передача управления от данного логического оператора изображается двумя стрелками (единица - да, ноль - нет).
Включением автоматического выключателя на распределительном щите подается оперативное напряжение (24 В) на микроконтроллер и силовые преобразователи.
Происходит опрос конечных выключателей двери кабины управления и силовых шкафов, температуры двигателя и силовых преобразователей. После, включением силового контактора подается напряжение (380 В) на приводы перемещения.
По известной текущей и введенной позиции определяется направление движения и формируется оптимальные кривые разгона и торможения. После достижения заданной позиции накладывается тормоз механизма передвижения.
Во время перемещения телеги контролируются сигналы с датчиков температуры приводов перемещения.
Также ограничивается движение телеги по краям участка автоклавирования стоят концевые выключатели, которые предотвращают аварийные ситуации.
5.7.2 Выбор микроконтроллера
Для решения задач автоматизации портального робот выбираем микроконтроллер серии SIMATIC S7-200 [19] предназначенный для решения задач управления и регулирования небольших систем автоматизации. Этот контроллер позволяет создавать как автономные системы управления, так и системы управления, работающие в общей информационной сети. За счет высокой гибкости конфигураций контроллер SIMATIC S7-200 применяется для решения как простейших задач автоматизации, для решения которых в прошлом использовались простые реле и контакторы, до задач комплексной автоматизации.
В качестве центрального процессора используем модуль CPU 224, предназначенный для построения компактных систем автоматического управления высокой производительности. Модуль оснащен 14 встроенными дискретными входами и 10 дискретными выходами. Позволяет производить подключение до 7 модулей расширения ввода-вывода.
Технические данные
Объем встроенной памяти программ 12288 байт
Объем встроенной памяти данных 8192 байт
Опциональный картридж памяти 256 Кбайт
Сохранение данных в памяти при перебоях электропитания 70 часов
Программное обеспечение STEP 7 Micro/WIN
Языки программирования LAD, FBD, STL
Набор команд основной
Логические операции, адресация результата, сохранение, счет, загрука. Передача, сравнение, сдвиг, вращение, вызов подпрограмм с передачей параметров.
Набор команд расширенный
Инструкции управления ШИМ и ЧИМ, инструкции переходов, циклов, преобразования типов данных. Арифметические инструкции сложения, вычитания, умножения, деления, извлечения квадратного корня (целочисленная математика и математика с плавающей запятой).
Время выполнения логической инструкции 0.22 мкс
Максимальное количество модулей расширения 7
Количество встроенных входов/выходов: 10/14
Монтаж на 35 мм профильную шину DIN или на плоскую поверхность с креплением винтами
Для увеличения количества входов и выходов, обслуживаемых одним центральным процессором., необходим модули ввода-вывода дискретных сигналов. Для этой цели используем: модуль ввода-вывода дискретных сигналов EM 223.
Модули ввода дискретных сигналов выполняют преобразование входных дискретных сигналов контроллера в его внутренние логические сигналы. Модули вывода дискретных сигналов - преобразование внутренних логических сигналов контроллера в его выходные дискретные сигналы.
Подключение к соседним модулям производится с помощью плоского кабеля, который вмонтирован в каждый модуль. Внешние цепи подключаются через съемные терминальные блоки, оснащенные контактами под винт. Терминальные блоки закрыты защитными изолирующими крышками. Применение съемных терминальных блоков позволяет производить замену модулей без демонтажа их внешних цепей. На лицевой панели модулей расположены светодиоды индикации состояний внешних цепей.
