Индуктивный преобразователь перемещения в задаче позиционирования движущегося объекта
|
Введение 15
1 Обзор литературы 17
2 Объект и методы исследования 19
2.1 Обзор принципов действия датчиков линейного перемещения 19
2.1.1 Индуктивный преобразователь перемещения 20
2.1.2 Емкостной преобразователь перемещения 22
2.1.3 Оптический преобразователь перемещения 25
2.1.4 Ультразвуковой преобразователь перемещения 28
2.1.5 Магниторезистивные датчики перемещения 29
2.1.6 Потенциометрические датчики перемещения 32
2.2 Методы поиска экстремума функции 32
2.2.1 Методы поиска экстремума в известном массиве данных 32
2.2.2 Методы поиска экстремума в реальном масштабе времени 36
2.3 Сравнение методов позиционирования 37
3 Разработка системы позиционирования и анализ применимости ИПП 39
3.1 Разработка стенда для исследований 39
3.1.1 Индуктивный преобразователь перемещения 41
3.1.2 Программируемый логический контроллер 43
3.1.2.1 Модуль блока питания 44
3.1.2.2 Модуль центрального процессора 45
3.1.2.3 Модуль аналогового ввода 47
3.1.2.4 Модуль дискретного ввода/ вывода 48
3.1.3 Компоненты стенда для исследования 48
3.2 Описание работы стенда для исследований 49
3.3 Исследование работы ИПП 51
3.3.1 Определение степени чувствительности ИПП 51
3.3.2 Влияние скорости подвижного объекта на точность позиционирования
3.3.3 Влияние скорости подвижного объекта на ошибку позиционирования 59
3.4 Методы увеличения точности и снижения ошибки позиционирования 61
4 Финансовый менеджмент, ресурс эффективность и ресурсосбережение 72
4.1 Определение себестоимости разработки системы позиционирования 72
движущегося объекта
4.1.1 Расчет материальных затрат 73
4.2 Затраты по основной заработной плате исполнителей темы 73
4.2.1 Определение трудоемкости выполнения работ основными 74
исполнителями темы.
4.2.2 Расчет заработной платы основных исполнителей проекта 78
4.2.3 Затраты по дополнительной заработной плате 78
4.2.4 Отчисления во внебюджетные фонды 79
4.2.5 Расчет затрат на электроэнергию 80
4.2.6 Расчет амортизационных расходов 81
4.2.7 Накладные расходы 81
4.2.8 Полная смета затрат на выполнение разработки 82
4.2.8.1 Прибыль 82
4.2.8.2 НДС 83
4.3 Оценка эффективности от внедрения разработки 83
5 Социальная ответственность 85
5.1 Профессиональная социальная безопасность 85
5.1.1 Анализ вредных и опасных факторов, которые может создать объект 85
исследования
5.1.2 Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть на 86
рабочем месте при проведении исследований
5.1.3 Обоснование мероприятий по защите исследователя от действия 89
опасных и вредных факторов
5.2 Экологическая безопасность 91
5.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 92
5.4. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности
Заключение 96
Список публикаций 98
Список использованных источников 99
Приложение А 104
1 Обзор литературы 17
2 Объект и методы исследования 19
2.1 Обзор принципов действия датчиков линейного перемещения 19
2.1.1 Индуктивный преобразователь перемещения 20
2.1.2 Емкостной преобразователь перемещения 22
2.1.3 Оптический преобразователь перемещения 25
2.1.4 Ультразвуковой преобразователь перемещения 28
2.1.5 Магниторезистивные датчики перемещения 29
2.1.6 Потенциометрические датчики перемещения 32
2.2 Методы поиска экстремума функции 32
2.2.1 Методы поиска экстремума в известном массиве данных 32
2.2.2 Методы поиска экстремума в реальном масштабе времени 36
2.3 Сравнение методов позиционирования 37
3 Разработка системы позиционирования и анализ применимости ИПП 39
3.1 Разработка стенда для исследований 39
3.1.1 Индуктивный преобразователь перемещения 41
3.1.2 Программируемый логический контроллер 43
3.1.2.1 Модуль блока питания 44
3.1.2.2 Модуль центрального процессора 45
3.1.2.3 Модуль аналогового ввода 47
3.1.2.4 Модуль дискретного ввода/ вывода 48
3.1.3 Компоненты стенда для исследования 48
3.2 Описание работы стенда для исследований 49
3.3 Исследование работы ИПП 51
3.3.1 Определение степени чувствительности ИПП 51
3.3.2 Влияние скорости подвижного объекта на точность позиционирования
3.3.3 Влияние скорости подвижного объекта на ошибку позиционирования 59
3.4 Методы увеличения точности и снижения ошибки позиционирования 61
4 Финансовый менеджмент, ресурс эффективность и ресурсосбережение 72
4.1 Определение себестоимости разработки системы позиционирования 72
движущегося объекта
4.1.1 Расчет материальных затрат 73
4.2 Затраты по основной заработной плате исполнителей темы 73
4.2.1 Определение трудоемкости выполнения работ основными 74
исполнителями темы.
