Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

логический контроллер программа электрооборудование

В современных условиях, когда темпы развития народного хозяйства значительно опережают темпы прироста трудовых ресурсов, особое значение приобретает экономия живого труда. Эта особенность со временем станет еще острее, так как с развитием экономики будет расти число людей, занятых в науке, просвещении, здравоохранении и в сфере бытового обслуживания. Это означает, что быстрый рост народного хозяйства должен быть обеспечен без значительного увеличения числа работников, занятых в области материального производства, за счет повышения производительности труда, т.е. путем разработки и создания эффективных и высокопроизводительных технологических процессов, за счет высокой степени механизации и автоматизации производства на базе современных средств вычислительной техники.

Автомобильная промышленность является многоотраслевой системой в народном хозяйстве РФ. Многообразие, сложность технологических процессов, энергоемкость, а также требования повышения производительности труда, эффективности производства и качества выпускаемых строительных материалов обусловливают необходимость систематически повышать технический уровень производства.

Одной из значимых отраслей автомобильной промышленности является производство покрышек. Данное производство требует высокотехничного технологического процесса с применением современного оборудования для наиболее точного соблюдения режимов и параметров технологического процесса. В данном дипломном проекте рассматривается модернизация установки для очистки поверхности пресс-форм.



1. Обзор рынка предложений средств КИПиА

1.1 Программируемый логический контроллер

В качестве главного устройства управления всеми операциями используется программируемый логический контроллер (далее - ПЛК). ПЛК позволяют на программном уровне реализовывать широкий спектр задач автоматического регулирования, заменяя собой большое количество различных регуляторов. Поэтому, использование ПЛК экономически более выгодно при проектировании сложных многоконтурных систем автоматического регулирования с большим количеством датчиков, исполнительных механизмов и прочих элементов автоматики.

ПЛК - это микропроцессорная система, предназначенная для реализации алгоритмов логического управления. Они были созданы для замены релейно-контактных схем, собранных на дискретных компонентах - реле, счетчиках, таймерах, логических элементах. Принципиальное отличие ПЛК от таких схем заключается в том, что все его функции реализованы программно. На одном контроллере можно реализовать схему, эквивалентную тысячам логических элементов. При этом надежность работы не зависит от ее сложности.

Функция контроллера заключается в опросе состояния входов (датчики, тумблеры) и в соответствии с запрограммированным алгоритмом управления осуществлении включения / выключения выходов (реле, исполнительные механизмы).

Программирование контроллера возможно на пяти языках стандарта IEC-1131.3. Для тех, кто привык к релейно-контактным схемам, будет удобно работать с языком, созданным на их основе (Ladder Diagram). Тем, кому понятней электронные схемы, могут воспользоваться языком функциональных блоковых диаграмм (Functional Block Diagramm). В случае необходимости можно сочетать возможности всех языков.

Современный контроллер может обрабатывать дискретные и аналоговые сигналы, управлять клапанами, нагревателями, шаговыми двигателями, сервоприводами, преобразователями частоты, осуществлять ПИД-регулирование.

Высокие эксплуатационные характеристики обеспечивают целесообразность применения ПЛК везде, где требуется логическая обработка сигналов от датчиков.

Применение контроллера обеспечивает: высокую надежность, простое тиражирование и обслуживание устройства управления, ускоряет монтаж и наладку оборудования, обеспечивает быстрое обновление алгоритмов управления (в том числе и на работающем оборудовании).

В данном проекте схема управления построена на оборудовании компании Festo.

Международный концерн Festo является одним из мировых лидеров в области техники автоматизации, продукция под маркой Festo присутствует на предприятиях всех отраслей промышленности в любой точке земного шара. Концерн имеет 55 независимые национальные компании и свыше 250 офисов в 186 странах, которые осуществляют продажу средств автоматизации и обеспечивают свыше 300.000 заказчиков всеми видами сервиса - от проектирования сложных систем и ввода их в эксплуатацию, до обучения персонала и организации учебных центров.

Концерн Festo является ведущим мировым поставщиком пневматических и электромеханических систем для автоматизации производства различных отраслей промышленности. Festo проверенный партнер в области техники управления непрерывными технологическими процессами и автоматизации запорно-регулирующей арматуры, поставляющий своим клиентам пневмоцилиндры, распределители, позиционеры контроллеры и другие устройства.

Автоматизация производства с Festo, включающая проектирование и производство шкафов управления позволит сделать работу предприятия оптимальной.

Высокое качество продукции дополняет всесторонний сервис на всех этапах, от проектирования до послепродажной поддержки потребителя.

IPC PS1 - универсальное устройство программно-логического управления, предназначенное для решения задач автоматизации технологического оборудования и технологических процессов практически во всех отраслях промышленного производства, начиная от машиностроения, легкой и пищевой промышленности и заканчивая энергетической, металлургией и нефтехимией.

IPC PS1 представляет собой промышленный компьютер PC с функциями программируемого логического контроллера PLC, обеспечивающий простое и надежное управление различными объектами автоматизации в сочетании с предоставляемыми пользователям большими аппаратными и программными возможностями.

IPC PS1 является составной частью единого семейства промышленных компьютеров и программируемых логических контроллеров Festo, объединенных зарегистрированным товарным знаком IPC PS1.

Конструктивно контроллер выполнен в виде компактного устройства, компонуемого по блочно-модульному принципу на основе шасси для монтажа модулей. Входящие в его состав модули представляют собой законченные изделия, размещенные в герметичных алюминиевых корпусах. Широкая номенклатура модулей и блоков (более 200 типов изделий) - процессорные модули различных типов, модули ввода / вывода дискретных и аналоговых сигналов, специальные и интерфейсные модули - обеспечивает возможность гибкого конфигурирования ПЛК под решение конкретных задач управления без аппаратной избыточности.

Контроллер базируется на современной технологии изготовления промышленных компьютеров PC.

Дополнительные преимущества в применении IPC PS1 базируются на его высокой степени защиты IP40, обусловленной конструктивным исполнением.

За счет использования сетевых функций - с помощью интерфейсных модулей Ethernet, Archnet, Fieldbus, Profibus FMS, Profibus DP, CAN-Bus, Radio-Ethernet контроллер может быть легко интегрирован в локальные вычислительные сети предприятий.