Количество входов 8
Гальваническое разделение внешних и внутренних цепей оптоэлектронное
Входное напряжение/ ток:
номинальное значение 24 В / 4 мА
высокого уровня, не менее 15 В / 2.5 мА
низкого уровня, не более 5 В / 1 мА
Количество выходов 8
Выходной ток
одного выхода, длительный, не более 2А
одного выхода, импульсный, не более 5А течение 4с
одной группы, суммарный, не более 8А
Габариты 71.2 Ч 80 Ч 62 мм
Масса 0.3 кг
Для решения задачи позиционирования выбираем специализированный модуль EM 253. Модуль имеет необходимый интерфейс для подключения инкрементального датчика положения и два аналоговых выхода для управления силовыми преобразователями. Это специальный функциональный модуль, используемых для управления скоростью вращения и положением серводвигателей. Он обменивается данными с S7-200 через шину расширения ввода/вывода и появляется в конфигурации входов/выходов как интеллектуальный модуль с восемью цифровыми выходами. На основе информации, хранящейся в памяти S7-200, модуль позиционирования генерирует выходной сигнал, необходимые для управления движением.
EM 253 характеризуется следующими показателями:
12 светодиодов индикации состояний модуля.
4 импульсных выхода для управления позиционированием.
5 дискретных входов.
2 аналоговых выхода.
Модуль устанавливается на стандартную 35 мм профильную рейку DIN и подключается к соседнему модулю с помощью гибкого кабеля. Питание подключается к модулю через терминалы с винтовыми зажимами. Параметры настройки сохраняются в памяти центрального процессора.
Интерфейс 5В датчиков позиционирования или датчиков позиционирования с интерфейсом RS422.
Позиционирование с использованием абсолютных или относительных координат.
Ручное управление операциями позиционирования.
До 25 профилей позиционирования с использованием до 4 скоростей перемещения.
Компенсация люфта при изменениях направления движения.
Выбор режима работы с установкой до 4 контрольных точек.
Ток, потребляемый от внутренней шины контроллера 190 мА
Габариты 71.2 Ч 80 Ч 62 мм
Масса 190 г
Для обеспечения человеко-машинного интерфейса выбираем панель оператора Simatic OP 73. Данное устройство позволяет управлять установкой подачи тележек вручную.
Подключение к контроллеру через шину PROFIBUS.
Харктеристики:
Прочный пластиковый корпус
3" графический LCD дисплей
Мембранная клавиатура, устойчивая к воздействию агрессивных сред
Датчик положения осуществляет преобразование кругового либо линейного перемещения исполнительного органа в эквивалентный цифровой код, поступающий в управляющую часть. Тип датчика выбирают исходя из оценки достижимой погрешности позиционирования, импульсных датчиков, с помощью которых можно получить очень высокую точность позиционирования.
Инкрементальный датчики SINUMERIK (Siemens) подают на оборот определенное количество электрических импульсов, являющихся мерой пройденного пути или угла.
Инкрементальные датчики работают по принципу оптоэлектронной развертки делительных дисков в проходящем свете. Источником света является световой диод (LED). Возникающая при вращении вала датчика модуляция светотени регистрируется фотоэлементами. Посредством правильного расположения штрихового образца на соединенном с валом делительном диске и зафиксированной диафрагмы фотоэлементы посылают два смещенных по отношению друг к другу на 90° путевых сигнала А и В, а также нулевой сигнал R. Электроника датчика усиливает эти сигналы и преобразует их в различные выходные уровни.
В качестве выходного уровня имеются:
RS 422 дифференциальные сигналы (TTL);
аналоговые сигналы sin/cos с уровнем 1 Vpp;
У датчиков RS 422 (TTL) благодаря обработке фронта дискретность разрешения может быть увеличена в четыре раза.
Для получения еще более высокого разрешения у датчиков с синусообразными сигналами они интерполируются в вышестоящей СЧПУ. Датчики с интерфейсом HTL (High Voltage Transistor Logic) хорошо подходят для использования с модулями счетчиков.
Рабочее напряжение на датчике или 10 В.30 В
Частота развертки (макс.) 300 кГц
Потребляемая мощность без нагрузки (макс.) 150 мА
Длина кабеля до следящей электроники 100 м
Разрешение, макс.4096
6. Надёжность
6.1 Мероприятия по повышению надежности
К технологическим методам повышения долговечности деталей машин относятся мероприятия по улучшению свойств материалов при формообразовании, применение термической и химико-термической обработки.
