Система управления линией для термодиффузионного цинкования на основе печи "Дистек-125"

Логика работы ПЛК110 определяется потребителем в процессе программирования контроллера. Программирование осуществляется с помощью программного обеспечения CoDeSys2.3 (версии 2.3.9.9). При этом поддерживаются все языки программирования, указанные вМЭК 61131-3.

Контроллер ПЛК110 может быть использован как:

? специализированное устройство управления выделенным локализованным объектом;

? устройство мониторинга локализованного объекта в составе комплексной информационной сети;

В части требований условий эксплуатации контроллер ПЛК110 соответствует ГОСТ Р 51841-2001, раздел 4. Контроллер ПЛК110 эксплуатируется при следующих условиях:

? закрытые взрывобезопасные помещения или шкафы электрооборудования;

? температура окружающего воздуха от минус 10 до +50°С;

? верхний предел относительной влажности воздуха - 80% при 25°С;

Контроллеры модификаций ПЛК110 выпускаются в конструктивном исполнении для крепления на DIN-рейке 35 мм или на щите. По боковым продольным сторонам контроллера под прозрачными откидными крышками расположены съемные клеммные колодки, служащие для подключения дискретных датчиков, исполнительных механизмов, интерфейсов RS-485 и клеммы встроенного источника постоянного напряжения 24 В. Шаг клемм 7.6 мм.

На верхней боковой стороне относительно лицевой панели ПЛК110 расположен соединитель интерфейса Ethernet типа RJ45. Светодиодный индикатор красного (или оранжевого) цвета в соединителе интерфейса Ethernet свидетельствует об установлении связи, работа зеленого светодиода свидетельствует о приеме либо передаче данных. На лицевой панели ПЛК110 расположены соединители интерфейсов RS-232, Debug RS-232.

Внешний вид и контроллера ПЛК 110 представлен на рисунке 2.3



Рисунок 2.3 - Внешний вид ПЛК серии 110

Перед использованием контроллер ПЛК110 необходимо запрограммировать, т.е. создать пользовательскую программу. После создания пользовательская программа может быть сохранена в энергонезависимой Flash-памяти контроллера и запускаться на выполнение после включения питания или перезагрузки. Программирование осуществляется с помощью ПО CoDeSys 2.3 (версии 2.3.9.9). Для связи со средой программирования CoDeSys может использоваться один из интерфейсов контроллера: RS-232-Debug, USB-Device или Ethernet.

Из всего модельного ряда ПЛК 110 выбираем контроллер ПЛК 110-24-60. Характеристики ПЛК 110-24-60 приведены в таблице 2.6.

Таблица 2.7 - Характеристики ПЛК 110-24-60

Напряжение питания	От 22 до 28 В постоянного тока (номинальное 24 В).
Потребляемая мощность, не более	35 Вт 40 ВА
Параметры встроенного источника питания	Выходное напряжение 24±3 В, ток не более 620 мА
Количество входов из них быстродействующих	36 4
Напряжение питания дискретных входов, В	24 ± 3
Максимальный входной ток дискретного входа	не более 7 мА при питании 24 В,
Количество релейных выходных каналов	24
Электрическая прочность изоляции, В	1500
Центральный процессор	RISC-процессор на базе ядра ARM-9, 32 разряда, 180 МГц

Кроме этого, для увеличения количества входных и выходных сигналов, которые может обрабатывать контроллер, к нему подключается модуль дискретного ввода-вывода ОВЕН МДВВ.

Основные технические характеристики дискретного модуля ввода-вывода МДВВ приведены в таблице 2.7

Таблица 2.7 - Характеристики модуля дискретного ввода-вывода МДВВ

Напряжение питания	24 В
Потребляемая мощность, не более	12 ВА
Количество дискретных входов	12
Максимальная частота входного сигнала, кГц	1
Количество выходов	8
Максимальная длина линии связи, м	1200
Тип корпуса	на DIN-рейку Д9
Габаритные размеры корпуса, мм	157х86х58

Электрическая схема подключений представлена в графической части проекта.

Разработка автоматической крышки

Для автоматизирования процесса закрывания и открывания рабочего пространства печи в данном проекте, необходимо модернизировать крышку самой печи. Контроль положения крышки обеспечивается бесконтактными индуктивными выключателями установленными на самой печи и креплении крышки[10].

Конструкция крышки представляет собой электродвигатель, вал с ограниченным ходом наружной резьбы, крышку с планкой где нарезана резьба внутренняя, ограничителями хода крышки и крепежными приспособлениями. В крепежных карманах необходимо установить подшипники, дабы уменьшить влияние изгиба вала, непременно ведущих к неполадкам в мотор-редукторе и ухудшении позиционирования.

Конструктивно передача винт-гайка может выполнена с вращательным движением винта и поступательным движением гайки. Для большего выигрыша в силе и обеспечения самоторможения применяют однозаходную резьбу с малым углом подъема. Как показывает опыт, неудовлетворительная работа винтовых передач чаще всего вызывается износом резьбы. Поэтому основным расчетом всех винтовых передач является расчет на износ, в результате которого определяют диаметр винта[11].

Определим диаметр винта из условия износостойкости, приняв

1. Материалы винта и гайки.

