ВВЕДЕНИЕ 9
1 Описание объекта управления 12
1.1 Назначение токарного станка ARIS 12
1.3 Описание блоков питания 19
1.4 Описание контроллеров 24
1.5 Обзор языков программирования промышленными контроллерами 25
1.6 Описание энкодера 30
1.7 Описание частотного преобразователя 36
1.8 Описание электродвигателей 45
1.9 Описание концевых выключателей 51
1.10 Цель и задачи 54
2 Разработка аппаратной части системы управления токарным станком
ARIS 55
2.1 Разработка структурной схемы 55
2.2 Структурная схема частотного управления 53
2.3 Выбор привода для главного движения токарного станка (вращение
шпинделя) 59
2.4 Выбор привода для перемещения коретки вдоль токарного станка 63
2.5 Выбор привода для перемещения резца токарного станка 64
2.6 Частотный преобразователь основного двигателя, привода каретки
и резца 66
2.7 Выбор энкодера 72
2.8 Выбор концевых выключателей 76
2.9 Выбор центрального процессора CPU313C-2PtP семейства SIMATIC
S7-300 81
2.10 Выбор блока питания 85
2.11 Выбор автоматического защитного устройства 87
2.12 Разработка электрической принципиальной схемы 92
2.13 Коммутационный протокол Modbus 94
3 Разработка программного обеспечения 95
3.1 Разработка алгоритма 95
3.2 Программная реализация алгоритма управления 102
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 115
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 118
Автоматизированные системы управления на сегодняшний день далеко шагнули вперед. Трудно себе представить современный мир без интеллектуальных машин, роботов. Современные автоматизированные системы управления позволяют обеспечить полный автоматизированный цикл на производстве и предприятии.
Важнейшей задачей автоматизированной системы управления является повышение эффективности управления объектом на основе роста производительности труда и совершенствования методов планирования процессов управления. В общем случае, систему управления можно рассматривать в виде совокупности взаимосвязанных управленческих процессов и объектов. Обобщенной целью автоматизации управления является повышение эффективности использования потенциальных возможностей объекта управления. Таким образом, можно выделить ряд целей:
- предоставление лицу, принимающему решение (ЛПР), релевантных данных для принятия решений;
- ускорение выполнения отдельных операций по сбору и обработке данных;
- снижение количества решений, которые должно принимать ЛПР;
- повышение уровня контроля и исполнительской дисциплины;
- повышение оперативности управления;
- снижение затрат ЛПР на выполнение вспомогательных процессов;
- повышение степени обоснованности принимаемых решений.
Актуальность темы исследования определяется значимостью изготовления металлических деталей на станках, управление которыми происходит через автоматизированное рабочее место (АРМ). Рабочий процесс, выполняющийся на таких агрегатах, отличается своей точностью, ведь проводится он строго на основании имеющихся чертежей и согласно заданным расчетам. Перенос рабочего места оператора на безопасное расстояние от станка, позволит исключить несчастные случаи на производстве.
Управление станком можно представить, как процесс взаимодействия на него для обеспечения выполнения требуемого технологического процесса обработки детали с заданной точностью, производительностью и себестоимостью обработки. Это воздействие может осуществляться человеком с помощью органов ручного управления станком или системой автоматического управления циклом станка без участия человека.
При управлении станком вручную, рабочий преобразует информацию чертежа детали в определенные движения рук, осуществляя управление циклом работы станка и перемещениями его рабочих органов. При этом рабочий использует свой опыт и знания о методах обработки, последовательности выполнения технологических переходов, применяемых режимах обработки, возможностях и особенностях конструкции станка, режущих инструментов.
При ручном управлении станком обеспечивается большая универсальность и высокая мобильность. Действительно, любое изменение чертежа детали может быть учтено рабочим при управлении станком, очень быстро и без больших затрат производится переход на обработку других деталей. Однако управление станком вручную значительно ограничивает возможности повышения производительности обработки, а во многих случаях - снижает или делает нестабильной точность обрабатываемых деталей.
Автоматическое управление станком производится по программе, заранее разработанной на основе принятого технологического процесса обработки.
Система автоматического управления представляет собой комплекс устройств и средств связи, обеспечивающий точное и согласованное во времени взаимодействие исполнительных механизмов станка в соответствии с программой управления.
