Главная       Продать работу       Блог       Контакты       Оплата       О нас       Как мы работаем       Регистрация       Вход в кабинет
Тех. дипломные работы
   автомобили
   спец. техника
   станки
   тех. маш.
   строительство
   электроснабжение
   пищевая промышленность
   водоснабжение
   газоснабжение
   автоматизация
   теплоснабжение
   холодильники
   машиностроение
   др. тех. специальности

Тех. курсовые работы
   автомобили
   спец. техника
   станки
   тех. маш.
   строительство
   детали машин
   электроснабжение
   газоснабжение
   водоснабжение
   пищевая промышленность
   автоматизация
   теплоснабжение
   ТММ
   ВСТИ
   гидравлика и пневматика
   машиностроение
   др. тех. специальности

Тех. дополнения
   Отчеты
   Расчетно-графические работы
   Лекции
   Задачи
   Лабораторные работы
   Литература
   Контрольные работы
   Чертежи и 3D моделирование
   Тех. soft
   Рефераты
   Общий раздел
   Технологический раздел
   Конструкторский раздел
   Эксплуатационный раздел
   БЖД раздел
   Экономический раздел
   Экологический раздел
   Автоматизация раздел
   Расчетные работы

Гум. дипломные работы
   педагогика и психология
   астрономия и космонавтика
   банковское, биржевое дело
   БЖД и экология
   биология и естествознание
   бухгалтерский счет и аудит
   военное дело
   география
   геология
   государство и право
   журналистика и СМИ
   иностранные языки
   история
   коммуникации
   краеведение
   кулинария
   культура и искусство
   литература
   экономика и торговля
   математика
   медицина
   международное отношение
   менеджмент
   политология
   музыка
   религия
   социология
   спорт и туризм
   таможенная система
   физика
   химия
   философия
   финансы
   этика и эстетика
   правознавство

Гум. курсовые работы
   педагогика и психология
   астрономия и космонавтика
   банковское, биржевое дело
   БЖД и экология
   биология и естествознание
   бухгалтерский счет и аудит
   военное дело
   география
   геология
   государство и право
   журналистика и СМИ
   иностранные языки
   история
   коммуникации
   краеведение
   кулинария
   культура и искусство
   литература
   экономика и торговля
   математика
   медицина
   международное отношение
   менеджмент
   политология
   музыка
   религия
   социология
   спорт и туризм
   таможенная система
   физика
   химия
   философия
   финансы
   этика и эстетика
   правознавство

Гум. дополнения
   Отчеты
   Расчетные работы
   Лекции
   Задачи
   Лабораторные работы
   Литература
   Контрольные работы
   Сочинения
   Гум. soft
   Рефераты

Рефераты
   Авиация и космонавтика
   Административное право
   Арбитражный процесс
   Архитектура
   Астрология
   Астрономия
   Банковское дело
   Безопасность жизнедеятельнос
   Биографии
   Биология
   Биология и химия
   Биржевое дело
   Ботаника и сельское хоз-во
   Бухгалтерский учет и аудит
   Валютные отношения
   Ветеринария
   Военная кафедра
   ГДЗ
   География
   Геодезия
   Геология
   Геополитика
   Государство и право
   Гражданское право и процесс
   Делопроизводство
   Деньги и кредит
   ЕГЭ
   Естествознание
   Журналистика
   ЗНО
   Зоология
   Издательское дело и полиграф
   Инвестиции
   Иностранный язык
   Информатика
   Информатика, программировани
   Исторические личности
   История
   История техники
   Кибернетика
   Коммуникации и связь
   Компьютерные науки
   Косметология
   Краеведение и этнография
   Краткое содержание произведе
   Криминалистика
   Криминология
   Криптология
   Кулинария
   Культура и искусство
   Культурология
   Литература : зарубежная
   Литература и русский язык
   Логика
   Логистика
   Маркетинг
   Математика
   Медицина, здоровье
   Медицинские науки
   Международное публичное прав
   Международное частное право
   Международные отношения
   Менеджмент
   Металлургия
   Москвоведение
   Музыка
   Муниципальное право
   Налоги, налогообложение
   Наука и техника
   Начертательная геометрия
   Оккультизм и уфология
   Остальные рефераты
   Педагогика
   Политология
   Право
   Право, юриспруденция
   Предпринимательство
   Прикладные науки
   Промышленность, производство
   Психология
   психология, педагогика
   Радиоэлектроника
   Реклама
   Религия и мифология
   Риторика
   Сексология
   Социология
   Статистика
   Страхование
   Строительные науки
   Строительство
   Схемотехника
   Таможенная система
   Теория государства и права
   Теория организации
   Теплотехника
   Технология
   Товароведение
   Транспорт
   Трудовое право
   Туризм
   Уголовное право и процесс
   Управление
   Управленческие науки
   Физика
   Физкультура и спорт
   Философия
   Финансовые науки
   Финансы
   Фотография
   Химия
   Хозяйственное право
   Цифровые устройства
   Экологическое право
   Экология
   Экономика
   Экономико-математическое мод
   Экономическая география
   Экономическая теория
   Этика
   Юриспруденция
   Языковедение
   Языкознание, филология

Главная > Тех. дипломные работы > автоматизация
Название:
Автоматизации станка ленточнопильного модели СЛП 600 ЭПС

Тип: Дипломные работы
Категория: Тех. дипломные работы
Подкатегория: автоматизация

Цена:
0 руб



Подробное описание:

АННОТАЦИЯ

Сущность выполненной работы заключается в решении трех локальных задач по автоматизации станка ленточнопильного модели СЛП 600 ЭПС : автоматизация контроля натяжения пилы, автоматизация механизма подъема рабочего модуля и автоматизация процесса кантования заготовок. Кроме того была спроектирована система управления на базе микроконтроллера фирмы ATMEL.
Объем расчетно-пояснительной записки составляет 100 страниц, количество иллюстраций – 13, наименований используемых источников – 20.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 7
1. Обоснование автоматизации станка ленточнопильного модели
СЛП-600 ЭПС 9
1.1. Анализ технологического процесса и характеристика
оборудования станка 9
1.1.1. Общая характеристика технологического процесса и
оборудования станка 9
1.1.2. Управляемость технологического процесса 14
1.2. Анализ тенденций развития систем управления на базе
микропроцессорной техники 16
1.3. Актуальность и постановка локальных задач по автоматизации станка 21
1.3.1. Анализ конкурирующих вариантов контроля натяжения
пилы 21
1.3.1.1. Обоснование автоматизации контроля натяжения пилы 22
1.3.2. Обоснование автоматизации механизма подъема рабочего
модуля 23
1.3.3. Обоснование автоматизации процесса поворота заготовки
в рабочей зоне станка 33
1.4. Функционально-стоимостной анализ базовой модели станка
и пути ее совершенствования 24
1.5. Техническое задание на проект 28
2. Проектирование, конструирование и моделирование технических средств 31
2.1. Системный анализ проектируемого комплекса на основе
методов декомпозиции 31
2.2. Декомпозиционная схема формирования структуры
комплекса 31
2.3. Функциональная схема системы управления комплексом и выбор основных технических средств 36
2.4. Проектирование устройства натяжения ленточной пилы
2.4.1. Выбор способа контроля натяжения пилы 39
2.4.2. Конструирование механизма натяжения пилы 39
2.4.2.1. Анализ испытаний сжатия тарельчатых проектируемого устройства натяжения 40
2.4.2.1.1. Моделирование процесса сжатия тарельчатых пружин
устройства натяжения 40
2.4.2.2. Выбор датчика контроля натяжения 43
2.4.2.2.1. Выбор схемотехники и расчет волоконно-оптического измерительного преобразователя 49
2.4.2.2.2. Проектирование печатной платы преобразователя 49
2.5. Автоматизация механизма подъема (опускания) рабочего
модуля 51
2.5.1. Выбор датчика вертикального перемещения рабочего
модуля 51
2.5.2. Разработка конструктивного решения размещения датчика вертикального перемещения рабочего модуля 52
2.6. Проектирование устройства кантования заготовок в рабочей зоне комплекса
2.6.1. Разработка конструкции кантователя 53
2.6.2. Выбор электродвигателя привода поворота заготовки 54
2.7. Проектирование программно-логической подсистемы управления механизмами комплекса 54
2.7.1. Алгоритм управления механизмами комплекса 54
2.7.2. Расчет элементов силовой электроавтоматики 55
3. Информационное и программное обеспечение системы
управления 56
3.1. Информационная структура системы управления 56
3.2. Программы управления программируемого контроллера 59
4. Технологическое обеспечение производственного процесса 60
4.1. Расчет параметров технологического процесса распила
пиломатериала 61
5. Эксплуатационная документация
5.1. Инструкция по эксплуатации комплекса 72
6. Функционально-стоимостной и экономический анализ проекта 74
6.1. Функционально-стоимостной анализ проектируемого 74
варианта комплекса
6.2. Расчет окупаемости и экономическая оценка проекта 75
7. Безопасность и экологичность проекта 80
7.1. Безопасность труда 81
7.1.1. Анализ безопасности проектируемого комплекса 81
7.1.2. Автоматизация профессионального отбора и подготовки
операторов с использованием ПЭВМ 84
7.2. Экологическая безопасность и охрана окружающей
природной среды 84
7.2.1. Экологический анализ проекта 84
7.2.2. Расчет валового выброса вредных веществ в атмосферу 85
7.3. Безопасность жизнедеятельности в условиях чрезвычайных
ситуаций 86
7.3.1. Анализ вероятных ЧС 86
7.3.2. Расчет эвакуационных путей и разработка плана эвакуации
людей при пожаре 86
Заключение 90
Список использованных источников 91
Приложения 93

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

В современных условиях экономического развития различных отраслей промышленности все большее внимание уделяется проблеме автоматизации технологических процессов и производств.
Автоматизация технологических процессов и производств – область науки и техники, которая включает совокупность средств, методов и способов внедрения и обеспечения оптимального функционирования систем автоматизации и управления технологическими процессами и производствами.
За последние пять лет существенно возросла роль автоматизации производственных процессов практически во всех сферах производства /1/ . Это объясняется необходимостью выживания предприятий в условиях российской рыночной системы, а следовательно повышения производительности труда и качества выпускаемой продукции, обеспечения гибкости производства и улучшения условий труда.
Актуальность выбранной темы дипломного проекта состоит в необходимости повышении экономической прибыли отечественного производства в условиях жесткой конкуренции на отечественных и международных рынках продукции машиностроения, в частности повышения рентабельности базового объекта автоматизации, который имеет множество преимуществ и недостатков : технологических, функциональных, экономических, конструктивных и пр.
Цель дипломного проекта – практическая реализация фундаментальной подготовки в области автоматизации машиностроительного и других производств применительно к объектам профессиональной деятельности.
Основными задачами дипломного проектирования являются систематизация, закрепление и расширение теоретических знаний по специальности 210200 “Автоматизация технологических процессов и производств (в машиностроении)” и применении их при решении конкретных научных, технических, экономических, производственных и экологических задач.
В рамках представленного дипломного проекта решаются три локальных задачи по автоматизации станка ленточнопильного модели СЛП-600 ЭПС производства ОАО “Курганмашзавод”, а именно : эффективный контроль натяжения полотна пилы ; автоматизация процесса подъема (опускания) рабочего модуля ; автоматизация процесса поворота заготовки в рабочей зоне станка.
Актуальность этих задач состоит в необходимости повышении производительности (в частности применительно к устройству поворота заготовки), экономической эффективности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. ОБОСНОВАНИЕ АВТОМАТИЗАЦИИ СТАНКА
ЛЕНТОЧНОПИЛЬНОГО МОДЕЛИ СЛП-600 ЭПС

1.1. Анализ технологического процесса и характеристика
оборудования станка.

Технологический процесс состоит в продольном распиливании хвойных и лиственных пород бруса, обрезной (необрезной) доски. Режущим инструментом является пила ленточная производства фирмы Woodmizer. Толщина полотна пилы – 0,9..1,1 мм, ширина полотна – 32..35 мм, длина развертки – 4020 мм. Рабочая поверхность полотна пилы снабжена зубьями, шаг которых составляет 19..22 мм.

1.1.1. Общая характеристика технологического процесса и
оборудования станка.

Технология процесса пиления основана на движении замкнутой пилы, установленной на шкивы. Рабочее усилие в контуре пилы создается натяжкой. Величина рабочего усилия устанавливается и контролируется по манометру.
Станок состоит из следующих основных узлов : основание, модуль рабочий, каретка, механизм подъема, механизм подачи, электрооборудование.
Несущим элементом станка является основание, состоящее из профильных и поперечных балок, соединенных между собой болтами. На балки основания установлены три упора, три прижима, пять откидных опор и направляющие. Для выверки основания предусмотрены регулирующие опоры.
На направляющие основания установлена каретка с рабочим модулем. Каретка имеет возможность перемещаться по направляющим. Для подъема и опускания рабочего модуля предусмотрен механизм подъема. Приводы перемещения каретки и привод подъема (опускания) рабочего модуля – электромеханические.
Привод перемещения каретки и привод подъема рабочего модуля имеют плавное регулирование скорости перемещения с пульта управления.
Рабочий модуль состоит из следующих основных узлов : шкив натяжной, шкив приводной, рама, рама привода (с рукояткой управления приводом), привод, каретка поддерживающего ролика, ролик, натяжка, тормоз, ограждение шкивов, пила ленточная.
Шкив натяжной перемещается в специальных направляющих под действием упорного винта натяжки, создает рабочее натяжение в контуре ленточной пилы.
Рама является несущим элементом рабочего модуля, на котором крепятся все узлы рабочего модуля.
Рама привода является основанием двигателя с механизмом управления приводом, позволяющем без отключения двигателя отключать приводной шкив.
Каретка поддерживающего ролика обеспечивает направление контура пилы, препятствует сходу пилы со шкивов при пилении, снижает вибрации и увод пилы. Каретка поддерживающего ролика перемещается вдоль полотна пилы и обеспечивает максимальное приближение ролика к бревну (заготовке).
Ограждение, выполненное в виде желоба, улавливает контур пилы на участке каретки при ее сходе или обрыве и ограждает на этом участке режущую часть пилы.
Ролик обеспечивает направление контура пилы, препятствует сходу пилы со шкивов при пилении.
Натяжка предназначена для создания рабочего усилия в контуре ленточной пилы и контроля его в процессе работы.
Тормоз предназначен для затормаживания приводного шкива при отключенной рукоятке управления приводом.
Ограждение шкивов (приводного, натяжного) обеспечивает улавливание контура ленточной пилы при ее сходе со шкивов или обрыве и ограждает оператора от соприкосновения с движущими частями станка (шкивами, пилой, ремнями).
Каретка состоит из трех направляющих, соединенных между собой в верхней части поперечной балкой. В нижней части направляющие крепятся к балкам установленными в них катками. Направляющие служат для перемещения рабочего модуля по высоте. Для придания каретке жесткости между верхней и нижними балками смонтированы два подкоса. К подкосам крепятся ручки для перемещения станка.
Механизм подъема рабочего модуля закреплен на верхней балке каретки. Состоит из двух опорных винтов, сблокированных между собо цепной передачей. На хвостовике одного винта установлена ручка для ручного перемещения рабочего модуля, на хвостовике другого винта – приводной шкив для механического перемещения рабочего модуля.
Механизм подачи состоит из блоков ведомого и ведущего шкивов, направляющих и отклоняющих роликов, каната, основания привода и мотор-редуктора. Все элементы механизма подачи крепятся на основании станка, кроме кронштейнов крепления каретки. В целях избежания спадания каната верхняя трасса около роликов и нижняя по всей длине оборудована отклоняющими роликами и направляющими ушками. Блок ведущего шкива установлен на выходном валу мотор-редуктора. Натяжение каната выполняется с помощью резьбовых муфт с гайками спецзажимов. Усилие натяжения каната после запасовки – 50 кгс. Ведущий и ведомый шкивы закрыты кожухами. Для плавности рабочего хода на тянущей ветви каната установлен пружинящий элемент.
Для восприятия горизонтальной нагрузки, действующей на пилу в момент резания древесины и уменьшения вибраций пилы в конструкции предусмотрены два ролика с ребордами (ролик, поддерживающий ролик). Поддерживающий ролик крепится на каретке и имеет возможность перемещаться вдоль полотна пилы, максимально приближаясь к обрабатываемому бревну.
Вращение шкивов ленточной пилы осуществляется электродвигателем через клиноременную передачу. Управление двигателем осуществляется от кнопок “Пуск”, “Стоп”. Наличие механизма управления приводом (управляется рукояткой) сблокированного с тормозом, обеспечивает плавный разгон (остановку) ленточной пилы.
Перемещение каретки с рабочим модулем при пилении и возврат его в исходное положение, а также подъем (опускание) рабочего модуля осуществляется приводами, а при необходимости, вручную. Принцип работы механизма подачи основан на перетягивании каната, натянутого на ведущий (2 оборота) ведомый шкивы, концы которого закреплены к кронштейнам каретки. При вращении ведущего шкива происходит перемещение каретки с рабочим модулем при рабочем ходе и при реверсировании – откатка в исходное положение.
Подъем (опускание) рабочего модуля осуществляется двумя ходовыми винтами от рукоятки.
Синхронность вращения обеспечивает цепная передача. Положение пилы относительно базовых поверхностей (направляющие основания) контролируются по линейке.
При распиливании на доски отчет можно вести по оборотам рукоятки (один оборот рукоятки – 5 мм) и рискам на лимбе (цена деления – 1 мм).
Бревно закатывается на поперечные балки основания или устанавливается грузоподъемным механизмом. При необходимости выверяется по горизонтали с целью обеспечения оптимального раскроя, и зажимается прижимами, при этом положение зажимных элементов поворотных упоров и прижимов должны минимально выступать выше базовых поверхностей бревна, обеспечивая его зажим. После установки бревна выполняется раскрой древесины (по схемам, определенным потребителем, исходя из конкретных условий. Базовый вариант раскроя приведен на рис. 1.
Техническая характеристика оборудования состоит в
следующем.
Длина распиливаемых бревен, мм :
-минимальная 2000
-максимальная 6000.
Максимальный диаметр распиливаемых
бревен (заготовок), мм 700.
Наибольшая ширина поперечного пиления
(максимальное расстояние между ребордами
поддерживающих роликов), мм 520.

