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

Вид работы:

Дипломная (ВКР)
Предмет:

Другое
Язык:

Русский
,
Формат файла:
MS Word

1,75 Мб
Опубликовано:

2014-08-16

Все дипломные работы по другим направлениям

Скачать дипломную работу Читать текст online Заказать дипломную
*Помощь в написании! Посмотреть все дипломные работы

Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.

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

Введение

управление цинкование программный автоматический

Важную роль в решении задачи по повышению срока службы металлопродукции играют защитные покрытия, использование которых позволяет увеличить стойкость и долговечность стальных изделий.

Из металлических покрытий в мировой практике наиболее широко применяют цинковые. Физико-химические свойства цинка, относительная простота технологии и оборудования для нанесения цинковых покрытий позволяет успешно применять их для защиты металлоизделий от коррозии.

Толщина защитного цинкового покрытия выбирается в зависимости от назначения изделия и условий его эксплуатации. Анализ условий применения различных металлоизделий показывает, что защитное (антикоррозионное) покрытие для этих условий должно обладать не только повышенной коррозионной стойкостью, но быть также устойчивым к абразивному износу и иметь высокую степень сцепления с поверхностью защищаемого изделия. Термодиффузионные цинковые покрытия позволяют защищать от коррозии детали из любых марок стали, в том числе высокопрочных, и чугуна без изменения свойств основного металла, детали сложной конфигурации с отверстиями, детали в сборе, сварные и резьбовые.

Проектирование автоматизированной линии для термодиффузионного цинкования позволит увеличить безопасность на объекте и существенно повысить производительность. Уход от ручного труда является одной из основных задач автоматизации. Главными критериями в данном случае являются производительность, безопасность труда и экономическая целесообразность.

В ходе данного проекта будет спроектирована система автоматизированного управления линией для термодиффузионного цинкования, позволяющая практически полностью уйти от ручного труда и существенно повысить производительность.

1. Обоснование автоматизации линии для термодиффузионного цинкования

1.1 Анализ технологического процесса термодиффузионного цинкования

Защита металлов от коррозии обеспечивает долговременное функционирование различных деталей, конструкций и сооружений. Около 10% выпускаемых годового выпуска стали и стальных изделий ежегодно теряют свои технические характеристики из-за коррозии, что оценивается десятками миллиардов долларов. Один из наиболее распространенных способов защиты металлов от коррозии - покрытие цинком[1].

История термодиффузионной методики цинкования насчитывает более ста лет, однако, это опыт был незаслуженно забыт в угоду более прогрессивным в свое время видам антикоррозионной обработки металлов. Названный по фамилии своего английского изобретателя шерардизацией, метод термодиффузионного цинкования вернулся в широкое обращение немногим более двадцати лет назад.

Компанией «Дистек» разработан, запатентован и находит широкое применение новый экологически чистый технологический процесс термодиффузионного цинкования, предназначенный для надежной защиты от коррозии различных деталей из стали и чугуна, работающих на открытом воздухе, в промышленности и морской атмосфере и требующих толщины покрытия свыше 15 мкм.

Термодиффузионные цинковые покрытия позволяют защищать от коррозии детали из любых марок стали, в том числе высокопрочных, и чугуна без изменения свойств основного металла, детали сложной конфигурации с отверстиями, детали в сборе, сварные и резьбовые

Важной отличительной особенностью технологии является использование специальной насыщающей смеси, которая позволяет существенно снизить энергетические затраты и уровень запыленности на рабочем месте.

Кроме того, повышается стабильность параметров покрытия: толщина, однородность, шероховатость. Одновременно снижается расход насыщающих материалов, длительность подготовительных операций и операции отделения деталей от остатков смеси.

Для получения качественного антикоррозионного покрытия все технологические этапы имеют одинаково важное значение и являются равными составляющими технологического процесса. Следует отметить, что технология нанесения покрытия не делает исключения ни для одного вида деталей, которые по своим размерам, весу и конфигурации входят в технологический контейнер оборудования.

В результате нагревания, а температура в данном случае может колебаться от 290 до 450 градусов, парообразные атомы цинка становятся частью атомной решетки обрабатываемого металла, образуя в поверхностном слое железа сложную сплавную фазовую структуру. Параметры операции зависят в первую очередь от того, какая марка стали оцинковывается, а весь процесс происходит во вращающейся закрытой реторте, где находятся цинкуемые детали и куда подается цинкосодержащая порошковая смесь.

На протяжении всего процесса цинкования, контейнер находится во вращающемся состоянии и останавливается только перед непосредственной выемкой контейнера из печи.

После цинкования детали промываются для удаления с их поверхности остатков насыщающей смеси и затем пассивируются в фосфатном растворе. Фосфатирование существенно повышает коррозионную стойкость покрытия и улучшает его внешний вид. Возможен вариант фосфатирования при совмещении его с вибровыглаживанием. Такой вид обработки дает дополнительные повышение коррозионной стойкости и улучшение декоративных свойств. Необходимо отметить, что фосфатное пассивирование, в отличие от обычно применяемого хроматного, экологически безвредно, прежде всего потому, что исключает применение шестивалентного хрома.

При этом технология предусматривает оборотное движение растворов, что исключает вредные стоки.

К преимуществам процесса можно отнести:

. высокий уровень стойкости антикоррозионного покрытия, который эквивалентен полутора тысячам часов выдержки в соляном тумане;

. точное соответствие покрытия профилю обрабатываемой детали, вплоть до мелкой и точной резьбы, маркировки, тонкого рельефа;

. твердость антикоррозионного слоя, превышающая другие способы оцинкования, в совокупности с прекрасной стойкостью к абразивному износу;

. минимальное, практически нулевое попадание водорода в покрытие. Так называемая «водородная хрупкость» таковому покрытию не страшна;

. невысокую температуру процесса, что позволяет обрабатывать пружины и прочие закаленные детали;

. возможность использования данной технологии в процессе обработки пористых изделий, элементов уже собранных узлов и полученных по порошковой методике;

. высокую степень адгезии во время последующего лакирования, покрытия резиной или пластиком;

. минимальные затраты на предварительную подготовку, которая допускает даже небольшие пятна смазки, смазывающе-охлаждающей жидкости и местную коррозию;

. возможность варьирования толщины цинкового покрытия от пяти до ста микрон, а при необходимости и больше;

. отсутствие склеивания деталей. Это один из самых негативных моментов, имеющих место в горячем цинке и в гальванике;

. отсутствие каких-либо наплывов цинка в местах углублений или соединений;

. экологическая чистота процесса.