Таким образом, актуальность темы определяется потребностью предприятия в высоко технологичном оборудовании.
Объектом исследования выпускной квалификационной работы является токарный станок ARIS.
Предметом исследования является разработка системы управления токарным станком ARIS.
Цель выпускной квалификационной работы - обеспечить безопасное рабочее место оператора станка ARIS, за счет создания дистанционной системы управления токарным станком, который находится на предприятии ПАО «Газпром» ООО «Газпром Трансгаз Югорск» Уральского линейного производственного управления магистральных газопроводов (далее ЛПУМГ) поселка Приполярный.
Для достижения поставленной цели поставлены следующие задачи:
- выбор приводов;
- выбор контроллеров;
- разработка системы управления токарным станком;
- разработка программно-алгоритмического обеспечения.
Практическая значимость выпускной квалификационной работы состоит в возможности применения результатов разработки в деятельности предприятия.
Модернизация токарного станка ARIS на предприятии ПАО «Газпром» ООО «Газпром Трансгаз Югорск» Уральского ЛПУМГ проводится впервые.
Современные системы управления технологическим процессом представляют собой мощный инструмент, направленный на совершенствование имеющихся технологий и операций в процессе производства продукции. Бесспорно, автоматизация производственного процесса позволяет повысить технический уровень производства. Внедрение АСУ ТП приводит к совершенствованию и модернизации действующей техники и технологий. Сырье и материалы начинают использоваться комплексно в более экономичном режиме, отходы производства и потери уменьшаются. За счет изменений в организации производства и формах труда происходит совершенствование организации производства и сокращение затрат.
В соответствии с поставленной целью выпускной квалификационной работы, обеспечение безопасного рабочего места оператора станка, разработана дистанционная система управления токарным станком ARIS, который находится на предприятии ПАО «Газпром» ООО «Газпром Трансгаз Югорск» Уральского ЛПУМГ поселка Приполярный.
В процессе написания решены следующие задачи:
- выбраны привода;
- выбраны датчики;
- выбраны контроллеры;
- разработана система управления;
- разработана электрическая схема;
- разработано программно-алгоритмическое обеспечение.
В первой части выпускной квалификационной работы рассмотрен сам станок. Описаны способы и элементы автоматических систем управления, применяемых в таких станках, описаны средства защиты, датчики, исполнительные механизмы.
Во второй части произведен анализ и выбор конкретных средств автоматизации - датчиков, электродвигателей, преобразователей.
В третьей части работы разработана математическая модель и представлен анализ процесса управления скоростью асинхронного двигателя как основного объекта управления. Показаны управляющие воздействия и возмущения. Представлен алгоритм функционирования и его программная реализация на языке релейных диаграмм в среде конкретного контроллера.
Создание автоматизированного рабочего места оператора на предприятии, позволит:
- автоматически управлять технологическим процессом;
- контролировать технологические параметры технологического процесса;
- сигнализировать об аварийных и предаварийных ситуациях;
- контролировать исправность технологического оборудования;
- регулировать температурный режим и другие параметры;
- планировать и экономично расходовать энергоресурсы;
- выполнять функции блокировки и защиты от нештатных ситуаций;
- сократить время на обработку деталей;
- улучшится качество деталей;
- увеличить объем выпускаемых деталей;
- управлять последовательностью вкл./выкл. Оборудования;
- повысить эффективность работы не только оператора, но и остальных подразделений предприятия.
Автоматизация помогает решить основные проблемы массового и серийного производства. Так оборудование действует по заданной программе в автоматизированном режиме, а оператор на мониторе наблюдает за происходящими процессами. За счет того, что функции оперативного персонала ограничиваются контролем и управлением технологическим объектом, уровень безопасности производства возрастает.
Тяжелы, опасные, трудоемкие, технически сложные и вредные виды работ выполняют машины. Сокращается доля ручного труда, уменьшаются трудовые затраты, исключаются ошибки и нештатные ситуации по вине
рабочих. Автоматизированная система обладает высоким уровнем надежности и защиты от ошибочных действий персонала: сигнализация, тревожные сообщения, защитная блокировка на срабатывание исполнительных механизмов.
Автоматизированная система управления - сложный комплекс аппаратных и программных средств, поэтому эффективное функционирование системы зависит от верного выбора аппаратного и программного обеспечения.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