Возможные варианты раскроя древесины

получение необрезной доски

получение бруса


получение обрезной
доски и бруса

Рис.1.

Минимальное расстояние между ребордами
поддерживающих роликов, мм 267.
Расстояние от опорной плоскости для бревен до
полотна пилы, мм :
-минимальное от опор 20
-максимальное от балок 580.
Наибольшее расстояние перемещения пилы
по вертикали, мм 400.
Наибольшее перемещение пилы по горизонтали, мм 6480.
Механизм подачи :
электродвигатель АИР71В4РЗУ3, N=0,75 кВт; n=1500 об/мин;
мотор-редуктор 4МЦ2С-63-63-0,75-G110-C-ЦУ3.
Частота вращения вала на выходе, об/мин 63.
Крутящий момент на выходном валу, Нм 113.
Скорость подачи, м/мин 3..20.
Скорость возврата максимальная, м/мин 20.
Механизм подъема (опускания) :
электродвигатель АИР80А6У3, N=0,75 кВт; n=1000 об/мин.
Привод рабочего модуля :
электродвигатель АИРМ112М2У3, N=7,5 кВт; n=3000 об/мин.
Максимальная линейная скорость пилы, м/с 31,5.
Потребляемая мощность, кВт 9.
Род тока питающей сети – переменный 3-х фазный.
Частота тока, Гц 50.
Напряжение, В 380.
Режущий инструмент – пила ленточная.
Толщина полотна, мм 0,9..1,1.
Ширина полотна, мм 32..35.
Шаг зубьев, мм 19..22.
Длина развертки, мм 4020.
Габаритные размеры, мм + 1% :
длина 7850;
ширина 2090;
высота 1800.
Масса, кг + 5% 800.

1.1.2. Управляемость технологического процесса.

Технологические процессы служат материальной базой любого
производства, поэтому для повышения таких характеристик производства, как производительность, качество, рентабельность производства, необходимо обеспечить “управляемость” процессов.
Под термином “управляемый технологический процесс”
понимается такой процесс, для которого определены входные контролируемые воздействия (управляющие, управляемые), установлены детерминированные или вероятностные зависимости между входными воздействиями и выходными параметрами выпускаемого изделия (продукта), разработаны методы измерения входных воздействий и выходных параметров и методы управления процессом. В понятие “технологический процесс как процесс управления” включается технологическое оборудование в виде исполнительных органов и режимов его работы, установленных на нем информационно-измерительных устройств, элементов привода, устройств электроавтоматики и т.п.
Проведем анализ управляемости на основе системного подхода. Рассмотрим следующие задачи управления : геометрическую, логическую, диагностическую, технологическую, терминальную.
Основная цель при решении геометрической задачи – обеспечить заданное положение относительно торца заготовки.
Система координат – декартова.
Необходимое количество координат – две.
Количество одновременно работающих координат – одна -перемещение каретки или подъем (опускание) рабочего модуля.
Логическая задача состоит в управлении средствами электроавтоматики. Перечень входных и выходных сигналов представлен в табл.1.
Параметры сигналов – 24В напряжения постоянного тока.
Решение диагностической задачи подразумевает существование двух видов диагностики :
- внутренняя, т.е. диагностика самого устройства управления;
- внешняя, т.е. диагностика всего оборудования комплекса.
Технологическая задача состоит в задании и поддержании основных технологических параметров пиления : величины
усилия натяжения ленточной пилы, скорости подачи, типа древесины и толщины обрабатываемых заготовок.
Терминальная задача состоит в организации диалога с оператором, для чего необходимы дисплей для индикации режимов работы и клавиатура для управления механизмами комплекса и задания режимов работы системы управления.


Таблица 1
Входные и выходные сигналы
Обозна-
чение Входные Обозна-
чение Выходные
SB1 Кнопка “Пуск” HL1 Индикация “Пуск”
SB2 Кнопка “Стоп” HL2 Индикация “Стоп”
SB3 Кнопка “Каретка” КМ1 Вкл./выкл двигатель главного движения
SB4 Кнопка “Реверс каретки” КМ2 Вкл/выкл двигатель механизма подъема
SQ1 Датчик натяжения пилы КМ3 Вкл/выкл двигатель кантователя
SQ2 Датчик вертикальных перемещений рабочего модуля КМ4 Вкл/выкл двигатель перемещения каретки
SQ3 Датчик угла поворота заготовки КМ5 Каретка вперед (модуль вниз)
КМ6 Каретка назад (модуль вниз)


1.2. Анализ тенденций развития систем управления на базе
микропроцессорной техники.

Одна из основных тенденций в развитии систем управления на базе микропроцессорной техники – децентрализованное управление, при котором управляющий процессор находится на центральном устройстве управления, а устройство расширения с модулями входа-выхода – непосредственно вблизи от датчиков и исполнительных механизмов. В качестве пультов управления применяют так называемые панели оператора, т.е. приборы управления и регистрации данных, которые позволяют контролировать оборудование, а также при необходимости изменять процесс управления, тем самым снимая часть функциональной нагрузки с традиционных пультов управления и наладки с множеством кнопок, светодиодов и т.п. При этом центральное устройство, расширители и панели операторов соединяются высокоскоростным двухжильным каналом связи. Управление становится более надежным, менее инерционным и более удобным для обслуживания, а стоимость электромонтажных работ значительно уменьшается.
За последние десять лет ряд разнообразных программируемых логических контроллеров : начиная с микро-, заменяющих реле, и кончая мощными системными ПЛК, которые по отношению к критерию стоимость/производительность являются альтернативными традиционными распределенным системам управления.
По мнению фирмы Fild/SVP, проводившей специальные исследования, ожидается значительный рост рынка контроллеров и АСУТП вследствие расширения требований заказчиков. Предполагается, что будут сделаны крупные капитальные вложения в оборудование электростанций, перерабатывающих и химических заводов.
Современные программируемые логические контроллеры обладают широкими возможностями по сбору данных и управлению технологическими процессами (1000 слов данных сканируется менее чем за 0,1 мс); емкость запоминающих устройств может достигать нескольких миллионов байт /2/. Они способны работать с самыми разнообразными приборами : термопарами, миллиамперметрами и милливольтметрами; функционировать в режиме реального времени и многозадачном; проводить параллельные вычисления и вычисления с плавающей запятой, ПИД регулирование и регулирование с использованием нечеткой логики.
Программируемые логические контроллеры обладают огромными возможностями по программированию (которое может быть осуществлено с помощью обучающих пакетов, ПО ЭВМ, функциональных блоков, многозвенных логических схем, карманных программаторов и т.п.) и по использованию локальных сетей (таких как Ethernet, Arcnet), а также оптоволоконных и радиосетей.
В программируемых логических контроллерах предусматриваются внутренняя защита, электромагнитная совместимость, электрическая изоляция ввода/вывода и пр. Непрерывное развитие микропроцессорной техники предопределило рост ее производительности и относительное снижение стоимости, но в целом затраты на проекты увеличиваются из-за усложнения аппаратных средств и программного обеспечения, необходимых для решения все более трудоемких задач. В результате повышаются и требования к подготовке специалистов.
Разработкой программируемых логических контроллеров занимаются все ведущие фирмы – изготовители средств автоматизации и систем управления. Производители программируемых логических контроллеров и систем SCADA (диспетчерских систем управления сбором данных) чутко реагируют на все новинки, которые могут быть использованы для автоматизации производства.
Основное внимание сейчас обращается на программное обеспечение и возможность его компоновки для увеличения гибкости программируемых логических контроллеров благодаря повторному использованию программы.
Один из подходов к созданию нового программного обеспечения – развитие “естественного” языка, например такого, как АРТ фирмы Siemens. Этот язык специально спроектирован, чтобы облегчить использование программируемых логических контроллеров и обеспечить единый метод ввода данных для всей системы за один раз. Последнее очень важно, особенно при разработке технологии SCADA, которая играет большую роль в сегодняшней автоматизации (это подтверждается недавним соглашеним между изготовителями программируемых логических контроллеров и поставщиками SCADA).
Фирма Siemens подчеркивает важность наличия единой концепции использования информационной технологии у поставщиков средств автоматизации.
Другой подход к созданию нового программного обеспечения – внедрение стандарта IEC 1131 (IEC), уже принято в Европе и позволяющего сопрягать различные программируемые логические контроллеры, не являющиеся открытыми системами (в США, где такой стандарт пока не действует, инженеры по автоматизации должны иметь дело, по крайней мере, с двумя стандартами для программируемых логических контроллеров). Стандарт обеспечивает единообразные условия программирования для пользователей программируемых логических контроллеров в целях сокращения трудовых затрат и стоимости обучения.
В стандарте пять разделов: соответственно общая информация; требования к аппаратным средствам; языки программирования; справочник пользователя; требования к передаче данных.
Стандарт обеспечивает сокращение затрат на аппаратные средства и уменьшение времени на подготовку программ благодаря стандартизации синтаксиса и структуры универсальных форм программирования. Таким образом, пользователи смогут применять пакеты различных поставщиков. Но стандарт пока не позволяет программировать систему одного поставщика, используя пакет другого.
Внедрение стандарта дает возможность использовать преимущества объектно-ориентированной технологии, которая обеспечивает повторное применение функциональных блоков. Автономный код этих блоков может выполнять алгоритмы расчетов, синхронизации или ПИД регулирования. Испытание кодов проводится только однажды, что также сокращает время разработки программ и подготовки их ввода в эксплуатацию. Блоки легко могут быть переданы из одной программы в другую или из контроллера в контроллер.
Стандарт также определяет различные архитектуры для организации задач и их взаимодействия внутри программируемых логических контроллеров. IEC позволяет делить задачи на серии, которые могут выполняться периодически или запускаться экстремальными событиями (появлением ошибки, прерыванием от устройства ввода-вывода).
Одно из достоинств стандарта – предоставление возможности пользователям проводить программирование, если они сами могут описать вероятные изменения.
Большую работу по стандарту ведет организация PL Copen, которая занимается согласованием трех уровней :
1) уровня ввода (основного) – определяется обязательными элементами спецификации;
2) уровня портативности – использует расширенный набор обязательных элементов, определяет функцию экспорта-импорта, основанную на “нейтральном” формате файла, позволяющего вести обмен функциональными программными блоками разных поставщиков;
3) уровня, который должен обеспечить портативность всех прикладных систем вместо портативности функциональных блоков (только разрабатывается).
К недостаткам IEC относят трудности чтения программ, выполняемых программируемыми логическими контроллерами.
Фирма ATMEL считает, что ее серия микроконтроллеров МХ не только способна выполнять функции SCADA ,благодаря применению нового подхода “Dynamic Integration”, разработанного совместно фирмами Intellution и Boward (Великобритания), но и сокращает время программирования, по крайней мере в 10 раз /2/.
МХ – это библиотека “динамических блоков”, позволяющих вносить изменения в управление автоматизированными процессами. Фирма объединила программное обеспечение SCADA фирмы Intellution со своим программируемым логическим контроллером. Пользователи теперь могут просто соединять и разъединять на экране готовые объекты : модули ввода-вывода, центральные процессоры, программируемые логические контроллеры и т.д., присваивая им имена. Компоновка ведется автоматически. Отпадает необходимость компоновать каждый модуль индивидуально, как это делается при использовании систем SCADA. Сейчас на компоновку уходит всего несколько минут вместо часа. При этом уменьшается число ошибок, так как все объекты проходят испытания и аттестацию. Это позволяет экономить время и деньги и будет иметь огромное значение в обрабатывающих отраслях.

1.3. Актуальность и постановка локальных задач по
автоматизации станка.

Базовый объект автоматизации имеет множество преимуществ и недостатков : технологических, функциональных, экономических, конструктивных и пр. В рамках представленного дипломного проекта решаются три локальных задачи по автоматизации станка, а именно : эффективный контроль натяжения полотна пилы ; автоматизация процесса подъема (опускания) рабочего модуля ; автоматизация процесса поворота заготовки в рабочей зоне станка.
Актуальность этих задач состоит в необходимости повышении производительности (в частности применительно к устройству поворота заготовки), экономической эффективности. В связи с повсеместным применением в настоящее время средств микропроцессорной техники базовый вариант системы управления, построенный на устройствах цикловой электроавтоматики является морально устаревшим.

1.3.1. Анализ конкурирующих вариантов контроля натяжения
пилы.