В силу своих преимуществ термодиффузионная методика цинкования используется при обработке метизов, труб, арматуры для электропроводящих линий и трубопроводов, ограждений дорог и мостов, деталей автомобильной и мебельной промышленности.

1.2 Характеристика узлов и агрегатов линии

В состав линии для термодиффузионного цинкования входят печи «Дистек-125», кран-штабелер мостовой электрический опорный, дозатор сыпучих продуктов, дозатор малогабаритных изделий, весы напольные. Компоновка оборудования представлена в графической части проекта.

Установка для термодиффузионного цинкования Дистек-125 предназначена для формирования в поверхностном слое изделий из черных металлов антикоррозийного цинк-железного покрытия в результате насыщения цинком поверхности деталей в порошковой среде[2].

Установка позволяет наносить антикоррозийное цинковое покрытие на мелкие и средние детали любой конфигурации из стали и чугуна. Покрытие в точности сохраняет рельеф обрабатываемой поверхности, что очень важно для деталей имеющих резьбу, пазы, шлицы и т.д.

Установка рассчитана для работы при температуре окружающего воздуха от 10°С до 35°С и относительной влажности до 80% при температуре 25°С. Основные технические данные приведены в таблице 1.1. Внешний вид показан на рисунке 1.1.

Таблица 1.1 - Основные технические данные установки Дистек-125

Диапазон рабочих температур,°С	200-450
Размер рабочего пространства, мм	4
Диаметр глубина	400 930
Масса загрузки, кг	160
Потребляемая мощность, кВт, не более	20
Габаритные размеры установки с подставкой (шир/выс/глуб), мм	1600/2500/1900
Масса установки, кг	500

Рисунок 1.1 - Внешний вид печи Дистек-125

Кран штабелёр - это средство для транспортировки грузов, оборудованное механизмом для подъёма, штабелирования (хранения и перевозки грузов с установкой их друг на друга) или перемещения интермодальных транспортных единиц (то есть грузов, приспособленных для перевозки различными видами транспорта). Непосредственно участвует в процессе загрузки и разгрузки печей.

Мостовой кран-штабелер представляет собой крановый мост, по которому перемещается грузовая тележка с закрепленной на ней поворотной вертикальной колонной по которой вертикально перемещается грузоподъемник, имеющий специальный захват груза.

Мостовой кран-штабелер перемещается по рельсовым крановым путям, установленным на конструкциях зданий.

Мостовые краны-штабелеры обслуживают большие площади складов, на которых размещены в несколько рядов стеллажи. Мостовые краны-штабелеры являются универсальными погрузочно-разгрузочными машинами и могут перерабатывать самые различные виды грузов, для чего наряду с вилочными захватами могут применяться различные специальные грузовые захваты, кантователи.

На заводе изготавливается широкая гамма опорных и подвесных кранов-штабелеров различной грузоподъёмности, высоты подъёма и длин пролёта моста. Мосты кранов с пролётом до 8 метров выпускаются из двутавровых балок. Краны с пролётом моста более 9 метров выпускаются с мостом в виде пространственной фермы.

Краны-штабелеры оснащены частоторегулируемыми приводами, что позволяет устанавливать любую скорость передвижения, плавный пуск и торможение, возможность идеального позиционирования, в качестве подъемного механизма используется таль, а не лебедка, электрооборудование оснащено ШР-разъемами, что упрощает процесс установки и монтажа.

Технические характеристики приведены в таблице 1.2. Внешний вид показан на рисунке 1.2.

Таблица 1.2 - Основные технические данные крана штабелера

Грузоподъемность, т	0,5
Пролет моста, м	16,5
Высота подъема груза, м	6
Скорость передвижения моста, м/с	0,25
Скорость подъема груза, м/с	0,13
Скорость передвижения тележки, м/с	0,09
Скорость поворота колонны, об/мин	9

Рисунок 1.2 - Внешний вид крана штабелера мостового

Дозатор шнековый порционный, модель ДШП. Дозатор шнековый используется для дозирования небольших порций сыпучих и плохосыпучих материалов в смеситель, другую емкость или на ленточный конвейер. Шнековый дозатор часто применяется в строительной или пищевой промышленности при выполнении небольших добавок в каждый замес[3].

В данном проекте порционный дозатор необходим для дозирования определенных порций цинкосодержащей смеси. Точность измерений влияет как на экономическую составляющую, так и на качество и глубину наносимого покрытия.

Установка:

Дозатор шнековый устанавливается на стойке над смесителем или отводящим конвейером. С каждым отвесом агрегат выполняет автоматическую подстройку для адаптации к меняющимся условиям и увеличения точности дозирования. Технические параметры дозатора приведены в таблице 1.3. Дозатор комплектуется терминалом Т-9. Технические параметры терминала приведены в таблице 1.4. Внешний вид показан на рисунке 1.3.

Таблица 1.3 - Основные технические данные дозатора ДШП

Вместительность стандартного бункера, л	200
Вес порции, кг	1 … 50
Цена проверочного деления, г	50 … 200
Класс точности по ГОСТ 10223-97	0,2
Максимальная погрешность, % от измеряемой массы	0,2
Рабочий температурный диапазон,°С	0 … +40

Таблица 1.4 - Основные технические данные терминала Т-9

Температурный диапазон,°С-20…+40
Степень защиты от пыли и влаги	IP66
Материал корпуса	Металл (силумин)
Тип клавиатуры	Пленочная
Тип индикатора	Светодиодный
Высота цифр, мм	25
Напряжение питания, В	220
Работа от аккумулятора, ч (опция)	25
Габаритные размеры ДхШхВ, мм	200х70 х120
Масса/масса с аккумулятором, кг	3,0/3,8
Комплектация RS-485	+

Дозатор весовой серии АД-900 предназначен для дозирования щебня и песка заданными дозами с удельным весом до 1600 кг/м3 и влажностью до 7%. Щебень возможно дозировать двух и четырех фракций. Поэтому этот тип дозатора подходит для выполнения задач по дозированию балласта. Принцип действия дозатора основан на преобразовании силы веса дозируемого материала, находящегося в грузоприемном устройстве, с помощью тензометрических датчиков в электрический сигнал, пропорциональный массе груза.