Небольшие габаритные размеры IPC PS1 позволяют осуществлять его установку в традиционные электротехнические шкафы.

Технические характеристики контроллера приведены в таблице 1.

Эффективность использования данного контроллера обеспечивается сочетанием его высоких потребительских свойств с минимальными затратами на проектирование, монтаж и ввод систем управления в эксплуатацию. Среди основных потребительских свойств могут быть выделены: развитые функциональные возможности в сочетании с высокой производительностью выполнения задач управления, широкий выбор вариантов программирования, небольшие габаритные размеры, низкое энергопотребление, простота освоения, монтажа и эксплуатации ПЛК и систем управления на его основе.

Развитые функциональные возможности контроллера, включая выполнение функций циклового программно-логического управления, поддержания интерфейсов связи, задания большого количества независимых временных интервалов (программных таймеров), реализации счетных функций (программных счетчиков), выполнения математических операций и т.д. - основываются на современной высокопроизводительной микропроцессорной технике, используемой фирмой-изготовителем в качестве элементной базы.

Широкий выбор языков программирования, от проверенных технологических языков Festo типа STL/AWL («мнемокод») и LDR/KOP («релейно-контактные символы») до современных технологических языков согласно стандарту IEC61131-3 - обеспечивает потребителям IPC PS1 возможность выбора наиболее приемлемого, на их взгляд, способа программирования.

Небольшие габаритные размеры обеспечивают возможность монтажа в стандартных электрошкафах совместно с традиционными релейными средствами автоматики (в т.ч. при частичной модернизации существующих систем управления, проводимой без замены электрошкафов).

Простота освоения, монтажа и технического обслуживания ПЛК обеспечивают его успешную эксплуатацию персоналом, имеющим минимальный объем знаний и ограниченный практический опыт в области программируемы контроллеров и промышленных компьютеров.

В качестве процессора промышленного компьютера IPC PS1 используются современные высокопроизводительные микропроцессор фирмы Intel 80486. В качестве памяти пользователя используются современные программоносители типа Flash-памяти, обеспечивающие долговременное хранение информации без дополнительных аккумуляторов.

Модули ввода дискретных сигналов содержат 16 оптоизолированных входов 24В, объединенных в группы по 8 входных каналов с общими точками по напряжению питания. Предназначены для приема, обработки и преобразования дискретных электрических сигналов высокого уровня, поступающих со стороны объекта автоматизации в сигналы внутренней логики IPC PS1.

В качестве источника входных сигналов могут рассматриваться любые дискретные («включено»/ «выключено») элементы автоматики, в том числе: датчики положения; управляющие коммутационные приборы (кнопки, ключи управления); промежуточные элементы.

Таблица 1 - Основные технические характеристики IPC PS1

Тип процессора	80486/33МГц
Тип и объем памяти - оперативной (рабочей) - памяти программ	4МБ 512KB
Потребляемый ток	600мА
Количество локальных входов / выходов: - дискретных входов - аналоговых входов - дискретных выходов - аналоговых выходов	32 Нет 16 1
Количество удаленных входов / выходов: - Festo-Fieldbus/Profibus - Profibus DP - ASi - CAN-Bus	Нет 1 Нет Нет
Последовательные интерфейсы	Последовательный порт RS232
Сетевые функции	Profibus DP
Программные функции - программные таймеры - программные счетчики - внутренние переменные	256 256 10 000
Возможности подготовки программ: - языки высокого уровня - технологические языки

Подключение внешних электрических цепей к модулям ввода осуществляется через разъемы, расположенные на их лицевых панелях с помощью штекеров, комплектных кабелей или узлов коммутации. Индикация состояния дискретных входных цепей осуществляется с помощью свтодиодов.

Таблица 2 - Основные технические характеристики модуля дискретного ввода

Количество входов	16
Входное напряжение	10-36В
Подключаемые датчики	PNP типа
Частота входного сигнала	1000Гц
Индикация состояния	Светодиоды
Потребляемый ток	180мА
Общие особенности	Оптоэлектронная гальваническая развязка 500В входных цепей, светодиодная индикация внешнего напряжения питания.

Таблица 3 - Основные технические характеристики модуля дискретного вывода

Количество выходов	16
Тип выхода	Транзистор
Входное напряжение	10-36В
Номинальный выходной ток	400мА
Частота коммутации	100Гц
Индикация состояния	Светодиоды
Потребляемый ток	280мА
Общие особенности	Гальваническая развязка выходных цепей высокого уровня и схем внутренней.

Конструктивное исполнение входных каналов обеспечивает возможность подключения дискретных датчиков, изготовленных по PNP технологии. Основные характеристики представлены в таблице 2.

Модули вывода содержат 16 дискретных выходов, объединенных в группы по 8 выходных каналов с общими точками по напряжению питания. В качестве силовых элементов каналов вывода используются транзисторы. Предназначены для формирования дискретных (двоичных) электрических сигналов, используемых для управления электрическими исполнительными механизмами объекта автоматизации. При этом модулями вывода обеспечивается преобразование сигналов внутренней логики ПЛК в выходные сигналы высокого уровня.

Модули содержат 16 оптоизолированных выходных каналов, объединенных в группы по 8 выходов с общими точками по напряжению питания. Основные характеристики приведены в таблице 3

Аналоговые выходы, входящие в состав IPC PS1 содержат 2 выхода, обеспечивающих формирование аналоговых управляющих сигналов. Предназначены для преобразования цифровых сигналов внутренней логики IPC PS1 в выходные аналоговые электрические сигналы высокого уровня. Технические характеристики в таблице 4.

Таблица 4 - Основные технические характеристики модуля аналогового выхода

Модель преобразователя	Burr-Brown DAC 2815
Количество выходов	2
Разрешающая способность	12 бит
Время преобразования	10 мкс
Интегральная лианеризация	±1 LSB
Потребляемый ток	130мА

Модули интерфейса Ethernet IPC PS1 предназначены для создания распределенных систем управления на основе промышленного компьютера IPC PS1, интеграции промышленного компьютера в существующие АСУ ТП предприятий. Использование стандартных протоколов обмена TCP/IP обеспечивает возможность объединения промышленного компьютера и оборудования других производителей в единую информационно-управляющую систему. Для объединения устройств локальную технологическую сеть может использоваться стандартное оборудование Ethernet (кабели связи, концентраторы, преобразователи и тд).

