Разработка автоматической системы управления на базе ЭВМ для технологического процесса плазменного напыления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.»

Кафедра «Физическое материаловедение и технология новых материалов»

Курсовая работа

по дисциплине: «Контроль и автоматизация обработки КПЭ»

Тема: «Разработка автоматической системы управления на базе ЭВМ для технологического процесса плазменного напыления»

Выполнил: студент гр. ВМТ-51

Коломиец И.А.

Проверил: доцент каф. ФМТМ

Сперанский С.К.

Саратов, 2011 год

СОДЕРЖАНИЕ:

ВВЕДЕНИЕ

1. КООРДИНАТНЫЙ СТОЛ

1.1 Оснащение

1.2 Устройство

1.3 Привод

1.4 Система управления

2. ПЛАЗМЕННО-ДУГОВАЯ УСТАНОВКА

3. СХЕМА УСТАНОВКИ С ДАТЧИКАМИ

4. БЛОК-СХЕМА АЛГОРИТМА ДЛЯ СОСТАВЛЕНИЯ ПРОГРАММЫ УПРАВЛЕНИЯ УСТАНОВКОЙ

4. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА УСТАНОВКИ

5. ПРИНЦИП РАБОТЫ ДАТЧИКА ДВИЖЕНИЯ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Автоматизация производственных процессов - способ организации производства, при котором функции управления и контроля, обычно возлагавшиеся на человека, перекладываются на автоматические системы и устройства.

Автоматизация производственных процессов - важнейшая часть современной промышленности, один из главных приоритетов технологического прогресса.

Направление деятельности человека в условиях автоматизации смещается на обслуживание производственных процессов и контроль системы, а также на анализ деятельности предприятия.

Автоматизация производства процесс в развитии машинного производства, при котором функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам. Автоматизация производства -- основа развития современной промышленности, генеральное направление технического прогресса. Цель автоматизации производства заключается в повышении эффективности труда, улучшении качества выпускаемой продукции, в создании условий для оптимального использования всех ресурсов производства. Различают автоматизацию производства: частичную, комплексную и полную.

Частичная автоматизация производства, точнее -- автоматизация отдельных производственных операций, осуществляется в тех случаях, когда управление процессами вследствие их сложности или скоротечности практически недоступно человеку и когда простые автоматические устройства эффективно заменяют его. Частично автоматизируется, как правило, действующее производственное оборудование. По мере совершенствования средств автоматизации и расширения сферы их применения было установлено, что частичная автоматизация наиболее эффективна тогда, когда производственное оборудование разрабатывается сразу как автоматизированное. К частичной А. п. относится также.

При комплексной автоматизации производства участок, цех, завод, электростанция функционируют как единый взаимосвязанный автоматизированный комплекс. Комплексная автоматизация производства охватывает все основные производственные функции предприятия, хозяйства, службы; она целесообразна лишь при высокоразвитом производстве на базе совершенной технологии и прогрессивных методов управления с применением надёжного производственного оборудования, действующего по заданной или самоорганизующейся программе, функции человека при этом ограничиваются общим контролем и управлением работой комплекса.

Полная автоматизация производства -- высшая ступень автоматизации, которая предусматривает передачу всех функций управления и контроля комплексно-автоматизированным производством автоматическим системам управления. Она проводится тогда, когда автоматизируемое производство рентабельно, устойчиво, его режимы практически неизменны, а возможные отклонения заранее могут быть учтены, а также в условиях недоступных или опасных для жизни и здоровья человека.

Работа одного человека становится такой же важной, как и работа целого подразделения (участка, цеха, лаборатории). Одновременно с изменением характера труда изменяется и содержание рабочей квалификации: упраздняются многие старые профессии, основанные на тяжёлом физическом труде, быстро растет удельный вес научно-технических работников, которые не только обеспечивают нормальное функционирование сложного оборудования, но и создают новые, более совершеные его виды.

1. КООРДИНАТНЫЙ СТОЛ

В большом числе технологических процессов требуется управление объектом по трём координатам.