Качество детали, от которого зависит ее долговечность, начинает формироваться еще на стадии получения заготовки и продолжает изменяться при дальнейшем изготовлении. Долговечность деталей, работающих в условиях циклических нагрузок, имеющих их концентраторы напряжений, значительно повышается в результате поверхностного наклепа. Например, при обработке дробью рессор транспортных машин, полуосей автомобилей, зубчатых колес и других деталей, срок их службы увеличивается в 2,5 раза; при обкатке роликами усталостная прочность коленчатых валов из высокопрочных чугунов повышается до 200%, а предел выносливости зубчатых колес тепловозов - на 50%; при чеканке галтелей достигается равнопрочность участков ступенчатых валов, в результате чего их долговечность повышается в 1,5 раза. Повышение предела выносливости деталей с концентратором напряжений, а также повышение износостойкости достигается в процессе гидроструйного наклепывания. Механические свойства всего объема металла повышаются при упрочнении взрывом.
6.2 Предложения по технической диагностике механического оборудования
Некоторые модели изменения уровня надежности основаны на описании процесса доработок посредством учета статистических данных. В таком описании лишь косвенно учитывают факторы, с помощью которых осуществляют улучшение параметров. Даже наилучшая аппроксимация кривых роста надежности описывает явление в среднем и не позволяет дать конкретные рекомендации в каждом отдельном случае. Поэтому необходимо разработать такую модель роста надежности, которая бы позволяла активно вмешиваться в процесс доработок. Только при таком подходе теория построения модели роста надежности станет действующим инструментом не только для описания процесса доработок, но и его непосредственного улучшения.
Математическая модель роста надежности с учетом управляющих воздействий основывается на следующих допущениях и предпосылках:
1. Испытания нового изделия проводят комплексно с учетом различных режимов испытаний (нагрузок, температур, вибраций и т.д.);
2. В случае появления отказа и установления его причины проводят доработку;
3. Доработка изделия носит комплексный характер, т.е. дорабатывают не только отказавший элемент, но и другие элементы, непосредственно связанные между собой функциональной зависимостью при выполнении изделием поставленной задачи; можно проводить доработку и одного элемента одновременно по нескольким выходным параметрам.
6.3 Определение вероятности безотказной работы САУ цепного транспортера
При расчете надежности системы управления необходимо определить вероятность безотказной работы.
Расчет надежности выполняется в соответствии с требованием ГОСТ 20237-81 и сводится к расчету вероятности безотказной работы изделия и времени наработки на отказ.
Расчет обычно производится при следующих допущениях:
1. Отказы элементов являются событиями случайными и независимыми;
2. Вероятность безотказной работы элементов изменяется от времени по экспоненциальному закону, то есть интенсивность отказов не зависит от времени;
3. Учет влияний условий работы производится приближенно;
4. Параметрические отказы отдельно не учитываются.
Величины интенсивности отказов компонента:
Асинхронного двигателя, 1=4,210-5 1/ч
Преобразователя частоты, 2=510-51/ч
Промышленного контроллера, 3=10-61/ч
Усилитель, 4=2510-51/ч
Датчик ОС, 5=0,210-51/ч
Найдем интенсивность отказов системы в целом при лабораторных условиях работы по формуле (6.1):
=1+2+3+4+5 (6.1)
=4,210-5+510-5+1010-5+0,210-5+2510-5=44,410-5 (1/ч)
Учет влияний условий эксплуатации изделия в ориентировочных расчетах производится с помощью поправочного коэффициента К. Найдем данный коэффициент по формуле (6.2):
(6.2)
где:
Кэ=6, эксплуатационный коэффициент для пересчета интенсивностей отказа групп или типов от режимов испытаний к условиям эксплуатации;
Кн=1, коэффициент электрической нагрузки;
Ку=1, Коэффициент расчета надежности, связанный с постоянным усовершенствованием технологии.
Величина интенсивности отказов системы в целом:
(6.3)
(1/ч)
Определим вероятность безотказной работы системы для промежутка времени от 0 до 3000 часов. Для этого найдем значение вероятностей (6.4) и построим график P (t).