Рисунок 1.3 - Внешний вид дозатора ДШП

Сигнал от тензодатчиков подается в электронный весоизмерительный прибор, который преобразует его в цифровой код и после преобразования результаты взвешивания передает на цифровое табло прибора. Подача материала в грузоприемное устройство дозатора осуществляется одним из питающих устройств. Дозатор весовой серии АД-900 дискретного действия, стационарный, тензометрический. Состоит из грузоприемного устройства, устройства питающего (две секторные заслонки), узлов встройки с тензодатчиками, рамы, электронного весоизмерительного прибора. Задание величины дозы производится программированием электронного весоизмерительного прибора с использованием его клавиатуры. Количество отвесов и пропущенный вес нарастающим итогом учитываются в памяти прибора. Текущий вес дозы и погрешность дозирования определяются на табло устройства преобразовательного. Информация о работе дозатора может передаваться в компьютер по интерфейсу RS-485. Основные технические данные дозатора АД-900 приведены в таблице 1.5. Внешний вид показан на рисунке 1.4.

Весы ВП 600 предназначены для взвешивания тележек и других грузов в любых, даже самых тяжелых условиях эксплуатации - в химической, военной, пищеперерабатывающей промышленности (в том числе в холодильниках и цехах термообработки), в сельском хозяйстве, на производстве, складах, вокзалах, в районах крайнего севера, на открытых площадках.

Подходят для использования в местах с большим грузооборотом. В данном случае весы отлично подходят для нормирования вес заготовок. Весы оснащены терминалом Т-9 со встроенным интерфейсом RS-485, что позволяет подключать оборудование к управляющим органам и вести мониторинг удаленно. Технические характеристики приведены в таблице 1.6. Внешний вид показан на рисунке 1.5.

Таблица 1.5 - Основные технические данные дозатора АД-900

Дозатор марки АД-900-	4Щ
Пределы дозирования, кг	30-400
Цикл дозирования, сек	60
Вместимость стандартного бункера, л	300
Электропитание электродвигателя	380В, 50Гц
Электропитание цепей управления	220В, 50Гц
Потребляемая мощность, кВА	0,1
Давление сжатого воздуха, МПа	0,5±0,1
Расход воздуха, м3/ч	0,4±0,04
Габариты, мм	1690х1720х2360
Масса, кг	630

Рисунок 1.4 - Дозатор АД-900. Внешний вид

Рисунок 1.5 - Весы ВП 600. Внешний вид

Таблица 1.6 - Основные технические характеристики весов ВП600

Параметры датчиков	Стандарт
Материал	Сталь с защитным покрытием (легированная сталь)
Класс пылевлагозащиты	IP67 (допускается кратковременное затопление)
Рабочий температурный диапазон,°С	от -20 до +65
Предел взвешивания	600 кг
Дискретность	до 300 кг-100 г., свыше-200 г.
Размер платформы, см	150х100

1.3 Анализ путей автоматизации линии для термодиффузионного цинкования

В базовой конфигурации линия для термодиффузионного цинкования предполагает ручную либо полуавтоматическую загрузку насыщающей смеси, балласта и заготовок. Такой способ управления приводит к появлению ошибок, вызванных так называемым «человеческим фактором», а также он малоэффективен из-за долгой настройки оборудования. Кроме этого, стоит также отметить небезопасные для рабочих условия труда, которые сопровождают процесс термодиффузионной обработки.

Автоматизация линии в части дозирования, загрузки и разгрузки устройств обеспечивает удаленное управление всеми используемыми агрегатами, а так же увеличивает производительность.

В данном проекте предлагается автоматизировать процесс загрузки и разгрузки посредством использования крана штабелера, дабы максимально исключить человеческий фактор из этих операций.

Так же предлагается автоматизировать дозирование насыщающей цинкосодержащей смеси, что бы увести рабочего из рабочей запыленной зоны и увеличить точность дозировки, что несомненно приводит к увеличению качества цинкового слоя, его глубины, и так же положительно влияет на экономические показатели.

1.4 Анализ компоновок линии для термодиффузионного цинкования

Компания Дистек предлагает несколько вариантов компоновок линии для термодиффузионного цинкования[4].

Первая включает в себя 1 печь, ванны для промывки и пассивирования и туннельную сушилку. Планировка линии показана на рисунке 1.6

Второй вариант компоновки включает в себя 3 печи «Дистек-125», ванны для пассивирования и промывки изделий и тоннельную сушилку. Планировка линии показана на рисунке 1.7. Третий вариант помимо прочего включает в себя вибратор для автоматизированного отделения остатков цинкового порошка и балласта от оцинкованных изделий.

Разрабатываемый вариант компоновки выгодно отличается от прочих автоматизированными процессами дозирования насыщающей смеси и процессами загрузки и разгрузки изделий.

Как можно видеть из планировок линий, процесс загрузки, разгрузки, дозирования насыщающей смеси должен выполняться вручную. Так же для мониторинга процесса оператор должен находиться непосредственно в рабочей зоне.

В данном дипломном проекте разрабатывается система управления позволяющая избежать этого.

Рисунок 1.6 Варианты планировки линии для термодиффузионного цинкования. Вариант 1

) Печь Дистек 125,

) Опрокидыватель,

) Вибратор VM 200,

) Тоннельная сушилка,

) Короб готовой продукции,

) Корзина технологическая,

) Емкости для хранения пассивационного раствора.

Рисунок 1.7 Варианты планировки линии для термодиффузионного цинкования. Вариант 2

1.5 Функционально-стоимостной анализ базового варианта

Структурная модель (СМ) - это упорядоченное представление элементов объекта и отношений между ними, дающее представление о составе материальных составляющих объекта, их основных взаимосвязях и уровнях иерархии. Для построения СМ рекомендуется использовать методику логической цепочки (FAST) [5].