Координатный стол -- промышленная установка, комплекс оборудования, предназначенный для перемещения по заданной траектории рабочего механизма станка или позиционирования обрабатываемой детали.

Современный координатный стол -- сложная мехатронная система, объединяющая несущую конструкцию опоры с электромеханическим приводом и многоосной системой подачи, и исполнительный механизм произвольного назначения. В качестве привода широкое применение получили сервоприводы с шариковой винтовой парой (ШВП), с обратной связью на базе энкодеров. Использование цифрового ЧПУ позволяет полностью автоматизировать процесс производства деталей. Точность обработки одной или нескольких деталей на прецизионном столе может составлять до единиц микрон по каждой оси даже на достаточно высоких скоростях.

1.1 Оснащение

Существует несколько вариантов конструкции координатного стола, самые распространённые из них -- портальная и крестовая. Выбор конструкции обуславливается его назначением и заданными техническими характеристиками.

Крестовая конструкция обеспечивает большую гибкость системы и применяется обычно для обработки деталей со сложной пространственной геометрией, когда необходим доступ к детали с трех сторон. Крестовые системы используются в станках многоосного фрезерования, шлифовки или для трёхмерного сканирования объектов, а также для работы в условиях непрерывной подачи заготовки (конвейер).

Координатные столы портального типа применяются в устройствах обработки плоских поверхностей, например, в станках лазерного раскроя, резки или сверления, а также в системах с большой нагрузкой по горизонтальным осям.

Координатный стол может быть оборудован несколькими рабочими органами для одновременной обработки нескольких деталей. Для быстрой комплексной обработки детали установка комплектуется магазином, поворотной или шпиндельной головкой с ручной и автоматической сменой инструмента. Использование поворотного стола для фиксации обрабатываемого элемента значительно расширяет технологические возможности системы.

Координатные столы так же могут оснащаться автоматическими системами смазки, охлаждения, отсоса вредных газов, пыли и стружки, другим необходимым оборудованием.

1.2 Устройство

Несущей основой, обеспечивающей жёсткость координатного стола, может служить станина или рама. Станина представляет собой сварную или литую стальную, реже чугунную конструкцию. Литая станина дороже, она более металлоёмкая, зато лучше гаситвибрацию. Ее применение оправдано в тяжёлых металлообрабатывающих станках, особенно работающих на больших скоростях. Для легких и средних станков целесообразнее использовать сварную конструкцию.

Опорная рама собирается из тянутых алюминиевых профилей, которые крепятся с помощью резьбовых соединений. В зависимости от назначения стола и эксплуатационных требований может применяться сварная рама. Использование алюминиевого профиля позволяет получить лёгкую и в то же время достаточно жёсткую конструкцию, простую в сборке и надёжную в эксплуатации.

На несущей раме монтируются приводы подачи для перемещения исполнительного механизма и рабочая плита (решётка), на которой крепится обрабатываемая деталь. Фиксация детали обеспечивается механическим или вакуумным прижимом, реже -- под действием собственного веса. Перемещение рабочего механизма по двум или трем координатным осям позволяет изготавливать плоские или объёмные детали различной формы.

В качестве исполнительного устройства может быть использована фрезерная головка, лазерный или плазменный резак, сверлильная или шлифовальная насадка, манипулятор, аппарат точечной сварки, маркер, ультразвуковой или рентгеновский сканер, метчик, магнитострикционный преобразователь, покрасочная головка, пробник и т. д.

1.3 Привод

В приводе координатного стола используются традиционные передачи, такие, как зубчатый ремень, пара шестерня-рейка и винт-гайка, шарико-винтовая пара, либо система прямого привода с двигателем непосредственного преобразования электромагнитной энергии в линейное перемещение.

Передача подбирается исходя из требований к системе по нагрузке, точности и скорости перемещения. Шарико-винтовая пара обеспечивает высокую точность позиционирования (6-12 микрон), плавность хода, низкий люфт, однако имеет скоростные ограничения, особенно при длине винта от 1500 мм и более.

