Помощь студентам в учебе
Автоматизированная система контроля технического состояния мотор-редуктора ленточного транспортера
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ОБЗОР АКТУАЛЬНОСТИ РАЗРАБОТКИ 9
1.1 Актуальность 9
1.2 Обзор литературы 10
1.3 Обзор существующих аналогов 11
Выводы по разделу один 15
2 ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
МОТОР-РЕДУКТОРА ЛЕНТОЧНОГО ТРАНСПОРТЕРА 16
2.1 Общие требования к системе 17
2.2 Структура системы 19
Выводы по разделу два 22
3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОНЕЧНОГО УСТРОЙСТВА И РЕАЛИЗАЦИЯ
ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ 23
3.1 Выбор микроконтроллера 23
3.2 Выбор устройства беспроводной связи 25
3.3 Выбор измерительных устройств 27
3.4 Язык программирования микроконтроллера 34
3.5 Реализация и структура программы 35
Выводы по разделу три 39
4 СБОР И ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ 40
4.1 Выбор базовой станции 40
4.2 Выбор серверной части 42
Выводы по разделу четыре 44
5 ВЕРХНИЙ УРОВЕНЬ СИСТЕМЫ 45
5.1 Проектирование и реализация интерфейса АРМ 45
5.2 Структура программы 49
Выводы по разделу пять 50
6 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ. РЕЗУЛЬТАТЫ 52
Выводы по разделу шесть 54
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 55
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 56
ПРИЛОЖЕНИЯ 62
ПРИЛОЖЕНИЕ А 62
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 67
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ОБЗОР АКТУАЛЬНОСТИ РАЗРАБОТКИ 9
1.1 Актуальность 9
1.2 Обзор литературы 10
1.3 Обзор существующих аналогов 11
Выводы по разделу один 15
2 ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
МОТОР-РЕДУКТОРА ЛЕНТОЧНОГО ТРАНСПОРТЕРА 16
2.1 Общие требования к системе 17
2.2 Структура системы 19
Выводы по разделу два 22
3 ПРОЕКТИРОВАНИЕ КОНЕЧНОГО УСТРОЙСТВА И РЕАЛИЗАЦИЯ
ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ 23
3.1 Выбор микроконтроллера 23
3.2 Выбор устройства беспроводной связи 25
3.3 Выбор измерительных устройств 27
3.4 Язык программирования микроконтроллера 34
3.5 Реализация и структура программы 35
Выводы по разделу три 39
4 СБОР И ПЕРЕДАЧА ДАННЫХ 40
4.1 Выбор базовой станции 40
4.2 Выбор серверной части 42
Выводы по разделу четыре 44
5 ВЕРХНИЙ УРОВЕНЬ СИСТЕМЫ 45
5.1 Проектирование и реализация интерфейса АРМ 45
5.2 Структура программы 49
Выводы по разделу пять 50
6 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ. РЕЗУЛЬТАТЫ 52
Выводы по разделу шесть 54
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 55
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 56
ПРИЛОЖЕНИЯ 62
ПРИЛОЖЕНИЕ А 62
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 67
В последнее время на предприятиях все чаще используют ленточные конвейеры, от работоспособности которых зависят показатели промышленности. Ленточные транспортеры используются для перемещения насыпного или штучного груза непрерывным потоком.
Насыпные грузы характеризуются влажностью, коэффициентами трения внешнего и внутреннего, крупностью кусков и т.п. Коэффициент внешнего трения груза в движении на 10-30% меньше, чем в покое, а иногда может выходить за эти пределы.
Штучные грузы характеризуются коэффициентом трения о ленту, массой, формой и размером. Размеры таких грузов могут колебаться в пределах: от нескольких сантиметров до нескольких метров, а масса - от долей ньютона до нескольких килоньютонов. Коэффициент трения об опорные поверхности составляет 0,1-0,7 [10, с. 5].
Вместе с ростом объема добычи сырья требуется создание надежных транспортных систем, а также повышенная безопасность на производстве. Бесперебойная работа, высокая эффективность и снижение энергопотребления - основные задачи, стоящие перед производителями поточных линий ленточных транспортеров. Другая немаловажная задача - сокращение затрат на ремонт и техническое обслуживание [48, 12]. Для безотказной работы конвейера в течение наиболее продолжительного времени важно установить причины выхода из строя различных составляющих элементов [44, 35].