СМ базового варианта линии для термодиффузионного цинкования представлена на рисунке 1.8.

Рисунок 1.8 - Структурная модель базового варианта линии для термодиффузионного цинкования

Функциональная модель (ФМ) - это логико-графическое изображение состава и взаимосвязей функций объекта, получаемое с помощью их формулировки и установления порядка подчинения.

ФМ также должна строиться на основе техники систематизированного анализа функций (FAST).

При этом необходимо руководствоваться следующими правилами:

линии критического пути ФМ должны соответствовать тем функциям, которые должны быть выполнены обязательно для реализации главной функции изделия;

соответствие выделяемой функции как частным целям данной составляющей объекта, так и общим целям, ради которых создается объект;

четкая определенность специфики действий, обуславливающих содержание выделяемой функции;

соблюдение строгой согласованности целей и задач, определивших выделение данной функции, с действиями, составляющими ее содержание;

функции верхнего уровня должны являться отражением целей для функций нижестоящего уровня;

сигналом к завершению построения ФМ должна являться невозможность дальнейшей дифференциации функций без перехода от функций к предметной форме их исполнения.

ФМ базового варианта линии для термодиффузионного цинкования представлена на рисунке 1.9.

ФСМ объекта пригодна для выявления ненужных функций и элементов в объекте (бесполезных и вредных); определения функциональной достаточности и полезности материальных элементов объекта; распределения затрат по функциям; оценки качества исполнения функций; выявления дефектных функциональных зон в объекте; определения уровня функционально-структурной организации изделия. Построение ФСМ осуществляется путем суперпозиции ФМ и СМ объекта.

ФСМ базового варианта линии для термодиффузионного цинкования представлена в таблице 1.7.

Оценка значимости функции ведется последовательно по уровням ФМ (сверху вниз), начиная с первого. Для главной и второстепенной, т.е. для внешних функций объекта, при оценке их значимости исходным является распределение требований потребителей (показателей качества, параметров, свойств) по значимости (важности).

Рисунок 1.9 - Функциональная модель базового варианта линии для термодиффузионного цинкования

Нормирующим условием для функции является следующее:

(1)

где r_ij - значимость j^ой функции, принадлежащей данному i^омууровню ФМ;

j=1,2,…, n; (2)

n - количество функций, расположенных на одном уровне ФМ и относящихся к общему узлу вышестоящего уровня.

Для внутренних функций определение значимости ведется, исходя из их роли в обеспечении функций вышестоящего уровня.

Учитывая многоступенчатую структуру ФМ, наряду с оценкой значимости функций по отношению к ближайшей вышестоящей, определяется показатель относительной важности функции любого i-го уровня R_ijпо отношению к изделию в целом:

(3)

где G - количество уровней ФМ.

В случае если одна функция участвует одновременно в обеспечении нескольких функций верхнего уровня ФМ, ее значимость определяется для каждой из них отдельно, а относительная важность функции для объекта в целом рассчитывается как сумма значений R_ijпо каждой ветви ФМ (от i^го уровня до первого), проходящей через эту функцию.

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

(4)

где b_n - значимость n^го потребительского свойства;

P_nv - степень удовлетворения n^госвойства в v^ом варианте;

m - количество свойств.

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

показатель актуализации функций, определяется коэффициентом актуализации:

(5)

где F_П- необходимые функции;

F_об - общее количество действительных функций;

показатель сосредоточения функций, определяется коэффициентом сосредоточения:

(6)

где F_осн - количество основных функций;

F_об - общее количество функций;

показатель совместимости функций, определяется коэффициентом совместимости:

(7)

где F_с - функции согласования;

F_об - общее количество функций.

показатель гибкости функций, определяется коэффициентом гибкости:

(8)

где F_р - количество потенциальных функций;

F_П - количество необходимых функций.

Учитывая формулы (5) - (8), выражение качества выполнения функций будет иметь вид:

(9)

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_абс определяется по формуле:

(10)

где S_изг - затраты, связанные с изготовлением (приобретением) материального носителя (-ей) 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 (отвод земли, изыскания, плата за загрязнение и пр.).

Определение относительной стоимости реализации функций

Относительная стоимость реализации функций S_отн_F определяется по формуле:

(11)

где SS_абс - суммарная абсолютная стоимость функционирования объекта, определяется путем суммирования значений абсолютных стоимостей реализации функций.

S_абс_Fij - абсолютная стоимость реализации j^ой функции i^го уровня ФМ

Обозначения, принятые в таблице:

r - значимость функции;

R - относительная важность функции;

Q - качество исполнения функции;

S_абс- абсолютая стоимость реализации функции;

S_отн- относительная стоимость реализации функции.

Таблица 1.7 - Функционально-стоимостная модель базового варианта линии для термодиффузионного цинкования.

Индекс ф-ции	Наименование ф-ции	Материальный носитель ф-ции	r	R	Q	S_абс	S_отн
f1.1	Синхронизация управляющих сигналов	РКС	0.25	0.14	0.315	15000	0.075
f1.2	Запуск и остановка системы управления	кнопки	0.15	0.04	0.09	500	0.0125
f1.3	Контроль параметров	датчики	0.2	0.36	0.175	5000	0.263
f1.3.1	Контроль температуры	реле температуры	0.1	0.15	0.18	3000	0.08
f1.3.2	Контроль времени работы	реле времени	0.025	0.1	0.1	2500	0.094
f2.3.3	Контроль скорости вращения	Датчик вращения	0.075	0.11	0.08	1500	0.087
f2.1	Вращение\наклон печи	электродвигатели	0.15	0.23	0.17	8000	0.433
f2.2	Обеспечение рабочей температуры	нагреватель	0.25	0.31	0.26	5000	0.217
F1	Контроль параметров технологического процесса и реализация алгоритмов управления	F1= f1.1+f1.2+f1.3	0.6	0.54	0.58	20500	0.35
F2	Технологическое оборудование	F2=f2.1+f2.2	0.4	0.46	0.42	0.65
			SS_абс=1184000			SS_отн=1

На основании данных таблицы 1.7 строим функционально-стоимостную диаграмму (ФСД) и диаграмму качества исполнения функций (КИФ) базового варианта линии для термодиффузионного цинкования. Они имеют целью выявления зон диспропорции, т.е. зон избыточной затратности реализации функции, а также определение зон функциональной недостаточности (низкого качества исполнения функций).