Пара шестерня-рейка имеет высокую точность перемещения (до 10 микрон) и высокие скоростные характеристики. Даёт возможность создания крупногабаритной системы за счёт стыковки (наращивания) реек. Недостатком системы является необходимость компенсации люфта в редукторе привода.

Ременная передача самая недорогая и простая в обслуживании, она обеспечивает достаточно высокие скорости перемещения. Её недостатки -- ограничения по ускорению, относительно быстрый износ, невысокая точность.

В качестве приводов подачи в таких системах обычно применяются шаговые двигатели постоянного тока и синхронные двигатели. Шаговые двигатели по сравнению с синхронными имеют более низкие скоростные и динамические характеристики и меньшую мощность, зато и цена их значительно ниже. В системах, не испытывающих высоких динамических нагрузок, допускается применение асинхронных двигателей с обратной связью.

Самым совершенным техническим решением для координатных столов на сегодняшний день является прямой привод. Его принцип действия заключается в непосредственном преобразовании электромагнитной энергии в механическую энергию линейного или поворотного движения.

Такой привод обеспечивает лучшие показатели практически по всем параметрам -- точности, динамике разгона и торможения, скорости работы, повторяемости. В линейных двигателях нет вращающихся частей, подверженных износу и трению, поэтому с течением времени характеристики привода практически не изменяются. У линейного привода только один недостаток -- высокая цена, поэтому его применение экономически оправдано только в высокоточных скоростных координатных системах.

1.4 Система управления

Управление приводом и механизмами координатного стола осуществляется системами ЧПУ. По принципу формирования управляющего сигнала они делятся на аналоговые, импульсные и цифровые. Аналоговые схемы ЧПУ сегодня самые распространённые и широко используются в машиностроении. Тем не менее из-за ограниченного быстродействия их применение не всегда возможно в системах, работающих на высоких скоростях.

Импульсные системы используются для управления шаговыми двигателями или синхронными двигателями, имеющими импульсный вход. По характеристикам они уступают цифровым, но поскольку стоимость таких устройств почти на порядок ниже, их часто используют в бюджетных системах, не требующих особой точности позиционирования и обратной связи.

Современные цифровые системы получают сегодня все большее распространение благодаря широким возможностям обработки сигнала, удобству интерфейса, помехоустойчивости. Они реализуются с использованием стандартных протоколов -- Profibus, CAN,Sercos и других. Управляющая программа для систем ЧПУ генерируется вручную либо конвертируется из файлов, подготовленных в специальных программах, таких, как AutoCAD, SolidWorks, Компас.

2. ПЛАЗМЕННО-ДУГОВАЯ УСТАНОВКА

Рисунок 1 - Функциональная схема плазменно-дуговой установки: 1 - Порошковый питатель; 2 - Камера напыления; 3 - Плазматрон; 4 - Плазменная струя; 5 - Напыляемое покрытие; 6 - Заготовка; 7 - Привод перемещение стола; 8 - Пульт управления; 9 - Баллоны с газом; 10 - Источник питания; 11 - Насос; 12 - Холодильная установка.

3. СХЕМА УСТАНОВКИ С ДАТЧИКАМИ

Рисунок 2 - Функциональная схема плазменно-дуговой установки с датчиками: Д1-Д9 - Датчики; М1-М3 - Двигатели; L1, L2, L3 - Заданная длинна перемещения.

4. БЛОК-СХЕМА АЛГОРИТМА ДЛЯ СОСТАВЛЕНИЯ ПРОГРАММЫ УПРАВЛЕНИЯ УСТАНОВКОЙ

Рисунок 3 - Блок-схема алгоритма

4. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМА УСТАНОВКИ

автоматическая система управление плазменное напыление

Рисунок 4 - Электрическая схема движения координатного стола по осям X, Y и Z

Рисунок 5 - Электрическая схема контроля за процессом нагрева плазматрона

5. ПРИНЦИП РАБОТЫ ДАТЧИКА ДВИЖЕНИЯ

Датчик движения - датчик, обнаруживающий перемещение каких-либо объектов.