Для винта принимаем сталь 45, термообработка - улучшение (д_Т= 540 МПа), для гайки - бронзу БрО10Ф1 (для уменьшения трения и повышения износостойкости гайки).

2. Допускаемые давление и напряжения:

а) допускаемое давление для пары сталь-бронза [p] изн=10 МПа;

б) для материала винта

[д] = д_Т /[S_T] Мпа (29)

д_Т = 180

в) для материала гайки

[д] = 40 МПа;

[д_cm] = 45 МПа;

3. Средний диаметр резьбы. Учитывая сравнительно небольшую силу сжатия, принимаем для передачи трапецеидальную резьбу с

=0,5.

Конструкцию гайки выбираем цельную, = 1,5. Принимают для трапецеидальной резьбы;

Тогда средний диаметр резьбы:

(30)

Где F_а - сила с которой крышка давит на винт;

[p_изн] - допускаемое давление (таличное значение);

?_H - коэффициент высоты гайки;

?_h - коэффициент высоты резьбы.

Из табличных значений выбираем:

d₂= 32 мм, номинальный диаметр резьбы;

р = 6 мм, шаг резьбы;

4. Угол подъема резьбы. Для большего выигрыша в силе принимаем однозаходную резьбу (z = 1).

(31)

?=3°2'

Приведенный угол трения при f=0,09 г =15°

ц'=5°19' (32)

Так как, передача винт-гайка скольжения самотормозящаяся.

По результатам вычислений:

Т = 2.35 Нм

То есть, для того что бы привести в движение крышку, нам необходим электропривод с крутящим моментом превышающим моменты сопротивления механизма.

Под данные параметры подходит cоосно-цилиндрический мотор-редуктор серии РСЦ. Внешний вид мотор-редуктора изображен на рисунке 2.4. Основные технические характеристики приведены в таблице 2.8.

Данный мотор редуктор комплектуется трехфазным электродвигателем АIS71А4. Внешний вид электродвигателя изображен на рисунке 2.5. Основные технические характеристики приведены в таблице 2.9.

Рисунок 2.4 - Внешний вид мотор-редуктора АIS71А4

Таблица 2.8 Основные технические характеристики мотор-редуктора РСЦ

n2 об/мин	М, Н*м	Вес редуктора, кг	Используемый двигатель
253	6.1	4.6	АIS71А4

Рисунок 2.5 Внешний вид двигателя АIS71А4



Таблица 2.9 Основные технические характеристики двигателя АIS71А4

Название	Мощность	Номинальная частота вращения, об/мин	КПД, %	cos ц	Iп/Iн	Мп / Мн	Мmax/Мн	Масса, кг
	л. с.	кВт
АIS71А4	0,33	0,25	1320	65,0	0,67	5,0	2,2	2,2	5,2

Iп/Iн - отношение пускового тока к номинальному;

Мmax/Мн - отношение максимального момента к номинальному;

Мп / Мн - отношение пускового момента к номинальному;

Cos ц - коэффициент мощности;

2.5 Разработка электрической схемы соединений

Электрическая схема соединений отражает взаимные связи между отдельными электрическими устройствами. Аппаратами, приборами и средствами автоматизации с учетом принципа действия и последовательности работ отдельных ее элементов. Прежде чем составить схему, необходимо определить систему подключения к сети двигателей, приборов, регуляторов и других устройств, выявить их общие коммутационные аппарату и аппараты защиты. Электрическую схему изображают в положении отключенного питания, когда на аппараты и их части нет воздействий. Такое положение является исходным для электрической схемы.

Большинство элементов расположенных на электрической схеме уже были показаны на структурной схеме. Принципиальная электрическая схема - графическое изображение (модель) с помощью условных графических и буквенно-цифровых обозначений (пиктограмм) связей между элементами электрического устройства.

Все связи на электросхеме - это провода или жгуты проводов, кабеля, соединяющие отдельные компоненты. Жирные линии - это жгуты проводов. Тонкие основные линии показывают одиночные провода, в основном это питающие провода и общий провод. Провода в составе жгутов подключенные к управляющим и исполнительным устройствам пронумерованы с их назначением. R-C цепи, установленные параллельно магнитным пускателям, предохраняют дискретные выходы контроллера от ЭДС самоиндукции катушек самого пускателя в момент размыкания контактов. Диоды установленные параллельно магнитным пускателям так же гасят ЭДС самоиндукции. Блоки питания выбраны по максимальной нагрузке. Автоматические выключатели отключают устройства от питающего напряжения в момент сильных бросков тока, которые могут быть вызваны коротким замыканием или неправильным расчетом суммарной нагрузки после автоматических выключателей. В правом нижнем углу схемы расположена таблица с перечнем элементов расположенных на схеме. Каждый элемент пронумерован. Питание всех элементов заведомо разделено, дабы избежать помех в работе устройств. Питание контроллера и всех датчиков осуществляется постоянным напряжением 24В.

Для взаимодействия промышленного контроллера между модулем ввода-вывода, терминалами весов и дозаторов, а так же с ЭВМ верхнего уровня или сенсорным терминалом был выбран промышленный интерфейс RS-485. Так как все перечисленное оборудование имеет встроенный интерфейс RS-485, то преобразователи интерфейсов не требуются.