Диаграммы построены с учетом выявленных в базовом варианте зон диспропорций, т.е. избыточной затратности реализации функций, а так же определенных зон функциональной недостаточности (низкого качества исполнения функций).

Данные диаграммы представлены на листе 11 графической части проекта.

1.6 Разработка технического задания на проект

Проектируемая система управления предназначена для автоматизации процесса термодиффузионного цинкования. Управление включает в себя получение информации о ходе процесса при помощи датчиков, а так же генерирование управляющих воздействий на исполнительные механизмы[6].

Основанием для разработки служит задание кафедры автоматизации производственных процессов Курганского государственного университета утвержденное приказом по университету, на разработку дипломного проекта на тему «Проект системы управления линией для термодиффузионного цинкования на основе печи «Дистек-125»».

Целью данного проекта является разработка системы управления линией для термодиффузионного цинкования, которая позволит повысить производительность труда, повысит безопасность и максимально исключит человеческий фактор.

Источниками разработки являются учебная, справочная и техническая документация, указанные в соответствующем разделе, а так же материалы затрагивающие данную тематику, полученные из сети Internet, специализированных журналов.

Работа линии осуществляется в автоматическом режиме. Контроллер синхронизирует работу исполнительных механизмов транспортной системы, дозаторов и печей и передает информацию на сенсорную панель оператора.

Система управления должна нормально функционировать в условиях умеренного климата. Все оборудование должно иметь соответствующее исполнение и соответствующую маркировку.

Система должна удовлетворять требованиям надежности компонентов, обеспечивать надежность связи между элементами системы.

Разработка дипломного проекта должна осуществляться в сроки, предусмотренные заданием на дипломное проектирование.

Разработку дипломного проекта можно разбить на этапы:

выбор темы дипломного проекта;

анализ базового варианта линии для термодиффузионного цинкования;

разработка структурной схемы системы;

выбор устройств управления;

выбор технических решений и оборудования проектируемой системы;

разработка электрической схемы соединений;

разработка управляющей программы;

экономический расчет;

оформление листов графической части и сведение описаний в расчетно-пояснительную записку.

2. Проектирование, конструирование и моделирование технических средств

.1 Системный анализ проектируемой системы управления

В базовом варианте процессы загрузки и разгрузки печей для термодиффузионного цинкование автоматизирован не был, то есть загрузка производилась вручную. Это является опасным трудом с точки зрения безопасности рабочих на производстве. Так же дозирование насыщающей смеси производилось вручную, что могло сказаться на качестве конечного продукта, и на безопасности рабочего.

В проектируемом варианте процесс дозирования насыщающей смеси и балластной добавки осуществляется специализированым оборудованием - дозаторами. Процесс загрузки, выгрузки изделий, перемещения тар осуществляется посредством штабелера. Управление этим оборудованием осуществляется программируемым логическим контроллером. Такой способ позволяет устранить человеческий фактор, приводящий к ошибкам, а также повысить производительность участка.

Регуляторы температуры, установленные в печах, устарели, их замена на более современный многоконтурный терморегулятор позволяет исключить ошибки настройки в подсистеме регулирования температуры и обеспечивает более оптимальный выход на заданную температуру без перерегулирования.

Эксплуатация выше указанного оборудование предполагает использование устройства управления, которое отсутствует в базовом варианте. Для этой цели предлагается использовать программируемый логический контроллер.

Реализация данных изменений позволит повысить эффективность работы линии термодиффузионной обработки, улучшить условия труда и освободит персонал от малоквалифицированного ручного труда. Кроме этого, значительно повышается безопасность труда, что также является немаловажным фактором.

2.2 Разработка декомпозиционной схемы системы управления линией для термодиффузионного цинкования

Решение сложных творческих задач при создании новых объектов, технологий, а также проектов, реализуемых в нетехнической сфере, базируется на итеративных последовательностях процедур анализа и синтеза.

Итеративный процесс «анализ - синтез» формирует создаваемый объект базируясь на философских диалектических категориях «часть и целое», характеризующих общее движение познания, которое начинается с нерасчлененного представления о целом, затем переходит к анализу - расчленению целого на части и завершается воспроизведением (синтезом) объекта в форме конкретного целого[7].

При такой постановке решение проблемы создания нового объекта целесообразно представить в виде трех взаимосвязанных этапов.

Этап 1. Формирование общего желаемого (видимого) представления о создаваемом объекте, о его потребности (функции); структуризация проблемы создания объекта.

Этап 2. Декомпозиция (анализ) задачи создания объекта - разделение её на части, образуемые относительно независимыми признаками (свойствами) объекта, с указанием множеств альтернатив реализации этих признаков.

Этап 3. Синтез решений как «свертка» поискового пространства, образованного декомпозиционной схемой задачи создания объекта, полученной на этапе2.

Потребности и цели создания нового объекта, структуризация целей и предполагаемых задач, решение которых ведет к достижению этих целей, формируют общее представление об объекте. При отсутствии аналога создаваемому объекту его анализ на втором этапе осуществляется посредством декомпозиции (разделения) поставленных задач в пространстве, в основном, неметрических структурных характеристик, обусловленных требованиями к функционированию и общему строению этого объекта. Результатом такого анализа является декомпозиционная схема, при построении которой предлагается исходить из следующих двух положений.

Во-первых, декомпозиция осуществляется неформально и на первом уровне разбиения задачи, исходя из назначения или потребности объекта, определяются основные направления (свойства, признаки), формирующие концепцию его строения в виде множества относительно независимых структурных характеристик Хо, образующих n блоков 1-го уровня декомпозиции.

Во-вторых, принимается во внимание весьма важное обстоятельство, что проблема создания нового объекта не является полностью неизвестной. Для каждой области (свойства, признака) Xо первого уровня на втором уровне декомпозиции формируются множества альтернатив , выбираемых на основе анализа известных решений.

