Помощь студентам в учебе
Разработка мехатронной системы перемещения шестиосевого робота манипулятора фасовочного цеха ООО «Ресурс»
|
Аннотация 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ВЫБОР
ОБОРУДОВАНИЯ 8
1.1 Характеристика цеха, описание технологического процесса работы
механизма 8
1.2 Характеристика и кинематическая схема проектируемого
механизма 11
1.3 Требования к приводам и системам автоматизации 15
1.4 Выбор системы привода 17
1.5 Расчёт и построение нагрузочной диаграммы и тахограммы 19
1.6 Выбор основного силового оборудования 24
1.7 Защита привода 28
2 РАЗРАБОТКА САУ 32
2.1 Разработка архитектуры системы автоматизации 32
2.2 Выбор контроллеров и датчиков технологических координат 35
2.3 Выбор и разработка функциональной схемы САР привода
проектируемого агрегата 39
2.4 Разработка контура регулирования технологических координат 41
2.5 Разработка структурной схемы САУ и моделирование типовых
режимов работы привода 43
2.6 Разработка алгоритма работы участка 55
3 РАСЧЕТ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ 57
3.1 Краткая характеристика подразделения и выпускаемой продукции .. 57
3.2 Производственная программа цеха 58
3.3 Расчёт сметы капитальных затрат (расчёт стоимости приобретенного
оборудования, затрат на монтаж оборудования, величины транспортных расходов, заготовительно-складских расходов, затрат на запасные части и расходов на комплектацию оборудования) 59
3.4 Расчет РСЭО (затраты на содержание и эксплуатацию оборудования, потери электроэнергии, расчет амортизационных отчислений, затраты на
ремонт и обслуживание электрооборудования) 60
3.5 Расчет срока окупаемости проекта 65
3.6 Составление сводной таблицы технико-экономических расчетов 66
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 68
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 70
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ВЫБОР
ОБОРУДОВАНИЯ 8
1.1 Характеристика цеха, описание технологического процесса работы
механизма 8
1.2 Характеристика и кинематическая схема проектируемого
механизма 11
1.3 Требования к приводам и системам автоматизации 15
1.4 Выбор системы привода 17
1.5 Расчёт и построение нагрузочной диаграммы и тахограммы 19
1.6 Выбор основного силового оборудования 24
1.7 Защита привода 28
2 РАЗРАБОТКА САУ 32
2.1 Разработка архитектуры системы автоматизации 32
2.2 Выбор контроллеров и датчиков технологических координат 35
2.3 Выбор и разработка функциональной схемы САР привода
проектируемого агрегата 39
2.4 Разработка контура регулирования технологических координат 41
2.5 Разработка структурной схемы САУ и моделирование типовых
режимов работы привода 43
2.6 Разработка алгоритма работы участка 55
3 РАСЧЕТ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ 57
3.1 Краткая характеристика подразделения и выпускаемой продукции .. 57
3.2 Производственная программа цеха 58
3.3 Расчёт сметы капитальных затрат (расчёт стоимости приобретенного
оборудования, затрат на монтаж оборудования, величины транспортных расходов, заготовительно-складских расходов, затрат на запасные части и расходов на комплектацию оборудования) 59
3.4 Расчет РСЭО (затраты на содержание и эксплуатацию оборудования, потери электроэнергии, расчет амортизационных отчислений, затраты на
ремонт и обслуживание электрооборудования) 60
3.5 Расчет срока окупаемости проекта 65
3.6 Составление сводной таблицы технико-экономических расчетов 66
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 68
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 70
Компания ООО «Ресурс» сегодня - современный переработчик зерна и производитель качественных круп и зерновых хлопьев. Компания успешно систематизировала и опробовала десятки инструментов по росту категории круп и хлопьев в торговых точках разного формата. Предприятие стремится полностью автоматизировать процесс, чтобы минимизировать простои и добиться бесперебойного выпуска продукции.
Первостепенным является подробный анализ технологического процесса, позволяющий конструктивно верно подобрать необходимое силовое и вспомогательное оборудование.
Последовательность этапов фасовочного цеха можно разделить на 4 этапа: фасовка крупы в варочные пакетики, упаковка пакетиков в кройкоробки, перемещение кройкоробок в гофроящик, формирование паллет с готовой продукцией.
В данной ВКР мы займемся исследованием и модернизацией 3-го из рассмотренных выше этапов: перемещение кройкоробок в гофроящик, т.к. данный процесс не полностью автоматизирован. Необходимо обеспечить непрерывное перемещение кройкоробок в гофроящик с достаточными скоростью и надежностью. Оборудованием, способным заменить на данном этапе человеческий труд, является манипулятор.