Profibus DP обеспечивает подключение к ПЛК различных устройств (в т.ч. других производителей), поддерживающих данный стандарт. Протокол DP используется для подключения к IPC PS1 «интеллектуальных» устройств расширения. Основные характеристики модуля PS1 CP62 представлены в таблице 5.

Преобразователи интерфейсов предназначены для использования в качестве согласующих элементов при организации связи устройств программно-логического управления и средств вычислительной техники с различными типами и уровнем сигналов. Преобразователь выполнен в виде отдельного устройства, размещенного в металлическом корпусе.

Таблица 5 - Основные технические характеристики сетевого интерфейса PS1 CP62 - Profibus DP

Стандарт интерфейса	DP
Скорость обмена	12Мбит/с
Длина линии связи	1200 м/сегм.
Управление доступом / топология	Multimaster/шина
Изоляция	Оптическая
Потребляемый ток	400мА

1.2 Панель оператора UNIOP-CP10G04

В данном проекте для управления и контроля процесса очистки пресс-форм используется панель оператора фирмы UNIOP.

Дисплейные панели UniOP позволяют осуществить эффективную систему сопряжения с оператором в условиях, когда к средству отображения предъявляются требования малой стоимости и габаритов, но в то же время должны обеспечиваться простота и надежность эксплуатации в промышленных условиях и наиболее полное представление информации.

В панелях предусмотрено регулирование яркости и контрастности, что позволяет использовать их практически в любых условиях освещения.

В отличие от других операторских панелей, требующих записи программой контроллера содержимого отображаемых параметров в специальные регистры, UniOP может непосредственно запрашивать внутренние переменные контроллера. Могут выдаваться данные любых 800 дисплейных страниц (ограничено только размером памяти) в нескольких форматах, таких как дата, время, десятичный, двоичный, шестнадцатеричный, с плавающей запятой и в виде вертикальных и горизонтальных барграфов.

В UniOP возможно преобразование отображаемых данных, так что необработанные данные процесса могут быть более выразительными и наглядными. Также возможно отображение графической информации.

Клавишная панель имеет сменные надписи, позволяющие адаптировать UniOP к Вашим потребностям. Удобно расположенная цифровая клавиатура позволяет легко вводить необходимые данные, при этом UniOP может проверять достоверность значений вводимых данных.

UniOP содержит часы реального времени. Информация о времени и дате может периодически передаваться в контроллер, что позволяет вести обработку данных, основанную на времени дня, дне недели или любом другом периоде.

UniOP может контролировать и отображать до 1024 аварийных сообщений. Для каждой аварийной ситуации могут быть определены и немедленно выданы на дисплей UniOP соответствующие сообщения.

Благодаря 1024-уровневой системе прерываний всегда отображаются самые важные сообщения. Чтобы не потерять информацию о важных сообщениях, может быть задан режим обязательного подтверждения оператором. Последние 100 аварийных ситуаций, переданных контроллером, сохраняются во внутреннем списке аварийных ситуаций. Этот список можно просмотреть на экране или распечатать на принтере.

Возможно сетевое подключение панелей UniOP (сети UniNet, PROFIBUS, MODBUS DeviceNet, CANopen, K-M Suconet K).

Основные характеристики:

- пылебрызгозащищенное исполнение;

- клавиатура с тактильными мембранными клавишами;

- светодиодные индикаторы состояния;

- сменные надписи на клавишах;

- один канал RS-232 (до 19200 бит/с) для подключения к компьютеру;

- один канал RS-232/RS-485/ «токовая петля 20мА» для подключения к контроллеру;

- сетевые модули - Siemens MPI (S7 300-400), Siemens Profibus DP, Klockener Moeller Suco-net K, DeviceNet, CANopen;

- часы и календарь реального времени, поддерживаемые резервным питанием;

- пользовательская флэш-память 8 Мбайт;

- дополнительная память 0.5 МБ;

-1024 уровня приоритета аварийных сообщений;

- запоминание списка аварийных сообщений;

- печать на принтере сообщений и списка аварийных ситуаций;

- отображение стандартного набора символов ASCII и графической информации.

Таблица 6 - Условия эксплуатации

Рабочая температура	0…+50єС
Влажность	до 95%
питание В/мА	24/500

Панели оператора UniOP могут непосредственно подключаться к контроллерам. Кроме того, можно разработать сетевые драйверы для других типов контроллеров, выпускаемых в России и других странах СНГ.

Таким образом, панели UniOP могут работать с любыми промышленными контроллерами.

Панели UniOP теперь могут использоваться не только для отображения и ввода информации с клавиатуры, но и как программируемые контроллеры.

Для этого в панель устанавливается процессорный модуль SCM03 и один из модулей связи с объектом UIM03 или UIM04. Кроме того, к процессорному модулю могут быть подключены по сети CAN-open дополнительные модули связи с объектом.

Программирование панелей и контролеров осуществляется с помощью пакета программ UniOP-designer (Exor/ISaGRAF).

Максимальное количество каналов ввода / вывода, доступных программе - 256.

В моем проекте панель содержит графический жидкокристаллический дисплей 120х32 точек, 4 линии по 20 символов, 12 функциональных клавиш, цифровые и управление страницами, порты: PLC, PC/Printer, Aux ports. Поддержка локальной платы ввода / вывода.

1.3 Контроллеры и сервоприводы

Таблица 7 - Основные технические характеристики двигателя MTR-AC-100-S-GA и MTR-AC-100-5S-GB

Тип мотора	Серводвигатель
Размеры фланца	55х70х100
Номинальное напряжение подключения	560В
Дополнительные функции	Редуктор
Передаточное отношение	4:1
Номинальный ток, А	4.3
Ток при полной остановке, А	8.43
Пиковый ток, А	16
Постоянная двигателя, Нм/А	1.49
Сопротивление обмотки, Ом	1.205
Индуктивность обмотки, мГн	5.204
Номинальная мощность, Вт	2396
Напряжение, тормоз, В	24
Мощность.тормоз, Вт	13
Момент при полной остановке, Нм	12.53
Номинальный момент, Нм	6.36
Номинальная скорость, об/мин	3600
Пиковый момент, Нм	23