2.6 Разработка электрической принципиальной схемы печи

Принципиальная схема, в отличие от разводки печатной платы не показывает взаимного (физического) расположения элементов, а лишь указывает на то, какие элементы с какими соединяются.

В ГОСТ 2.701-2008 принципиальная схема определяется как «схема, определяющая полный состав элементов и связей между ними и, как правило, дающая детальное представление о принципах работы изделия».

Так как в данной работе вносится изменение в конструкционную составляющую печи для термодиффузионного цинкования «Дистек-125», то необходимо изменения внести так же и в схему электрическую.

Питание электродвигателей обеспечивается промышленной сетью напряжением 380V.

Электропривод крышки подключен к общей сети. Последовательная RC цепь, поставленная в параллель магнитному пускателю необходима для исключения ЭДС самоиндукции в витках катушки в момент размыкания контактов.

Электрическая принципиальная схема печи вынесена на лист графической части проекта.

2.7 Разработка пульта управления

Пульт управления АСУ ТП (Автоматизированных систем управления технологическими процессами), комплекс технических и программных средств, а также специальное помещение, где располагаются технические средства, предназначенный для операторского контроля технологического процесса на предприятиях, имеющих АСУ ТП.

Предоставляет оператору средства наблюдения за технологическим процессом и возможность вмешательства в этот процесс. Дополнительно осуществляет функции регистрации и протоколирования данных технологического процесса, автоматической связи с автоматизированной системой управления предприятием, телефонной и радио связи с руководством предприятия и аварийно-спасательными службами.

Современные пульты управления обычно реализуются с широким применением средств вычислительный техники, типовых средств человеко-машинного интерфейса, таких как операторские панели и мониторы ПК, связанных через единую промышленную сеть с технологическим оборудованием. Пульт может обеспечивать работу как одного, так и нескольких операторов. Наряду с средствами вычислительной техники в состав пультов обычно включаются отдельные органы управления (кнопки, рычаги) и индикаторы на основе ламп, которые применяются для дублирования управления с использованием средств вычислительной техники.

В данном проекте в состав пульта управления включена Графическая панель оператора (операторская панель) ОВЕН с сенсорным управлением и кнопка аварийной остановки серии ХВ4.

Графическая панель оператора (операторская панель) ОВЕН с сенсорным управлением представляет собой программируемый терминал, выполняющий функции интерфейса оператора в системе, включающей определенную совокупность технологических процессов, ПЛК (программируемый логический контроллер), выполняющий контрольные и управляющие функции относительно этих процессов, и оператора, контролирующего прохождение этих процессов и, при необходимости, корректирующего деятельность ПЛК.

Цветная графическая панель с сенсорным экраном, поддерживает совместную работу с ОВЕН ПЛК, модулями ОВЕН МВА8, МВУ8, Мх 110, а также с контроллерами и модулями других производителей

Панель оператора СП270 предназначена для выполнения следующих функций:

- отображение состояния управляемого объекта в режиме реального времени, с использованием графических пиктограмм (индикаторы, графики, линейки, условные обозначения оборудования и т.д.);

- отображение сенсорных элементов, при помощи которых оператор осуществляет непосредственное управление функционированием объекта;

- управление функционированием ПЛК и / или других приборов; запись и чтение значений регистров ПЛК и / или других приборов, к которым подключается панель;

- оперативное изменение режима работы (изменение внешнего вида экрана и интерфейса управления, параметров управления и пр.) путем загрузки нового проекта;

- работа в режиме Master или Slave.

Основные функциональные возможности операторской панели:

- Графический дисплей с диагональю 7 дюймов и разрешением 480?234 пикселя;

- 256 цветов, тип дисплея - TFT;

- Сенсорное управление экраном (операторские сенсорные панели ОВЕН);

- Два независимых порта RS-232 И RS-485 для связи с внешними устройствами;

- Поддержка распростронённых протоколов обмена Modbus RTU, Modbus ASCII;

- Возможность работы одновременно в двух режимах Master и Slave;

- Питание от источника напряжения 24 В;

- Бесплатная программа «Конфигуратор СП200».

Таблица 2.10 Основные технические характеристики панели оператора СП270

Напряжение питания постоянного тока	22…26 В
Потребляемый ток	не более 0,150 А
Потребляемая мощность	не более 5 Вт
Используемые интерфейсы связи	RS-232 (2 шт.), RS-485 (1 шт.)
Тип интерфейса для связи с ПЛК	RS-232, RS-485
Тип интерфейса для загрузки проекта из ПК	RS-232
Скорость передачи данных по интерфейсам	4800, 9600, 14400, 19200, 38400, 115200 бит/с
Протоколы передачи данных	Modbus RTU, Modbus ASCII
Режимы работы панели	Master, Slave
Память программ (Flash-RAM)	4 Мбайт
Память данных (SD RAM)	4 кбайт
Конструктивное исполнение	корпус щитового крепления
Габаритные размеры (ширина X высота X глубина)	(200?148?44,4) ±1 мм
Степень защиты корпуса со стороны лицевой панели	IP65
Масса (с элементами крепления)	не более 0,78 кг
Тип дисплея, диагональ	цветной (TFT), 178 мм (7?)
Количество отображаемых цветов	256
Разрешение дисплея	480?234 пиксела
Рабочая зона дисплея (ширина х высота)	156?88 мм

2.8 Разработка транспортной системы линии

Для перемещения тар с цинксодержащей насыщающей смесью, балластом и грузом осуществляется посредством крана штабелера и установленного на нем вилочного погрузочно-разгрузочного устройства. Для успешной разгрузки было решено использовать технологические тары с шибер-заслонками у основания. Для того чтоб открыть заслонку необходимо оборудовать вилочное устройство крана штабелера дополнительным оборудованием[12].