Манипулятор - совокупность пространственного рычажного механизма и системы приводов, осуществляющая под управлением программируемого автоматического устройства или человека-оператора действия (манипуляции), аналогичные действиям руки человека.
Применение роботов-манипуляторов позволяет освободить человека от тяжёлых или ручных операций, включая и вредные работы, перейти к комплексной автоматизации серийного производства. Подавляющее большинство роботов используется в составе роботизированных технологических комплексов, разделенных на уровни, каждый из которых отвечает за ту или иную область управления роботом. Важнейшей составной частью роботов является привод, который управляет по заданной программе движением его механизмов. К приводам степеней подвижности применяются высокие требования по быстродействию и точности работы.
После подбора и проверки оборудования разработать систему автоматического управления технологическим процессом (АСУ ТП), которая и будет осуществлять процесс работы участка без участия человека. Сложностью моделирования системы автоматического регулирования положения является высокие требования к точности позиционирования, для осуществления бесперебойного производства. Необходимо не только разработать архитектуру системы автоматизации, но и разработать алгоритм её работы.
Далее необходимо провести экономическую оценку уместности использования устанавливаемого оборудования, рассчитать экономическую выгоду и срок окупаемости.
Целью работы является разработка системы перемещения кройкоробок в гофроящик. Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:
• Анализ технологического процесса фасовочного цеха
• Выбор основного силового оборудования участка
• Разработка системы автоматического управления участка
• Моделирование системы автоматического регулирования технологической координаты
• Расчет технико-экономических показателей
Первостепенным является подробный анализ технологического процесса, позволяющий конструктивно верно подобрать необходимое силовое и вспомогательное оборудование.
Последовательность этапов фасовочного цеха можно разделить на 4 этапа: фасовка крупы в варочные пакетики, упаковка пакетиков в кройкоробки, перемещение кройкоробок в гофроящик, формирование паллет с готовой продукцией.
В данной ВКР мы займемся исследованием и модернизацией 3-го из рассмотренных выше этапов: перемещение кройкоробок в гофроящик, т.к. данный процесс не полностью автоматизирован. Необходимо обеспечить непрерывное перемещение кройкоробок в гофроящик с достаточными скоростью и надежностью. Оборудованием, способным заменить на данном этапе человеческий труд, является манипулятор.
Манипулятор - совокупность пространственного рычажного механизма и системы приводов, осуществляющая под управлением программируемого автоматического устройства или человека-оператора действия (манипуляции), аналогичные действиям руки человека.
Применение роботов-манипуляторов позволяет освободить человека от тяжёлых или ручных операций, включая и вредные работы, перейти к комплексной автоматизации серийного производства. Подавляющее большинство роботов используется в составе роботизированных технологических комплексов, разделенных на уровни, каждый из которых отвечает за ту или иную область управления роботом. Важнейшей составной частью роботов является привод, который управляет по заданной программе движением его механизмов. К приводам степеней подвижности применяются высокие требования по быстродействию и точности работы.
После подбора и проверки оборудования разработать систему автоматического управления технологическим процессом (АСУ ТП), которая и будет осуществлять процесс работы участка без участия человека. Сложностью моделирования системы автоматического регулирования положения является высокие требования к точности позиционирования, для осуществления бесперебойного производства. Необходимо не только разработать архитектуру системы автоматизации, но и разработать алгоритм её работы.
Далее необходимо провести экономическую оценку уместности использования устанавливаемого оборудования, рассчитать экономическую выгоду и срок окупаемости.
Целью работы является разработка системы перемещения кройкоробок в гофроящик. Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:
• Анализ технологического процесса фасовочного цеха
• Выбор основного силового оборудования участка
• Разработка системы автоматического управления участка
• Моделирование системы автоматического регулирования технологической координаты
• Расчет технико-экономических показателей
В ходе проведенной выпускной квалификационной работы был выполнен обзор промышленных роботов манипуляторов, их видов и характеристик. Описан и проанализирован технологический процесс фасовочного цеха ООО «Ресурс». Анализ показал, что участок автоматической линии автоматизирован не полностью и нуждается в совершенствовании, так как предприятие стремится к полностью автономному производству.
Была разработана система автоматизации участка перемещения кройкоробок в гофроящик. В результате работы произведен расчет технико¬экономических показателей внедрения оборудования в технологический процесс. Выбранный для интегрирования цех промышленный робот Fanuc M- 7101с/50 прошел проверочный расчёт. Силовое оборудование проверено по перегреву, выбран контроллер, обеспечивающий управление и защиту электроприводов манипулятора.