Контроллеры и сервоприводы собраны на этом же концерне. Что решает проблемы совместимости и взаимодействия ПЛК и двигателя. Сервомоторы, выпускаемые Festo. Двигатели MTR-AC предназначены для построения комплектных систем позиционирования. Отличаются высокой удельной мощностью, высокими динамическими свойствами, высоким моментом во всем диапазоне скоростей вращения, хорошими характеристиками позиционирования. Так же они работают в управляемом режиме. В моем проекте используются два похожих серводвигателя MTR-AC-100-5S-GA (редуктор) и MTR-AC-100-5S-GB (редуктор и тормоз)

Таблица 8 - Основные технические характеристики контроллера сервопривода SEC-AC-508-PB-P01

Номинальная мощность, ВА	4000
Пиковая мощность, ВА	9000
Количество программируемых позиций	16
Подключение к шине	Profibus DP
Номинальное рабочее напряжение, В	3х400 (-15…+20%)
Частота сетевого напряжения, Гц	50-60
Номинальная мощность, ВА	4000
Пиковая мощность, ВА	9000
Выходное напряжение фазы, В	макс. 680
Номинальный ток фазы, А	8
Пиковый ток фазы, А	16

Контроллеры же SEC-AC компактны. Имеют предустановленные, адаптированные к приводу параметры, имеют сетевой интерфейс. Контроллер обладает функциями сервоконтроллера и контроллера позиционирования. Работает в 4 режимах: управление моментом (регулировка по току), контроль положения (режим позиционирования и режим синхронизации). Переключение между режимами стабильное. Контроллер имеет память на 16 программируемых записей данных. Свободно программируемые параметры: положение (абсолютное или относительное), скорость, ускорение, задержка, изменение скорости в процессе позиционирования, получение выходных сигналов в процессе позиционирования (достижение позиции, скорости, и т.д.). Оснащен 10 цифровыми входами и 5 цифровыми выходами. В контроллерах с интерфейсом Profibus DP ведущий контроллер имеет доступ ко всем данным. Этот открытый метод передачи данных означает, что произвольные параметры перемещения могут передаваться в процессе работы контроллера. Технические данные двигателя и контроллера включены в таблицы 7 и 8.

1.4 Преобразователь частоты Mitsubishi FR-E540-1.5K-ES

Технологии, реализованные в преобразователе частоты, делают его одной из самых совершенных разработок в данном классе, а компактные размеры впечатляют. Серия FR-E500 охватывает диапазон малой и средней мощности. Серия преобразователей частоты FR-E500 предусматривает однофазные модификации FR-E520S на диапазон мощностей от 0.4 до 2.2 кВт и трехфазные FR-E540 на диапазон от 0.4 до 7.5 кВт.

Преобразователь частоты FR-E540 имеет оригинальный алгоритм векторного управления, разработанный MITSUBISHI ELECTRIC, который обеспечивает высокие технические характеристики, а, следовательно, новые возможности в технологиях асинхронного электропривода. Сочетание векторного управления и функции компенсации скольжения позволяет преобразователю частоты FR-E540 обеспечивать не менее, чем 150% от номинального момента двигателя начиная с частоты 1 Гц. Данный диапазон регулирования в существенной степени обеспечивается благодаря эффективному действию функции автоматической настройки параметров используемого двигателя. Преобразователь частоты FR-E540 оснащен ограничителем пиковых токов, обеспечивающим надежное и беспрерывное функционирование при возникновении нагрузок.

Серия преобразователей частоты FR-E540 и FR-E520S имеет широкую область применения, благодаря развитому функциональному оснащению. Инверторы оснащены встроенным ПИД-регулятором с прямой и обратной характеристикой. Все привода имеют выбор способа останова: предусмотрен останов контролируемым торможением или свободным выбегом.

Таблица 9 - Основные технические характеристики преобразователя частоты FR-E540-1.5K-ES

Мощность двигателя, кВт	1.5
Номинальный ток, А	4
Входная мощность, кВА	4.5
Входное напряжение, В	3 фазы 380-480 (-15…+10%)
Частота, Гц	50-60
Перегрузочная способность	200%(0.5с) 150%(1 мин.)
Выходное напряжение, В	от 0 до входного
Выходная частота, Гц	0.2-400
Способ управления	Векторное с самонастройкой или U/f
Способ модуляции	ШИМ
Время разгона, с	0.1-3600
Класс защиты	IP20

Также преобразователь частоты FR-E540 обладает такими функциями как: обход резонансных частот, функция оптимизации времени разгона / замедления, полные мониторинговые возможности, включая отображение времени разгона, возможность установки двух наборов параметров двигателей, контроль отсутствия выходного тока.

Преобразователь частоты FR-E540 обладает полным набором защитных функций. Автоматический перезапуск после провала питания с возможностью пуска на вращающийся двигатель, встроенная электронная защита от перегрузки по току, высокая гибкость настроек автоматического перезапуска из состояния сбоя, защита от пониженного напряжения и еще целый набор защит, необходимых для безопасного и надежного функционирования. Широкая область применения преобразователей частоты FR-E540 и FR-E520 определяется еще и тем фактом, что вся серия имеет расширенные коммуникационные возможности. Интерфейс RS485 входит в стандартное оснащение инверторов. К данному интерфейсу подключается либо съемный пульт управления, либо персональный компьютер, либо контроллер. Основные характеристики приведены в таблице 9.



2. Техническое и социально-экономическое обоснование

Современное производство развивается быстрыми темпами. Большой рост производства происходит за счёт внедрения автоматических устройств и установок, а также контрольно-измерительных приборов, обеспечивающих автоматизацию технологических процессов. Помимо роста производительности происходит также снижение себестоимости и увеличение качества выпускаемой продукции, что в условиях рыночной экономики позволяет предприятию завоевать рынки сбыта. Жесткая конкуренция за место на современном рынке ставит задачу совершенствования средств автоматизации на предприятии, путем внедрения высокопроизводительной аппаратуры.

Основная тенденция этого развития связана с укрупнением единичной мощности технологических машин и аппаратов и, как следствие этого, совершенствованием автоматических схем управления такими объектами. При этом совершенствование схем управления идёт не только благодаря применению более современных и надёжных средств управления, но так же и за счёт применения новых методов синтеза автоматических систем управления.