Было принято решение использовать для этих целей вилочный захват с устройством удержания груза. Захват содержит два зуба, оснащен устройством для удержания груза, которое включает ползун, размещенный между зубьями, два прижимных рычага, закрепленных шарнирно на стенках зубьев и связанных тягой с ползуном. Устройство содержит стопорный механизм, который выполнен в виде поворотного кулачка, закрепленного с помощью горизонтальной оси на верхней стенке захвата и связанного с упругим элементом. Достигается надежность вилочного захвата в эксплуатации.

Поставленная задача достигается тем, что у вилочного захвата, имеющего пару зубьев, оснащенного ползуном и удерживающими рычагами, ползун и рычаг соединены между собой тягой, размещены между зубьями и между уровнями их верхней и нижней стенок; а в основании зубьев установлен стопорный механизм для фиксирования положения ползуна. Кроме того, стопорный механизм выполнен в виде поворотного кулачка, связанного с упругим элементом и закрепленного с помощью горизонтальной оси на верхней стенке основания зубьев.

На рисунке 2.6 представлен вид сверху на захват с грузом (показана только столбчатая часть груза).

На рисунке 2.7 дан вид сверху вилочного захвата после его отделения от груза. В верхней стенке одного из зубьев сделан вырыв.

На рисунке 2.8 представлен стопорный механизм в нерабочем режиме.

Вилочный захват 7 с устройством для удержания груза включает два зуба 2. В объеме, ограниченном стенкой 3 каждого зуба 2 и уровнями верхней и нижней стенок зуба 2, размещены ползун 4, два удерживающих рычага 5 и две тяги 6, каждая из которых связывает рычаг 5 с ползуном 4.

Ползун 4 перемещается вдоль зуба 2 по двум направляющим каналам, каждый из которых образован стенкой 3 и консольными участками верхней и нижней стенок зуба 2. У основания зуба 2 каждый из каналов замыкается на общий для них объем, находящийся между консольными участками верхней и нижней стенок основания зубьев 2.

Перемещение ползуна 4 в сторону основания зуба 2 происходит в процессе установки вилочного захвата в рабочее положение его относительно груза, т.е. в процессе относительного перемещения и оказываемого при этом давления столбчатой части груза на ползун 4.

Одновременно с перемещением вдоль зуба 2 ползун 4, с помощью тяги 6, поворачивает вокруг оси рычаг 5, приближая его к грузу. В момент достижения ползуном 4 конечного положения рычаг 5 входит в контакт с поверхностью груза. В итоге столбчатая часть груза оказывается запертой (зажатой) между ползуном 4 и рычагами 5.

Устройство для удержания груза, которым снабжен вилочный захват 7, содержит также стопорный механизм. Он включает кулачок 7, закрепленный шарнирно на верхней стенке захвата 7 с возможностью его поворота в вертикальной плоскости. Кулачок 7 может занимать два положения:

- верхнее, при котором он возвышается над верхней стенкой захвата и не контактирует с ползуном 4;

- нижнее положение, при котором кулачок 7 «утоплен» и контактирует с верхней стенкой ползуна 4, обеспечивая при этом стопорение ползуна 4 относительно захвата 1

Стопорный механизм содержит упругий элемент, например пластинчатую пружину 8, которая посредством жестко связанной с ней втулкой удерживается на оси 9 кулачка 7. Пружина 8 выводит кулачок 7 из рабочего положения по мере того, как увеличивается просвет (h) между поверхностью груза и поверхностью верхней стенки основания зуба 2, т.е. по мере уменьшения силы давления груза (Р) на кулачок. При h> h0 кулачок 7 находится в нерабочем положении.

Для исключения проскальзывания в рабочем положении кулачка 7 относительно верхней стенки ползуна 4, последняя, в соответствующем месте, может быть выполнена, например, с углублением.

Предложенный вилочный захват с устройством для удержания груза используется для перемещения груза, имеющего столбчатую часть и сопряженную с ней сверху посадочную горизонтальную поверхность этого груза. Выполняется перемещение груза следующим образом.

Принцип действия:

Захват 1 вводится в просветы в объеме груза таким образом, что его столбчатая часть перемещается вдоль и между зубьев 2 в сторону их основания. После появления контакта ползуна 4 с грузом, под давлением последнего, ползун 4 перемещается в сторону основания зубьев 2 и, одновременно с помощью тяг 6, поворачивает рычаги 5 вокруг их осей. При этом между посадочной поверхностью груза и верхней стенкой основания зуба 2, в месте расположения кулачка 7, должен обеспечиваться просвет не менее величины h 0.