Доля простоев по причине отказа мотор-редуктора ленточного конвейера находится в промежутке от 7,4% до 18,2%, в среднем составляет 12%. В среднем на восстановление уходит от 24 до 48 часов. Наиболее часто возникающей причиной отказов являются порывы ленты, на их устранение в среднем тратится 1,5-2 часа. Из вышесказанного следует, что распознавание технического состояния мотор-редукторов ленточных конвейеров является весьма актуальной задачей.Под техническим состоянием объекта понимают состояние, которое характеризуется при определенных условиях внешней среды, в конкретный момент времени, значениями параметров, установленных технической документацией. К факторам, меняющим техническое состояние объекта, можно отнести операции настройки и регулировки в процессе изготовления или ремонта, старение с течением времени, замену отказавших элементов и т.п. Выводы насчет изменений технического состояния объекта основываются на значениях контролируемых параметров, с помощью которых можно определить техническое состояние объекта, не разбирая его [33].
Редуктор - механизм, используемый для передачи мощности с помощью вращения. Главной функцией редуктора является увеличение или уменьшение числа оборотов механизма до требуемых [42].
Редукторы имеют обширную область применения в различных отраслях промышленности. В работе [3] говорится о разработке более технологичных конструкций редукторов, которые отличаются повышенной надежностью и долговечностью. Внедрение новых средств конструирования в производство позволило повысить срок использования, в несколько раз уменьшить массу редукторов, увеличить поверхностную твердость зубьев. Также в книге приводятся основные параметры, различные конструкции редукторов.
Для движения транспортерной ленты необходим электрический двигатель. Основную часть электропривода составляют асинхронные электродвигатели, так как являются основными преобразователями электрической энергии в механическую. Такое название объясняется тем, что ротор - вращающаяся часть машины - всегда вращается с отличной от магнитного потока скоростью или, другими словами, не синхронно. Данный вид электродвигателя используется в большинстве промышленных механизмов, поскольку имеют ряд достоинств, таких как: высокий коэффициент полезного действия, высокая надежность, низкая стоимость, а также способность автоматически менять момент вращения, исходя из изменений момента нагрузки на валу [4, 41].Применяемые в системе контроля технического состояния способы передачи данных основаны на беспроводной связи датчика и контроллера. В выпускной квалификационной работе для обеспечения беспроводной связи используется концепция интернета вещей.
Интернетом вещей называется вычислительная сеть физических объектов, которые могут взаимодействовать друг с другом.
Исходя из вышесказанного, существует необходимость создания такой системы, которая будет анализировать техническое состояние мотор-редуктора и передавать полученные значения в приемлемом для человека виде. На основании полученных данных, появится возможность оценки исправности оборудования, и в случае необходимости, принятия соответствующих действий. Целью выпускной квалификационной работы является разработка автоматизированной системы контроля технического состояния мотор-редуктора ленточного транспортера для снижения времени внепланового простоя оборудования. Также, при своевременном обнаружении неисправности, расходы на ремонт оборудования будут существенно ниже, чем в случае непредвиденной поломки.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Изучение принципа работы автоматизированных систем.
2. Анализ литературы в области беспроводной связи.
3. Разработка структуры системы контроля технического состояния редуктора.
4. Разработка программного обеспечения для системы автоматизированного контроля.
Насыпные грузы характеризуются влажностью, коэффициентами трения внешнего и внутреннего, крупностью кусков и т.п. Коэффициент внешнего трения груза в движении на 10-30% меньше, чем в покое, а иногда может выходить за эти пределы.
Штучные грузы характеризуются коэффициентом трения о ленту, массой, формой и размером. Размеры таких грузов могут колебаться в пределах: от нескольких сантиметров до нескольких метров, а масса - от долей ньютона до нескольких килоньютонов. Коэффициент трения об опорные поверхности составляет 0,1-0,7 [10, с. 5].
Вместе с ростом объема добычи сырья требуется создание надежных транспортных систем, а также повышенная безопасность на производстве. Бесперебойная работа, высокая эффективность и снижение энергопотребления - основные задачи, стоящие перед производителями поточных линий ленточных транспортеров. Другая немаловажная задача - сокращение затрат на ремонт и техническое обслуживание [48, 12]. Для безотказной работы конвейера в течение наиболее продолжительного времени важно установить причины выхода из строя различных составляющих элементов [44, 35].
Доля простоев по причине отказа мотор-редуктора ленточного конвейера находится в промежутке от 7,4% до 18,2%, в среднем составляет 12%. В среднем на восстановление уходит от 24 до 48 часов. Наиболее часто возникающей причиной отказов являются порывы ленты, на их устранение в среднем тратится 1,5-2 часа. Из вышесказанного следует, что распознавание технического состояния мотор-редукторов ленточных конвейеров является весьма актуальной задачей.Под техническим состоянием объекта понимают состояние, которое характеризуется при определенных условиях внешней среды, в конкретный момент времени, значениями параметров, установленных технической документацией. К факторам, меняющим техническое состояние объекта, можно отнести операции настройки и регулировки в процессе изготовления или ремонта, старение с течением времени, замену отказавших элементов и т.п. Выводы насчет изменений технического состояния объекта основываются на значениях контролируемых параметров, с помощью которых можно определить техническое состояние объекта, не разбирая его [33].