В данном проекте модернизируется установка чистки пресс-форм. В установке Луч-50 производства Ярославского завода опытных машин для чистки использовался лазер. В процессе эксплуатации установки, лазер стал часто выходить из строя. Линзы после использования выгорают. Замена лазера и линз очень дорогая. Также дорог и уход за данными элементами установки. Завод ежегодно тратит большие деньги, на обслуживание установки. Поэтому в своем проекте я решил заменить лазерную очистку чисткой чугунным песком мелкой формации, в рамках оборудования старой установки, что исключает затраты на новое оборудование. Уход и обслуживание пескоструя выходит намного дешевле. В нем нет запчастей, которые следует постоянно менять. Хотя очистка песком и приводит к более быстрому износу пресс-форм, но ее внедрение и использование в целом за год будет выходить дешевле.



3. Техническая часть

3.1 Состав установки

В установку входит:

- стол

- платформа

- рабочая камера

- энергоблок

- узел подготовки воздуха

- электрооборудование

3.2 Устройство и принцип работы установки

Стол предназначен для установки на нем полуформы или деталей секторной пресс-формы. Состоит из станины, с которой через зубчатую передачу соединен мотор редуктор, обеспечивающий вращение стола. В корпусе установлено устройство центрирования полуформ и секторов пресс-форм посредством кулачков, перемещаемых по пазам, расположенным в диске. Для установки на стол секторов используется специальный контейнер, центрируемый на столе также посредством кулачков. Внутри камеры установлено сопло для подачи мелкого порошка для чистки. Передача струи порошка к очищаемой поверхности осуществляется посредством высокомоментного двигателя для обеспечения качательного движения сопла в вертикальной плоскости по заданной программе.

Для удаления пыли порошка из рабочей камеры установка оснащена системой вытяжной вентиляции. Сопло закреплено на подвижной каретке портала с возможностью перемещения в горизонтальном направлении, в соответствии с заданной программой.

Система автоматического управления и электрооборудование установки располагаются в шкафу, имеющем пульт с панелью оператора.

3.3 Описание работы электрооборудования установки

Схема электрическая функциональная системы управления установки для чистки пресс-форм приведена на плакате ДП.22030141.013.Э2. Схема электрическая принципиальная системы управления установки для чистки пресс-форм приведена на двух плакатах: ДП.22030141.013.01Э3 и ДП.22030141.013.02Э3.

Установка питается от трехфазной сети переменного тока (380В, 50Гц)

Цепи управления установки, датчики, контроллер А1, панель оператора А4 питаются постоянным напряжением 24В от блоков питания А7 (для входных цепей) и А8 (для выходных).

Электрооборудование управления исполнительными элементами установки размещено в шкафу управления габаритами 800х5002200 мм. Органы управления и сигнализации расположены на пульте управления, встроенном в боковую стенку шкафа.

Включается установка нажатием на кнопку SB1 «НАПРЯЖЕНИЕ», расположенную на пульте управления установки. При подаче напряжения питания в кнопке загорается лампа HL1.

Отключение установки от сети производится нажатием на красную грибовидную кнопку SB2 «СТОП».

Система управления построена на базе программируемого логического контроллера IPC PS1 «FESTO» (А1 на схеме) и панели оператора UniOP CP10G-4 «EXOR» (А4).

Установка для очистки пресс-форм состоит из следующих приводов:

1. Привод перемещения по оси X: M1, AM1

M4 - серводвигатель MTR-AC-100-5S-AB

AM4 - контроллер серводвигателя SEC-AC-508-PB-POI

2. Привод поворота стола: М2, АМ2

М1 - двигатель мотор-редуктора M4-80-80-18,75-51-4-Ц-У3 P=1.5кВт, 380В, 50Гц.

АМ1 - частотный преобразователь

3. Привод поворота сопла по оси Z: M3, AM3

M3 - серводвигатель MTR-AC-100-5S-GB

AM3 - SEC-AC-508-PB-POI

Установка чистки вулканизационных пресс-форм работает в двух режимах: наладочном и автоматическом.

Наладочный режим.

Установить переключатель режимов работы SA8 в положение «Наладка».

Включение режима отразится на панели оператора А4 соответствующей надписью.

В наладочном режиме перемещение сопла по координатам портала X, Z осуществляется от переключателей SA2, SA4 соответственно, в толчковом режиме. Ограничение перемещения по оси X слева выполнено датчиком S10, а справа - S11, подключенным на вход контроллера сервопривода AM1.

Перемещение сопла по оси Z осуществляется тумблером SA4 в толчковом режиме. Ограничение перемещения по оси Z выполнено на датчиках SA8 и SA9

Включение подачи песка выполняется переключателем SA6.

Освещение рабочей камеры осуществляется посредством лампы HL11.

Двигатель вентиляции M4 питается трехфазным напряжением и включается пускателем KM4 от контроллера A1. Переключатели SA11 и SA9 имеют два фиксированных положения (Включено / Отключено).

Автоматический режим.

Установить переключатель режимов работы SA8 в положение «Автомат», при этом включается встроенная в переключатель лампа HL4.

Кнопкой SB5 «Исходное» установить механизмы в исходное положение перед началом процесса чистки пресс-формы, а именно: сопло в левом положении, дверь закрыта (S7 включен). После завершения операции выхода механизмов в исходное положение и при готовности к пуску цикла мигает лампа в кнопке «Цикл» и на панели оператора A4 отображается надпись «Готов!». В случае отсутствия исходного состояния на панели оператора A4 индицируется состояние «Не готов!», лампа в кнопке «Цикл» не мигает.

Пуск цикла осуществляется нажатием кнопки SB3 «Цикл».

Последовательность работы механизмов и сопла в автоматическом режиме определяется программой управления.

Управляющая программа в контроллере A1 написана с использованием программного обеспечения FST V3.22. Программа для панели управления выполнена с применением программного обеспечения UniOP Designer.

Интерфейс оператора на UniOP представляет собой набор из нескольких экранов размером в 32 строки (максимум) по 20 символов в каждой. Поскольку экран на панели оператора имеет размер 4 строки по 20 символов, то одновременно отображаются только 4 строки соответственно. Если экран содержит более четырех строк, то возможно перемещение видимой части (scrolling) с использованием клавиш перемещения курсора вверх и вниз. Перемещение между экранами осуществляется с помощью клавиш перемещения курсора влево и вправо (если это не заблокировано программным обеспечением).

