Помощь студентам в учебе
Реконструкция принтера трафаретной печати EKRA X4 в составе автоматизированной конвейерной линии поверхностного монтажа полного цикла участка выпуска и производства печатных плат ГК «ТехноКом
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ВЫБОР ОСНОВНОГО
ОБОРУДОВАНИЯ 7
1.1 Характеристика цеха, описание технологического процесса работы
механизма 7
1.2 Характеристика и кинематическая схема проектируемого механизма 13
1.3 Требование к приводам и системе автоматизации 20
1.4 Выбор системы привода 21
1.5 Расчет и построение нагрузочной диаграммы и тахограммы привода
перемещения дозатора 22
1.6 Выбор силового оборудования 28
1.7 Защиты привода, расчет уставок защитных устройств 32
2 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ 35
2.1 Разработка системы автоматизации 35
2.2 Выбор контроллеров и датчиков технологических координат 36
2.3 Выбор и разработка функциональной схемы САР привода
проектируемого агрегата 38
2.4 Разработка контура регулирования технологических координат 41
2.5 Разработка структурной схемы САУ и моделирование типовых режимов
работы привода 41
3 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 54
3.1 Расчет производственной программы цеха 54
3.2 Расчеты сметы капитальных затрат 57
3.3 Расчет РСЭО 58
3.4 Расчет зарплат на оплату труда со страховыми отчислениями 60
3.5 Расчет прибыли и показатели рентабельности 62
3.6 Расчет срока окупаемости проекта 63
3.7 Сводная таблица технико - экономических расчетов 64
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 66
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 69
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ВЫБОР ОСНОВНОГО
ОБОРУДОВАНИЯ 7
1.1 Характеристика цеха, описание технологического процесса работы
механизма 7
1.2 Характеристика и кинематическая схема проектируемого механизма 13
1.3 Требование к приводам и системе автоматизации 20
1.4 Выбор системы привода 21
1.5 Расчет и построение нагрузочной диаграммы и тахограммы привода
перемещения дозатора 22
1.6 Выбор силового оборудования 28
1.7 Защиты привода, расчет уставок защитных устройств 32
2 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ 35
2.1 Разработка системы автоматизации 35
2.2 Выбор контроллеров и датчиков технологических координат 36
2.3 Выбор и разработка функциональной схемы САР привода
проектируемого агрегата 38
2.4 Разработка контура регулирования технологических координат 41
2.5 Разработка структурной схемы САУ и моделирование типовых режимов
работы привода 41
3 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 54
3.1 Расчет производственной программы цеха 54
3.2 Расчеты сметы капитальных затрат 57
3.3 Расчет РСЭО 58
3.4 Расчет зарплат на оплату труда со страховыми отчислениями 60
3.5 Расчет прибыли и показатели рентабельности 62
3.6 Расчет срока окупаемости проекта 63
3.7 Сводная таблица технико - экономических расчетов 64
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 66
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 69
Развитие транспортного комплекса России ведет к повышению требований по оснащению транспортных средств необходимыми периферийными устройствами для контроля транспорта. Для покрытия этих нужд необходимо постоянное развитие и совершенствование систем ГЛОНАС и GPS. Компания «ТехноКом» обладает одной из самых высокотехнологичных производственных площадок по серийной сборке электронных плат и производству комплексов спутникового мониторинга транспорта.
В производство электронных плат активно внедряются новые автоматизированные интеллектуальные системы. Данные системы получили название мехатронных, то есть объединяющих в себе комплекс электромеханических, электрогидравлических, электронных элементов и средств вычислительной техники, между которыми осуществляется постоянный динамически меняющийся обмен энергией и информацией, объединенный общей системой автоматического управления, обладающей элементами искусственного интеллекта. В данный момент на площадке ГК «ТехноКом» такие системы существуют и активно развиваются.
Гордость компании - автоматизированная линия поверхностного монтажа, управление которой осуществляется с помощью системы автоматизации производства FactoryLogic. Подобная система позволяет контролировать весь процесс производства на каждом этапе.
В данной работе будет рассмотрен трафаретный принтер EKRA X4, так как является первым порядковым автоматизированным объектом на линии и является одним из главных производственных объектов. А в частности, рассмотрен важный технологический блок принтера - блок подвижного дозатора материала.
Именно от производственных возможностей принтера зависит объем выпуска продукции. До реконструкции блока производительность принтера была 90 плат в час. После реконструкции представляется возможным повысить количество датчиков до 115 в час. Это оказалось возможным благодаря отказу от ручного нанесения паяльного материала, теперь сотрудникам необходимо лишь контролировать процесс и следить за исполнением программы.
Важно отметить, что блок дозирования так же является автоматизированной системой, поэтому к ее разработке и реконструкции применяются определенные условия.
Первостепенным условием разработки таких систем является подробный анализ технологического процесса, позволяющий конструктивно, верно, подобрать необходимое оборудование.
Далее необходимо разработать систему автоматического управления технологическим процессом (АСУ ТП), которой и будет выстроен производственный процесс с заданными технологическими параметрами.
АСУ ТП позволяет улучшить качество выпускаемой продукции, увеличить производительность труда, в том числе сократить численность основного и вспомогательного персонала, улучшить условия труда, а также сократить расход сырья и электроэнергии [1].
Целью данной работы является реконструкция трафаретного принтера, а именно, реконструкция подвижного блока дозирования, как важной части автоматизированного объекта.
Данный блок позволяет наносить необходимые материалы, такие как клей и паяльная паста, автоматизировано. В данный момент блок находиться в нерабочем состоянии в виду выхода из строя мотора управления перемещением и поэтому, сотрудникам снова приходиться наносить материал вручную, что занимает намного больше времени, чем автоматизированное нанесение.
Для выполнения этой цели необходимо выполнить множество задач, в соответствии с условиями разработки подобных систем.
В первой главе пояснительной записки описано проектирование нового линейного привода для перемещения блока по оси Х. Для этого, был произведен подробный анализ предприятия и описан технологический процесс, приведены известные характеристики блока дозирования. Далее был произведен процесс проектирования механизма и было предложено новое решение. Был описан механизм работы и кинематическая схема установки.
На основании индивидуального задания, полученного от руководителя преддипломной практики на предприятии, а также исходя из анализа требований к технологическим режимам работы, были сформулированы требования к приводам и системе автоматизации. В ходе проектирования были рассчитаны моменты, необходимые для подбора нового оборудования, а также выбрана система электропривода.
Были рассчитаны и построены предварительные упрощенные тахограмма и нагрузочная диаграмма, на основе которых было выбрано основное силовое оборудование. Оборудование прошло проверку по моменту. Также были описаны защитные функции и устройства, спроектирована упрощенная электрическая схема силовой части привода. Для повышения эффективности производства предлагается замена основного силового оборудования, а именно, замена блока привода перемещения дозатора.
Во второй главе была разработана система автоматического управления блоком перемещения дозатора. Была разработана архитектура системы автоматизации, выбраны датчики технологических координат и контроллер. На основании требований к системе автоматизации была спроектирована функциональная схема регулирования.
После разработки функциональной схемы САР необходимо детализировать систему: разработать контуры регулирования технологических координат. Следующим этапом является разработка структурной схемы на основе функциональной. Структурная схема включает в себя расчет передаточных функций звеньев схемы.
Финальным этапом разработки САР является моделирование типовых режимов работы привода и их оценка. Одним из инструментов разработки САР является компьютерное моделирование. Необходимо создать математическую модель САР в пакете Simulink программы MATLAB для типовых режимов работы привода и снять переходные процессы.
Третья глава пояснительной записки содержит ключевой этап проектирования: экономическое обоснование эффективности проекта.
Повышение экономических показателей представляет собой основную цель практически любого технического нововведения.
В технико-экономических расчетах поставлены следующие задачи: расчет суммы капитальных вложений, учитывающие стоимость основного оборудования, затраты на его монтаж, транспортировку и прочие расходы. Далее рассчитано РСЭО (расходы на содержание и эксплуатацию оборудования) до и после внедрения модернизации, учитывая амортизационные отчисления. Была рассчитана экономическая эффективность проекта.
Реконструкция блока позволяет повысить прибыль практически на 19 миллионов рублей, ввиду не больших капитальных затрат на новое оборудование, при сроке окупаемости в 4 месяца. Это позволяет сделать вывод о его экономической эффективности и целесообразности
В производство электронных плат активно внедряются новые автоматизированные интеллектуальные системы. Данные системы получили название мехатронных, то есть объединяющих в себе комплекс электромеханических, электрогидравлических, электронных элементов и средств вычислительной техники, между которыми осуществляется постоянный динамически меняющийся обмен энергией и информацией, объединенный общей системой автоматического управления, обладающей элементами искусственного интеллекта. В данный момент на площадке ГК «ТехноКом» такие системы существуют и активно развиваются.
Гордость компании - автоматизированная линия поверхностного монтажа, управление которой осуществляется с помощью системы автоматизации производства FactoryLogic. Подобная система позволяет контролировать весь процесс производства на каждом этапе.
В данной работе будет рассмотрен трафаретный принтер EKRA X4, так как является первым порядковым автоматизированным объектом на линии и является одним из главных производственных объектов. А в частности, рассмотрен важный технологический блок принтера - блок подвижного дозатора материала.
Именно от производственных возможностей принтера зависит объем выпуска продукции. До реконструкции блока производительность принтера была 90 плат в час. После реконструкции представляется возможным повысить количество датчиков до 115 в час. Это оказалось возможным благодаря отказу от ручного нанесения паяльного материала, теперь сотрудникам необходимо лишь контролировать процесс и следить за исполнением программы.
Важно отметить, что блок дозирования так же является автоматизированной системой, поэтому к ее разработке и реконструкции применяются определенные условия.
Первостепенным условием разработки таких систем является подробный анализ технологического процесса, позволяющий конструктивно, верно, подобрать необходимое оборудование.
Далее необходимо разработать систему автоматического управления технологическим процессом (АСУ ТП), которой и будет выстроен производственный процесс с заданными технологическими параметрами.
АСУ ТП позволяет улучшить качество выпускаемой продукции, увеличить производительность труда, в том числе сократить численность основного и вспомогательного персонала, улучшить условия труда, а также сократить расход сырья и электроэнергии [1].
Целью данной работы является реконструкция трафаретного принтера, а именно, реконструкция подвижного блока дозирования, как важной части автоматизированного объекта.
Данный блок позволяет наносить необходимые материалы, такие как клей и паяльная паста, автоматизировано. В данный момент блок находиться в нерабочем состоянии в виду выхода из строя мотора управления перемещением и поэтому, сотрудникам снова приходиться наносить материал вручную, что занимает намного больше времени, чем автоматизированное нанесение.
Для выполнения этой цели необходимо выполнить множество задач, в соответствии с условиями разработки подобных систем.
В первой главе пояснительной записки описано проектирование нового линейного привода для перемещения блока по оси Х. Для этого, был произведен подробный анализ предприятия и описан технологический процесс, приведены известные характеристики блока дозирования. Далее был произведен процесс проектирования механизма и было предложено новое решение. Был описан механизм работы и кинематическая схема установки.
На основании индивидуального задания, полученного от руководителя преддипломной практики на предприятии, а также исходя из анализа требований к технологическим режимам работы, были сформулированы требования к приводам и системе автоматизации. В ходе проектирования были рассчитаны моменты, необходимые для подбора нового оборудования, а также выбрана система электропривода.
Были рассчитаны и построены предварительные упрощенные тахограмма и нагрузочная диаграмма, на основе которых было выбрано основное силовое оборудование. Оборудование прошло проверку по моменту. Также были описаны защитные функции и устройства, спроектирована упрощенная электрическая схема силовой части привода. Для повышения эффективности производства предлагается замена основного силового оборудования, а именно, замена блока привода перемещения дозатора.
Во второй главе была разработана система автоматического управления блоком перемещения дозатора. Была разработана архитектура системы автоматизации, выбраны датчики технологических координат и контроллер. На основании требований к системе автоматизации была спроектирована функциональная схема регулирования.
После разработки функциональной схемы САР необходимо детализировать систему: разработать контуры регулирования технологических координат. Следующим этапом является разработка структурной схемы на основе функциональной. Структурная схема включает в себя расчет передаточных функций звеньев схемы.
Финальным этапом разработки САР является моделирование типовых режимов работы привода и их оценка. Одним из инструментов разработки САР является компьютерное моделирование. Необходимо создать математическую модель САР в пакете Simulink программы MATLAB для типовых режимов работы привода и снять переходные процессы.
Третья глава пояснительной записки содержит ключевой этап проектирования: экономическое обоснование эффективности проекта.
Повышение экономических показателей представляет собой основную цель практически любого технического нововведения.
В технико-экономических расчетах поставлены следующие задачи: расчет суммы капитальных вложений, учитывающие стоимость основного оборудования, затраты на его монтаж, транспортировку и прочие расходы. Далее рассчитано РСЭО (расходы на содержание и эксплуатацию оборудования) до и после внедрения модернизации, учитывая амортизационные отчисления. Была рассчитана экономическая эффективность проекта.
Реконструкция блока позволяет повысить прибыль практически на 19 миллионов рублей, ввиду не больших капитальных затрат на новое оборудование, при сроке окупаемости в 4 месяца. Это позволяет сделать вывод о его экономической эффективности и целесообразности
Целью данной выпускной квалификационной работы являлась реконструкция принтера трафаретной печати EKRA X4 в составе автоматизированной конвейерной линии поверхностного монтажа полного цикла участка выпуска и производства печатных плат ГК "ТехноКом", а именно, реконструкция блока подвижного дозатора.
В первую очередь был проведен обзор предприятия, выполнен анализ технологического процесса и определены требования к системе, то есть к приводам и системе автоматизации. Разработана схема мехатронной системы и кинематическая схема привода. В соответствии с техническими характеристиками блока в качестве механической части привода выбран линейный привод, в основе которого лежит шарико-винтовая передача Festo EGC-TB.
По теоретическим нагрузочным диаграммам, полученным в результате расчета диаграммы перемещений и тахограмме, выбран шаговый электродвигатель FL28STH - 1.8°, NEMA 11 (28 мм) с моментом 0,69 Нм. Двигатель прошел проверку по моменту, и соответствует теоретически рассчитанным значениям. Для управления двигателями выбран драйвер шаговых двигателей SMD-1.6DIN, его технические характеристики удовлетворяют требованиям к приводу.
В ходе разработки системы управления приводами была определена архитектура системы автоматизации всей мехатронной системы. Выбрано управляющее оборудование - контроллер Siemens CPU 1212C с дополнительными модулями, а также датчики технологических координат - это энкодеры, которые поставляются в комплекте с двигателями. Все выбранное оборудование совместимо между собой и полностью удовлетворяет требованиям к системе автоматизации.
Была разработана структурная схема системы автоматического регулирования для отдельного привода, но основе которой далее создана модель в среде Matlab Simulink. Модель системы управления содержит математическую модель шагового двигателя с настраиваемыми параметрами, построенная на основе множества уравнений, описывающих физические явления в двигателях данного типа. Модель системы управления Simulink позволяет управлять движением привода по положению с использованием обратной связи верхнего уровня, то есть для всей мехатронной системы и энкодера для осуществления управления с использованием пропорционального регулятора положения, который удовлетворяет всем требованиям.
Система автоматического управления генерирует бинарные сигналы в зависимости от задания и посылает их на входы STEP и DIR драйвера. Регулирование частоты этих сигналов позволяет управлять скоростью движения привода. С помощью разработанной модели выполнены симуляции перемещения привода при различном задании по положению, и все полученные результаты удовлетворяют поставленным ранее требованиям.
Наконец, была проведена оценка экономической эффективности проекта. Реконструкция блока дозирования не увеличит время работы принтера, но ввиду сокращения ручного труда, позволит увеличить количество производимых плат с 90 штук до 115 штук в час.
Эффектом, который можно оценить, является увеличение производственной программы с 351 576 печатной платы до 449 236 печатной платы в год.
Так же, изменение производственной программы позволяет увеличить прибыль предприятия практически на 19 миллионов рублей.
Тем не менее, основным эффектом от внедрения новой системы можно считать полезную работу по разработке новых устройств, анализу данных, монтажу и наладке, а также по другим направлениям, которую работники производственной линии ГК «ТехноКом» будут выполнять в течение времени, освободившегося в результате внедрения новой мехатронной системы. Эта работа может иметь большой положительный экономический эффект, однако его оценка требует более подробных и глубоких расчетов, не предусмотренных в рамках выполнения выпускной квалификационной работы бакалавра.
Капитальные затраты на новое оборудование составили 395 867 рублей, что является очень маленькой суммой в рамках того, какую прибыль предприятие получит с внедрением новой системы. Срок окупаемости проекта составит 5 месяцев, то есть проект можно считать экономически эффективным.
Данное техническое решение было позитивно принято сотрудниками ГК «ТехноКом» и взято в разработку.
Тем самым, все задачи, необходимые для достижения цели ВКР и сама цель, были достигнуты.
В первую очередь был проведен обзор предприятия, выполнен анализ технологического процесса и определены требования к системе, то есть к приводам и системе автоматизации. Разработана схема мехатронной системы и кинематическая схема привода. В соответствии с техническими характеристиками блока в качестве механической части привода выбран линейный привод, в основе которого лежит шарико-винтовая передача Festo EGC-TB.
По теоретическим нагрузочным диаграммам, полученным в результате расчета диаграммы перемещений и тахограмме, выбран шаговый электродвигатель FL28STH - 1.8°, NEMA 11 (28 мм) с моментом 0,69 Нм. Двигатель прошел проверку по моменту, и соответствует теоретически рассчитанным значениям. Для управления двигателями выбран драйвер шаговых двигателей SMD-1.6DIN, его технические характеристики удовлетворяют требованиям к приводу.
В ходе разработки системы управления приводами была определена архитектура системы автоматизации всей мехатронной системы. Выбрано управляющее оборудование - контроллер Siemens CPU 1212C с дополнительными модулями, а также датчики технологических координат - это энкодеры, которые поставляются в комплекте с двигателями. Все выбранное оборудование совместимо между собой и полностью удовлетворяет требованиям к системе автоматизации.
Была разработана структурная схема системы автоматического регулирования для отдельного привода, но основе которой далее создана модель в среде Matlab Simulink. Модель системы управления содержит математическую модель шагового двигателя с настраиваемыми параметрами, построенная на основе множества уравнений, описывающих физические явления в двигателях данного типа. Модель системы управления Simulink позволяет управлять движением привода по положению с использованием обратной связи верхнего уровня, то есть для всей мехатронной системы и энкодера для осуществления управления с использованием пропорционального регулятора положения, который удовлетворяет всем требованиям.
Система автоматического управления генерирует бинарные сигналы в зависимости от задания и посылает их на входы STEP и DIR драйвера. Регулирование частоты этих сигналов позволяет управлять скоростью движения привода. С помощью разработанной модели выполнены симуляции перемещения привода при различном задании по положению, и все полученные результаты удовлетворяют поставленным ранее требованиям.
Наконец, была проведена оценка экономической эффективности проекта. Реконструкция блока дозирования не увеличит время работы принтера, но ввиду сокращения ручного труда, позволит увеличить количество производимых плат с 90 штук до 115 штук в час.
Эффектом, который можно оценить, является увеличение производственной программы с 351 576 печатной платы до 449 236 печатной платы в год.
Так же, изменение производственной программы позволяет увеличить прибыль предприятия практически на 19 миллионов рублей.
Тем не менее, основным эффектом от внедрения новой системы можно считать полезную работу по разработке новых устройств, анализу данных, монтажу и наладке, а также по другим направлениям, которую работники производственной линии ГК «ТехноКом» будут выполнять в течение времени, освободившегося в результате внедрения новой мехатронной системы. Эта работа может иметь большой положительный экономический эффект, однако его оценка требует более подробных и глубоких расчетов, не предусмотренных в рамках выполнения выпускной квалификационной работы бакалавра.
Капитальные затраты на новое оборудование составили 395 867 рублей, что является очень маленькой суммой в рамках того, какую прибыль предприятие получит с внедрением новой системы. Срок окупаемости проекта составит 5 месяцев, то есть проект можно считать экономически эффективным.
Данное техническое решение было позитивно принято сотрудниками ГК «ТехноКом» и взято в разработку.
Тем самым, все задачи, необходимые для достижения цели ВКР и сама цель, были достигнуты.