Были определены требования к электроприводу и системе автоматизации, построена нагрузочная диаграмма и тахограмма работы привода третьей оси робота-манипулятора.
Робот-манипулятор устанавливается вместе с контроллером одноименной фирмы Fanuc. В построенной системе автоматического управления он устанавливается наравне с логическим контроллером, который связан с контроллером робота по сети Ethernet. Контроллер Fanuc R30iA осуществляет полное управление шестью осями робота, решая прямую и обратную задачи кинематики, отслеживая положение вакуумного захвата в режиме реального времени, тем самым является устройством программного управления робота. Помимо управления, контроллер предназначен для защиты электроприводов робота от перегрузки и хранения информации о перемещениях робота.
Функциональная схема системы автоматического регулирования сервопривода осей робота приведена на рисунке 21. Трехконтурная система регулирования угла поворота звена робота состоит из оптимизированного контура момента, пропорционально-интегрального регулятора скорости и нелинейного регулятора положения, который рассчитан для трех типовых перемещений привода: малых, средних и больших.
Важной технологической координатой электропривода звена является его положение, от которого зависит положение рабочего органа, поэтому к позиционированию применяют высокие технологические требования, такие как отсутствие перерегулирования и статической ошибки по положению. Отметим, что электропривод отрабатывает все три типа типовых перемещений с достаточным быстродействием.
В ходе выпускной квалификационной работы были рассмотрены технико-экономические параметры фасовочного цеха ООО «Ресурс», в который интегрировалось оборудование. Капитальные затраты на установку оборудования составили 5708010,1 руб. Данная сумма включает расходы на транспортировку оборудования, его установку и непредвиденные расходы. В расчет также вошло вспомогательное оборудование, которое соответствует аналогичной фасовочной линии.
Годовая экономия средств идущих на заработную плату, отчисления на социальные нужды, материальные затраты, амортизационные отчисления и прочие расходы составили 356280,68 руб.
Срок окупаемости оборудования в ходе расчёта составил 1 год и 7 месяцев. Таким образом, поставленные задачи и цели выпускной квалификационной работы можно считать выполненными.
Была разработана система автоматизации участка перемещения кройкоробок в гофроящик. В результате работы произведен расчет технико¬экономических показателей внедрения оборудования в технологический процесс. Выбранный для интегрирования цех промышленный робот Fanuc M- 7101с/50 прошел проверочный расчёт. Силовое оборудование проверено по перегреву, выбран контроллер, обеспечивающий управление и защиту электроприводов манипулятора.
Были определены требования к электроприводу и системе автоматизации, построена нагрузочная диаграмма и тахограмма работы привода третьей оси робота-манипулятора.
Робот-манипулятор устанавливается вместе с контроллером одноименной фирмы Fanuc. В построенной системе автоматического управления он устанавливается наравне с логическим контроллером, который связан с контроллером робота по сети Ethernet. Контроллер Fanuc R30iA осуществляет полное управление шестью осями робота, решая прямую и обратную задачи кинематики, отслеживая положение вакуумного захвата в режиме реального времени, тем самым является устройством программного управления робота. Помимо управления, контроллер предназначен для защиты электроприводов робота от перегрузки и хранения информации о перемещениях робота.
Функциональная схема системы автоматического регулирования сервопривода осей робота приведена на рисунке 21. Трехконтурная система регулирования угла поворота звена робота состоит из оптимизированного контура момента, пропорционально-интегрального регулятора скорости и нелинейного регулятора положения, который рассчитан для трех типовых перемещений привода: малых, средних и больших.
Важной технологической координатой электропривода звена является его положение, от которого зависит положение рабочего органа, поэтому к позиционированию применяют высокие технологические требования, такие как отсутствие перерегулирования и статической ошибки по положению. Отметим, что электропривод отрабатывает все три типа типовых перемещений с достаточным быстродействием.
В ходе выпускной квалификационной работы были рассмотрены технико-экономические параметры фасовочного цеха ООО «Ресурс», в который интегрировалось оборудование. Капитальные затраты на установку оборудования составили 5708010,1 руб. Данная сумма включает расходы на транспортировку оборудования, его установку и непредвиденные расходы. В расчет также вошло вспомогательное оборудование, которое соответствует аналогичной фасовочной линии.
Годовая экономия средств идущих на заработную плату, отчисления на социальные нужды, материальные затраты, амортизационные отчисления и прочие расходы составили 356280,68 руб.
Срок окупаемости оборудования в ходе расчёта составил 1 год и 7 месяцев. Таким образом, поставленные задачи и цели выпускной квалификационной работы можно считать выполненными.