Приостановить процесс чистки возможно, нажав кнопку «Стоп цикла». Если при этом нет необходимости выключения питания установки, либо перехода в наладочный режим, возможно продолжение процесса, повторным нажатием кнопки «Цикл».

Блокировки. Включение сопла разрешается только, если дверь закрыта.

Защита двигателей и цепей управления от короткого замыкания осуществляется автоматическими выключателями Q1…Q8, QM1…QM7.

Сигнализация подачи напряжения, а также режима работы выполняется лампами HL1, HL3, HL4 на панели управления. При включении сопла включается лампа HL6 на шкафу управления. На панели оператора A4 выводятся сообщения об аварийных режимах и диагностика отказов.

Структурная схема разработанной системы управления приведена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Структурная схема системы управления установки для чистки пресс-форм



3.4 Порядок работы

1. Включите напряжение питания установки рубильником QS1, установленным на боковой стенке шкафа управления.

2. Подождите некоторое время, до тех пор, пока не загрузится программное обеспечение контроллера.

3. После загрузки на панели оператора появится сообщение «Включите напряжение!»

4. Включите напряжение управления кнопкой SB1 «Напряжение», при этом в кнопке загорится лампа.

5. Если на панели оператора индицируется аварийное сообщение «Нет привязки серво!» нажмите кнопку SB5 «Исходное». Это происходит при первом включении установки после полного отключения питания рубильником QS1. Сервооси не привязаны к исходному положению, поэтому их перемещение заблокировано до выхода портала в исходное положение (S10, S8). Если после включения питания установки предполагается некоторые наладочные действия, то нет необходимости вывода всех механизмов в исходное положение. Привязка сервоприводов к исходному может быть произведена с панели оператора в режиме «Наладка» последовательным нажатием кнопок «Clear» (переход из индикации аварий в обычный страничный режим) и F11 (привязка сервоприводов на первой странице).

6. На панели оператора выберите необходимую программу чистки, если настройка на конкретную пресс-форму производилась ранее. В противном случае настройте параметры чистки, как описано ниже.

7. Загрузите пресс-форму на стол.

8. Установите переключатель работы в автоматический режим и запустите процесс чистки нажатием на кнопку «Цикл».



3.5 Размещение элементов в щите управления установки для чистки поверхности пресс-форм

В качестве варианта конструкторской разработки была принята разработка расположения элементов на лицевой панели пульта управления и на монтажной панели в нутрии щита управления.

Чертёж разработки приведён на плакате ДП.22030141.01-001ДПЛ. Расположение средств автоматизации выбрано таким, чтобы оператору было удобно следить за информацией о технологическом процессе. Такую информацию оператору представляют цифровая панель оператора и светосигнализирующие элементы.

3.6 Разработка программы работы программируемого логического контроллера

Инициализация. При включении автомата QS1 загружается контроллер. По окончании загрузки на панели высвечивается «Включите напряжение». Необходимо нажать SB1, после чего зажигается лампа HL1. При установке на входе сигнала POWER, инициализация заканчивается.

Исходное положение. Если привязка еще не выполнялась (SERVO=false), то об этом сообщается на панели оператора, и при нажатии кнопки SB5 включаются двигателя и установка выходит в исходное положение. При получении сигналов с датчиков S10 и S8 выход в ИП заканчивается (SERVO=true).

SA8 выключен, ручной режим.

SA2 - перемещает по оси X. Устанавливается EN_M1, если есть входной сигнал READY1. Серво-контроллер получает данные о скорости, направлении движения по протоколу PROFIBUS-DP.

SA4 - перемещает по оси Z вверх и вниз (READY3-EN_M3). Перед началом движения подается сигнал на реле, которое растормаживает двигатель(KBR3).

SA2 - перемещает по оси X влево и вправо (READY1-EN_M1).

SA6 - включает и отключает подачу песка, при наличии сигнала S7 («Дверь закрыта»), зажигает HL6 («Чистка»).

SA5 - включает вращение стола, с заданной по умолчанию скоростью, через аналоговый выход IO73. Отдельный сигнал о направлении вращения поступает на контроллер двигателя с переключателя SA10.

SA8 включен. Автоматический режим.

1) При появлении SA8 зажигается лампа HL4, встроенная в переключатель режимов.

2) Далее, обязательно система должна быть выведена в исходное положение (SB5). После окончания выхода в ИП и готовности приводов, на панели оператора появляется сигнал «Готов».

3) Мигает лампа HL3, до тех пор, пока не начат цикл.

4) При нажатии SB3, запускается цикл очистки, лампа HL3 горит. Сигналы с датчиков оборота стола и редуктора могут сигнализировать об окончании цикла. Если сигналов с них нет, то привод вращения стола отключается и чистка прекращается. На панели оператора появляется сообщение об ошибке. При появлении сигнала SB5 цикл приостанавливается (остановка всех двигателей и прекращение подачи песка), если при этом не требуется переход в ручной режим, то при появлении SB3 цикл продолжается.

5) По окончании цикла переходим к шагу 3.



Рисунок 3.2 - Функционально-блоковая диаграмма программы работы ПЛК



Рисунок 3.3 - Программа прошивки ПЛК на языке релейных схем

4. Экономическая часть

4.1 Расчет затрат на монтаж электрооборудования и средств автоматизации

Себестоимость - это затраты связанные с использованием в процессе производства основных фондов, сырья, материалов, топлива и энергии, труда, а также других затрат на производство и реализацию.

В себестоимость продукции включается:

- затраты, связанные с производством продукции, обусловленные технологией производства, связанные с использованием природного сырья, земель, древесины, воды, затраты на подготовку и освоение производства;

- затраты некапитального характера, связанные с совершенствованием технологии и организации производства;

- затраты на проведение опытно-экспериментальных работ, изобретательскую и рационализаторскую работу;

- затраты по обслуживанию производственного процесса.