После того как ползун 4 под действием груза окажется в конечном положении, захват 1 прижимается к опорной поверхности груза. В результате груз, воздействуя на кулачок 7 с силой Р, прижимает его к верхней стенке ползуна 4. Таким образом стопорится положение ползуна 4 и рычагов 5 относительно захвата 1 и, следовательно, фиксируется положение груза относительно захвата 1.

Затем груз, с использованием захвата 7, транспортируется и опускается на место назначения; одновременно снимается силовая нагрузка на основание зуба 2. Между верхней стенкой основания зуба 2 и поверхностью груза создается просвет, превышающий величину h0, и кулачок 7 пружиной 8 перемещается в нерабочее (верхнее) положение. В результате ползун 4 и рычаги 5 выводятся из застопоренного состояния. Затем путем горизонтального перемещения захват 1 освобождается от груза.

Для движения захватного механизма используется электропривод с установленной на него зубчатой рейкой.

Контроль положения устройства захвата производится посредством бесконтактных выключателей.

Рисунок 2.6 - Захват. Вид сверху



Рисунок 2.7 - Захват. Рабочее положение

Рисунок 2.8 - Захват. Рабочий режим

Рисунок 2.9 - Захват. Выход кулачка из зацепления



3. Информационное и программное обеспечение

3.1 Определение состава входных и выходных сигналов

В данном проекте контроллер, управляющий системой получает информацию с датчиков положения о наличии тары на подставках печей, положении крана штабелера, положении схвата крана штабелера, положении печей, информацию с терминалов дозаторов и весов, а так же информацию о нагреве печей с терморегулятора. Так же контроллер формирует выходные управляющие сигналы и выдает полученую информацию на терминал оператора[13].

Список входных и выходных сигналов представлен в таблицах A.1 и A.2 в приложении А. итого: входных дискретных сигналов - 35; выходных дискретных сигналов: 28. Для полнофункциональной работы необходимо обеспечить систему дополнительным модулем ввода-вывода. Для этой цели выбираем МДДВ Овен. Подключение к основному модулю осуществляется посредством штатных разъемов.

3.2 Разработка алгоритма управления

При наличии груза на весах сигнал с терминала весов поступает по интерфейсу RS-485 на контроллер и пульт оператора. Производится расчет необходимого количества балласта и насыщающей цинксодержащей смеси. При подтверждении параметров запускается управляющая программа. Кран штабелер перемещается к дозатору 1.

Дозатор 1 отгружает необходимое количество балласта и штабелер перемещается к дозатору 2, который выдает необходимую порцию балласта. После этого смесь и балласт посредством штабелера перемещается к свободной печи и выгружается в нее. Штабелер перемещает уже пустую тару к дозатору 1. Начинается преобработка. После предобработки заготовки подлежащие обработке перемещаются при помощи штабелера в печь в которой уже подготовленная смесь. Начинается обработка. По окончании обработки остатки смеси и балласта вместе с оцинкованными изделиями выгружаются в технологическую корзину посредством высыпания. Кран штабелер перемещает корзину к накопителю для последующей обработки. Во время работы печей производится мониторинг печей в которых обработка завершена. Параллельно выполняется обработка в 3х печах.

Блок схема алгоритма вынесена на лист графической части.

3.3 Разработка программы управления для контроллера

Среда CoDeSys 2.3 предназначена для программирования контроллеров серии ПЛК 110.

Основным назначением программы является просмотр на дисплее ЭВМ верхнего уровня управляющей программы работы контроллера, а также перепрограммирования контроллеров при необходимости.

Для своей работы программа требует:

Операционную систему Windows 98 и выше

Объём оперативной памяти 64Мб

Процессор Pentium I

Объём свободного места на жёстком диске 150 Мб

Программирование контроллера осуществляется на несколько модифицированном языке релейно-контактных схем, в основу которого кроме элементов релейно-контактных схем вводятся дополнительные функциональные блоки, позволяющие организовывать ветвление прикладной программы, и обмен данными по каналу связи. Также программирование может осуществляться на языке ассемблер, модифицированном для данного контроллера.



4. Технологическое обеспечение проекта

4.1 Расчет производительности линии

теория автоматизации машин ставит своей целью анализ объективных закономерностей развития автоматов и автоматических систем, анализ факторов влияющих на их производительность и производительность труда в зависимости от структурных и конструктивных параметров этих систем[].

Главной из множеств этих характеристик является критерий производительности, как интегральный показатель учитывающий:

интенсивность протекания процессов обработки;

непрерывность процесса;

степень автоматизации труда;

безотказность работы автоматов (надежность);

гибкость к перенастройке (мобильность).

автоматические линии представляют собой систему из автоматических рабочих машин, расположенных в технологической последовательности объединенных средствами транспорта и управления.

Период рабочего цикла складывается из производительно затраченного времени, т.е. времени на основные процессы и все остальное время, включающееся в холостые ходы и простой являющийся потерями.