Принцип его действия несложен -- при появлении движения в зоне обнаружения он замыкает цепь, тем самым включая подсоединенные к нему приборы. При отсутствии движения цепь автоматически размыкается, отключая все приборы.

У датчика движения есть еще и возможность настройки, их три -- временной интервал для отключения, уровень освещенности и чувствительность.

Временной интервал для отключения задает время, в течение которого датчик будет работать с момента последнего обнаружения движения. Значения устанавливаются в промежутки от 5 секунд до приблизительно 2 минут.

Уровень освещенности нужен для корректной работы датчика в светлое время суток. При возникновении движения датчик определяет уровень освещенности, и если он ниже порогового, то датчик срабатывает, если выше -- датчик не срабатывает.

Чем выше чувствительность, тем лучше датчик реагирует на движения. Если же срабатываний датчика слишком много, то чувствительность лучше уменьшить.

Принцип работы основан на отслеживании уровня ИК- излучения в поле зрения датчика (как правило, пироэлектрического). Сигнал на выходе датчика монотонно зависит от уровня ИК излучения, усредненного по полю зрения датчика. При появлении человека (или другого массивного объекта с температурой большей, чем температура фона) на выходе пироэлектрического датчика повышается напряжение. Для того чтобы определить, движется ли объект, в датчике используется оптическая система -- линза Френеля. Иногда вместо линзы Френеля используется система вогнутых сегментных зеркал. Сегменты оптической системы (линзы или зеркала) фокусируют ИК-излучение на пироэлементе, выдающем при этом электроимпульс. По мере перемещения источника ИК- излучения, оно улавливается и фокусируется разными сегментами оптической системы, что формирует несколько последовательных импульсов. В зависимости от установки чувствительности датчика, для выдачи итогового сигнала на пироэлемент датчика должно поступить 2 или 3 импульса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На фоне роста экономики в России в последние годы все большее число компаний начинает задумываться об автоматизации своих производственных и складских процессов, и причина тому - всевозрастающие обороты, с которыми не справляются существующие схемы работы предприятий, созданные несколько лет назад и использующие преимущественно ручной труд. На сотрудников обрушивается огромный поток информации, необходимо многое держать в памяти. Как следствие, увеличивается число ошибок, а работа требует постоянно повышенного внимания.

Процесс автоматизации систем управления предприятием должен в первую очередь способствовать снижению психологической нагрузки на человека, так как постоянно в течение рабочего дня поддерживать повышенное внимание к операциям способны немногие. Поэтому задачи, требующие постоянной концентрации внимания, обычно максимально перекладывают на вычислительную технику. Компьютеры, действуя в рамках набора определенных схем, отлично справляются с ними, а вмешательство людей или принятие решения требуется лишь в случаях, если ситуация становится нештатной или требуется ручной выбор одной из стандартных схем.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Таран В.М., Протасова Н.В. Микропроцессорное управление последовательностью технологического цикла обработки КПЭ. Методическое указание к выполнению курсовой работы по дисциплине: " Контроль и автоматизация обработки КПЭ ". СГТУ. 20024.

2. Датчики систем управления: учебное пособие / А.И. Фомин , Сарат. гос. техн. университет, 1997. 100 с.

3. Колчин А.В. Датчики средств диагностирования машин. - М.; Машиностроение, 1984. - 120 с. ил. ( учебное пособие)

4. Марголин Ш.М., Гуров А.С. Функциональные узлы схем автоматического управления: Справочное пособие. - М.: Энергоатомиздат, 1983.-168 с, ил.

5. Головинский О.И. Основы автоматики. М.: Высшая школа., 1987. 207 с: ил.

6. Юферов Ф.М. Электрические машины автоматических устройств: Учеб. для студентов вузов, обуч. по спец. " Электромеханика " - 2-е изд., перераб. и доп.-М.: Высш. шк., 1988.-479 с.

7. Куликов С.И., Волоценко П.В., Ризванов Ф.Ф., Воронов А.Л. Сверлильные и хонинговальные станки. " Машиностроение ", 1977. - 232 с.

Размещено на Allbest.ru