По прейскуранту цен находим стоимость электрооборудования и средств автоматизации и сводим их в таблицу 4.1.1

Таблица 4.1.1 - Затраты на электрооборудование и средства автоматизации

Наименование оборудования	Количество, штук	Цена за единицу, руб./шт.	Всего, руб.
Модуль процессорный PS1 HC20-40	1	4600	4600
Источник питания PS1-PS10	1	5000	5000
Модуль ввода дискретных сигналов PS1 IM11	3	3100	9300
Модуль вывода аналоговых сигналов PS1 IO73	1	4800	4800
Модуль вывода дискретных сигналов PS1 OM11	1	4100	4100
Модуль интерфейса Profibus DP PS1 CP62	1	8200	8200
Шасси PS1 BP40	1	3000	3000
Панель оператора FED-90	1	8000	8000
Преобразователь частоты FR-E540-1.5K-ES	1	16100	16100
Контроллер серводвигателя SEC-AC-508-PB-P01	2	4700	9400
AC-Серводвигатель MTR-AC-100-5S-GB	1	56400	56400
AC-Серводвигатель MTR-AC-100-5S-AB	1	48600	48600
Итого:			177500

Таким образом общие затраты на электрооборудование и средства автоматизации составили 177500 рублей.

В расчете себестоимости учитывается и оплата труда работника, осуществляющего монтаж оборудования. Для работников предприятия оплата труда в виде заработной платы является их личным доходом, который должен соответствовать личному вкладу в результаты деятельности предприятия. Различают номинальную и реальную заработную плату:

Номинальная заработная плата - это сумма денег, которую получает работник за свой труд за определенный период времени.

Реальная заработная плата - показывает какое количество предметов потребления и услуг можно купить за номинальную заработную плату при данном уровне цен и тарифов.

На предприятии ОАО «Кировский шинный завод» для сотрудников службы КИПиА установлены оклады в зависимости от разряда и условий труда. Для монтажа данного электрооборудования и средств автоматизации необходим слесарь КИПиА третьего разряда с окладом 7280 рублей в месяц.

Поскольку в месяце 165,5 рабочих часов то условно заработная плата за час составляет 44,1 рубля. Заработную плату и трудозатраты на монтаж оборудования сводим в таблицу 4.1.2



Таблица 4.1.2 - Заработная плата, трудозатраты на монтаж оборудования

Наименование оборудования	Кол-во, штук	ТЗП, руб.	Трудозатраты, чел./час
		За единицу оборуд-я	Всего	За единицу оборудования	Всего
Модуль процессорный PS1 HC20-40	1	8,82	8,82	0,2	0,2
Источник питания PS1-PS10	1	17,64	17,64	0,4	0,4
Модуль ввода дискретных сигналов PS1 IM11	3	8,82	26,46	0,2	0,6
Модуль вывода аналоговых сигналов PS1 IO73	1	8,82	8,82	0,2	0,2
Модуль вывода дискретных сигналов PS1 OM11	1	8,82	8,82	0,2	0,2
Модуль интерфейса Profibus DP PS1 CP62	1	8,82	8,82	0,2	0,2
Шасси PS1 BP40	1	35,28	35,28	0,8	0,8
Панель оператора FED-90	1	26,46	26,46	0,6	0,6
Преобразователь частоты FR-E540-1.5K-ES	1	17,64	17,64	0,4	0,4
Контроллер серводвигателя SEC-AC-508-PB-P01	2	8,82	35,28	0,2	0,8
AC-Серводвигатель MTR-AC-100-5S-GB	1	66,15	66,15	1,5	1,5
AC-Серводвигатель MTR-AC-100-5S-AB	1	66,15	66,15	1,5	1,5
Итого	14		326,34		7,2

Таким образом, заработная плата за монтаж 14 наименований оборудования составляет 326,34 рублей, а трудозатраты составляют 7,2 человека в час.

1) Определяем размер премии ПР по формуле:

ПР=ТЗПЧК_ПР [руб.] (4.1.1)

где ТЗП - тарифная заработная плата, ТЗП = 326,34 рублей

К_ПР - коэффициент премии, К_ПР = 0,3

ПР = 326,34*0,3=97,902 руб.

2) Определяем размер основной заработной платы ОЗП по формуле:



ОЗП = ТЗП + ПР [руб.] (4.1.2)

ОЗП = 326,34 + 97,902 = 424,242 руб.

3) Определяем дополнительную заработную плату ДЗП по формуле:

ДЗП = ОЗП Ч К_ДЗП [руб.] (4.1.3)

где К_ДЗП - коэффициент дополнительной заработной платы, К_ДЗП = 0,08

ДЗП = 424,242 Ч 0,06 = 25,45 руб.

4) Определяем отчисления органам социального страхования О по формуле:

О = (ОЗП + ДЗП) Ч К_О [руб.] (4.1.4)

где К_О - коэффициент отчисления на социальные нужды, К_О = 0,27

О = (120,68 + 9,65) Ч 0,27 = 35,189 руб.

5) Определяем северную доплату СД по формуле:

СД = (ОЗП + ДЗП) Ч К_С [руб.] (4.1.5)

где К_С - коэффициент северной доплаты, К_С = 0,15

СД = (120,68 + 9,65) Ч 0,15 = 19,54 руб.

6) Определяем величину цеховых расходов ЦР по формуле:

ЦР = ОЗП Ч К_ЦР [руб.] (4.1.6)

где К_ЦР - коэффициент цеховых расходов, К_ЦР = 2

ЦР = 120,68 Ч 2 = 241,36 руб.

7) Определяем величину общезаводских расходов ОЗР по формуле:



ОЗР = ОЗП Ч К_ОЗР [руб.] (4.1.7)

где К_ОЗР - коэффициент общезаводских расходов, К_ОЗР = 5

ОЗР = 120,68 Ч 5 = 603,4 руб.

8) Определяем расходы на содержание и эксплуатацию оборудования РСЭО по формуле:

РСЭО = ОЗП Ч К_РСЭО [руб.] (4.1.8)

где К_РСЭО - коэффициент расходов на содержание и эксплуатацию оборудования, К_РСЭО = 0,4

РСЭО = 120,68 Ч 0,4 = 48,27 руб.

9) Определяем затраты на монтаж оборудования ЗНМ по формуле:

ЗНМ = М_О + ОЗП + ДЗП + О + СД + ЦР + ОЗР + РСЭО [руб.] (4.1.9)

где М_О - стоимость основного оборудования, М_О = 22660,88 руб. из таблицы 4.1.1

ЗНМ = 22660,88+120,68+9,65+35,189+19,54+241,36+603,4+48,27= 23738,96 руб.