В процессе поиска оптимального способа контроля натяжения пилы автором проекта было рассмотрено множество различных вариантов. Было намечено два направления измерения натяжения : измерение вибраций полотна пилы и измерение механического усилия элементов косвенно сопряженных механизмов. Измерение вибраций возможно в данном случае тремя способами :
1) анализ звуковых колебаний полотна пилы;
2) анализ электромагнитных колебаний;
3) анализ колебаний при помощи светочувствительных элементов.
Неоспоримым достоинством первого способа является высокая точность измерения, однако этот способ имеет ряд существенных недостатков – сложность определения натяга в статике, зависимость от типа древесины, скорости распила, типа пилы, размеров заготовки и т.д. Главным же недостатком этого способа является необходимость проведения испытаний, что делает невозможность применения этого способа в рамках дипломного проектирования в связи с ограниченностью временных сроков. Второй способ имеет те же преимущества и недостатки, что и первый плюс негативное влияние на результаты измерений нестабильность физических характеристик магнитной катушки (таких как температура и пр.). На результаты измерений при помощи третьего способа влияют такие отрицательные факторы, как пыль, грязь и др.
Измерение механического усилия элементов косвенно сопряженных механизмов возможно при помощи материалов, чувствительных к деформациям. Устройствами, построенными на применении таких материалов, изменяющих свои электрические характеристики (такие как емкость, сопротивление и др.) от деформации могут являться тензодатчики. Применение тензодатчиков предполагает относительную простоту конструктивного исполнения устройства натяжения, но все же этот способ контроля натяжения не обладает необходимой точностью измерения. Использование таких устройств, как тензорезисторы, неприменимо в силу однофункциональности и невосстанавливаемости этих изделий.

1.3.1.1. Обоснование автоматизации контроля натяжения пилы.

Автоматизация контроля натяжения полотна пилы является узловой задачей данного проекта. В большей мере это относится к достижению необходимой точности и оптимальности способа контроля.
Производство изделий базовым вариантом станка является малорентабельным главным образом по причине недостаточной точности процесса контроля натяжения. В объекте автоматизации инструментом распила пиломатериала является пила ленточнопильная производства фирмы “Woodmizer”. Пила имеет склонность к обрыву в процессе эксплуатации при недостаточной натяженности или перетяжке. В силу высокой себестоимости применяемой пилы базовый вариант контроля натяжения при помощи жидкостного манометра является экономически малоэффективным.

1.3.2. Обоснование автоматизации механизма подъема рабочего
модуля.

Процесс установки величины вертикальных перемещений рабочего модуля (в частности установка необходимой толщины получаемой доски) в базовом варианте происходит вручную и контролируется по линейке, что естественно носит низкоэффективный характер с позиций оптимальности, точности (в силу относительно большой погрешности таких измерений) и производительности.
Повышение точности толщины изготавливаемых досок повысит экономическую эффективность объекта. С позиций повышения производительности применение средств микропроцессорной техники избавит оператора комплекса от необходимости всякий раз подходить к рабочему модулю, чтобы установить необходимую толщину доски, в проектируемом варианте это можно делать не отрываясь от пульта управления.


1.3.3. Обоснование автоматизации процесса поворота заготовки
в рабочей зоне станка.

В базовом варианте станка процесс поворота заготовки происходит при помощи подъемно-транспортных средств. Этот процесс выглядит следующим образом : бревно, находящееся в рабочей зоне станка обвязывается канатом, другой конец которого прикреплен к подъемному крану. За тем бревно поднимается и оператор станка переворачивает бревно на некоторый угол, после чего дает команду оператора крана опустить бревно. Эта операция повторяется до тех пор, пока бревно не будет повернуто на нужный угол. Весь этот процесс (очевидцем которого является автор представленного дипломного проекта) занимает около десяти-пятнадцати минут. Можно сделать вывод о том, что автоматизация этого процесса на порядок повысит производительность комплекса. К тому же не нужно будет привлекать подъемные средства, использовать дополнительные человеческие ресурсы – с этой точки зрения повысится экономическая эффективность производства. Кроме того, с позиций безопасности жизнедеятельности уменьшится риск травмирования оператора заготовкой, так как использование подъемных средств потенциально опасно.

1.4. Функционально-стоимостной анализ базовой модели
станка и пути ее совершенствования.

Воспользуемся функционально-стоимостным анализом для обоснования экономической целесообразности инновационных технических решений, предлагаемых в дипломном проекте. Цель анализа- обнаружить в базовом варианте функциональные и структурные элементы системы, обладающие экономической несостоятельностью или функциональной недостаточностью. Данные элементы должны быть рационализированы в проекте.
Структурная модель (СМ) – это упорядоченное представление элементов объекта и отношений между ними, их основных взаимосвязях и уровнях иерархии. Структурная модель базового варианта изображена на рис.2.
Функциональная модель (ФМ) – это логико-графическое изображение состава и взаимосвязей функций объекта, получаемое посредствам их формулировки и установления порядка подчинения. Функциональная модель базового варианта изображена на рис.3.
Функционально-стоимостная модель (ФСМ) объекта пригодна для выявления ненужных функций и элементов в объекте (бесполезных и вредных); определение функциональной достаточности и полезности материальных элементов объекта; распределения затрат по функциям; оценки качества исполнения функций; выявления дефектных функциональных зон в объекте; определения уровня функционально-структурной организации изделия.
Построение ФСМ осуществляется путем суперпозиции ФМ и СМ объекта. Функционально-стоимостная модель базового варианта представлена в табл.
На основании данных приведенной таблицы строим функционально-стоимостную диаграмму и диаграмму качества исполнения функций для базового варианта, которые приведены в графической документации проекта. После построения диаграмм легко выявляются зоны диспропорции, т.е. зоны избыточной реализации функций, а также зоны функциональной недостаточности
(низкого качества исполнения функций).

Структурная модель базового варианта

 

 

 

 

 

 

 


Рис.2.

 

 

Функциональная модель базового варианта

 

 

 

 

 

 

 


Рис.3.

 

 

 

 

 

Таблица 2
Функционально-стоимостная модель базового варианта
Ин-декс
Фу-ии Наимено вание функции Материальный
носитель
функции
r
R
Q
Sабс

Sотн
1 2 3 4 5 6 7 8
f1.1 ручная загрузка человек 0,6 0,06 0,055 4000 0,04
f1.2 поворот заготовки человек 0,4 0,04 0,04 6000 0,07
f2.1 передача давления гидроцилиндр 0, 35 0,088 0,085 2000 0,02
f2.2 контроль давления манометр 0,35 0,088 0,085 2000 0,02
f2.3 передача натяжения набор тарель-чатых пружин 0,3 0,075 0,06 2000 0,02
f3.1 регулирование скорости перемещения электропри-вод 0,45 0,135 0,1 19000 0,21
f3.2 приведение в движение механизма подъема электродви-
гатель 0,3 0,09 0,06 30000 0,33
f3..3 ручное вертикальное перемещение маховик 0,25 0,075 0,07 5000 0,06
f4.1 включение, выключе-ние устройств станка кнопки 0,35 0,123 0,1 3000 0,03
f4.2 коммутация силовых путей реле 0,35 0,123 0,1 16000 0,18
f4.3 индикация режимов лампы 0,2 0,07 0,05 1000 0,01
F1 поворот заготовки F1= f1.1+ f1.2 0,1 0,1 0,1 10000 0,11
F2 натяжение пилы F2= f2.1+ f2.2+ f2.3 0,25 0,25 0,22 6000 0,07
F3 поднятие и опускание каретки F3= f3.1+ f3.2+ f3..3 0,3 0,3 0,31 54000 0,4
F4 управление работой станка F4= f4.1+ f4.2+ f4.3 0,35 0,35 0,3 20000 0,22


1.5. Техническое задание на проект.

1.5.1. Наименование и область применения.

Настоящее техническое задание распространяется на проект автоматизированного комплекса оптимального распила пиломатериала. Комплекс предназначен для изготовления из стволовой древесины хвойных и лиственных пород бруса, обрезной (необрезной) доски.

1.5.2. Основания для разработки.

Проект разрабатывается на основании задания на выполнение дипломного проекта и учебного плана по специальности
210200 “Автоматизация технологических процессов и производств
(в машиностроении)”.


1.5.3. Цель и назначение разработки.

Целью данного проекта является разработка автоматизированного комплекса оптимального распила пиломатериала, который позволит улучшить качество получаемых изделий, увеличить производительность, облегчить труд оператора, повысить рентабельность производства по сравнению с базовым вариантом станка.
Решены следующие локальные задачи : автоматизация контроля натяжения ленточной пилы, автоматизация процесса вертикального перемещения рабочего модуля, автоматизация процесса поворота заготовок.

 

1.5.4. Источники разработки.

Основными источниками разработки являются публикации по автоматизации технологических процессов, сайты глобальной сети “Интернет”, а также техническая документация НО 5300 на станок ленточнопильный модели СЛП 600 ЭПС производства ОАО “Курганмашзавод”.

1.5.5. Технические требования.

Комплекс должен обеспечивать оптимальный по качеству, производительности, экономической эффективности распил пиломатериала.

1.5.6. Условия эксплуатации.

Температура окружающей среды - от 5 до 40оС, относительная влажность – не более 80 %, атмосферное давление – от 650 до 800 мм ртутного столба.

1.5.7. Режимы работы объекта.

Входными параметрами системы управления являются дискретные сигналы с пульта управления, сигналы с датчиков. Выходными параметрами являются сигналы управления приводами механизмов комплекса, пускатели, а также индикация на пульте оператора.
Система управления механизмами комплекса может находиться в одном из трех режимов :
режим программирования – задание параметров процесса пиления, таких как толщина доски и пр.;
автоматизированный режим – процесс распила пиломатериала по программе, заданной в режиме программирования;
ручной режим – управление механизмом подъема (опускания) рабочего модуля осуществляется вручную, при помощи клавиш “Вверх”, “Вниз”.
В определенные моменты процесса эксплуатации комплекса возможно переключение с одного режима работы на другой.

1.5.8. Стадии и этапы разработки.

Выбор датчика контроля натяжения ленточной пилы.
Разработка конструкции устройства натяжения ленточной пилы.
Вабор датчика измерения вертикальных перемещений рабочего модуля.
Разработка конструктивного решения крепления датчика измерения вертикальных перемещений в механизм подъема рабочего модуля.
Разработка конструкции кантователя.
Выбор датчика измерения угла поворота заготовки.
Разработка конструктивного решения крепления датчика измерения угла поворота заготовки.
Разработка структурной схемы системы управления на основе декомпозиционного анализа объекта.
Разработка функциональной схемы системы управления механизмами комплекса.
Выбор устройства управления.
Выбор технических средств системы управления.
Разработка алгоритма управления механизмами комплекса.
Разработка информационного и программного обеспечения системы.
Технологическое обеспечение производства.
Разработка эксплуатационной документации.
Функционально-стоимостной анализ проекта.
Экономическая оценка проекта.
Анализ безопасности и экологичности проекта.

 


2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ, КОНСТРУИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

2.1. Системный анализ проектируемого комплекса на основе методов декомпозиции.

В данном подразделе ставится задача с помощью методов анализа и синтеза разработать структуру проекта автоматизированного комплекса оптимального распила пиломатериала.
Автоматизация производственных процессов с каждым годом углубляется и расширяется в народном хозяйстве, и в частности в машиностроении. Современные механообрабатывающие цеха уже немыслимы без автоматических линий, установок, станков с ЧПУ, роботов и другого автоматизированного оборудования- все это значительно облегчило труд рабочих, снизило показатели травматизма на рабочем месте и т.д.

2.2. Декомпозиционная схема формирования структуры
комплекса

Одним из основных методов анализа и синтеза технических объектов является метод морфологического анализа. Сущность метода в разбиении (декомпозиции) объекта на части - первый уровень декомпозиции.
На втором уровне декомпозиции каждая из частей снабжается альтернативами реализации каждого признака. В результате появляется многоуровневая декомпозиционная схема, представляющая собой N-мерное пространство:
Rn={Xj} ( 1 )
Интерпретацией Rn является его развертка на плоскость, представляемая блоками. С другой стороны пространство Rn - это структура обобщенного объекта, на базе которого при наличии определенных правил можно лианеризовать множество.
На первом уровне разделим задачу разработки новой системы управления АКОРП на 11 признаков. Разбиение представлено в таблице 3. Для каждого признака определяется несколько альтернатив реализации. Полученную декомпозиционную схему необходимо обработать таким образом, чтобы из n- блоков первого уровня декомпозиции получить единственное решение из альтернатив второго уровня и сформировать из них структуру объекта.
Данный комплекс предназначен для изготовления деталей из дерева.
Технологический процесс изготовления изделий из дерева состоит из следующих этапов:
1) Загрузка бруса;
2) Установка вертикального положения рабочего модуля;
3) Натяжение пилы;
4) Продольный пропил;
5) Поворот заготовки
Самой главной причиной автоматизации комплекса является экономическая нерентабельность базовой модели в условиях частого полома пил в процессе эксплуатации как следствие недостаточного натяжения или чрезмерного перетяга.
Следующим приоритетом является решение задачи автоматизации привода подъема в целях повышения производительности.
Вид загрузчика : рабочая зона комплекса находится на достаточно низком уровне, поэтому автоматизации загрузки не требуется. Перенос корзин с обрабатываемыми изделиями будем осуществлять при помощи транспортных средств, что повысит производительность и снизит вероятность травматизма при обслуживании комплекса.
Другой не менее важной причиной автоматизации элементов комплекса является совершенствование организации рабочих мест, их рациональная планировка, оснащение удобным пультом управления. Чем рациональнее организовано рабочее место, чем оно удобнее, чем лучше обеспечено всем необходимым для бесперебойной работы, тем выше производительность труда, меньше непроизводственные потери рабочего времени. Повышение квалификации занятых на производстве операторов, приводит в свою очередь, к снижению числа занятых людей работающих в непосредственной близости с опасными для здоровья объектами.