Построенная на основе принципов и правил декомпозиции, любая декомпозиционная схема является n - мерным поисковым пространством Rn={Хx}, в котором каждое решение представлено вектором xÎRn, являющимся множеством из набора альтернатив Хxb вида:

= {Х1b, …, Хib, …, Хnb} (12)

Геометрической интерпретацией Rn является его развертка на плоскость, состоящая из матричных блоков, образованных пересечением всех блоков 1-го уровня декомпозиции и альтернатив, образующих клетки матриц

RB = n (n-1) /2 (13)

Построенная декомпозиционная схема является 12-мерным поисковым пространством R¹²={X_x}, в котором каждое решение представлено вектором XÎR¹², являющимся множеством из набора альтернатив X^b_x вида

(15)

Посчитаем количество N возможных вариантов решений:

(16)

На этом этапе анализа развертка 12-мерного поискового пространства больше представляет собой «заготовку», которая может более эффективно использоваться на этапе синтеза и решений, когда из N возможных вариантов выбирается наиболее эффективное решение, наилучшим образом отвечающее поставленной цели.

В таблице 2.1 приведена декомпозиционная схема анализа задачи формирования структуры автоматизированной линии термодиффузионной обработки на основе печи Дистек-125.

Заключительный этап выбора и принятия решений после проведения системного анализа задачи создания нового объекта путём её декомпозиции существенно облегчается, но остаётся ещё не простым из-за большого числа комбинаций, являющихся вариантами искомого решения. Задача синтеза состоит в том, чтобы в каждом из n блоков первого уровня X_о декомпозиционной схемы выбрать по одной из m альтернатив X_о^в, набор которых должен сформировать «наилучший» вариант решения.

Рисунок 2.1 - разверта 12-мерного поискового пространства

Развертка 12 - мерного поискового пространства для задачи проектирования автоматического комплекса горячей штамповки представлена ниже:

Общее количество вариантов структуры N определяется:

N = m₁ m ₂ … m _n (14)

где m₁ - количество альтернатив реализации первого признака.

Таблица 2.1 - Декомпозиционная схема анализа задачи формирования структуры автоматизированной линии термодиффузионной обработки на основе печи Дистек-125

X_о	Первый уровень декомпозиции	X_о^в	Второй уровень декомпозиции
X₁	Устройство управления	X₁¹	На базе микроконтроллера
		X₁²	На базе ПЛК
		X₁³	На базе ЭВМ
X₂	Метод управления	X₂¹	Централизированное
		X₂²	Децентрализированное
		X₂³	Супервизорное
X₃	Крышка печи	X₃¹	Съемная вручную
		X₃²	Автоматическое открытие
		X₃³	Байонетный затвор
X₄	Органы управления	X₄¹	Свои для каждого узла
		X₄²	Общие с выбором задействованного узла
		X₄³	Общие для всех узлов
X₅	Индикация времени работы и температуры печи	X₅¹	Без индикации
		X₅²	Выборочно для каждого органа
		X₅³	Отдельно для каждого органа
X₆	Загрузка\разгрузка изделий	X₆¹	Ручная

Далее будет использован метод двухступенчатого ранжирования с присвоением оценок и при необходимости расчетом «весов» для выбираемых элементов, многократно апробированный при создании новых сложных объектов на уровне изобретений.

Предложенный метод предусматривает на первой ступени упорядочения выделение из n - блоков Х_x декомпозиционной схемы S - блоков, содержащих на уровне альтернатив Х_x^bнаиболее важные характеристики, которые могут быть отражены в задании на создание объекта. Такие блоки Х_x обычно в количестве S= 2…4 несут S - целевых условий (по одному условию для каждого блока), представленных альтернативами, реализующими эти блоки.

Тогда остальные g - блоков (g = n - s) будут содержать на уровне альтернатив локальные решения типа условий - ограничения, а множество, формирующее вариант синтезируемого решения X, составят два подмножества Х_S и Х_G

X = {X_S, X_G}, x Î Rⁿ (17)

Набор условий X_S, выбираемых на второй ступени упорядочения, определяет некоторую S - мерную цель синтеза:

X_S = {X_Si^b}, i = 1…S; b = 1… m (18)

Выбранные локальные целевые условия XSib, как правило, неодинаково влияют на эффективность синтезируемого решения и поэтому должны быть ранжированы по их значимости и оценены с помощью некоторого параметра li, т.е.:

l1 ³ l2 ³ …³ lS (19)

Значение оценочных параметров li устанавливается с соблюдением дополнительного условия, в качестве которого удобно использовать соотношение

l1 + l2 + …+ lS = 1 (20)

Для данного проекта набор целевых условий это:

- устройство управления : l1 = 0,25.

органы управления : l2 = 0,4.

загрузка\разгрузка изделий : l3 = 0,35.

Далее в соответствии с выражением (20) проверяем:

,25 + 0,35 +0,4 = 1 (21)

В итоге трехмерная цель синтеза:

= {} (22)

Любой объект, процесс или проект нетехнической сферы деятельности человека характеризуется структурой и параметрами. Начальное представление о строении объекта несет его структура. С её формирования как облика проекта и начинается синтез. Проведя декомпозицию и выбрав в полученном поисковом пространстве Rn некоторую S - мерную цель, необходимо решить вторую часть задачи синтеза - сформировать g - мерное «решение - ограничение». [4]

На основе метода ранжирования определяем условия ограничения:

_G* = {X_Gjb}, j = 1,…, g = n - s (23)

где XGjb - альтернатива, реализующая j-й блок декомпозиционной схемы и удовлетворяющая всем S целевым условиям множества X_S ={X_Sib}.

Если при выборе целевых условий X_Sib можно было использовать исходные данные, то при выборе условий ограничения X_Gjb такие возможности уменьшились.

Оптимизация неформальных решений при нескольких целях традиционными методами неосуществима. В этом случае в качестве оптимизационного подхода целесообразно формировать паретовское множество альтернатив.

Итак, эффективное решение - ограничение X_G*, в отличие от X_G (23) определяется паретовским множеством наиболее предпочтительных альтернатив при «мягкой» конкуренции всех ранее выбранных целевых условий X_Gjb. Для решения этой задачи предлагаются следующие шаги:

Каждой альтернативе X_Gjb в блоках X_Gj по каждому условию X_Sib присваивается оценка l_iG_jb, например, по трехступенчатой шкале в виде кодов (оценок): «лучшая альтернатива (решение)» - код 1, «альтернативы в блоке по отношению к данной локальной цели равнозначные» - код 2, «в блоке есть лучшая альтернатива» - код 3.