(6.4)
Рисунок 6.1 - График зависимости P (t)
Определим время наработки на отказ по формуле (6.5):
(6.5)
ч
7. Экономический расчет
7.1 Общие сведения
Важнейшим фактором изготовления продукции является производительность труда - полезный результат трудовых затрат, эффективность труда. Повышение производительности труда - главный резерв удешевления продукции, уменьшение затрат на её производство. Методы повышения производительности труда на предприятии и на рабочих местах многообразны. Основной резерв роста производительности труда - снижение трудоёмкости единицы продукции, лучшее использование рабочего времени, увеличение доли основных производственных рабочих, проведение механизации ручных операций на всех участках производства, внедрение автоматизации.
Основной задачей технического нормирования на предприятии является установление и определение затрат времени (нормы времени) для выполнения определенного объёма работ.
Норма времени является мерой производительности труда. С уменьшением затрат времени на выполнение определенной работы производительность труда повышается. Нормой времени называется время, установленное для производства единицы продукции или выполнения производственной операции (в часах или минутах). Нормой выработки N является количество деталей (или операций), которое должен изготовить рабочий за смену или за час работы (за единицу времени). Чем больше норма выработки, тем меньше норма времени, и наоборот. Товарная продукция предприятия - вся изготовленная и реализуемая продукция. К валовой продукции относится весь объем работ, выполненный на предприятии для обеспечения выпуска товарной продукции (включая заделы изделий). Выполнение производственной программы предприятия характеризуется товарным и валовым выпуском, выполнением номенклатуры изделий, снижением себестоимости продукции, внедрением новой техники, качеством продукции и т.д. Данные о выпуске валовой и товарной продукции имеются в отчете предприятия. Сравнение фактически достигнутых результатов работы с плановыми показателями дают показатели выполнения или невыполнения плана. Качество продукции является наряду с объёмом важнейшим показателем производственной программы. Значение качества продукции часто равносильно увеличению её выпуска без дополнительных затрат сырья, материалов, энергии, труда и т.д. Улучшение качества продукции в основном достигается путем совершенствования конструкции изделий и зависит от технического уровня производства. Себестоимость продукции - это выраженная в деньгах сумма всех расходов предприятия на производство и реализацию продукции. Себестоимость продукции является основным качественным показателем работы каждого предприятия. Для снижения себестоимости и повышения рентабельности производства необходимо осуществление режима экономии, повышение производительности труда, снижение материальных затрат, сокращение затрат на обслуживание производства и управление, ликвидация непроизводственных расходов. Тяжелым бременем на себестоимость продукции ложится брак.
7.2 Расчет капитальных вложений по базовому проекту
Объем капитальных вложений рассчитывается по формуле:
К1 = КОБ + КМ (руб) (7.1)
где
КОБ - капитальные вложения на оборудование, определяется по формуле:
КОБ = ЦОБ • КВО • СПР (руб) (7.2)
где ЦОБ - цена оборудования в год приобретения, 12360 руб;
КВО - коэффициент пересчета цен на дату проекта, 60,2:
СПР - принятое число комплексов, 1;
КОБ = ЦОБ • КВО • СПР = 12360 •60,2 • 1 = 744072 (руб)
где КМ - капитальные вложения на монтаж и установку оборудования,
КМ = ЦОБ • (а - 1) • КВО • СПР, (руб) (7.3)
где
а - коэффициент учитывающий затраты на доставку и монтаж оборудования а = 1,1
КМ = 744072 • (1,1 - 1) • 60,2 •1 = 74407,2 (руб)
К1 = 744072 + 74407,2= 818479,2 (руб)
Расчет издержек производства по базовому варианту:
ИП-ВА = ИЗ + ИР + ИЭ (7.4)
где Из - годовая зарплата рабочих по обслуживанию установки, руб;
ИЗ =ЗСМ • 12 • Р (7.5)
где ЗСМ - среднемесячная зарплата рабочих, 17000 руб;
Р - общее число рабочих на установке, 3 чел.