Т_Ц=t_p+t_x (36)

Так как при изготовлении изделий различной сложности время основного процесса обработки различно, то зададимся им сами: например время непосредственной обработки партии деталей весом 130 кг изделий при загрузке одной печи примем равным 70 минут (т.е. t_p =70 мин)

Производительность линии можно определить по формуле:



Q_qp^АЛ = (37)

где q - число технологических позиций, q=5;

k₀ - технологическая производительность;

(38)

t_п - не цикловые потери на одной позиции,

n - число автооператоров, n=1.

t_x=6.2 мин., t_p=70 мин., t_п=0,9 мин (на одной позиции).

k₀= 1/t_p,

t_п=0,9 мин

тогда парт/мин = 1.95 кг/час

Т.о. производительность линии

(39)

=0.7 парт/час.

В состав партии входит до 130 кг изделий. Соответственно производительность линии при загрузке 1 из печей составляет 84 кг/час.

При загрузке всех печей производительность растет до 250 кг/час.



4.2 Разработка технологического процесса термодиффузионного цинкования

Технологический процесс (ТП) (сокращенно техпроцесс) - это упорядоченная последовательность взаимосвязанных действий, выполняющихся с момента возникновения исходных данных до получения требуемого результата.

· Маршрутная карта - описание маршрутов движения по цеху изготовляемой детали.

· Операционная карта - перечень переходов, установок и применяемых инструментов.

· Технологическая карта - документ, в котором описан: процесс обработки деталей, материалов, конструкторская документация, технологическая оснастка.

В данной работе разрабатывается типовой технологический поцесс для линии термодиффузионного цинкования.

Построение маршрутной технологии зависит от конструктивно-технологических особенностей детали и требований точности.

После утверждения маршрутной технологии с руководителем-консультантом согласовываются и подробно разрабатываются операции с обоснованием выбора оборудования и технологической оснастки, обрабатывающего инструмента, межоперационных припусков, режимов обработки, расчеты основного (машинного) времени.

Операционную технологию разрабатывают на основные операции, количество которых согласовывается с консультантом. Проектирование операций связано с разработкой их структуры, выбором оборудования, приспособлений, с назначением режимов обработки, определением нормы времени.

Содержание операции излагается с указанием переходов. Все переходы перечисляются в последовательности их выполнения. При записи операций и переходов руководствуются Единой системой технологической документации (ЕСТД)

Порядок переходов назначают так, чтобы обеспечить наибольшую экономичность и производительность выполнения операции.

Типовой технологический процесс приведен в приложении В



5. Функционально-стоимостной и экономический анализ проекта

В рамках дипломного проекта автоматизируется система управления линия для термодиффузионного цинкования.

После построения структурной и функциональной моделей строится совмещенная функционально-стоимостная модель проектируемого варианта.

Определим показатели функциональной организованности изделий по формулам, аналогичным тем, по которым определялись эти показатели для базового варианта.

Обобщенный (комплексный) показатель качества варианта исполнения функций оценивается по формуле:

(38)

где вn - значимость n-го потребительского свойства;

Pnv - степень удовлетворения n-го свойства в v-го варианте;

m - количество свойств.

Важным элементом качества исполнения функций является функциональная организованность изделий, которая определяется следующими показателями:

- Показатель актуализации функций, определяется коэффициентом актуализации:

, (39)

где F_П - необходимые функции;

F_об - общее количество действительных функций;

- Показатель сосредоточения функций, определяется коэффициентом сосредоточения:

, (40)

где F_осн - количество основных функций;

F_об - общее количество функций.

- Показатель совместимости функций, определяется коэффициентом совместимости:

, (41)

где F_c - функции согласования;

F_об - количество функций.

- Показатель гибкости функций, определяется коэффициентом гибкости:

, (42)

где F_р - количество потенциальных функций;

F_П - количество необходимых функций.

Качество выполнения функций будет иметь вид:



(43)

(44)

Результаты вычислений сводятся в таблицу 5.1.

Функционально необходимые затраты - минимально возможные затраты на реализацию комплекса функций объекта при соблюдении заданных требований потребителей (параметров качества) в условиях производства и применения (эксплуатации), организационно - технический уровень которых соответствует уровню сложности спроектированного объекта.

Абсолютная стоимость реализации функций S_a6c определяется по формуле:

(45)

где S_изг - затраты, связанные с изготовлением (приобретением) материального носителя функции.

В состав этих затрат входят: затраты на проектирование, изготовление (модернизацию), пуско-наладочные работы, обучение персонала:

S_экспл - эксплуатационные затраты;

S_тр - затраты, связанные с трудоемкостью реализации функции;

S_эн - энергозатраты на реализацию функции;

S_проч - прочие затраты на реализацию функции.

Относительная стоимость реализации функций S_отнF определяется по формуле:



(46)

где S_aбс - суммарная абсолютная стоимость функционирования объекта.

S_aбсFij - абсолютная стоимость реализации j-ой функции i-го уровня ФМ.

Результаты вычислений сводятся в таблицу 5.1.