Каждой оценке в соответствие с её кодом присваивается численное значение по правилу:

Таблица 2.2 - соответствие кодов значениям l_iG_jb

Код	Значение liGjb
1	liGjb = li,
2	liGjb = li / m,
3	liGjb = 0,

где mi - количество альтернатив lG_jb в блоке l_iG_j.

В каждом блоке X_Gj выбираются оценки l_iG_jb с наилучшими численными значениями и соответствующие им альтернативы X_Gjb по принципу:

max l_iG_jb ® X_G1b, …, max l_iG_jb ® X_Ggb l1,…,lS l1,…,lS (24)

Формируется в виде множества X* эффективное решение - наилучший вариант.

Для нашего варианта условия ограничения:

(25)

Таблица 2.3 - Результаты присвоения весов оценкам при выборе условий-ограничений

X_Gj	X_Gj^B	X_S1=X₁²; л₁=0,25	X_S2=X₄²; л₂=0,4	X_S3=X₆³; л₃=0,35
		л_1Gg^B	л_2Gg^B	л_3Gg^B
X_G1=X₂	[X₂^1]	0,25	0.13	0,12
	X₂²	0	0,13	0,12
	X₂³	0	0,13	0,12
X_G2=X₃	X₃¹	0	0,13	0,12
	[X₃²]	0,25	0,13	0,12
X_G2=X₃ X_G3=X₅	X₃³	0	0,13	0,12
	X₅¹	0,083	0	0,12

Теперь в каждом блоке выбираются оценки с наибольшими численными значениями и соответствующие им альтернативы. Полученные альтернативы формируют эффективное решение-ограничение.

Альтернатива считается оптимальной по Парето, если всякая другая альтернатива, являющаяся более предпочтительной для одних целей, в то же время будет менее предпочтительна для остальных целей. Принцип оптимальности по Парето далее утверждает, что никогда не следует выбирать альтернативу, которая не является Парето - оптимальной. Лишь при таком (паретовском) выборе можно увеличить степень удовлетворения некоторых целей, не ущемляя при этом других целей. Таким образом, альтернатива паретовского множества обладает тем свойством, что дальнейшее увеличение степени предпочтения для достижения одних целевых условий возможно только за счет других. Проблема состоит в том чтобы выбрать наилучшие паретовские альтернативы во всех блоках g = n - S. И эта проблема всегда достаточна серьезна, однако сам подход, ведущий к общему выигрышу, уже является практически важным достижением в решении противоречивых интересов в любой сложной ситуации. К тому же можно утверждать, что оптимальность по Парето является категорией нравственной.

Оптимальный по Парето вариант формируется в виде множества:

* = {X_Si, X_Gj*} (26)

В развернутом виде с указанием всех целевых условий XSib и условий - ограничений ХGjb множество (26) запишется так:

* = {X_Si^b,…, X_Ss^b, Х_G1^b,…, Х_Gg^b} (27)

Теперь можно сформировать в виде множества эффективное решение - наилучший оптимальный по Парето вариант структуры создаваемого объекта:

X={X₁², X₄², X₆³; X₂¹, X₃², X₅³, X₇⁴, X₈¹, X₉², X₁₀², X₁₁³, X₁₂³} (28)

В соответствии с декомпозиционной схемой и выбранными альтернативными решениями, дадим описание структуры:

Автоматизированная линия термодиффузионной обработки предназначена для:

последовательной обработки малогабаритных изделий, управляемых оператором при помощи ПЛК;

Автоматизированный комплекс обеспечивает:

автоматическую загрузку предварительной смеси изделий, балласта и цинкового порошка;

контроль температуры и времени обработки;

автоматическое открытие и закрытие крышки реторты;

погрузку готовых изделий на стационарный накопитель;

индикацию параметров системы на мониторе оператора;

безопасность персонала, путём специализированных ограждений.

Общий вид линии для термодиффузионного цинкования приводится на 1 листе графической части.

2.3 Разработка структурной схемы системы управления

Под структурой системы управления понимается совокупность частей системы, на которые она может быть разделена по определённому признаку, а также пути передачи воздействий между ними.

В составе линии для термодиффузионного цинкования можно выделить следующее электрооборудование:

- привод вращения печи;

- привод наклона печи;

- привод автоматической крышки реторты;

- привод поперечного перемещения штабелера;

- привод продольного перемещения штабелера;

- привод вертикального перемещения захватного устройства штабелера;

- привод разворота штабелера;

- система управления линией;

- сенсорная панель оператора;

- дозаторы;

- весы напольные;

- датчики положения и состояния крана штабелера, заслонок печей, печей;

- магнитные пускатели;

- регулятор температуры в печах.

Питание электрических приводов осуществляется от трёхфазной сети. Датчики подключаются к блоку питания 24В.

Регулятор подключен к контроллеру посредством интерфейса RS-485. Также через этот интерфейс с ПЛК связаны дозаторы, сенсорная панель оператора и напольные весы.

Структура системы управления приведена в графической части проекта на листе 2.

.4 Расчет и выбор основных технических средств системы управления

Выбор измерительных преобразователей

В данном проекте необходимо осуществлять контроль положения крана штабелера, высоту подьема, положение печей, наличие на платформах печей технологических корзин, разворот и положение схвата установленного на кране штабелере.

В качестве датчиков положения было принято использовать индуктивные бесконтактные выключатели.

Индуктивный датчик - бесконтактный датчик, предназначенный для контроля положения объектов из металла (к другим материалам не чувствителен).

Индуктивные датчики широко используются для решения задач АСУ ТП. Выполняются с нормально разомкнутым или нормально замкнутым контактом.

Принцип действия бесконтактного конечного выключателя (ВК) основан на изменении амплитуды колебаний генератора при внесении в активную зону датчика металлического, магнитного, ферро-магнитного или аморфного материала определенных размеров.