Таблица 3
Структура автоматизированного комплекса
декомпозиционная схема

Функции Альтернативы
1 2
Х1- выполняемые операции Х11- изготовление бруса
Х12- изготовление досок
Х13- изготовление бруса и досок
Х2-система управления Х21- ЧПУ
Х22- цикловое
Х23- на базе микропроцессорной техники
Х3-количество позиций одновре-менно обрабатывыемых деталей Х31- одна
Х32- две Х33- несколько
Х4- восстановление инструмента Х41- со снятием инструмента
Х42- без снятия инструмента
Х5- накопительная система заготовок и деталей Х51- без накопителя
Х52- при помощи подъемно-транспортных средств
Х6- поворот заготовки Х61- неавтоматизированно, при помощи подъемных средств
Х62- автоматизированно
Х7- установка толщины распила досок Х71- вручную
Х72- автоматизированная установка
Продолжение таблицы 3
1 2
Х8- контроль толщины досок Х81- производится вручную
Х82- контролируется датчиками с обратной связью
Х9- контроль натяжения пилы Х91- неавтоматизированно
Х92- автоматизированно
Х10-контроль за ходом процессов и диагностирование Х101- отсутствует
Х102-автоматическое диагностирование процесса распила
Х11- безопасность объекта Х111- ограждение отсутствует
Х112- имеется ограждение


Полученную декомпозиционную схему необходимо обработать таким образом, чтобы получить структуру объекта. Для этого выделяются те s- блоки первого уровня, которые несут целевые условия. Тогда остальные G- блоков несут условия ограничения. Структура объекта будет представлена множеством X={Xs;Xg}.
Целевые условия обычно определяются из задания:
1) Основная функция комплекса- изготовление бруса и досок .
2) Разработать АСУ на базе современных технических средств.
3) Необходимо автоматизировать процесс контроля натяжения пилы.
Эти положения позволяют принять следующие целевые условия :
Xs1 1 =0,4
Xs2 2 =0,3
Xs3 3 =0,3
После того, как сформировалась s- мерная цель и ранжированы целевые условия, определяется набор условий ограничений в виде:
Xg={Xgi}; i=1,...,g=n-s.
На этой стадии поиска ставится задача отыскать лучшее решение Xg. Чтобы определить лучшее решение необходимо:
1) каждой альтернативе по каждому целевому условию поставить в соответствие некоторую оценку;
2) выбрать в каждом блоке первого уровня альтернативу с наибольшим значением оценки и сформировать наилучшее ограничение. Результаты этого выбора наглядно представляются в так называемом треугольнике декомпозиции (см. графическую документацию).
На основании вышеизложенного произведем присвоение весовых оценок альтернативным характеристикам. Результаты сведены в таблицу 4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Таблица 4
Присвоение весовых оценок альтернативам

ХGj XGj XS1=Х13; =0,4 XS2=X23; =0,3 XS3=X92; =0,3
Код Значение Код Значение Код Значение
ХG1=X3 X13 2 0.13 3 0 2 0.1
X23 2 0.13 3 0 2 0.1
[X33] 2 0.13 1 0.3 2 0.1
ХG2=X4 X14 3 0 2 0.15 3 0
[X24] 1 0.4 2 0.15 1 0.3
ХG3= X5 X15 2 0.2 2 0.15 2 0.15
[X25] 2 0.2 2 0.15 2 0.15
ХG4=X6 X16 2 0.4 3 0 2 0.15
[X26] 2 0.4 1 0.3 2 0.15
ХG5=X7 Х17 3 0 3 0 2 0.15
[Х27] 1 0.4 1 0.3 2 0.15
ХG6=X8 Х18 2 0.2 3 0 2 0.15
[Х28] 2 0.2 1 0.3 2 0.15
ХG7=X10 Х110 2 0.4 3 0 3 0
[Х210] 2 0.4 1 0.3 1 0.3
ХG8=X11 X111 2 0.4 2 0.15 2 0.15
[X211] 2 0.4 2 0.15 2 0.15


2.3. Функциональная схема системы управления комплексом и
выбор основных технических средств.

Функциональная схема системы управления комплексом содержится в графической части проекта. Устройство управления объектом построено на базе однокристального микроконтроллера 89с51 (89с52), выпускаемых фирмой ATMEL и полностью совместимых по архитектуре и системе команд с семейством MCS–51.
Устройство управления включает в себя следующие элементы :
1) процессорная плата контроллера;
2) клавиатура;
3) энергонезависимая память фирмы MICROCHIP (EEPROM), обеспечивающая 1 миллион циклов записи, 100 лет хранения информации (емкость 2 килобайта).
4) программируемый параллельный интерфейс КР580ВВ55.
БИС параллельного интерфейса предназначена для организации ввода/вывода параллельной информации различного формата и позволяет реализовать большинство известных протоколов обмена по параллельным каналам /3/. БИС КР580ВВ55 используется в проектируемой системе управления для сопряжения микроконтроллера с периферийным оборудованием – индикаторами и клавиатурой. Программируемый параллельный интерфейс подключается к микроконтроллеру через слот расширения, предназначенный для подключения дополнительных модулей или схемы внешнего автоматического тестирования.
Плата индикатора включает в себя восьми разрядный восьми сегментный светодиодный индикатор, собранный на матрицах CA56-21G/EWA фирмы KINGBRIGHT.
Система управления функционирует следующим образом : сигнал с датчика натяжения пилы поступает на волоконно-оптический преобразователь, оттуда на аналого-цифровой преобразователь. За тем преобразованный в цифровой код сигнал поступает в порт номер один микроконтроллера (этот порт используется в качестве буфера входных данных). Сигналы с датчиков вертикального перемещения рабочего модуля и угла поворота заготовки поступают на входы радиальных прерываний IRQ0 и IRQ1 микроконтроллера соответственно (для этих прерываний задействован порт номер 3). Запрос на прерывание появляется по положительному фронту сигналов с датчиков ВЕ-178, которые вырабатывают последовательность дискретных импульсов. За тем данные, обработанные программой поступают во входной буфер данных параллельного интерфейса и шинного формирователя. На параллельный интерфейс также поступают управляющие сигналы с микроконтроллера (сигнал выбора кристалла Chip Select – CS, сигналы выбора режима работы БИС КР580ВВ55 А0 и А1, сигналы чтения/записи WR и RD). Порт номер 2 микроконтроллера используется для формирования этих управляющих сигналов. Через этот порт также происходит управление энергонезависимой памятью (вход кристалла памяти SDA используется для приема данных, а вход SCL – для синхронизации). Через порт А параллельного интерфейса происходит управление сегментами блока индикаторов, а через порт В – управление разрядами. Порт С параллельного интерфейса предназначен для опроса клавиатуры.
Шинный формирователь используется для буферизации данных а также для усиления сигналов по току.
С выхода шинного формирователя данные поступают на цифро-аналоговый преобразователь, где преобразовываются в аналоговый сигнал и за тем этот сигнал поступает на аналоговый мультиплексор. Управление мультиплексором осуществляется через микроконтроллер.
Мультиплексор переключателя канала, по которому протекает управляющий сигнал, другими словами мы выбираем, какой магнитный пускатель нужно активизировать и далее какой привод включить. С выхода мультиплексора сигнал поступает на один из четырех магнитных пускателей, кроме того управляющие сигналы поступают на преобразователь частоты фирмы HITACHI, который используется для регулирования скорости подачи. Наконец, магнитные пускатели осуществляют управление приводами главного движения (привод вращения пилы), продольной подачи (привод перемещения каретки), поперечной подачи (привод подъема-опускания рабочего модуля) и привод поворота заготовки (привод кантователя).

 

 

2.4. Проектирование устройства натяжения ленточной пилы.

Сборочный чертеж устройства натяжения ленточной пилы представлен в графической части проекта.

2.4.1. Выбор способа контроля натяжения пилы.

После тщательного анализа конкурирующих вариантов контроля натяжения ленточной пилы оптимальным вариантом был признан способ, осннованный на измерении механического усилия элементов косвенно сопряженных механизмов, а точнее анализ сжатия и растяжения тарельчатых пружин, через которые передается сила натяжения на кулис натяжного шкива пилы.

2.4.2. Конструирование механизма натяжения пилы.

Вариант автоматизированного натяжения пилы был отвергнут по причинам экономической неэффективности (установка электропривода в узел натяжения вызвало бы неоправданное повышение себестоимость такой конструкции). К тому же это не обеспечило бы требуемой точности натяжения. По этим причинам было решено осуществлять натяжение пилы вручную. В спроектированной конструкции на выходном конце гайки, передающей силу натяжения установлен маховик. Вращение маховика, вызывает сжатия пакета тарельчатых пружин, которые передают усилие на кулис, после чего происходит перемещение натяжного шкива.
В целях повышения ходов гайки (а следовательно и точности натяжения) был увеличен набор по сравнению с базовым вариантом станка (см.п.2.4.2.1).

 

2.4.2.1. Анализ испытаний сжатия тарельчатых
проектируемого устройства натяжения.

В проектируемом устройстве натяжения пилы был увеличен набор тарельчатых пружин в целях повышения точности контроля натяжения. На предприятии ОАО “Курганмашзавод” во время прохождения преддипломной практики автором представленного проекта были проведены испытания процесса сжатия тарельчатых пружин при натяжении пилы. В частности, была исследована зависимость линейного сжатия пакета пружин от величины придаваемого усилия натяжения пиле. Испытания проводились следующим образом : пила была снята со шкивов и вместо нее был установлен динамометр для измерения усилия. Далее при помощи маховика производилось натяжение (в чатности сжатие пакета тарельчатых пружин), линейное изменение длины пакета измерялось при помощи микрометра и фиксировалось в таблице. Также фиксировались соответствующие показания динамометра (см. табл.5).

2.4.2.1.1. Моделирование процесса сжатия тарельчатых пружин
устройства натяжения.

Необходимость моделирования процесса сжатия тарельчатых пружин возникла с рядом следующих обстоятельств. Для того, чтобы проанализировать результаты испытаний сжатия тарельчатых пружин при увеличении натяжения пилы и подобрать датчик контроля натяжения необходимо было построть график зависимости по результатам табл.5, провести интерполяцию функции и детально выяснить поведение функции в рабочем диапазоне усилий. Эта задача многократно упрощается при составлении модели.
Моделирование процесса сжатия тарельчатых пружин было выполнено при помощи пакета VISSIM фирмы Visual Solutions. Преимуществом моделирования в пакете VISSIM является удобный пользовательский интерфейс, визуальная наглядность результатов моделирования. В отличие от моделей, построенных при помощи языков программирования высокого уровня (таких как,
Таблица 5
Зависимость сжатия пружин от величины натяжения
Усилие Р,кгс длина пакета пружин
L, мм
50 53,00
100 52,50
150 52,00
200 51,50
250 51,00
300 50,50
320 50,25
340 50,05
360 49,75
380 49,60
400 49,50
420 49,25
440 49,05


например, Паскаль), в пакете VISSIM можно без особых сложностей изменять любые параметры модели.
По результатам табл.5 была таблично задана функция при помощи блока “Data file import” - чтение данных из файла. После чего был построен график этой функции. За тем был определен и построен рабочий диапазон усилий - 405..415 кгс . Выяснилось, что в этом диапазоне график функции является линейным (см. графическую часть проекта). В точке, соответствующей 405 кгс длина пружин составляет 49,43 мм, а в точке, соответствующей 415 кгс – 49,32 мм. Найдем соответствующее уравнение прямой в виде
y=kx+b, (2)
где у - усилие, х – длина пакета пружин, k и b – коэффициенты. Для этого решим систему уравнений :
405=k*49,43+b (3 )
415=k*49,32+b. (4)
Поучаем :
b=405-49,43*k; (5)
415=k*49,32+405-49,43*k; (6)
49,32*k-49,43*k=415-405; (7)
-0,11*k=10; (8)
k=-90,91; (9)

График сжатия тарельчатых пружин устройства натяжения
P, кгс
500
480
460
440
420
400
380
360
340
320
300 L, мм
49 49,1 49,2 49,3 49,4 49,5 49,6 49,7 49,8 49,9 50

----- - функция Р=f(L) ----- - рабочий диапазон усилий
----- - линеаризованная функция P=f(l) в рабочем диапазоне
усилий

Рис.4.
b=405+49,43*(-90,91); (10)
b=4898,64. (11)

В результате уравнение искомой функции имеет вид :
y=-90.91*x+4898,64. (12)

2.4.2.2. Выбор датчика контроля натяжения.

Измерение натяжения пилы нужно производить в диапазоне
410кгс + 6,25%, т.е. в рабочем диапазоне нужно производить измерения в пределах (0,11 + 0,0069) мм, следовательно необходимо делать измерения с точностью, не меньшей 6 мкм.С учетом поставленных требований был выбран контактный датчик измерений малых перемещений (см. рис.5), электрическую часть которого составляет волоконно-оптический преобразователь.
Измерительные волоконно-оптические преобразователи
представляют собой относительно новую область измерительной техники. Основными элементами таких преобразователей являются источник оптического

Датчик измерения натяжения пилы

 

 

 

 

Рис.5.

излучения и фотоприемник (см. рис.6). Объект (среда) исследования помещается между источником и приемником и меняет характеристики потока излучения, попадающего на приемник, а значит и выходное напряжение, снимаемое с фотоприемника. Для отделения объекта исследования от оптопреобразователей могут быть использованы специальные оптически прозрачные каналы с волоконной структурой – световоды.
На основе волоконно-оптических преобразователей созданы
устройства обработки изображения, а также малогабаритные преобразователи линейных и угловых перемещений, датчики давления, уровнемеры, измерители качества поверхности и другие устройства.

Структурная схема волоконно-оптического преобразователя.


Uвых.


Рис.6.

Датчик измерения натяжения пилы также построен на волоконно-оптическом преобразователе.
Основными преимуществами волоконно-оптических преобразователей являются возможность подведения света к контролируемой точке и установка электронных элементов преобразователей в удаленном месте, что важно при измерении во взрыво- и пожароопасных агрессивных средах, при наличии внешних электромагнитных полей, в труднодоступных местах.
В качестве источника излучения могут быть использованы твердотельные полупроводниковые лазеры или светоизлучающие диоды, в качестве фотоприемников – фоторезисторы, фотодиоды и фототранзисторы. Лазерные источники применяются при повышенных требованиях к когерентности излучения. Светодиоды, работающие в инфракрасной области спектра, имеют по сравнению с лазерами повышенную удельную мощность излучения и высокий коэффициент полезного действия.
Структура волоконно-оптических преобразователей перемещений со световодами (волоконно-оптических преобразователей с внешней модуляцией по Е.А. Заку /4/) зависят от конструкции световодного канала и электронной схемы преобразователя.
В датчике измерения натяжения пилы используется преобразователь с двумя раздельными световодами, по одному из которых излучение от источника достигает объекта измерения, а по второму отраженный свет возвращается к фотоприемнику. Торцы световодов объединены в общий коллектор (расщепленный световод). Такой преобразователь является наиболее простым по конструкции.
Структурная схема преобразователя состоит из следующих элементов :
1) устройство стабилизации тока светоизлучающего диода;
2) прецизионный усилитель постоянного тока;
3) устройство регулирования коэффициента усиления;
4) устройство смещения нуля усилителя постоянного тока;
5) устройство стабилизации напряжения питания;
6) источник излучения;
7) фотоприемник;
8) световоды;
9) измерительная поверхность.
Устройство стабилизации тока светоизлучающего диода обеспечивает запитку светодиода постоянным током 60 мА (см. /4/). Устройство регулировки коэффициента усиления позволяет менять коэффициент усиления прецизионного усилителя постоянного тока от 40 до 80 дБ (см. /4/) и регулировать таким образом чувствительность волоконно-оптического преобразователя. Устройство смещения нуля усилителя обеспечивает регулировку выходного напряжения преобразователя при установке рабочего диапазона.
В волоконно-оптическом измерительном преобразователе в качестве источника излучения используется арсенид-геллиевый инфракрасный светоизлучающий диод типа АЛ107А, значение длинны волны которого лежит в пределах 0,9-1 мкм /4/. В качестве фотоприемника при работе в паре с инфракрасными светоизлучающими диодами лучше подходят кремниевые фотодиоды, имеющие высокую чувствительность в диапазоне 0,8-0,9 мкм /5/ и обладающие высоким быстродействием. В волоконно-оптическом измерительном преобразователе в качестве фотоприемника используется фотодиод типа ФД256.
Как элемент электрической цепи светоизлучающий диод характеризуется вольт-амперной характеристикой, близкой к характеристике обычного диода.
Одним из недостатков светоизлучающих диодов является зависимость интенсивности излучения от температуры.
С увеличением температуры интенсивность излучения уменьшается и максимум спектральной характеристики смещается в сторону длинных волн. Величина и характер изменения интенсивности светоизлучающих диодов при изменении температуры окружающей среды определяется их физико-химическими свойствами.
В случае линейного характера изменения интенсивности излучения светоизлучающего диода в заданном диапазоне температур температурная нестабильность излучения характеризуется температурным коэффициентом КТ, значение которого находится из выражения :