Редуктор - механизм, используемый для передачи мощности с помощью вращения. Главной функцией редуктора является увеличение или уменьшение числа оборотов механизма до требуемых [42].
Редукторы имеют обширную область применения в различных отраслях промышленности. В работе [3] говорится о разработке более технологичных конструкций редукторов, которые отличаются повышенной надежностью и долговечностью. Внедрение новых средств конструирования в производство позволило повысить срок использования, в несколько раз уменьшить массу редукторов, увеличить поверхностную твердость зубьев. Также в книге приводятся основные параметры, различные конструкции редукторов.
Для движения транспортерной ленты необходим электрический двигатель. Основную часть электропривода составляют асинхронные электродвигатели, так как являются основными преобразователями электрической энергии в механическую. Такое название объясняется тем, что ротор - вращающаяся часть машины - всегда вращается с отличной от магнитного потока скоростью или, другими словами, не синхронно. Данный вид электродвигателя используется в большинстве промышленных механизмов, поскольку имеют ряд достоинств, таких как: высокий коэффициент полезного действия, высокая надежность, низкая стоимость, а также способность автоматически менять момент вращения, исходя из изменений момента нагрузки на валу [4, 41].Применяемые в системе контроля технического состояния способы передачи данных основаны на беспроводной связи датчика и контроллера. В выпускной квалификационной работе для обеспечения беспроводной связи используется концепция интернета вещей.
Интернетом вещей называется вычислительная сеть физических объектов, которые могут взаимодействовать друг с другом.
Исходя из вышесказанного, существует необходимость создания такой системы, которая будет анализировать техническое состояние мотор-редуктора и передавать полученные значения в приемлемом для человека виде. На основании полученных данных, появится возможность оценки исправности оборудования, и в случае необходимости, принятия соответствующих действий. Целью выпускной квалификационной работы является разработка автоматизированной системы контроля технического состояния мотор-редуктора ленточного транспортера для снижения времени внепланового простоя оборудования. Также, при своевременном обнаружении неисправности, расходы на ремонт оборудования будут существенно ниже, чем в случае непредвиденной поломки.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Изучение принципа работы автоматизированных систем.
2. Анализ литературы в области беспроводной связи.
3. Разработка структуры системы контроля технического состояния редуктора.
4. Разработка программного обеспечения для системы автоматизированного контроля.
В результате выполнения выпускной квалифицированной работы была разработана автоматизированная система контроля технического состояния мотор-редуктора ленточного конвейера, основанная на беспроводной связи конечного устройства и базовой станции, для дальнейшего применения в промышленности. Наиболее полно система раскроет себя в горно-обогатительной отрасли, поскольку разработана с применением технологий, обеспечивающих взаимодействие на больших расстояниях. В качестве конечного устройства предлагаемой системы были выбраны датчик тока ACS712 и температуры DS18B20, измеряющие ток электропривода и температуру редуктора, а также плата Heltec WiFi LoRa 32, включающая в себя микроконтроллер ESP32, считывающий показания датчиков и преобразующий аналоговые сигналы в цифровые, и модуль беспроводной связи LoRa (SX1276), с его помощью осуществляется передача данных дальностью до 15 километров. Базовой станцией является упомянутая выше плата, микроконтроллер которой обеспечивает запись показаний в базу данных по сети Wi-Fi. База данных InfluxDB, отвечая на запросы аналитической платформы Grafana. Получая ответ, Grafana визуализирует данные в виде веб-интерфейса.
Использование в ходе разработки беспроводной связи LoRa обеспечивает мониторинг состояния оборудования на дальних расстояниях, а, следовательно, уход от использования проводной связи, что способствует уменьшению затрат на их покупку и прокладку. Также по получаемым данным мастер участка может сделать обоснованные выводы и провести ремонтные работы во время простоя планового порядка.
Одним из возможных путей дальнейшего усовершенствования системы является добавление возможности управления оборудованием. Такая модификация позволит осуществлять быструю остановку и запуск технологического процесса непосредственно с рабочего места оператора.
Использование в ходе разработки беспроводной связи LoRa обеспечивает мониторинг состояния оборудования на дальних расстояниях, а, следовательно, уход от использования проводной связи, что способствует уменьшению затрат на их покупку и прокладку. Также по получаемым данным мастер участка может сделать обоснованные выводы и провести ремонтные работы во время простоя планового порядка.
Одним из возможных путей дальнейшего усовершенствования системы является добавление возможности управления оборудованием. Такая модификация позволит осуществлять быструю остановку и запуск технологического процесса непосредственно с рабочего места оператора.