При подаче питания на конечный выключатель в области его чувствительной поверхности образуется изменяющееся магнитное поле, наводящее во внесенном в зону материале вихревые токи, которые приводят к изменению амплитуды колебаний генератора. В результате вырабатывается аналоговый выходной сигнал, величина которого изменяется от расстояния между датчиком и контролируемым предметом. Триггер Шмитта преобразует аналоговый сигнал в логический.

Рисунок 2.2 - датчик ВБИ-М12-60С-1111-З. Внешний вид

ВБИ мари Сенсор выпускаются в латунных, никелированных или пластмассовых корпусах различной формы с расстоянием срабатывания от1 до 150 мм. Все производимые предприятием индуктивные бесконтактные выключатели имеют встроенную индикацию состояния выхода, которая позволяет при эксплуатации оперативно проверить срабатывание бесконтактного выключателя. В таблице 2.4 приведены основные технические характеристики датчика ВБИ-М12-60С-1111-З. Основные эксплуатационные характеристики показаны в таблице 2.5 [8].

Таблица 2.4 - Основные технические характеристики датчика ВБИ-М12-60С-1111-З

Принцип действия	Индуктивные бесконтактные выключатели
Исполнение	Типовое исполнение
Условия установки	Утапливаемое исполнение
Номинальное расстояние срабатывания (Sn), мм	2
Реальное расстояние срабатывания (Sr), мм	1,8 - 2,2
Используемое расстояние срабатывания (Su), мм	1,62 - 2,42
Гарантированный интервал срабатывания (Sa), мм	0 - 1,62
Способ подключения	Встроенный кабель со штуцером для крепления защиты кабеля. Длина по умолчанию 2 м. Наружный диаметр штуцера 9 мм.
Диаметр или максимальный размер активной поверхности, мм	12
Вид корпуса	Металлический цилиндр с резьбой

Таблица 2.5 - Основные эксплуатационные характеристики датчика ВБИ-М12-60С-1111-З


Температура окружающей среды для нормального исполнения, С	-45…+80 С
Температура окружающей среды для холодоустойчивого исполнения, С	-55…+80 С
Влажность окружающего воздуха, %	< 90% при +20 С
Стойкость к механическим ударам	a=75g, t=11 мс
Устойчивость к воздействию электромагнитных полей, В/м	3 В/м при 80-1000 МГц, ГОСТ Р 51317.4.3
Устойчивость к импульсным помехам, кВ	1 кВ, ГОСТ Р 51317.4.4
Устойчивость к электростатическим разрядам, кВ	4 кВ, ГОСТ Р 51317.4.2

Для регулирования температуры в печах предлагается использовать восьмиканальный измеритель-регулятор температуры ОВЕН ТРМ138. К восьми входам измерителя регулятора температуры ТРМ138 могут быть подключены датчики температуры разного типа в любой комбинации, что позволяет одновременно измерять и контролировать несколько различных физических величин.

Прибор имеет встроенный двунаправленный интерфейс RS-485 для передачи данных и приема и информации от компьютера и других приборов, оснащенных таким же интерфейсом связи.

Через этот интерфейс прибор может передавать текущее значение измеренных величин, принимать команды на изменение установок и состояния выходных устройств. Кроме того, при помощи специального программного обеспечения ОВЕН может быть изменена конфигурация прибора.

Основные технические характеристики приведены в таблице 2.6.

Таблица 2.6 - основные характеристики ОВЕН ТРМ138

Напряжение питания	90…245 В частотой 47…63 Гц
Количество универсальных входов	1…14
- тока	100 Ом ± 0,1% (при подключении внешнего резистора)
- напряжения	не менее 100 кОм
Предел допустимой основной погрешности измерения входного параметра	±0,25%
- при использовании термопары	±0,5%
Время опроса одного входа	не более 1 с
Напряжение питания активных датчиков	20…28 В постоянного тока
Максимально допустимый ток	150 мА
Количество выходных устройств	8
Тип интерфейса связи с ЭВМ	RS-485
Скорость передачи данных	2.4; 4.8; 9.6; 14.4; 19.6; 28.8; 38.4; 57.6; 115.2 кбит/с
Тип кабеля	экранированная витая пара
Тип и габаритные размеры корпуса	щитовой Щ4, 96×96×145 мм
Степень защиты корпуса	IP54 со стороны передней панели

Выбор программируемого контроллера

В качестве устройства управления в данном дипломном проекте выбран программируемый контроллер Овен ПЛК110. Данный контроллер был выбран после анализа рынка программируемых логических контроллеров, ПЛК110 имеет достаточно для выполнения задач автоматизации данного проекта функциональность при сравнительно низкой стоимости[9].

Контроллер ПЛК110 предназначен для создания систем автоматизированного управления технологическим оборудованием на производстве, в энергетике, на транспорте, в т.ч. железнодорожном, в различных областях промышленности, жилищно-коммунального и сельского хозяйства.

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
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).

. 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);

ᴪ_H - коэффициент высоты гайки;

ᴪ_h- коэффициент высоты резьбы.

Из табличных значений выбираем:

d₂= 32 мм, номинальный диаметр резьбы;

р = 6 мм, шаг резьбы;

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

(31)

ᴪ=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

n₂об/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

п/Iн - отношение пускового тока к номинальному;

Мmax/Мн - отношение максимального момента к номинальному;

Мп / Мн - отношение пускового момента к номинальному;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

.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;- степень удовлетворения n-го свойства в v-го варианте;- количество свойств.

- 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_отн_F определяется по формуле:

(46)

где S_a_бс - суммарная абсолютная стоимость функционирования объекта.

S_a_бс_Fij - 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	S_{абс, (}тыс руб.)	S_отн
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	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;- 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:= 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 NCF_t*PV_t	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.

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

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

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.

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

http://www.phystech.ru

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

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».

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.

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».

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»

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»

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.

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

http://www.robot.bmstu.ru

http://www.szenergo.ru

33 www.rtsoft.ru

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

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

N = m1 m 2 … m n (14)

5.2 Расчёт окупаемости и экономическая оценка проекта

Похожие работы на - Система управления линией для термодиффузионного цинкования на основе печи 'Дистек-125'

N = m₁ m ₂ … m _n (14)