(13)

где Ф – величина изменения интенсивности излучения светоизлучающего диода; Фмах – максимальная интенсивность излучения; Т – изменение температуры светоизлучающего диода.
Значения температурных коэффициентов для некоторых светоизлучающих диодов приведены в /6/. Однако изменение интенсивности излучения от температуры имеет более сложный характер. В /6/ приведены графические зависимости мощности излучения и прямого напряжения от температуры.
Питание светоизлучающего диода может осуществляться в различных режимах : постоянным током, импульсным током и током специальной формы (например, питание током, сформированным по экспоненте). В нашем случае используется питание постоянным током. Применяются следующие методы стабилизации интенсивности излучения светоизлучающих диодов : термостатирование, изоляция диодов от от различного рода дестабилизирующих воздействий, введение в цепь питания термочувствительных элементов с обратной температурной характеристикой, выбор оптимальных сопротивлений цепи питания, стабилизация рабочего режима введением обратной связи по термозависимому параметру светоизлучающего диода и др.
Световод представляет собой пучок элементарных оптических волокон и предназначен для передачи и фокусировки оптического излучения. Элементарное оптическое волокно – тонкая гибкая нить диаметром от 5 до 300 мкм, изготовленная из прозрачного материала (обычно кварцевого стекла) таким образом, что ее центральная часть оптически более плотная, чем периферийные области. Вследствие этого, благодаря эффекту полного внутреннего отражения от границы раздела материалов с разной плотностью, направляемый на торец волокна сколимированный луч света распространяется вдоль его оси и может пройти с малым затуханием значительное расстояние.
Различают ступенчатые и градиентные световоды. В ступенчатых световодах, выполненных из материалов с постоянными показателями преломления, траектория распространения световых лучей представляет собой ломанную линию. Показатель преломления градиентных световодов плавно уменьшается от центра к краю, вследствие чего лучи, распространяющиеся вдоль световода, имеют плавную траекторию /7,8/.
Поперечное сечение световодов может иметь круглую, прямоугольную, шестигранную и другую более сложную форму.
В зависимости от упорядочности укладки пучков элементарных волокон на входном и выходном торцах различают световоды регулярные (для передачи изображения) и нерегулярные (для передачи потока излучения).
По форме торцевых поверхностей световоды бывают простые (оба торца имеют одинаковую форму), ленточные, кольцевые, расщепленные.
Распространение световых лучей внутри элементарного световода определяется законами геометрической оптики при условии, что диаметр световода в несколько раз превышает длину световой волны. Если диаметр соизмерим с длиной волны, то в световоде могут распространятся только вполне определенные типы волн (моды). Световоды, применяемые в данном волоконно-оптическом преобразователе, являются многомодовыми : число мод в них больше единицы.
К основным оптическим характеристикам световодов относятся : числовая апертура, коэффициент пропускания и разрешающая способность. Числовая апертура характеризует максимальный телесный угол конического пучка лучей, пропускаемых световодом при условии полного внутреннего отражения от оболочки.
Коэффициент пропускания определяется как отношение потока излучения, выходящего из световода, к потоку, входящему в него.
Разрешающая способность световода, измеряемая числом линий на 1 мм, примерно равна половине числа волокон, размещенных на 1 мм торца световода.
Настройка датчика происходит следующим образом : при помощи рукоятки (маховика) производится сжатие тарельчатых пружин устройства натяжения, сжатие пружин контролируется по микрометру (для крепления микрометра в том же фланце, в котором устанавливается датчик натяжения предусмотрено специальное отверстие), величина сжатия пружин должна в этом случае соответствовать величине нижнего порога рабочего диапазона усилий. После чего производится прижатие контактной поверхности датчика к диску пружины (фактически будем контролировать величину перемещений этого диска). Напряжение, которое появилось на выходе преобразователя заносим в память устройства управления. Далее аналогично находим значение напряжения, которое будет соответствовать верхнему порогу рабочего диапазона усилий. В результате мы имеем две точки в рабочем диапазоне измерений, а так как мы выяснили, что характер функции сжатия тарельчатых пружин носит линейный характер (см.п.2.4.2.1.1),то теперь мы можем после соответствующих вычислений получить велечину натяжения ленточной пилы в любой момент времени.
2.4.2.2.1. Выбор схемотехники и расчет волоконно-оптического
измерительного преобразователя.

Электрическая принципиальная схема волоконно-оптического преобразователя представлена на рис.7. Устройство содержит :три операционных усилителя - DA1, DA2 – серии К140УД1208 и прецизионный усилитель DA3 серии К140УД7А; фотодиод ФД256; светодиод АЛ307; 14 резисторов; диод Д219А; стабилитрон Д818Г; транзистор КТ626Б.
Преобразователь функционирует следующим образом. Сигнал с датчика с заданной погрешностью срабатывания =3% сравнивается с сигналом поступающим с прецизионного усилителя. В зависимости от разницы напряжений формируется, преобразуется и усиливается выходной сигнал.
Для операционного усилителя DA1 справедлива формула

, (14)
где R9,R10 – сопротивления резисторов, Ом; % =3%.
Сопротивление резистора R10=1 кОм, тогда
R9= * R10 (15)
R9=0,03*1000=30 Ом. (16)

2.4.2.2.2. Проектирование печатной платы преобразователя

Для волоконно-оптического преобразователя разработана печатная плата. Чертеж печатной платы приведен в графической документации проекта. Данная печатная плата является односторонней с металлизированными монтажными отверстиями.
Технические требования :
Плату изготовить комбинированным
методом.
Плата должна соответствовать НГО 077.000.

 

Шаг координатной сетки 2,5 мм.
Конфигурацию проводника выдерживать по координатной сетке с отклонением от чертежа 0,5 мм.
Предельные отклонения размеров между центрами отверстий в узких местах 0,2 мм, в свободных местах 0,3 мм.
Маркировку производить краской МКМ КЭ4 по НГО 028.000
ГОСТ 3ПО НО 010.007.
Материал для изготовления печатной платы : стеклотекстолит общего назначения негорючий фольгированный СОНФ-2 толщиной
2 мм (ГОСТ 12652-74).

2.5. Автоматизация механизма подъема (опускания) рабочего
модуля.

Автоматизация механизма подъема (опускания) рабочего
модуля состоит в измерении линейных вертикальных перемещений рабочего модуля и управлении приводом перемещения. Оператор с пульта управления задает велечину перемещения (толщину доски) и далее контролируемый датчиком привод опускает (поднимает) модуль на заданную велечину.
Механизм подъема рабочего модуля представлен в графической части проекта.

2.5.1. Выбор датчика вертикального перемещения рабочего
модуля

Датчиком вертикального перемещения рабочего модуля был выбран датчик фотоимпульсный модели ВЕ-178А, производства предприятия ВФ ЭНИМС (ОЗ “Прецизика”). Датчик имеет следующие характеристики :
- класс точности 9;
- число выходных сигналов (прямых и инверсных) 6;
- число выходных импульсов за один оборот вала 100;
- максимальная частота, Гц 0,2;
- напряжение питания / потребная мощность, В/Вт +5/


2.5.2. Разработка конструктивного решения размещения датчика вертикального перемещения рабочего модуля.


Конструкция крепление датчика ВЕ-178А

 

 

 

 

 

 

 

 


1- Муфта ВЕ-178А50.01
2- Датчик ВЕ-178А
Рис.3.

Датчик крепится при помощи муфты ВЕ-178А50.01 (см. рис.8) на ведомом валу двигателя.

2.6. Проектирование устройства кантования заготовок в рабочей
зоне комплекса.

Устройство кантования (см. чертеж общего вида графической части проекта) позволяет поворачивать заготовки в рабочей зоне, что существенно увеличивает производительность комплекса.

2.6.1. Разработка конструкции кантователя

Кантователь состоит из двух частей, расположенных по разные стороны рабочей зоны комплекса с торцев находящейся там заготовки. Одна из частей (подвижная) находится на основании каретки, вторая часть (неподвижная) – по другую сторону рабочей зоны. Неподвижная часть снабжена приводом с электродвигателем, который собственно и осуществляет поворот заготовки. Угол поворота контролируется по закрепленному на валу поворотной шестерни зубьев датчику ВЕ-178А. Конструкция крепления датчика аналогична той, что рассмотрена в механизме подъема рабочего модуля (см.п.2.5.2).
Процесс кантования состоит в следующем. По заготовке, находящейся в рабочей зоне комплекса с торцев настраиваются поворотные шестерни с зубъями. Настройка делается по центру и производится при помощи маховиков, которые позволяют перемещать несущую часть кантователь по направляющим суппорта. После настройки включается привод подачи и подвижная часть врезается с торца в заготовки, заготовка с другого торца упирается в зубцы неподвижной части кантователя. Далее при помощи маховиков происходит поднятие заготовки на высоту, необходимую для поворота. После этого с пульта управления производится включение привода поворота и заготовка поворачивается на заданный угол (по заданной конфигурации – на 90 градусов).

2.6.2. Выбор электродвигателя привода поворота заготовки.

Процесс кантования не критичен к частоте вращения вала на выходе, нужен лиш двигатель с достаточным крутящим моментом. Исходя из этих условий выбираем асинхронный электродвигатель АИРМ100М2У3, мощность двигателя 5 кВт, частота вращения 5 кВт.

2.7. Проектирование программно-логической подсистемы
управления механизмами комплекса.

2.7.1. Алгоритм управления механизмами комплекса.

Блок-схема алгоритма управления механизмами комплекса представлена в графической части проекта.
Алгоритм состоит в следующем. Задается режим работы устройства управления : автоматизированный, ручной или программирование. В режиме программирования задаются значение высоты верхней кромки “ВК”; задается последовательность распила – горбыль-основание-горбыль, горбыль-основание, основание-горбыль или основание. Далее анализируется заданный режим в зависимости от которого задается глубина перемещения инструмента или толщина верхней кромки, толщина нижней кромки.
Если был выбран ручной режим работы, то управление осуществляется при помощи клавиш “влево”, “вправо”, “вверх”, “вниз”. В атоматизированном режиме управление происходит по алгоритму, заданному в режиме программирования.

 


2.7.2. Расчет элементов силовой электроавтоматики.

Технические характеристики двигателя привода механизма подъема (опускания) рабочего модуля :
мощность, Рном = 0.75 кВт;
КПД,  = 72%;
cos  = 0.73;
n = 1000 об/мин.
Рассчитаем для этого двигателя магнитный пускатель. Мощность двигателя, включенного в трехфазную сеть, определяется по формуле:
(17)
откуда ток равен:
(18)

(19)

Магнитный пускатель выбираем по следующим условиям:

Uном. м. п  Uном. дв (20)
Iном. м. п = Iном. дв (21)

Окончательно выбираем магнитный пускатель
ПМ-12-01-0270 ТУ 16-89.

 

 

3. ИНФОРМАЦИОННОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Информационное обеспечение является базисом функционирования и связи с органами чувств оператора автоматизированной системы.
Информационная система, как совокупность методов и средств формирования, преобразования и использования информационных массивов, весьма многообразны. Число таких систем достаточно велико, они могут охватывать разные стороны управленческой деятельности.
Теоретические исследования и практический опыт показывают, что при создании информационной структуры необходимо учитывать, что :
- информационная система представляет собой научный
инструмент анализа процессов управления;
- информационная система может рассматриваться как
совокупность элементов информационного обеспечения процессов управления;
- информационная система предусматривает необходимость использования взаимосвязанного комплекса методов и средств, направленных на совершенствование процессов управления.
С позиций этих трех аспектов системный подход представляет собой методологию постановки и осуществления экономического исследования, методологию изучения специфических явлений в системе управления и методологию проектирования и внедрения информационных систем для оптимизации процессов управления.

3.1. Информационная структура системы управления.

Для проектируемой системы управления выделим следующие информационные функции :
И1. Опрос, ввод и предварительная обработка данных о состоянии внутренних информационно-измерительных подсистем (датчики натяжения пилы, датчик вертикальных перемещений рабочего модуля, датчик угла поворота заготовки).
И2. Считывание и предварительная обработка информации, вводимой оператором.
И3. Считывание и предварительная обработка информации с интерфейсов внешних подсистем.
И4. Расчет неизмеряемых переменных.
И5. Вывод информации на исполнительные устройства.
И6. Вывод информации оператору.
И7. Вывод информации на внешние системы.
И8. Служба времени.
И9. Обнаружение отключения контролируемых параметров.
И10. Идентификация объектов.
В соответствии с выделенными выше функциями составим информационную структуру системы управления, которая приведена в табл.6.

Таблица 6
Информационная структура системы управления
№ Имя эле-мен-та Описание элемента Тип элемента Список обслуживае-мых функций Приме-чание
1 2 3 4 5 6
1 SQ1 датчик натяжения пилы источник информации контроль усилия натяжения пилы
2 SQ2 датчик вертикальных перемещений рабочего модуля источник информации контроль вертикаль-
ных перемещений рабочего модуля

Продолжение таблицы 6
1 2 3 4 5 6
3 SQ3 датчик угла поворота заготовки источник информации контроль угла поворота заготовки
4 КМ1 двигатель глав-ного движения приемник информации вращение пилы
5 КМ2 двигатель механизма подъема приемник информации подъем (опускание) рабочего модуля
6 КМ3 двигатель кантователя приемник информации поворот заготовки
7 КМ4 двигатель перемещения каретки приемник информации горизонтальное перемещение каретки
8 Р1 преобразователь измерительный волоконно-оптический преобразо-ватель информации преобразование сигнала с датчика натяжения пилы
9 Р2 преобразователь частоты HITACHI преобразо-ватель информации преобразование частоты вращения двигателя для двига-телей прводов подач
10 SB1 Кнопка “Пуск” источник информации активизация системы на пульте опера-тора
11 SB2 Кнопка “Стоп” источник информации дезактивизация системы на пульте опера-тора
Продолжение таблицы 6
1 2 3 4 5 6
12 SB3 Кнопка “Каретка” источник информации включение двигателя привода каретки на пульте опера-тора
13 SB4 кнопка “Реверс каретки” источник информации реверс двигателя привода каретки на пульте опера-тора
14 SK1-SK16 клавиши клавиатуры источник информации управление механизмами комплекса на пульте опера-тора
15 SA1 переключатель источник информации режим подъем/каретка на пульте опера-тора
16 HL1-HL12 индикация приемник информации отображение информации о состоянии объекта на пульте опера-тора
17 Р технологический пульт оператора приемник/
источник информации ввод/вывод данных
18 К1 микроконтроллер Atmel 89с51 преобразо-ватель информации реализация алгоритма управления


3.2. Программы управления программируемого контроллера.