4.2.2 Расчет заработной платы основных исполнителей проекта 78
4.2.3 Затраты по дополнительной заработной плате 78
4.2.4 Отчисления во внебюджетные фонды 79
4.2.5 Расчет затрат на электроэнергию 80
4.2.6 Расчет амортизационных расходов 81
4.2.7 Накладные расходы 81
4.2.8 Полная смета затрат на выполнение разработки 82
4.2.8.1 Прибыль 82
4.2.8.2 НДС 83
4.3 Оценка эффективности от внедрения разработки 83
5 Социальная ответственность 85
5.1 Профессиональная социальная безопасность 85
5.1.1 Анализ вредных и опасных факторов, которые может создать объект 85
исследования
5.1.2 Анализ вредных и опасных факторов, которые могут возникнуть на 86
рабочем месте при проведении исследований
5.1.3 Обоснование мероприятий по защите исследователя от действия 89
опасных и вредных факторов
5.2 Экологическая безопасность 91
5.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 92
5.4. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности
Заключение 96
Список публикаций 98
Список использованных источников 99
Приложение А 104
В настоящее время наблюдается устойчивое развитие уровня автоматизации технологических процессов. Как следствие, повышение качества и надежности продукции. Но это не было бы возможно без использования высокоточной информации, полученной от первичных измерительных преобразователей.
Одним из перспективных и достаточно сложных направлений считается точное позиционирование объекта. Каким бы ни был объект большим или маленьким, из какого материала он не был, обязательно найдется средство для получения информации о его перемещении. Особенно остро стоит проблема позиционирования в металлургии, станкостроении, машиностроении и т.д. Так как материалом объекта позиционирования в данной отрасли преимущественно является металл (чугун, сталь и т.д.) то для решения задачи позиционирования используются ИПП.
ИПП позволяет определить, как наличие, так и отсутствие объекта в некоторой зоне чувствительности датчика. Кроме того, возможно определение вектора движения объекта, скорости и расстояния до объекта. Сфера применения ИПП достаточно обширна. Датчики перемещения используются в так называемых системах средней точности позиционирования, для измерения толщины и сортировки, также для автоматического поддержания натяжения проводов. Кроме того, возможно использование одновременно двух аналоговых датчиков что позволяет строить качественные системы позиционирования и центровки. Именно поэтому построение и изучение систем с использованием ИПП столь актуально в настоящий момент.
Целью работы заключается исследование индуктивного преобразователя перемещения для решения задачи позиционирования движущегося объекта
Объектом исследования в данной работе является индуктивный преобразователь перемещения.
В ходе выполнения работы был разработан стенд для исследования ИПП. Стенд может быть использован как универсальный для исследования возможностей позиционирования с использованием ИПП.
В работе были рассмотрены характеристики работы системы позиционирования - рабочий зазор, скорость подвижного объекта влияющие на чувствительность датчика и ошибку позиционирования. Исследованы методы повышения точности и снижения ошибки позиционирования. Предложены рекомендации для систем позиционирования подобного вида с целью выполнения поставленных задач.
Полученные результаты позволяют повысить точность позиционирования с применением ИПП.
Одним из перспективных и достаточно сложных направлений считается точное позиционирование объекта. Каким бы ни был объект большим или маленьким, из какого материала он не был, обязательно найдется средство для получения информации о его перемещении. Особенно остро стоит проблема позиционирования в металлургии, станкостроении, машиностроении и т.д. Так как материалом объекта позиционирования в данной отрасли преимущественно является металл (чугун, сталь и т.д.) то для решения задачи позиционирования используются ИПП.