ИЗ = 17000 • 12 • 3 = 612000 (руб)
ИР - годовые затраты на ремонт основных фондов, руб;
ИР = КОБ/100 • 20%= 744072/100 • 20% = 148814,4 (руб)
ИЭ - затраты на электроэнергию комплекса, руб.
ИЭ = ТЭ • WГР (руб) (7.6)
где ТЭ - тариф за 1 кВт ч.2,32 руб.
WГР - годовой расход электроэнергии, кВт
WГР = РА • ФЕ • КВ • КМ (кВт•ч) (7.7)
где РА - активная мощность 27 кВт
ФЕ - действительный фонд времени работы установки 3650 ч.
КМ - коэффициент загрузки по времени 0,725
КВ - коэффициент загрузки по мощность 0,9
WГР = 27 • 3650 • 0,725 • 0,9 = 64303,9 (кВт•ч)
ИЭ =2,32 • 64303,9 = 149185 (руб)
ИП-ВА =612000 + 148814,4 + 149185= 909999,4 (руб)
Амортизационные отчисления:
АА = Р • КОБ (руб) (7.8)
где Р = 0,053
АА =0,053 • 744072 = 39435,8 (руб)
Найдем приведенные общие эксплуатационные затраты
(7.9)
где ПС - годовая производительность, 46080 м3
Удельные капитальные вложения определяем по формуле
(7.10)
7.3 Расчет капитальных вложений по проектному варианту
Подобные документы
Технологический процесс изготовления поковок в кузнечнопрессовом цехе. Устройство и принцип работы AS-interface. Пути и методы развития систем автоматического управления на данном участке производства. Функциональная Схема АСУ кузнечнопрессового участка.
контрольная работа [430,7 K], добавлен 04.05.2010Совершенствование методов проектирования. Технологические процессы производства штампованной продукции. Автоматизация подготовки управляющих программ для станков в системе автоматизированного проектирования технологического процесса "Вертикаль".
дипломная работа [9,7 M], добавлен 13.02.2016Анализ нагружения и структура деталей, основные требования к ним. Выбор марки стали, разработка и обоснование выбора технологического процесса, описание его операций. Маршрутная технология изготовления деталей. Механизация и автоматизация производства.
дипломная работа [369,9 K], добавлен 02.09.2010Автоматизация различных стадий производственного процесса, как необходимое условие для комплексной автоматизации производственного процесса. Автоматическая линия. Создание роботизированных технологических комплексов. Виды вспомогательного оборудования.
презентация [83,8 K], добавлен 12.03.2015Описание технологического процесса производства стекломассы. Существующий уровень автоматизации и целесообразность принятого решения. Структура системы управления технологическим процессом. Функциональная схема автоматизации стекловаренной печи.
курсовая работа [319,2 K], добавлен 22.01.2015Технологические процессы перекачки нефтепродуктов. Выбор средств измерения давления на участке трассы. Разработка системы автоматизации узла задвижки и системы обнаружения утечек на линейной части трубопровода Вынгапуровского газоперерабатывающего завода.
дипломная работа [1,0 M], добавлен 16.04.2015Анализ колонны К-302 как объекта управления. Общие требования к микропроцессорной системе. Разработка автоматизированной система управления технологическим процессом колонны К-302 установки "Стирола". Привязка информационных сигналов к клеммам модулей.
курсовая работа [608,5 K], добавлен 17.03.2012Комплексная механизация и автоматизация технологических процессов подготовительно–разбраковочного производства. Датчик автоматического измерения ширины материала: принцип работы. Кинематическая схема двухкоординатных манипуляторов для швейных машин с ЧПУ.
контрольная работа [1,3 M], добавлен 07.02.2016Организация производственного процесса обработки детали на механическом участке. Определение потребного оборудования, численности основного, вспомогательного персонала. Оценка стоимости основных фондов. Расчет материальных затрат, себестоимости продукции.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 19.11.2012Система управления технологическим процессом сушки в прямоточной барабанной сушилке; параметры автоматического контроля, сигнализации и защиты, построение АСУ. Расчет динамических характеристик объекта регулирования, выбор комплекса технических средств.
курсовая работа [608,1 K], добавлен 28.09.2011