Листинг программы управления программируемого контроллера с коментариями предстален в приложении данного документа. Программа написана на языке программирования Ассемблер.
4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПРОЦЕССА

Пиломатериалы находят широкое применение в народном хозяйстве нашей страны. По объему использования в строительстве и промышленности пиломатериалы превосходят сталь и цемент. Пиломатериалы – незаменимы для изготовления полов, оконных блоков и многих других строительных, промышленных и бытовых изделий, исчесляемых тысячами наименований. Изделия из пиломатериалов отличаются высокой эксплуатационной надежностью и относительно низкой себестоимостью. В качестве примера можно привести относительные затраты на полы, с учетом их стоимости, срока службы и эксплуатационных издержек. По данным Е.П. Черняева /9/, эти затраты на полы из пиломатериалов в 2-2,5 раза ниже, чем из других приемлемых материалов. По данным за 1995 г. производство пиломатериалов в Российской Федерации составило свыше 25% по отношению к объему выпуска их во всех других странах. Такое положение обуславливается наличием достаточной сырьевой базы.
В прошлом во всех странах мира производились истощительные рубки лесов для нужд строительства, промышленности и на топливо. В результате такой эксплуатации во многих странах резко уменьшились лесные площади. Больше, чем в других странах мира, лесов сохранилось в России, Швеции, Финляндии, Норвегии и Канаде.
По мере вырубки обнаружилось и другое важное значение леса : лес обеспечивает защиту почв от ветровой и водной эрозии, предохраняет сельскохозяйственные угодья от иссушающих ветров (суховеев), пылевых бурь, обеспечивает снегозадержание, накопление влаги в земле, способствует получению устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур; защищает реки от заиления и разрушения берегов, кольматирует твердые выбросы и очищает воду в питьевых водохранилищах; сохраняет полноводность рек и создает благоприятные условия для нереста ценных видов рыб; защищает дороги от снежных и песчаных заносов и эрозийных воздействий паводковых вод; очищает воздушный бассейн от вредных промышленных газов, обогащает его ионизированным кислородом и фитонцидами; поглощает пыль и шумы; создает препятствия для проникновения холодных масс воздуха и мерзлоты с севера в средние и южные районы; служит кормовой базой для птиц и животных, средой для их жизни, для развития пушного и охотничьего промыслов, сбора грибов, ягод, лекарственных растений и т.д.

4.1. Расчет параметров технологического процесса распила
пиломатериала.

Диаметр древесного ствола уменьшается от комля к вершине. Уменьшение диаметра, приходящееся на единицу длины называется сбегом. Для оценки различий в сбеге отдельных бревен принято определять средний сбег, представляющий собой отношение разности между диаметрами в нижнем Dн и верхнем dВ торцах к длине бревна L:

. (22)

Определим средний сбег для бревна, имеющего длину L=5 м, диаметр верхнего торца dВ =30 см и диаметр нижнего торца
Dн=36 см :

(23)

При определении среднего сбега у комлевых бревен нижний диаметр Dн берут не у комлевого торца бревна, а на расстоянии от него на 1 м (из-за корневых наплывов). Соответственно с этим при определении среднего сбега комлевых бревен разность между Dн и dВ делят на длину бревна, уменьшенную на один метр :

, (24)


. (25)

По исследованию С.Н. Обанина /9/, среднеарифметические величины среднего сбега находятся в прямолинейной зависимости от толщины бревен. Зависимость эта характеризуется уравнением

Sср=0,39+0.021D, (26)
где D – диаметр, см, для комлевых бревен на расстоянии от комля 1 м, для всех остальных – в нижнем торце,
Sср=0,39+0.021*35=1,13. (27)
В деревообрабатывающем производстве в зависимости от диаметров бревен средние сбеги, свойственные наиболее распространенным в России насаждениям II и III бонитетов, приняты в размерах, приведенных в табл.7 /1/.


Таблица 7
Средние сбеги
Диаметр бревен в верхнем отрезке, см Средний сбег, см/м Диаметр бревен в верхнем отрезке, см Средний сбег, см/м
12-13 0,75 39-42 1,35
14-18 0,80 43-46 1,45
19-22 0,90 47-50 1,55
23-26 1,00 51-55 1,65
27-30 1,10 56-58 1,70
31-34 1,15 60 и более 1,80
35-38 1,25

При пользовании этой таблицей необходимо учитывать, что действительные сбеги в любой партии бревен в соответствии с законом нормального распределения имеют отклонения как в большую, так и в меньшую сторону от средних.
В лесной таксации при изучении влияния сбега на объем бревен различают периферийную часть бревна, зону сбега и центральную, которую называют цилиндрической. К цилиндрической части бревна относится зона цилиндра, за основание которого принимается верхний торец бревна, а вся остальная его часть относится к сбеговой зоне.
Объем зоны сбега зависит от величины сбега, длины и толщины бревна. По данным проф. Е.П. Черняева, у бревен средней длины (6м), на зону сбега приходится 20,8, у длинных (10м) – 31,1% объема. Относительный объем сбеговой зоны больше у тонких и меньше у толстых бревен (см. табл.8).
Раскрой древесины в рамках данного проекта осуществляется с помощью кплекса, инструментом которого является ленточная пила. Работы, выполняемые комплексом, называются технологическими операциями, а совокупность всех операций – технологическим процессом.
Таблица 8
Относительный объем сбеговой зоны
Длина, м Толщина, см Зона сбега, %
6 15 24,2
6 25 19,4
6 40 16,7


Конечная цель раскроя пиловочного сырья это получение заготовок определенных размеров и качества, предназначенных для изготовления конкретных изделий, сооружений или деталей для них (строительных деталей, мебели, тары, деталей машин, музыкальных инструментов и т.п.). Одну и ту же конечную продукцию можно вырабатывать по разным технологическим процессам, при различном составе и последовательности операций и применяемого оборудования. В одних процессах пиловочное сырье распиливают вначале на толщину, заданную в пиленой продукции, за тем на ширину и длину. Есть процессы, в которых продукция формируется последовательно по длине, толщине и ширине. Применительно к проекту продукция формируется по толщине.
Выбор и обоснование того или другого процесса распиловки сырья определяется экономическими показателями. Главнейшие из них – это выход конечной продукции и затраты труда на его изготовление.
Под выходом пиленой продукции следует понимать отношение объема полученной продукции к объему затраченного на нее сырья :


, (28)
где К – коэффициент выхода готовой продукции из перерабатываемого сырья;
P – процент выхода пилопродукции от перерабатываемого сырья;
VП – объем продукции, получаемой из сырья;
VС – объем сырья, затраченного на выработку данной продукции,

. (29)

В себестоимости пиленой продукции затраты на сырье составляют 70-80 % от всех затрат на ее выработку. Это подчеркивает особое значение показателя экономного использования сырья.
Снижение расхода сырья на 1% равноценно увеличению производительности труда на 2,5-5%.
Показатель использования сырья можно определять как по всему процессу, так и по стадиям в отдельности. Под стадиями процесса следует понимать части единого технологического процесса – от заготовки сырья до выработки конечной продукции и поставки ее потребителям. К таким стадиям, например, можно отнести процесс заготовки сырья, процесс раскроя пиловочного сырья, процесс раскроя пиловочного сырья на пиломатериалы, процесс раскроя пиломатериалов на заготовки и т.д.
Высокие показатели рационального использования сырья имеют важное значение как для всего процесса, так и для отдельных его стадий.
Показатель использования сырья по всему процессу может быть установлен не только, как отношение объема конечной продукции к объему сырья, затраченного в первой стадии (см.ф.8), но и как произведение коэффициентов по стадиям процесса :
Кпроц=К1К2К3…Кn, (30)

где Кпроц – коэффициент использования первичного сырья по процессу в целом (интегральный коэффициент);
К1 , К2 , К3 , Кn – коэффициенты использования сырья по стадиям процесса.
Найдем коэффициент использования первичного сырья по процессу в целом применительно к спроектированному комплексу по стадиям, указанным выше :
Кпроц=0,7*0,9*0,85*0,9=0,28. (31)
Наиболее важное значение имеет коэффициент использования сырья по процессу в целом : чем больше этот коэффициент, тем ниже себестоимость конечной продукции. Высокие показатели использования сырья по отдельным стадиям процесса не всегда обеспечивают получение должного показателя по процессу в целом. Во многих случаях бывает выгоднее получить меньший показатель на одной из стадий с тем, чтобы достигнуть более высоких показателей на следующих стадиях и по процессу в целом.
Для получения высокого интегрального показателя использование сырья все стадии изготовления продукции следует рассматривать как части единого процесса. Это необходимо даже в тех случаях, когда отдельные стадии выполняются на разных предприятиях. В этом случае принцип единства процесса обеспечивается техническими требованиями на материалы и сырье, которые поставляют другие предприятия.
Раскрой пиловочного сырья на пиломатериалы осуществляется в лесопильных цехах. Последние характеризуются составом вырабатываемых пиломатериалов по размерам, качеству, степени обработки и их назначению, а также особенностями распиливаемого сырья, принятыми способами раскроя бревен, используемым для выработки пиломатериалов пилооборудованием, объемами производства и способами использования отходов. Одни и те же пиломатериалы можно получить различными технологическими процессами. При этом отличными могут быть как способы раскроя бревен, так и состав и последовательность технологических операций, а следовательно, и применяемое оборудование. Поэтому установление наиболее экономичных решений технологических и технических вопросов для современных лесопильных предприятий является одной из важнейших задач. Наиболее распространенными являются следующие технологические процессы:
раскрой пиловочных бревен брусо-развальным способом на обрезные пиломатериалы;
раскрой бревен хвойных пород развальным способом на обрезные пиломатериалы;
раскрой хвойного и лиственного пиловочного сырья вразвал на необрезные пиломатериалы.
Первые два процесса распространены в лесопильных цехах, вырабатывающих экспортные пиломатериалы. Третий способ специфичен для предприятий, используещих пиломатериалы на такие виды продукции, как бруски створок оконных блоков, тару и др. При изготовлении этой продукции из необрезных досок обеспечивается более рациональное использование пиловочного сырья. Если пиломатериалы вырабатываются для последующего изготовления из них не только целых, но и клееных заготовок, то может быть применен развально-сегментный способ раскроя сырья на пиломатериалы с пластями, строго ориентированными относительно годичных колец древесины (лыжные бруски, резонансовые пиломатериалы, клепка и т.п.). В технологических процессах раскроя пиловочных бревен на пиломатериалы, независимо от их различия, можно выделить определенные операции и оборудование (см. табл.).
Таблица 9
Операции и оборудование технологических процессов раскроя пиломатериалов
Операции Используемое оборудование
Продольный раскрой бревен, брусьев, секторов и сегментов на пиломатериалы Вертикальные и горизонтальные лесопильные рамы, ленточнопильные и круглопильные станки, фрезерные и фрезернопильные агрегаты
Продольный раскрой и формирование ширины досок Двухпильные и многопильные, круглопильные и кромкофрезерные станки
Поперечный раскрой и формирование длины досок Многопильные круглопильные установки и однопильные круглопильные станки

Выбор оборудования определяется назначением, размерами и требуемым качеством пиломатериалов, особенностями принятого способа раскроя бревен, качеством и размерами распиливаемого сырья и экономической выгодностью применения того или иного оборудования в различных условиях.
В США и Канаде продольный раскрой бревен и брусьев осуществляется преимущественно на ленточнопильных станках и реже на лесопильных рамах. В европейских странах в основном используются вертикальные лесопильные рамы и круглопильные станки, реже (во Франции) – ленточнопильные. В вертикальных лесопильных рамах пилы, натянутые в пильной рамке, совершают поступательно-возвратное движение в вертикальной плоскости. В раму одновременно устанавливают несколько (постав) пил. Так осуществляется групповая распиловка бревен.
В ленточнопильных станках пильная лента натянута на два шкива и совершает непрерывное движение в одном направлении. Бревно в процессе распиловки имеет поступательно-возвратное движение (перед каждым резом бревно устанавливается в исходное положение). Распиловка бревна осуществляется последовательными резами, и каждый последующий рез назначается с учетом особенностей бревна и качества открывшейся плоскости распила. Такая распиловка называется индивидуальной.
Различие в использовании оборудования для раскроя бревен обусловливалось главным образом размерными и качественными особенностями сырья. В США и Канаде пиловочное сырье характеризуется большими размерами, которые нередко достигают в диаметре до 1,5-2 м, в то время как в северных странах Европы (Финляндия, Швеция) средний диаметр сырья находится в пределах 18-20 см. С размерами сырья связано его качество. В крупномерном сырье резче, чем в маломерном, выделены зоны различий по качеству древесины и соответственно больше размеры каждой качественной зоны. Поэтому при индивидуальной распиловке крупномерного сырья, осуществляемой на ленточнопильных станках, имеется возможность выпиливать брусья в пределах однородной по качеству зоны бревна и, следовательно, лучше использовать его качественные особенности по сравнению с групповой распиловкой на лесопильных рамах, где полностью исключается индивидуальный подход к распиловке отдельных бревен. Кроме того, распиловка крупномерного сырья на широкопросветных рамах менее производительна, чем на ленточнопильных станках. Все это определило преимущественное применение ленточнопильных станков для распиловки крупномерных бревен.
Однако распиловка тонкомерного сырья весьма эффективно может осуществляться на лесопильных рамах, если применять поставы, соответсвующие группам бревен, подобранным по размерам и качеству. Узко- и среднепросветные лесопильные рамы при распиловке сырья не уступают в производительности ленточнопильным станкам. В то же время указанные лесопильные рамы обеспечивают более высокое качество поверхности распила и точность размеров пиломатериалов, что получается в результате более устойчивого положения пил при распиловке. В настоящее время ленточнопильные станки для распиловки бревен получают более широкое применение также и в европейских странах. Кроме Франции, ленточнопильные станки изготавливают в Югославии, Италии, Германии, Швеции, России, Белоруссии и других странах. Большое внимание применению этого бревнопильного оборудования уделяется и в Японии.
Ленточнопильная распиловка бревен в последние годы существенно изменилась. С одной стороны, продолжает совершенствоваться распиловка на традиционных ленточнопильных станках с индивидуальной распиловкой бревен, достигнуто повышение производительности станков и уменьшение ширины пропила за счет совершенствования системы натяжения пилы, получает применение двусторонняя пильная лента, которая исключает холостой ход бревна, созданы двухпильные ленточные станки. С другой стороны, в ленточнопильной распиловке изменяются традиционные принципы и намечается переход от индивидуальной распиловки бревен к групповой, - в ряде стран созданы автоматизированные ленточнопильные установки на базе нескольких последовательно установленных сдвоенных или счетверенных ленточнопильных агрегатов, отличающихся высокой производительностью.
Круглопильные станки используют преимущественно для распиловки тонких бревен. По сравнению с лесопильными рамами и ленточнопильными станками они дают более широкий пропил и меньшую точность размеров пиломатериалов. При толщине пил, равной 4-8 мм ширина пропила на круглопильнных станках составляет 6-8 мм; на лесопильных рамах она находится обычно в пределах 3-4 мм. Основное преимущество круглопильных станков по сравнению с другим бревнопильным оборудованием заключается в простоте конструкции при распиловке тонкомерного сырья.
Станки для продольной распиловки бревен являются головным оборудованием лесопильного потока. Они определяют его пропускную способность, а также характер и объем проходящего в потоке материала. В целях повышения пропускной способности лесопильных потоков и концентрации технологических операций на головном оборудовании имеется тенденция к использованию фрезерных и фрезернопильных агрегатов. Фрезерные агрегаты устанавливаются вместе с лесопильными рамами, ленточнопильными или круглопильными станками в виде приставок к ним или как отдельно стоящие установки для переработки периферийных частей бревен и брусьев на технологическую щепу. Фрезернопильные агрегаты перерабатывают бревна на пиломатериалы и технологическую щепу (без отходов в горбыли и рейки). Они в основном предназначены для переработки тонкомерных бревен.
Впервые эксперементальные агрегатные фрезернопильные установки были разработаны в СССР (ЦНИИМОД) и в США. Теперь метод агрегатной обработки бревен получил широкое распространение в Канаде, США, Швеции, Германии и других странах. Оборудование для фрезернопильных установок производится и Российской Федерации.
Продольный раскрой широких досок на более узкие и обрезку обзольных кромок у необрезных досок (для получения из них обрезных досок) производят на различных по конструкции и количеству пил круглопильных обрезных станках. За последние годы во многих странах для обрезки обзольных кромок у необрезных досок начинают использовать кромкофрезерные обрезные станки, которые отличаются высокой производительностью. На кромкофрезерных обрезных станках вместо традиционных отходов в виде реек из боковых частей досок вырабатывается технологическая щепа.
Поперечный раскрой и торцовку досок по длине можно производить на однопильных круглопильных станках или специальных многопильных установках. Оборудование для выполнения отдельных технологических операций должно соответствовать условиям производства и обеспечивать наибольший технико-экономический эффект.
Степень использования пиловочного сырья и пиломатериалов зависит не только от выбора способов их раскроя на пилопродукцию заданных размеров, но и от использования для этих целей сырья и пиломатериалов необходимого качества. Влияние несоответствия качества пиломатериалов и заготовок наглядно иллюстрируется показателями расхода сырья (см. табл. 10).

 

 

Таблица 10
Расход пиломатериалов разной сортности на выработку 1 м3 заготовок (по данным Д.А Филипова и Н.А. Попова)
Характерис-тика пило-материалов Сорт пило-материалов Характерис-тика заготовок Расход пило-материалов на выра-ботку 1 м3 заготовок Относитель-ный процент расхода пило-материалов
Хвойные, обрезные, сформирован-ные по сечению заготовок I
II
III
IV Мебельные
»
»
» 1,10
1,21
1,38
1,85 100
110
124
168
Хвойные обрезные разной ширины I
II
III
IV Мебельные
»
»
» 1,29
1,43
1,57
2,10 100
110
121
163
Хвойные, пре-имущественно обрезные I
II
III
IV Стройдетали
»
»
» 1,28
1,43
2,00
2,50 100
117
157
180

Данные табл. 10 подтверждают огромную значимость выработки из бревен пиломатериалов не только заданных размеров, но и необходимого качества, так как последнее оказывает большее влияние на расход древесины, чем переработка пиломатериалов с отступлениями от необходимых размеров по ширине. Так, например, при переработке пиломатериалов I сорта(см.табл.11),соответствующих сечению мебельных заготовок, расходуется 1,1 м3 пиломатериалов, а при переработке пиломатериалов того же сорта, но различной ширины объем увеличивается до 1,29 м3, т.е. в 1,17 раза. При выработке тех же заготовок из пиломатериалов в одном случае из I, а в других из IV сорта соответственно увеличивается их расход с 1,1 до 1,85 м3 на выработку 1 м3 заготовок, т.е в 1,68 раза /9/, что и определяет (наряду с важностью обеспечения выработки пиломатериалов заданных размеров) особую важность выработки необходимого качества.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ.

5.1. Инструкция по эксплуатации комплекса.

Установить каретку с рабочим модулем в крайнее положение (в положение, не мешающее загрузке).
Натянуть ленточную пилу, контролируя величину усилия натяжения по индикаторам, расположенным на пульте оператора. Величина усилия должна быть 410 + 5 кгс.
Установить откидные опоры в нижнее положение (при распиловке бревен диаметром менее 400 мм допускается поднимать их в верхнее положение и перемещать по направлению оси бревна).
Установить бревно на опорные поверхности поперечных балок, прижать к упорам с помощью грузоподъемных средств или используя направляющие для закатывания бревна. Подвести прижимы. При необходимости, подкладывая прокладку под бревно, выверять в горизонтальной плоскости в целях обеспечения оптимального раскроя. Проверить зазор между торцем пилы и ребордами роликов.
Закрепить бревно выведя упоры в угловое положение и выставить прижимы. При этом положение упоров и элементов прижимов должно быть минимальным по высоте, обеспечивающим зажим бревна. Зажать рукоятками прижимов бревно.
Наметить оптимальную схему распиловки бревна. Толщина пропила составляет 2..2,5 мм.
Провести распиловку, руководствуясь рекомендациями, изложенными в других разделах данного документа.
При пилении смолистой древесины, а также при отрицательных температурах (мерзлой древесины) рекомендуется подавать в зону резания с помощью системы смазки воду или незамерзающий раствор.
Для распиловки мерзлой древесины рекомендуется использовать пилы с увеличенным разводом зубъев пилы.
В процессе работы периодически следить за показаниями усиля натяжения пилы. В случае отклонения давления от нормы необходимо с помощью рукоятки натяжения привести его в норму.
Опробование, пуск, проверку режимов, испытание механизма подачи выполнять в комплексе с остальным оборудованием объекта. Включив привод перемещения, следить во время работы за ходом распиловки. Не допускать перебега каретки с пильным модулем до жесткого упора. После подъема пилы включить реверс ( откатка ) , визуально следить за величиной откатки в зависимости от длин распиливаемых заготовок. По окончании пиления привод обесточить.
При пилении бруса на обрезную доску головки прижимов и упоры должны выступать по высоте от основания бруса на расстояние 10..15 мм.
Запрещается : перемещать каретку с рабочим модулем при пилении в направлении, противоположном пилению (на себя), т.к. это может привести к сходу пилы со шкивов.

 

 

 

 

 

 

 


6. ФУНКЦИОНАЛЬНО-СТОМОСТНОЙ И ЭКОНОМИЧЕСКИЙ
АНАЛИЗ ПРОЕКТА

6.1. Функционально-стоимостной анализ проектируемого
варианта комплекса

Структурная модель проектируемого комплекса представлена на рис.9, а функциональная модель на рис.10.
Путем совмещения структурной и функциональной модели строим совмещенную функционально-стоимостную модель проектируемого комплекса, которая приведена в табл.11.
На основании данных таблицы строим функционально-стоимостную диаграмму и диаграмму качества исполнения функций проектируемого комплекса. Данные диаграммы приведены в графической документации проекта. При анализе диаграмм видно, что зоны диспропорции устраняются, а качество исполнения функций возрастает.

6.2. Расчет окупаемости и экономическая оценка проекта.

Инвестиции в данный проект составляют 73000 рублей. В том числе : 8000 рублей на закупку и установку ПК; 35000 рублей на устройство натяжения; 15000 рублей на датчики и преобразователи в механизме подъема; 25000 рублей на кантователь.
В качестве значения ставки дисконта принимается ставка Центрального банка России – 25%. Значение коэффициентов дисконтирования по годам :
PV1=0,76; PV2=0,57; PV3=0,43; PV4=0,33; PV5=0,25.
Схема формирования чистого денежного потока представлена в графической документации проекта.
Значение внутренней нормы доходности определим методом итерационного подбора : IRR=88%, т.е. проект эффективен (т.к. IRR>r), приведенная велечина дохода положительна, проект окупается за 4 года. График окупаемости проекта представлен в графической документации проекта.
Структурная модель проектируемого комплекса.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рис.9.

 


Функциональная модель проектируемого комплекса

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.10.

Таблица 11

Функционально-стоимостная модель базового варианта

Ин-декс
Фу-ии Наименование функции Материальный
носитель
функции
r
R
Q
Sабс

Sотн
1 2 3 4 5 6 7 8
f1.1 ручная загрузка человек 0,35 0,35 0,033 4000 0,02
Продолжение таблицы 11
1 2 3 4 5 6 7 8
f1.2 поворот заготовки кантователь 0,35 0,35 0,033 10000 0,05
f1.3 приведение в движение кантователя электродви-
гатель 0,3 0,35 0,35 30000 0,16
f2.1 измерение натяжения устройство измерения натяжения 0,35 0,09 0,05 5000 0,03
f2.2 натяжение редуктор 0,35 0,09 0,05 4000 0,02
f2.3 передача натяжения увеличенный набор тарельчатых пружин 0,3 0,08 0,07 2000 0,01
f3.1 регулирование скорости перемещения электропри-вод 0,45 0,14 0,1 19000 0,1
f3.2 приведение в движение механизма подъема электродви-
гатель 0,3 0,09 0,06 30000 0,16
f3..3 контроль перемещения по вертикали датчик вертикального перемещения 0,25 0,08 0,08 15000 0,08
f4.1.1 сбор информации от датчиков плата ввода 0,15 0,03 0,03 10000 0,05
f4.1.2 вывод сигналов на исполнительное устройство плата вывода 0,15 0,03 0,03 10000 0,03
f4.1.3 питание модулей ПК блок питания 0,2 0,04 0,03 5000 0,08
f4.1.4 обработка управляющей программы ЦП 0,25 0,05 0,04 15000 0,05
f4.1.5 средство для написания программы П/О 0,15 0,03 0,02 9000 0,01
Продолжение таблицы 11
1 2 3 4 5 6 7 8
f4.1.6 индикация режимов работы технический пульт оператора 0,1 0,02 0,02 1000 0,03
f4.2.1 измерение натяжения пилы датчик натяжения пилы 0,4 0,07 0,05 6000 0,03
1 2 3 4 5 6 7 8
f4.2.2 измерение вертикального перемещения каретки датчик вертикального перемещения каретки 0,35 0,06 0,06 5000 0,03
f4.2.3 определение величины поворота заготовки в рабочей зоне датчик поворота 0,25 0,05 0,04 5000 0,27
f4.1 реализация алгоритма управления ПК 0,5 0,18 0,21 50000 0,09
f4.2 представление информации об объекте управления датчики 0,5 0,18 0,18 16000 0,24
F1 поворот заготовки F1= f1.1+ f1.2+ f1.3 0,1 0,1 0,1 44000 0,06
F2 автоматическое натяжение пилы F2= f2.1+ f2.2+ f2.3 0,25 0,25 0,3 11000 0,35
F3 поднятие и опускание каретки F3= f3.1+ f3.2+ f3..3 0,3 0,3 0,31 64000 0,36
F4 управление работой комплекса F4= f4.1+ f4.2 0,35 0,35 0,4 66000 0,22

7. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ ПРОЕКТА

Обеспечение широких возможностей для высокопроизводительной и творческой работы, улучшение условий труда – одно из важнейших направлений экономической и социальной политики правительства Российской Федерации.
Обеспечение безопасности труда реализуется как при проектировании производственных процессов, так и в процессе их реализации.
Безопасность труда обеспечивается соблюдением стандартов по безопасности труда, правил по технике безопасности, санитарных норм и правил, инструкций по охране труда.
Коллегия Госгортехнадзора России рассмотрела итоги работы в 1999 г. и меры по реализации Федерального закона “О промышленной безопасности опасных производственных объектов” и других нормативных правовых актов Российской Федерации.
Коллегия отмечает, что деятельность системы Госгортехнадзора России была направлена на реализацию законодательства в области промышленной безопасности, рационального использования и охраны недр, на выполнении плана работы Госгортехнадзора России на 1999 г., постановлений коллегии от 05.02.99 № 1 и от 03.08.99 № 4.
Госгортехнадзором России утверждены необходимые нормативные и методические документы по основным элементом регулирования промышленной безопасности.
В течение 1999 г. выдано 45417 лицензий на виды деятельности в области промышленной безопасности, в том числе на эксплуатацию опасных производственных объектов – 23964 лицензии /10/. Приостановлено действие 426 лицензий по причине несоблюдения условий лицензирования.
Принятые органами Госгортехнадзора России меры по ослаблению действия факторов риска через усиление надзора, своевременное выявление дефектов оборудования и экспертизу промышленной безопасности, а также реализация других профилактических мероприятий дают определенные результаты по снижения уровня аварийности и травматизма.
В 1999 г. на подконтрольных Госгортехнадзору России предприятиях и объектах произошло 250 аварий (на 20 % меньше, чем в 1998 г. /10/).
При осуществлении производственной деятельности в 1999 г. погибло 407 человек (на 4 % меньше, чем в 1998 г. /10/).
Основными причинами аварий и травматизма на производстве продолжают оставаться неудовлетворительное техническое состояние оборудования, нарушения технологической дисциплины, неудовлетворительная организация проведения опасных видов работ и нарушения производственной дисциплины.
Анализ показывает, что в 1999 г. почти наполовину уменьшилось число аварий по причинам несовершенства технологий и недостатков технических средств (23,7 % против 45,0 % в 1998 г. /10/), что, по оценкам Госгортехнадзора России, явилось следствием принятых мер по развитию и внедрению технического диагностирования отработавшего ресурс эксплуатации оборудования и экспертизы промышленной безопасности.

7.1. Безопасность труда

7.1.1. Анализ безопасности проектируемого комплекса

Проектируемый объект предназначен для изготовления из стволовой древесины хвойных и лиственных пород бруса, обрезной (необрезной) доски.
Конструкция установки состоит в следующем. Пила ленточная, верхняя часть которой закрыта в целях безопасности кожухом рабочего модуля, натянута на шкивы. Во время работы шкивы посредством электродвигателя приводят пилу во вращение. Перемещая каретку при помощи пульта управления оператора каретка с рабочим модулем устанавливается на нужный уровень распила. После чего осуществляется распил бревна в горизонтальном направлении. Поворот бревен происходит при помощи кантователя. Рабочее напряжение установки составляет 380 В. Род тока питающей сети – переменный 3-х фазный, частота тока 50 Гц. Потребляемая мощность 9 кВт.
Комплекс достаточно автоматизирован, чтобы его мог эксплуатировать один человек.
Исходя из габаритных размеров комплекса габариты производственного помещения должны быть не менее : семнадцати метров в длину, восьми метров в ширину и двух с половиной метров в высоту.
Электрошкаф, металлоконструкции комплекса должны быть подключены к заземлению, места подключения обозначены соответствующими знаками заземления. Сопротивление заземления не должно превышать 0,1 Ом
(см . с.20, /11/) . Запрещается эксплуатировать объект с неисправленным электрооборудованием. Наличие напряжения, подведенного к электрооборудованию, должно подтверждаться сигнальной лампой на электрошкафу. Провода, кабель соединяющий электродвигатель, пост управления с электрошкафом не должны иметь повреждений изоляции. При перемещении каретки с рабочим модулем токопровод должен исключать повреждение питающего кабеля.
Полотно ленточной пилы представляет собой опасность при несоблюдении правил осторожности. Ни в коем случае не допускается приближение оператора или каких-либо его органов на опасное расстояние к работающей пиле. При обрыве пилы выключить питание, сменить пилу. Установка пилы должна производиться в рукавицах. Запрещается включать комплекс с установленной ленточной пилой при снятых крышках ограждений. Время торможения ленточной пилы не должно превышать 6 секунд. Рекомендуется исключить попадание атмосферных осадков на комплекс. Запрещается при пилении перемещать каретку с рабочим модулем в направлении, противоположном пилению (на себя) во избежании схода пилы со шкивов. При возникновении во время работы нештатной ситуации необходимо остановить каретку с рабочим модулем не сдавая ее на себя, выключить электродвигатель кнопкой “Стоп” и устранить причину, вызвавшую нештатную ситуацию. Запрещается работа комплекса без защитных кожухов. При пилении необходимо следить за положением головок прижимов и упоров, исключая их попадание в зону резания пилы, а также исключить касание конструкций элементов каретки и рабочего модуля бревна.
К работе с комплексом допускаются лица, прошедшие инструктаж и обучение по установленной программе, не моложе 18 лет, пригодные по состоянию здоровья.
При монтаже, эксплуатации, техническом обслуживании должны соблюдаться требования настоящего раздела и дополнительно : требования
- ГОСТ 12.2.003-74 Оборудование производственное. Общие требования по безопасности.
– ГОСТ 12.2.007-75 Изделия электротехнические. Требования к защитному заземлению.
По сравнению с базовым вариантом спроектированный комплекс является более безопасным в плане безопасности труда, это истекает из ряда следующих причин : в базовом варианте происходит ручное натяжение пилы что является неточным и часто приводит к обрыву пилы в отличие от системы автоматической натяжки в спроектированном варианте. Уменьшается риск травмирования при падении бревна в силу применении кантователя в проекте в отличие от ручного поворота в базовом варианте.
Для предотвращения возгорания опилок необходимо регулярно делать уборку рабочего помещения (не менее одного раза за смену). Вследствие легко воспламеняемости древесины курение в рабочем помещении запрещено. В рабочем помещении обязательно должны присутствовать средства тушения пожара – огнетушитель, песок.
Уровень наиболее распространенных вредных факторов на рабочем месте комплекса может достигать следующих значений :
запыленность – 6 мг/м3 (по ГОСТ 12.1.005-93) ;
уровень шума – при холостом ходе – 97-115 дБ,
при резании– 101 –120 дБ (по ГОСТ 20445-95) ;
интенсивность пылеобразования – общая- 75-36 кг/ч, пыль с размером частиц >200 мкм- 26-12,5 кг/ч (по ГОСТ 12.1.005-93) ;
параметры вибрации – на рабочем месте в производственном помещении при непрерывном воздействии в течение рабочего дня (8ч) – (при частоте 40 Гц) –
амплитуда (пиковое значение) перемещения при гармонических колебаниях- 0,0113 мм, среднеквадратичное значение колебательной скорости- 2мм/с /12/;
Освещенность рабочей поверхности, создаваемая светильниками общего назначения в системе комбинированного (в помещениях с естественным светом)- при газоразрядных лампах- 150-500 лк, - при лампах накаливания- 50-100 лк /13/ .
Оптимальные условия микроклимата : оптимальная норма температуры- в холодный и переходный периоды года- 20-23 оС, в теплый период- 22-25 оС;
относительная влажность- 60-40%;
скорость движения воздуха- не более 0,2 м/с.

7.1.2. Автоматизация профессионального отбора и подготовки
операторов с использованием ПЭВМ.

В целях отбора и подготовки операторов комплекса была разработана контрольно-обучающая программа, позволяющая при помощи ПЭВМ определить степень подготовки лиц, допускаемых к работе с комплексом. Программа построена в виде теста. Последовательно задается ряд вопросов, по совокупности ответов на которые можно сделать вывод о готовности или неготовности к работе с комплексом. В случае не готовности оператора есть возможность повысить уровень его подготовленности путем выполнения работы над ошибками. Блок-схема алгоритма программы представлена на рис.11.Текст программы содержится в приложении 1.

7.2. Экологическая безопасность и охрана окружающей
природной среды.

7.2.1. Экологический анализ проекта.

В целом проектируемый комплекс является относительно экологически чистым объектом в силу характера технологического процесса распила древесины. В силу того, что используются электродвигатели, а не двигатели внутреннего сгорания, вредных выбросов в окружающую среду практически нет. Основным фактором, определяющим воздействие деревообрабатывающих цехов на окружающую среду, является пыль.

7.2.2. Расчет валового выброса вредных веществ в атмосферу.

Количество древесной пыли, поступающей в атмосферу за год (валовой выброс) определяется по формуле (32) /14/,

MВЫД. = 3,6KT(1-j) (32)

где :
MВЫД. – количество пыли, т/г10-3 ;
K – удельные выделения пыли комплексом, К = 0,313 г/с /14/;
Т – фактический годовой фонд времени работы оборудования, Т = 1920 ч.;
j – степень очистки воздуха пылеулавливающим оборудованием (в долях единицы), j = 0,98.
По формуле (32) получаем MВЫД. = 3,60,3131920(1-0,98) = 43,27 т/г.
Исходя из проделанных выше расчетов можно сделать вывод о том, что в конструкции комплекса должны быть предусмотрены приемники для улавливания отходов и средства очистки выбросов. Характеристики рекомендуемого отсасывающего устройства /15/ : число приемников- 1; скорость воздуха в отсасывающей трубе- 15-16 м/с; минимальный диаметр отсасывающей трубы- 0,13 м . Рекомендуемый фильтр для очистки выбросов- рукавный фильтр типа ФРКН, характеристика которого приведена на с.258, /15/

 

 

7.3. Безопасность жизнедеятельности в условиях чрезвычайных
ситуаций.

7.3.1. Анализ вероятных ЧС. На предприятии, где будет эксплуатироваться проектируемый комплекс, существует возможность возникновения следующих чрезвычайных ситуаций :
пожар; проявление случаев терроризма, диверсии; стихийные бедствия, такие как наводнение, ураган; а также существует угроза химической, бактериологической, ядерной атаки и прочее. Вследствие того, что сырьем для изготовления изделий проектируемым комплексом служит древесина и в силу легко воспламеняемости этого материала наиболее вероятная чрезвычайная ситуация, которая может произойти при работе – это возникновение пожара.

7.3.2. Расчет эвакуационных путей и разработка плана эвакуации
людей при пожаре.

В зданиях предприятия, которое будет эксплуатировать проектируемый комплекс должны быть предусмотрены конструктивные, объемно-планировочные и инженерно-технические решения, обеспечивающие в случае пожара : возможность эвакуации людей независимо от их возраста и физического состояния наружу на прилегающую к зданию территорию до наступления угрозы их жизни и здоровью вследствие воздействия опасных факторов пожара; возможность спасения людей; возможность доступа личного состава пожарных подразделений и подачи средств пожаратушения к очагу пожара, а также проведения мероприятий по спасению людей и материальных ценностей; нераспространение пожара на рядом расположенные здания, в том числе при обрушении горящего здания; ограничение прямого и косвенного материального ущерба, включая содержимое здания и само здание, при экономически обоснованном соотношении величины ущерба и расходов на противопожарные мероприятия, пожарную охрану и ее техническое оснащение.

Блок-схема алгоритма программы тестирования

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.11.

 

Пути эвакуации должны быть выполнены в соответствии с требованиями СниП 23-05-97. Предельно допустимое расстояние от наиболее удаленной точки помещения до ближайшего эвакуационного выхода, измеряемое по оси эвакуационного пути, должно быть ограничено в зависимости от численности эвакуируемых, геометрических параметров помещений и эвакуационных путей. Эвакуационные пути не должны включать лифты и эскалаторы, а также участки, ведущие : через коридоры с выходами из лифтовых шахт, через лифтовые холлы и тамбуры перед лифтами, если ограждающие конструкции шахт лифтов, включая двери шахт лифтов, не отвечают требованиям, предъявляемым к противопожарным преградам.
Высота горизонтальных участков путей эвакуации должна быть не менее 2 м (см. /13/), ширина горизонтальных участков путей эвакуации и пандусов должна быть не менее : 1,2 м – для общих коридоров; 0,7 м – для проходов к одиночным рабочим местам; 1,0 м – во всех остальных случаях.
План эвакуации людей при пожаре из помещения предприятия, эксплуатирующего проектируемый комплекс представлен на рис.12.

 

 

 

 

 


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В проекте был проведен анализ тенденций развития системы управления на базе микропроцессорной техники, проведен анализ системы управления на основе декомпозиционных методов, в результате чего была выбрана система управления на основе микроконтроллера Atmel. Произведено конструирование устройства натяжения ленточной пилы, спроектировано конструктивное решение размещений датчиков в механизме подъема (опускания) рабочего модуля и в механизме поворота заготовки. Были разработаны элементы информационного обеспечения, выполнен расчет технико-экономических показателей проекта. При внедрении комплекса в производство проект окупится через четыре года. Освещен раздел безопасности и экологичности объекта, где уделено внимание охране и безопасности труда при эксплуатации комплекса, произведен расчет валового выброса вредных веществ в атмосферу.

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Белов А.В.//Автоматизация и современные технологии. 1999. №7. с.21.
2. Макаров Л.И.//Приборы и системы управления. 1999. № 10. с.52.
3. Http://www.atmel.com/ .
4. Http://www.mcs.corp.miem/edu.uk
5. Хвощь С. Т. и др. Микропроцессоры и микроЭВМ в системах автоматического управления : Справочник. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987. – 640с.
6. Зак Е.А. Волоконно-оптические преобразователи с внешней модуляцией. – М.: Радио и связь, 1988. – 80 с.
7. Кузнецов В.П., Иванов А.А. Методические указания к выполнению лабораторной работы “Исследование оптикоэлектронного световодного преобразователя малых перемещений” по курсу “Информационно-измерительные устройства систем управления” для студентов специальностей 0636 и 2103. Курган, КМИ, 1989. – 26с.
8. Полупроводниковые приборы. Диоды высокочастотные, диоды импульсные, оптоэлктронные приборы : Справочник/А.Б. Гитцевич, А.А. Зайцев, В.В. Мокряков и др.; Под ред. А.В. Голомедова. – М.: Радио и связь, 1988. – 592 с.
9. Носов Ю.Р. Оптоэлектронника. – М.: Радио и связь, 1989. – 360 с.
10. Прикладная оптика : Учеб. пособие для приборостроительных специальностей вузов /Л.Г. Бебчук, Ю.В. Богачев, Н.П. Заказнов и др.; Под общ. ред. Н.П. Заказного. – М.: Машиностроение, 1988.- 312 с.
11. Черняев Е.П. Технология пиломатериалов. – М.: Машиностроение,
1989. – 375 с.
12. Http://www.woodmizer.ru
13. Об итогах работы Госгортехнадзора России в 1999 г. и мерах по реализации Федерального закона “О промышленной безопасности опасных производственных объектов” и других нормативных правовых актов Российской Федерации. //Безопасность труда в промышленности, 2000. № 3. с.6.
14. Станки ленточнопильные, ленточнопильные с фрезерными головками моделей СЛП – 600. Технические условия НО 5204-98 ТУ. ОАО “Курганмашзавод”,
1997 – 30 с.
15. Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий. СН245-71.
16. Долин П.А. Справочник по технике безопасности. – М.: Энергоатомиздат, 1985.- 824 с.
17. Методика расчета выделений (выбросов) загрязняющих веществ в атмосферу при деревообработке (на основе удельных показателей). НИИАтмосфера. Фирма “ИНТЕГРАЛ”, 1997г. –20 с.
18. Безопасность производственных процессов: Справочник / С. В. Белов. – М.: Машиностроение, 1985. – 448 с.
19. Allan R. Innovative software, hardware propel networks for personal computers// Electronic Design. 1984. Vol, 32, N 19. P. 140-152.
20. Mahan S.R. Extended processing unit expand MP computing power// EDN. 1999. Vol. 29. N 24. P.139-155.

 

 

 

 

 

 

 

 


ПРИЛОЖЕНИЯ

Листинг программы управления программируемого контроллера

;распределение памяти
;20h,21h,22h - буфер клавиатуры 22h - следует обрабатывать
;бит 14-4 - сигнал от датчика натяжения пилы
; бит 7-0 - сигнал от датчика вертикального перемещения модуля ; бит 14-4 - сигнал от датчика угла поворота заготовки
;30h - счетчик для индикаторов
;h48 - счетчик секунд до включения аварийного звонка
;h53 - буфер для АЦП
;h54,h55,h56,h57,h58,h59,h5A,h5B - буфера
;h5C - какой канал АЦП просматривается
LJmp _Start
;LJmp _Int0 ;3
db b11101011 ;0 Смещение 26
db b10001000 ;1 27
db b10110011 ;2 28
db b10111010 ;3 29
db b11011000 ;4 2A
db b01111010 ;5 2B
db b01111011 ;6 2C
db b10101000 ;7 2D
db b11111011 ;8 2E
db b11111010 ;9 2F
db b00000000 ;" " 10 30

;--------------------------------------------------------------
_Start: clr A
mov A,#$P1
cpl A
mov A,#$P0
mov A,#$P2
mov A,#$P3
clr A
mov 8,ron0
mov 119,ron2
;инициализация таймеров
mov b00100001,#$TMOD
mov b01010000,#$TCON ;разрешение работы T0 и T1
mov 169,#$TH1 ;169,скорость RS-232
mov b10001000,#$IE ;прерывание по Т1
;инициализация COM SMOD=0, div=87
mov hFF,#h20 ;идет
mov hFF,#h21 ;сброс
mov hFF,#h22 ;клавиатуры
_Main: LCall _DrawScr ;освежаем индикатор
LCall _TestKey
LCall _ClearKey
LJmp _Main
;------------------------------------------------------------
;программа обновляет содержимое дисплея
_DrawScr: mov #h41,A
mov A,ron7 ;режим работы
mov h31,ron0
anl h0F,A ;выделили номер режима
jz _DrawScr0 ;режим 1
;-----------------------------------------------------------------
;определение общего статуса системы
;ron0 -
mov #$P0,A
mov A,[ron1] ;результаты работы АЦП
mov ron2,A
mov A,ron1
sjmp _DrawA
setb 1D ;прошел 1 тик для АЦП
jz _DrawAC ;пора менять канал АЦП
xrl 5,A
jz _DrawACP ;пора читать показания
_push #$DPL
mov h26,#$DPL
mov DPTR,A
_DrawP2:
;отобразим результат
mov A,#$P0
clrb A7 ;A1=0 порт A
clrb A6 ;A0=0
setb B6
clrb B6 ;сформировали ЗАПИСЬ
setb B6
;перебор разрядов
mov ron5,A
mov A,#$P0
clrb A7 ;A1=0 порт В
setb A6 ;A0=1
setb B6
clrb B6 ;сформировали ЗАПИСЬ
setb A7 ;A1=1 порт C
clrb A6 ;A0=0
setb B6
clrb B6 ;сформировали ЗАПИСЬ
setb B6
mov hFF,#$P0
setb A4
clrb A4 ;запуск АЦП
_DrawE: ret

;------------------------------------------------------------
;ведет сканирование клавиатуры
_ReadKey: mov h30,ron0 ;выбранный разряд индикатора
mov [ron0],A
anl 07,A ;номер канала мультиплексора
out A,Con ;управляющий сигнал
mov A,ron2 ;бит с номером клавиши
mov h20,ron1 ;буфер клавиатуры
mov [ron1],A
anl ron3,A ;сбросили бит выбранной клавиши
jnbb A1,_ReadKey2 ;если она не нажата
orl ron2,A ;если нажата - установим бит
_ReadKey2:mov A,[ron1] ;запомним
ret
;------------------------------------------------------------
;обработчик дребезговой клавиатуры
_TestKey: mov h20,ron1 ;буфер клавиатуры
mov [ron1],A
mov A,ron2
jz _TestKey3 ;состояние статично
;состояние менялось, запомним новое
mov ron2,A
mov A,[ron1]
_TestKeyEnd:ret
;проверка на изменения
jz _TestKeyEnd ;состояние не менялось давно
;что-то изменилось
mov [ron1],A
anl ron2,A ;теперь свеженажатые клавиши = 1
jz _TestKeyEnd ;нет свеженажатых
jbb 1F,_TestKeyEnd ;нельзя обрабатывать
mov b00011000,#$PSW ;выбрали банк RON номер 3
LCall _Draw
LCall _ReadKey
pop #$PSW
pop #$ACC
retr

 




Комментарий:

Дипломная работа - отлично!


Рекомендовать другу
50/50         Партнёрка
Отзывы