Таблица 5.1 - Функционально - стоимостная модель

Индекс ф-ции	Наименование ф-ции	Материальный носитель ф-ции	r	R	Q	Sабс, (тыс руб.)	Sотн
f1.1	Синхронизация управляющих сигналов	ПЛК	0.3	0.15	0.1	10	0.017
f1.2	Регулирование температуры	Терморегулятор	0.15	0.05	0.05	10	0.017
f1.3.1	Открытие крышки	Электропривод	0.1	0.025	0.05	5	0.008
f1.3.2	Сжатие схвата	Электропривод	0.1	0.025	0.05	6.9	0.010
f1.4	Взаимодействие с оператором	Сенсорная панель	0.15	0.05	0.05	12	0.021
f1.5.1	Контроль нагрева	Термопара	0.1	0.025	0.05	1.5	0.002
f1.5.2	Контроль положения	Бесконтактный выключатель	0.1	0.025	0.05	1	0.0017
f2.1	Перемещение груза	Кран штабелер мостовой	0.3	0.2	0.27	150	0.263
f3.1	Емкость	Технологическая корзина	0.05	0.025	0.01	2	0.0035
f3.2	Процесс обработки	Печи	0.3	0.1	0.05	300	0.52
f3.3	Контроль количества смеси	Дозаторы	0.3	0.05	0.05	40	0.07
f3.4	Контроль количества заготовок	Весы	0.15	0.05	0.05	4	0.007
f3.5	Постобработка	Сушилка калориферная	0.15	0.05	0.05	15	0.02
f3.6	Емкость	Тары для пассивирования и промывки	0.05	0.025	0.02	2	0.003
f4.1	Безопасность	защитное ограждение	0.15	0.15	0.1	7	0.012
F1	Система управления	F1 = f1.1+f1.2+ f1.3.1+ f1.3.2+ f1.4+ f1.5.1+ f1.5.2	0.35	0.35	0.4	45	0.08

Построение функционально-стоимостных диаграмм и диаграмм качества исполнения функций

По данным таблицы 5.1 строятся функционально - стоимостная диаграмма и диаграмма качества исполнения функций, проектируемого варианта объекта. Эти диаграммы имеют целью выявление зон диспропорции, т.е. зон избыточной затратности реализации функции, а также определение зон функциональной недостаточности (низкого качества исполнения функций).

Функционально - стоимостная диаграмма и диаграмма качества исполнения функций проектного варианта вынесены на графическую часть проекта и изображены на листе 8, (технико-экономические показатели проекта).

5.2 Расчёт окупаемости и экономическая оценка проекта

Экономическая оценка проекта осуществляется с использованием следующих показателей:

1) Чистая приведенная величина дохода (Net Present Value - NPV).

NPV представляет собой разность между приведенным к началу реализации проекта поступлениями от реализации проекта и инвестиционными затратами, т.е. сумму дисконтированного чистого денежного потока за период реализации проекта:



, (47)

где Т - продолжительность реализации проекта; t - порядковый номер года реализации проекта; NCF_t - чистый денежный поток года t; PV - коэффициент дисконтирования в году t;

2) Коэффициент дисконтирования (PV - фактор) для года t определяется по формуле:

, (48)

где r - ставка дисконта;

3) Внутренняя норма доходности (Internal Rate of Return - IRR).

Внутренняя норма доходности (IRR) - это значение ставки дисконтирования, при котором сумма дисконтированных поступлений денежных средств равна сумме дисконтированных платежей или чистая приведенная величина дохода (NPV) обращается в ноль.

Таким образом, значение внутренней нормы доходности определяется из соотношения:

, (49)

4) Периодом окупаемости проекта или периодом возврата инвестиций (Discounted Payback Period - DPP) называется период времени, за который дисконтированные поступления от результатов внедрения проектных решений покроют инвестиции, т.е. значение периода окупаемости определяется из соотношения:

, (50)

где CF_t - поступление денежных средств от эффектов, связанных с внедрением проекта;

IN - инвестиционные затраты.

Проект считается эффективным, если приведенная величина дохода положительна, внутренняя норма доходности больше ставки дисконтирования (IRR > r).

Инвестиции в данный проект составляют 580000 рублей. В том числе:

Коэффициент дисконтирования PV для года t определяется по формуле.

В качестве значения ставки дисконта принимается ставка Центрального банка России - 25%. Значение коэффициентов дисконтирования по годам:

PV1 = 0,80; PV2 = 0,64; PV3 = 0,512; PV4 = 0,41; PV5 = 0,328.

Период реализации проекта - время в течение, которого линия будет модернизована.

Значение внутренней нормы доходности определяется соотношением. Определим её методом итерационного подбора: IRR=69%.

Период окупаемости проекта определяется из соотношения.

График окупаемости представлен на 11 листе графической части проекта.

Исходя из приведенных расчетов (таблица 5.2), можно сделать вывод о том, что проект является эффективным, т.к. чистая приведенная величина дохода положительна, внутренняя норма доходности больше ставки дисконтирования, проект окупается за 2 года.



Таблица 5.2 - Формирование денежных потоков (тыс. руб.)