10) Определяем структуру затрат УД. ВЕС по формуле:

УД. ВЕС = [%] (4.1.10)

где С_I - определенная статья затрат на монтаж оборудования, руб.

- сумма затрат на монтаж оборудования, руб.

Результаты расчетов структуры затрат УД. ВЕС сводим в таблицу 4.1.3



Таблица 4.1.3 Структура затрат на монтаж

Статьи затрат	Сумма по статье, руб.	УД. ВЕС, %
Основное оборудование МО	22660,88	95,4
Основная заработная плата ОЗП	120,68	0,5
Дополнительная заработная плата ДЗП	9,65	0,04
Отчисления О	35,189	0,14
Северная доплата СД	19,54	0,08
Цеховые расходы ЦР	241,36	1,01
Общезаводские расходы ОЗР	603,4	2,54
РСЭО	48,27	0,2
Итого	23738,96	100

11) На основании данных таблицы 4.1.3 сроим диаграмму структуры затрат:

Рисунок 4.1.1 - Диаграмма структуры затрат

Вывод: таким образом наиболее затратными статьями являются общезаводские расходы ОЗР, затраты на основное оборудование М_О и затраты на цеховые расходы. Предприятию необходимо снижать уровень затрат на цеховые и общезаводские расходы.



4.2 Расчет численности рабочих

В практике учета и планирования кадров различают:

- Явочный состав - это минимально необходимое число работников, которые должны ежедневно являться на работу для выполнения задания в установленные сроки;

- Списочный состав - это все постоянные и временные работники, числящиеся на предприятии, как выполняющие в данный момент работу, так и находящиеся в отпусках, командировках, не явившиеся на работу по болезни и т.д.

1) Определяем время для монтажа электрооборудования и средств автоматизации Ф_МОНТ по формуле:

Ф_МОНТ = КРДЧT [ч] (4.2.1)

где КРД - количество рабочих дней, КРД = 1

Т - продолжительность рабочего дня, Т = 8 ч

В целях эффективности работы предприятие по плану установило время на монтаж данного оборудования Ф_МОНТ = 5 часов

2) Определяем численность рабочих необходимых для монтажа электрооборудования и средств автоматизации ЧР по формуле:

ЧР = СТЗ / Ф_МОНТ [человек] (4.2.2)

где СТЗ - сумма трудозатрат на монтаж электрооборудования и средств автоматизации, СТЗ = 4,5 человек/час на основании данных таблицы 4.1.2

ЧР = 4,5/5 = 0,9 ~ 1 человек

Вывод: таким образом для монтажа электрооборудования и средств автоматизации по плану предприятия необходим один рабочий третьего разряда, которому необходимо 5 часов для осуществления монтажа данного оборудования.

4.3 Расчет экономической эффективности

Экономическая эффективность в данном дипломном проекте это соотношение между результатом проекта и тем, что было до него с точки зрения трудозатрат на обслуживание ряда оборудования, экономии энергии, окупаемости, простоты работы и обслуживания, а также с материальной точки зрения.

1) Рассмотрим эффективность замены регулирующего и регистрирующего прибора ДИСК-250 на регулирующий и регистрирующий прибор ОВЕН

ТРМ101-ИИ и сведем результаты в таблицу 4.3.1

Таблица 4.3.1 Результаты замены прибора ДИСК-250 на ОВЕН ТРМ101-ИИ

Показатель	Прибор ДИСК-250	Прибор ОВЕН ТРМ101-ИИ
Стоимость, руб	9800	2950
Потребляемая мощность, ВА	20	6
Трудозатраты, чел./час	1,2	0,8
Габаритные размеры, мм	300Ч300Ч200	48Ч48Ч102
Обслуживание	Поскольку прибор обладает пером с чернилами, с помощью которых происходит запись показаний на диаграммной бумаге, то это вносит существенное затруднение в обслуживании прибора	Запись показаний изменения температуры происходит с помощью интерфейса RS - 485, что говорит о простоте и универсальности обслуживания и обработки информации на компьютере
Работа	При обрыве первичного датчика стрелка и перо прибора не показывают фактических показаний	Прибор обладает контролем обрыва первичного датчика
Элементная база	Электромеханическая	Электронная
Устаревание	Морально устаревший прибор	Перспективное средство автоматизации
Показатель	Прибор ДИСК-250	Прибор ОВЕН ТРМ101-ИИ
Поверка	Не менее одного раза в год	Не менее одного раза в 2 г.
Наработка на отказ, ч	250ч20000	45000

Таким образом, замена старого прибора на новый эффективна с точки зрения стоимости, экономии энергии, эргономики, обслуживания и работы, поверки и наработки на отказ, а также трудозатрат.

2) Рассмотрим эффективность замены регистрирующего манометра МТС-711 на регистрирующий прибор ОВЕН ТРМ200-Щ1 и сведем результаты в таблицу 4.3.2

Таблица 4.3.2 Результаты замены прибора МТС-711 на ОВЕН ТРМ200-Щ1

Показатель	Прибор МТС-711	Прибор ОВЕНТРМ200-Щ1
Стоимость, руб	3770	2065
Потребляемая мощность, ВА	-	6
Трудозатраты, чел./час	0,8	0,5
Габаритные размеры, мм	300Ч300Ч180	96Ч96Ч70
Обслуживание	Поскольку прибор обладает пером с чернилами, с помощью которых происходит запись показаний на диаграммной бумаге, то это вносит существенное затруднение в обслуживании прибора	Запись показаний изменения давления происходит с помощью интерфейса RS - 485 что говорит о простоте и универсальности обслуживания и обработки информации на компьютере
Устаревание	Морально устаревший прибор	Перспективное средство автоматизации
Наличие дополнительных элементов необходимых для работы	Отборное устройство давления	Для работы прибора необходим первичный датчик давления с внешним источником питания
Показатель	Прибор МТС-711	Прибор ОВЕН ТРМ200-Щ1
Поверка	Не менее одного раза в год	Не менее одного раза в 2 г.

Таким образом, замена старого прибора эффективна с точки зрения стоимости прибора, трудозатрат, эргономичности и обслуживания, а также с точки зрения поверки.

3) Рассмотрим эффективность замены трехходового клапана УФ 25003-025 НЗ на запорный клапан с пневматическим приводом мембранным ЯБИР 492171003-02: