Помощь студентам в учебе
Разработка автоматизированной линии приготовления гальванических растворов в гальваническом цехе АО «НПО «Электромашина»
|
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИЗ ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ 9
1.1 Описание объекта автоматизации, определение проблемных вопросов 9
1.2 Сбор и анализ данных, литературный обзор 13
1.3 Принцип работы объекта автоматизации 19
1.4 Цели и задачи выпускной квалификационной работы 22
1.5 Цели и задачи автоматизации, требования к системе автоматизации 23
2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ 25
2.1 Разработка структурной и функциональной схем автоматизации системы
управления 25
2.2 Разработка схемы электрической принципиальной системы управления.. 32
2.2.1 Выбор чувствительных элементов 35
2.2.2 Выбор исполнительных элементов 40
2.2.3 Выбор программируемого логического контроллера 50
2.2.4 Выбор HMI-панели 53
2.2.5 Выбор блока питания 56
2.3 Разработка схемы соединений системы управления 57
2.4 Компоновка электрошкафа 58
3 РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННО-АЛГОРИТМИЧЕСКОГО
ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 68
3.1 Разработка алгоритма работы системы управления 68
3.2 Разработка приложения оператора 73
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 97
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 100
ПРИЛОЖЕНИЕ А Схема электрическая принципиальная 103
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Схема соединений ПЛК 108
ПРИЛОЖЕНИЕ В Таблица соединений 112
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Компоновка электрошкафа управления 125
ПРИЛОЖЕНИЕ Д Спецификация оборудования 133
ПРИЛОЖЕНИЕ Е Кабельный журнал
1 АНАЛИЗ ОБЪЕКТА АВТОМАТИЗАЦИИ 9
1.1 Описание объекта автоматизации, определение проблемных вопросов 9
1.2 Сбор и анализ данных, литературный обзор 13
1.3 Принцип работы объекта автоматизации 19
1.4 Цели и задачи выпускной квалификационной работы 22
1.5 Цели и задачи автоматизации, требования к системе автоматизации 23
2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ 25
2.1 Разработка структурной и функциональной схем автоматизации системы
управления 25
2.2 Разработка схемы электрической принципиальной системы управления.. 32
2.2.1 Выбор чувствительных элементов 35
2.2.2 Выбор исполнительных элементов 40
2.2.3 Выбор программируемого логического контроллера 50
2.2.4 Выбор HMI-панели 53
2.2.5 Выбор блока питания 56
2.3 Разработка схемы соединений системы управления 57
2.4 Компоновка электрошкафа 58
3 РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННО-АЛГОРИТМИЧЕСКОГО
ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ 68
3.1 Разработка алгоритма работы системы управления 68
3.2 Разработка приложения оператора 73
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 97
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 100
ПРИЛОЖЕНИЕ А Схема электрическая принципиальная 103
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Схема соединений ПЛК 108
ПРИЛОЖЕНИЕ В Таблица соединений 112
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Компоновка электрошкафа управления 125
ПРИЛОЖЕНИЕ Д Спецификация оборудования 133
ПРИЛОЖЕНИЕ Е Кабельный журнал
АО «НПО «Электромашина» - предприятие по разработке, производству и ремонту электрооборудования, электрических систем и отдельных блоков для специальной продукции (продукция военного назначения) и продукции производственно-технического назначения (продукция для железнодорожной техники, пожарно-техническая продукция и продукция прочего гражданского назначения) [1].
Производственный цикл предприятия включает следующие переделы:
• металлургический (литье из цветных металлов и сплавов),
• механообрабатывающий,
• холодно-штамповочный,
• термопластмассовый,
• гальванопокрытий,
• печатных узлов,
• сборочно-обмоточный,
• сборки аппаратуры,
• инструментальный и стендовый.
Производимая предприятием продукция состоит из двух больших направлений - продукция специального назначения (продукция для военной техники) и гражданская продукция.
Традиционная специализация предприятия:
• Системы защиты объектов от ВТО;
• Системы автоматизированного пожаротушения;
• Системы управления механизмами, приводные устройства, электродвигатели, электромагниты;
• Вращающиеся контактные устройства / приводные вращающиеся контактные устройства;
• Системы энергопитания объекта, дизель-генераторные установки
электропитания, системы кондиционирования и отопления;
• Информационно-управляющие системы.
Перспективные продуктовые направления:
• Электромеханическая трансмиссия;
• Двухплоскостные стабилизированные платформы.
По направлению гражданской продукции АО «НПО «Электромашина» выпускает следующие виды продукции - интеллектуальная система управления освещением, светодиодные светильники, продукция для железнодорожного подвижного состава, стартеры, генераторы, электродвигатели.
Предприятием накоплен богатый производственный опыт, регулярно внедряются инновации в сфере разработки и вывода на рынок новых видов продукции.
Каждое производимое предприятием изделие проходит длинную производственную цепочку, состоящую из множества переделов, каждый из которых влияет на конечное качество изделия.
Один из цехов в технологической цепочке предприятия - № 769 запущен в 1976 году и является в структуре предприятия гальваническим. Располагается гальванический цех в отдельном специально сконструированном здании, в котором, для организации гальванохимического производства предусмотрено три этажа, а также отдельное здание с очистными сооружениями. Технологические линии гальванического цеха эксплуатируются с 1978 года.
В промышленности гальванизацию применяют для укрепления металлической поверхности изделий и защиты их от воздействия внешней среды, например, от коррозии.
Защита материала от коррозии является одной из задач гальванотехники. На предприятии достаточно широко представлена номенклатура получаемых защитных, защитно-декоративных покрытий и покрытий специального назначения, на базе которых возможно неограниченное количество сочетаний различных видов и толщин покрытий в зависимости от конкретных требований по условиям эксплуатации и назначения детали.
На сегодняшний день в виду сравнительно длительной эксплуатации состояние гальванических линий и системы очистных сооружений изрядно ухудшилось, наблюдается моральный и физический износ оборудования, а технологические процессы полностью базируются на ручном труде, что приводит к риску несвоевременного выполнения контрактов и срыва Гособоронзаказа, вследствие непредвиденных выходов из строя устаревшего оборудования.
Современные тенденции развития систем автоматизации идут в направлении создания автоматических систем, которые способны выполнять заданные функции или процедуры без участия человека. Роль оператора заключается в подготовке исходных данных, выборе алгоритма и анализе полученных результатов. Причем эти тенденции прослеживаются не только при автоматизации сложных технологических процессов в промышленности, но и в других областях жизнедеятельности человека.
Выпускная квалификационная работа преследует актуальную для предприятия цель - разработку автоматизированной линии, предназначенной для реализации технологического процесса приготовления гальванических растворов в гальваническом цехе АО «НПО «Электромашина».
Объектом исследования является гальваническая линия предприятия, а предметом исследования - технологический процесс приготовления гальванических растворов.
Для достижения намеченной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести анализ объекта автоматизации - составить его описание, определить проблемные вопросы, произвести сбор данных.
2. Спроектировать систему автоматизации объекта - разработать электрические схемы, произвести выбор оборудования, произвести компоновку электрошкафа системы автоматизации.
3. Разработать информационно-алгоритмическое обеспечение системы управления - разработать алгоритм работы системы управления, управляющую программу и приложение оператора.
Производственный цикл предприятия включает следующие переделы:
• металлургический (литье из цветных металлов и сплавов),
• механообрабатывающий,
• холодно-штамповочный,
• термопластмассовый,
• гальванопокрытий,
• печатных узлов,
• сборочно-обмоточный,
• сборки аппаратуры,
• инструментальный и стендовый.
Производимая предприятием продукция состоит из двух больших направлений - продукция специального назначения (продукция для военной техники) и гражданская продукция.
Традиционная специализация предприятия:
• Системы защиты объектов от ВТО;
• Системы автоматизированного пожаротушения;
• Системы управления механизмами, приводные устройства, электродвигатели, электромагниты;
• Вращающиеся контактные устройства / приводные вращающиеся контактные устройства;
• Системы энергопитания объекта, дизель-генераторные установки
электропитания, системы кондиционирования и отопления;
• Информационно-управляющие системы.
Перспективные продуктовые направления:
• Электромеханическая трансмиссия;
• Двухплоскостные стабилизированные платформы.
По направлению гражданской продукции АО «НПО «Электромашина» выпускает следующие виды продукции - интеллектуальная система управления освещением, светодиодные светильники, продукция для железнодорожного подвижного состава, стартеры, генераторы, электродвигатели.
Предприятием накоплен богатый производственный опыт, регулярно внедряются инновации в сфере разработки и вывода на рынок новых видов продукции.
Каждое производимое предприятием изделие проходит длинную производственную цепочку, состоящую из множества переделов, каждый из которых влияет на конечное качество изделия.
Один из цехов в технологической цепочке предприятия - № 769 запущен в 1976 году и является в структуре предприятия гальваническим. Располагается гальванический цех в отдельном специально сконструированном здании, в котором, для организации гальванохимического производства предусмотрено три этажа, а также отдельное здание с очистными сооружениями. Технологические линии гальванического цеха эксплуатируются с 1978 года.
В промышленности гальванизацию применяют для укрепления металлической поверхности изделий и защиты их от воздействия внешней среды, например, от коррозии.
Защита материала от коррозии является одной из задач гальванотехники. На предприятии достаточно широко представлена номенклатура получаемых защитных, защитно-декоративных покрытий и покрытий специального назначения, на базе которых возможно неограниченное количество сочетаний различных видов и толщин покрытий в зависимости от конкретных требований по условиям эксплуатации и назначения детали.
На сегодняшний день в виду сравнительно длительной эксплуатации состояние гальванических линий и системы очистных сооружений изрядно ухудшилось, наблюдается моральный и физический износ оборудования, а технологические процессы полностью базируются на ручном труде, что приводит к риску несвоевременного выполнения контрактов и срыва Гособоронзаказа, вследствие непредвиденных выходов из строя устаревшего оборудования.
Современные тенденции развития систем автоматизации идут в направлении создания автоматических систем, которые способны выполнять заданные функции или процедуры без участия человека. Роль оператора заключается в подготовке исходных данных, выборе алгоритма и анализе полученных результатов. Причем эти тенденции прослеживаются не только при автоматизации сложных технологических процессов в промышленности, но и в других областях жизнедеятельности человека.
Выпускная квалификационная работа преследует актуальную для предприятия цель - разработку автоматизированной линии, предназначенной для реализации технологического процесса приготовления гальванических растворов в гальваническом цехе АО «НПО «Электромашина».
Объектом исследования является гальваническая линия предприятия, а предметом исследования - технологический процесс приготовления гальванических растворов.
Для достижения намеченной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Провести анализ объекта автоматизации - составить его описание, определить проблемные вопросы, произвести сбор данных.
2. Спроектировать систему автоматизации объекта - разработать электрические схемы, произвести выбор оборудования, произвести компоновку электрошкафа системы автоматизации.
3. Разработать информационно-алгоритмическое обеспечение системы управления - разработать алгоритм работы системы управления, управляющую программу и приложение оператора.
Говоря об эффективности производства на сегодняшний день, особо следует заострить внимание на актуальности вывода его на новый, современный уровень и исключение из технологических цепочек слабых звеньев в виде выработавшего свой ресурс оборудования, технологий, базирующихся на использовании ручного труда и с высоким влиянием человеческого фактора, что в некоторых ситуациях приводит к риску срыва производственного задания, несвоевременному выполнению контрактов и, как следствие, к финансовым потерям.
Проведенный анализ объектов предприятия выявил, что в одном из цехов предприятия - гальваническом, технологические линии эксплуатируются с 1978 года. На сегодняшний день в виду сравнительно длительной эксплуатации состояние гальванических линий и системы очистных сооружений изрядно ухудшилось, а действующая технология базируется на устаревшем, выработавшем свой ресурс оборудовании, основана на ручном выполнении операций и нуждается в комплексной автоматизации.
Учитывая, что на АО «НПО «Электромашина» основным производственным направлением являются изделия специального назначения, поставляемые для комплектации военной техники, а каждое производимое предприятием изделие проходит длинную производственную цепочку, состоящую из множества переделов, одним из которых является нанесение гальванопокрытий, то выход из строя оборудования гальванического цеха приведет к невозможности завершения производственного цикла и, как следствие, к срыву Гособорнзаказа, что является недопустимым.
С учетом вышесказанного, было определено, что реконструкция гальванического цеха является важнейшим и неотъемлемым этапом технического перевооружения предприятия АО «НПО «Электромашина», а одним из перспективных и необходимых в первую очередь этапов работ является автоматизация участка подготовки и корректировки растворов электролитов (гальванических растворов), а в частности - разработка автоматизированной линии приготовления гальванических растворов в гальваническом цехе АО «НПО «Электромашина», что и было определено, как цель будущей выпускной квалификационной работы.
Предварительно был произведен анализ объекта автоматизации, составлено его описание, определены проблемные вопросы и произведен сбор данных. Особую роль в процессе гальванической обработки деталей играет обеспечение правильного приготовления гальванических растворов с обеспечением точного дозирования необходимых компонентов и последующего поддержания необходимой температуры в работающих гальванических резервуарах.
Для реализации работы системы автоматизации технологического процесса приготовления различных гальванических растворов произведен выбор ПЛК, HMI- панели управления, чувствительных элементов, исполнительных механизмов, коммутационной аппаратуры и прочих изделий, составлена структурная схема, схема автоматизации, электрическая принципиальная схема, схема соединений, спецификация изделий и другая документация.
Для размещения средств автоматического управления и защиты был выбран шкаф управления, произведена его компоновка, трассировка соединений, разработаны 3П-обзоры и эскизы компоновки самого шкафа, монтажной платы и лицевой панели.
Работа линии приготовления гальванических растворов предусмотрена в автоматическом и ручном режимах управления. Для управления и контроля технологическими процессами разработано информационно-алгоритмическое обеспечение системы управления, алгоритм работы системы управления, управляющая программа и приложение оператора.
Таким образом, реализация данного проекта разработки автоматизированной линии приготовления гальванических растворов в гальваническом цехе АО «НПО «Электромашина» решает следующие задачи:
1. Техническое перевооружение предприятия - замена устаревшего оборудования с высокой степенью морального и физического износа на современное оборудование с возможностью автоматизации.
2. Исключение ручного труда в технологической цепочке приготовления гальванических растворов и, как следствие, снижение трудоемкости процесса, а также исключение ошибок дозирования, вследствие исключения человеческого фактора.
3. Повышение безопасности труда, вследствие исключения непосредственного контакта человека с токсичными веществами.
4. Снижение риска срыва производственных заданий, несвоевременного выполнения контрактов и срыва Гособоронзаказа, вследствие непредвиденных выходов из строя устаревшего оборудования.
Разработанная автоматизированная линия приготовления гальванических растворов может быть использована на объектах гальванического производства, как комплекс оборудования для обеспечения отдельного технологического процесса приготовления гальванических растворов, предшествующего всей технологической цепочке нанесения гальванопокрытий на детали.
Проведенный анализ объектов предприятия выявил, что в одном из цехов предприятия - гальваническом, технологические линии эксплуатируются с 1978 года. На сегодняшний день в виду сравнительно длительной эксплуатации состояние гальванических линий и системы очистных сооружений изрядно ухудшилось, а действующая технология базируется на устаревшем, выработавшем свой ресурс оборудовании, основана на ручном выполнении операций и нуждается в комплексной автоматизации.
Учитывая, что на АО «НПО «Электромашина» основным производственным направлением являются изделия специального назначения, поставляемые для комплектации военной техники, а каждое производимое предприятием изделие проходит длинную производственную цепочку, состоящую из множества переделов, одним из которых является нанесение гальванопокрытий, то выход из строя оборудования гальванического цеха приведет к невозможности завершения производственного цикла и, как следствие, к срыву Гособорнзаказа, что является недопустимым.
С учетом вышесказанного, было определено, что реконструкция гальванического цеха является важнейшим и неотъемлемым этапом технического перевооружения предприятия АО «НПО «Электромашина», а одним из перспективных и необходимых в первую очередь этапов работ является автоматизация участка подготовки и корректировки растворов электролитов (гальванических растворов), а в частности - разработка автоматизированной линии приготовления гальванических растворов в гальваническом цехе АО «НПО «Электромашина», что и было определено, как цель будущей выпускной квалификационной работы.
Предварительно был произведен анализ объекта автоматизации, составлено его описание, определены проблемные вопросы и произведен сбор данных. Особую роль в процессе гальванической обработки деталей играет обеспечение правильного приготовления гальванических растворов с обеспечением точного дозирования необходимых компонентов и последующего поддержания необходимой температуры в работающих гальванических резервуарах.
Для реализации работы системы автоматизации технологического процесса приготовления различных гальванических растворов произведен выбор ПЛК, HMI- панели управления, чувствительных элементов, исполнительных механизмов, коммутационной аппаратуры и прочих изделий, составлена структурная схема, схема автоматизации, электрическая принципиальная схема, схема соединений, спецификация изделий и другая документация.
Для размещения средств автоматического управления и защиты был выбран шкаф управления, произведена его компоновка, трассировка соединений, разработаны 3П-обзоры и эскизы компоновки самого шкафа, монтажной платы и лицевой панели.
Работа линии приготовления гальванических растворов предусмотрена в автоматическом и ручном режимах управления. Для управления и контроля технологическими процессами разработано информационно-алгоритмическое обеспечение системы управления, алгоритм работы системы управления, управляющая программа и приложение оператора.
Таким образом, реализация данного проекта разработки автоматизированной линии приготовления гальванических растворов в гальваническом цехе АО «НПО «Электромашина» решает следующие задачи:
1. Техническое перевооружение предприятия - замена устаревшего оборудования с высокой степенью морального и физического износа на современное оборудование с возможностью автоматизации.
2. Исключение ручного труда в технологической цепочке приготовления гальванических растворов и, как следствие, снижение трудоемкости процесса, а также исключение ошибок дозирования, вследствие исключения человеческого фактора.
3. Повышение безопасности труда, вследствие исключения непосредственного контакта человека с токсичными веществами.
4. Снижение риска срыва производственных заданий, несвоевременного выполнения контрактов и срыва Гособоронзаказа, вследствие непредвиденных выходов из строя устаревшего оборудования.
Разработанная автоматизированная линия приготовления гальванических растворов может быть использована на объектах гальванического производства, как комплекс оборудования для обеспечения отдельного технологического процесса приготовления гальванических растворов, предшествующего всей технологической цепочке нанесения гальванопокрытий на детали.