ИПП позволяет определить, как наличие, так и отсутствие объекта в некоторой зоне чувствительности датчика. Кроме того, возможно определение вектора движения объекта, скорости и расстояния до объекта. Сфера применения ИПП достаточно обширна. Датчики перемещения используются в так называемых системах средней точности позиционирования, для измерения толщины и сортировки, также для автоматического поддержания натяжения проводов. Кроме того, возможно использование одновременно двух аналоговых датчиков что позволяет строить качественные системы позиционирования и центровки. Именно поэтому построение и изучение систем с использованием ИПП столь актуально в настоящий момент.
Целью работы заключается исследование индуктивного преобразователя перемещения для решения задачи позиционирования движущегося объекта
Объектом исследования в данной работе является индуктивный преобразователь перемещения.
В ходе выполнения работы был разработан стенд для исследования ИПП. Стенд может быть использован как универсальный для исследования возможностей позиционирования с использованием ИПП.
В работе были рассмотрены характеристики работы системы позиционирования - рабочий зазор, скорость подвижного объекта влияющие на чувствительность датчика и ошибку позиционирования. Исследованы методы повышения точности и снижения ошибки позиционирования. Предложены рекомендации для систем позиционирования подобного вида с целью выполнения поставленных задач.
Полученные результаты позволяют повысить точность позиционирования с применением ИПП.
В результате выполнения выпускной квалификационной работы на тему «Индуктивный преобразователь перемещения в задаче позиционирования движущегося объекта» решены следующие задачи:
- проведён анализ средств и способов позиционирования движущихся объектов;
- изучены датчики перемещений, в том числе - индуктивный преобразователь перемещения, его типы, преимущества и основные характеристики.
- проведён анализ методы поиска экстремума в заранее известном массиве и реальном масштабе времени, приведены обоснования выбора метода поиска;
- спроектирован и смонтирован стенд для исследования;
- выполнены исследования чувствительности ИПП;
- выполнен сравнительный анализ методов поиска экстремума в реальном масштабе времени, в том числе в условиях помех.
Основываясь на полученных теоретических и экспериментальных результатах выполненной работы можно сделать несколько основных выводов:
- рабочий зазор между датчиком и движущимся объектом должен составлять 2,5±0,5 мм, что гарантирует приемлемую чувствительность и физическую безопасность;
- ширина позиционируемого подвижного объекта должна отличаться не более чем на 5% от ширины рабочей плоскости датчика, что гарантирует наличие явного экстремума в характеристике датчика;
- скорость объекта может изменяться в зависимости от точности позиционирования.
Исследование методов позиционирования (поиска экстремума) показало, что использование метода взвешенного скользящего среднего дает наилучшие показатели работы системы, чем другие методы (метод перебора и экспоненциального сглаживания) - меньшую ошибку позиционирования.
Разработанные рекомендации по выбору характеристик системы и методов позиционирования применимы к любым подобным системам, не требует специального аппаратного обеспечения и дополнительных финансовых затрат.
- проведён анализ средств и способов позиционирования движущихся объектов;
- изучены датчики перемещений, в том числе - индуктивный преобразователь перемещения, его типы, преимущества и основные характеристики.
- проведён анализ методы поиска экстремума в заранее известном массиве и реальном масштабе времени, приведены обоснования выбора метода поиска;
- спроектирован и смонтирован стенд для исследования;
- выполнены исследования чувствительности ИПП;
- выполнен сравнительный анализ методов поиска экстремума в реальном масштабе времени, в том числе в условиях помех.
Основываясь на полученных теоретических и экспериментальных результатах выполненной работы можно сделать несколько основных выводов:
- рабочий зазор между датчиком и движущимся объектом должен составлять 2,5±0,5 мм, что гарантирует приемлемую чувствительность и физическую безопасность;
- ширина позиционируемого подвижного объекта должна отличаться не более чем на 5% от ширины рабочей плоскости датчика, что гарантирует наличие явного экстремума в характеристике датчика;
- скорость объекта может изменяться в зависимости от точности позиционирования.
Исследование методов позиционирования (поиска экстремума) показало, что использование метода взвешенного скользящего среднего дает наилучшие показатели работы системы, чем другие методы (метод перебора и экспоненциального сглаживания) - меньшую ошибку позиционирования.
Разработанные рекомендации по выбору характеристик системы и методов позиционирования применимы к любым подобным системам, не требует специального аппаратного обеспечения и дополнительных финансовых затрат.