Наименование показателей	Годы
	0	1	2	3	4	5
Чистый денежный поток средств (Net Cash Flow)	-580	623	623	623	623	623
Дисконтированный чистый денежный поток средств NCFt*PVt	0	498.4	398.7	307.2	255.4	204
Дисконтированный чистый денежный поток нарастающим итогом	-580	-81.6	317.1	624.3	879.7	1083.7



Заключение

В данном дипломном проекте была рассмотрена тема «Проект системы управления линией для термодиффузионного цинкования на основе печи «Дистек-125»». В результате работы был разработан проект автоматизированного процесса дозирования, процесса загрузки и разгрузки печей, а так же разработана автоматическая крышка закрывающая рабочее пространство реторты. Для реализации данного проекта предлагается ввести в эксплуатацию кран штабелер и крышку автоматическую, управление которыми осуществляется промышленным контроллером. Внедрение в систему датчиков положения позволяет снизить роль человеческого фактора, приводящего к возникновению ошибок.

К преимуществам данной системы управления можно отнести снижение роли человеческого фактора, приводящего к возникновению ошибок в процессе выполнения термодиффузионного цинкования изделий. Так же к преимуществам можно отнести сравнительно несложное увеличение масштабов линии посредством увеличения количества печей, что влечет за собой увеличение производительности.

Главным недостатком проектируемой системы управления является большие инвестиции в проект модернизации.

Стоит отметить, что задание параметров работы участка должны задаваться через компьютер, в данной работе не был рассмотрен вопрос эксплуатации этого оборудования. Количество используемых на участке печей может быть больше трех. Увеличение количества печей будет сопровождаться установкой дополнительных модулей ввода-вывода ПЛК и внесением соответствующих изменений в управляющую программу.



Список используемых источников

1 Технологическая инструкция по нанесению покрытия методом термодиффузионного цинкования по технологии «Дистек». ООО «Дистек-урал». 2001 г.

2 Автоматизация типовых технологических процессов и установок / А.М. Корышин и др. - : Энергоиздат, 1988. - 432 с.

3 Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справ. пособие / Под общ. ред. А.С. Клюева-М.: Энергоатомиздат, 1990. - 464 с.:ил.

4 Козырев Ю.Г. Промышленные роботы: Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1988. - 392 с.: ил.

5 Таранов А.С. Методические указания к выполнению экономической части дипломного проекта для студентов специальности 220301 - Автоматизация технологических процессов и производств. - Курган, КГУ, 2007 г.

6 Пухов А.С. Синтез решений при поисковом проектировании автоматизированных систем: Монография. - Курган: Изд-во Курганского гос. ун-та, 2009. - 154 с.

7 Технологическая инструкция по нанесению покрытия методом термодиффузионного цинкования по технологии «Дистек». ООО «Дистек-урал». 2001 г.

8 http://www.ruscrane.com

9 http://www.phystech.ru

10 http://www.promtorgural.ru

11 Методические указания к выполнению дипломного проекта для студентов специальности 210200. - Курган, КГУ, 2001 г.

12 www.inortek.ru

13 www.owen.ru

14 Чернилевский Д.В. Детали машин и основы конструирования: учебник для вузов. - М.: Машиностроение, 2006. - 656 с.: ил.

15 www.rupatent.com

16 СН 2.2.4/2.1.8.562-96 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки»

17 СанПиН 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений».

18 Безопасность и экологичность проекта: Методические указания к выполнению раздела «Безопасность и экологичность проекта» в дипломных проектах для студентов специальности 210200 / Сост. Кузьмин А.П., Левашов С.П. - Курган: Изд-во КГУ, 2004.

19 Гост р 22.0.05-94 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Техногенные чрезвычайные ситуации. Термины и определения.

20 ГОСТ 12.2.062-81 «Оборудование производственное. Ограждения защитные».

21 Методические указания по проведению анализа риска опасных производственных объектов (РД 03-418-01).

22 ГОСТ 12.4.021-75 «Система стандартов безопасности труда системы вентиляционные общие требования».

23 ГОСТ Р 22.0.05-94 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Техногенные чрезвычайные ситуации. Термины и определения.

24 ГОСТ 28426-90. «Термодиффузионное упрочнение и защита металлических изделий. Общие требования к технологическому процессу».

25 СТО 02494680-0034-2004 «Система защиты металлических конструкций от коррозии. Покрытия защитные термодиффузионные цинковые на элементах металлических конструкций и крепежных изделиях. Общие технические условия».

26 Приказ министерства РФ по делам ГО ЧС и ликвидации последствий стихийных бедствий от 20 июня 2003 г. №323 «Об утверждении норм пожарной безопасности при проектировании в зданиях и сооружениях»

27 Федеральный закон от 4 декабря 2006 года №206-ФЗ о внесении изменений в федеральный закон «О защите населения и территорий от ЧС природного и техногенного характера»

28 Приказ Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий от 07.12. 1998 года «Об утверждении Положения о системах оповещения гражданской обороны»

29 Постановление Госгортехнадзора РФ от 5 мая 2003 г. №29 «Об утверждении Общих правил взрывобезопасности для взрывопожароопасных химических, нефтехимических и нефтеперерабатывающих производств» ПБ 09-540-03.

30 Клюев А.С. Проектирование Систем Автоматизации технологических процессов. Справочное издание. 1990. 464 с.:ил.

31 http://www.robot.bmstu.ru

32 http://www.szenergo.ru

33 www.rtsoft.ru

Размещено на Allbest.ru