Доклад к дипломному проекту

Доклад к дипломному проекту

Добрый день, уважаемые члены Государственной Аттестационной Комиссии. Вашему вниманию предлагается дипломный проект на тему «Система управления участком лазерной резки».

Я работаю на предприятии НПП Гравитон, у нас есть станок лазерной резки, который выполняет необходимые для производства насосной автоматики технологические операции, такие, как: Резка дверей шкафов управления, резка металлических листов.

В настоящее время станок обслуживается и контролируется людьми. Для повышения эффективности производства было решено внедрить автоматическую систему циркуляции заготовок около станка лазерной резки.

Вследствие сказанного выше, целью моей работы являлась разработка системы управления участком лазерной резки, которая могла бы соперничать с зарубежным оборудованием, и имела все необходимые для данной ситуации и предприятия особенности.

Для реализации поставленной цели, необходимо было решить следующие задачи (лист 1).

Для выполнения задачи 1 «Разработать структуру и подобрать элементы СУ участком лазерной резки», был произведён сравнительный обзор существующих отечественных и зарубежных систем управления производственными участками. Проведённый анализ позволил мне определить основные технические требования (лист 2) а также выбрать необходимое оборудование и избежать типичных ошибок при проектировании. Руководствуясь его результатами, я разработал следующую структурную схему для системы управления участком лазерной резки (лист 3). Предложенная структура системы управления базируется на типовой для современного лифтового оборудования (лист 3): имеется машинное помещение, в котором установлен шкаф управления лифтом и главный привод лифта; и шахта лифта, где монтируется шахтное и этажное оборудование а также кабина лифта. Однако, разрабатываемая система управления обладает существенными отличительными особенностями:

1. Все интерфейсы взаимодействия устройств между собой – цифровые, и используют промышленный протокол CAN. Для этой применены специализированные контроллеры шины CAN (лист 3). Такой подход к организации обмена информацией между устройствами позволяет: расширить возможности системы управления и сделать её более универсальной; повысить надёжность и помехозащищённость канала передачи, и кроме того минимизировать число кабельных соединений.

2. Также применено специальное устройство индикации и диагностики, позволяющее производить конфигурирование и наладку системы управления в реальном времени.

Для выполнения задачи 2 «Построить модель системы управления лифтом» я разработал блок-схему алгоритма работы системы управления (лист 4).

Согласно блок-схеме, процесс управления лифтом представляет собой замкнутый цикл, с повторяющимися процедурами вызова этажа и с реализацией аварийных ситуаций, связанных с различными нештатными факторами. Для разработки программного обеспечения станции управления мне потребовалось создание дискретной модели, учитывающей функционирование всех устройств, входящих в состав системы управления лифтом. Для этого я реализовал такую модель с помощью аппарата сетей Петри (лист 4).

Она представляет собой множество состояний системы управления и её команд. Создание данной модели позволило мне исследовать различные события и условия в системе управления при разработке программного обеспечения.

При решении задачи 3 «Выполнить подбор и моделирование электроприводов» рассматривались: главный привод лифта, которому посвящены (листы с 5го по 8ой); и привод дверей лифта, описанный на (листах с 9го по 12ый).

С целью выбора главного привода лифта, проведено сравнительное исследование различных электроприводов. Оно выполнялось на базе смонтированного на стенд-башне Щербинского Лифтового Завода лифта грузоподъёмностью 400 кг со скоростью движения 1,0 м/с. Наиболее важным критерием оценки был уровень потребления электроэнергии, который измерялся при загрузках и времени их действия, соответствующих реальному пассажиропотоку в жилых зданиях. Результаты представлены в виде диаграммы (лист 5), отражающей относительное энергопотребление протестированных двигателей. В итоге, в качестве самого рационального решения я выбрал безредукторную лебёдку на базе синхронного двигателя с постоянными магнитами (СДПМ) без рекуперации (лист 5).

Далее я построил математическую модель СДПМ (лист 6), а также разработал его структурную схему (лист 6).

Затем выполнил моделирование главного привода лифта в программе MATLAB (лист 7).

После этого я проводил расчёт регуляторов (лист 8) для двух контуров тока по осям d и q и контура скорости, и вывел выражения для определения их коэффициентов (лист 8). В результате моделирования главного привода лифта, я получил следующие графики изменения скорости (лист 8), момента (лист 8) и тока (лист 8). Модель обладает следующими показателями качества управления: отсутствует перерегулирование в контурах тока и скорости, время переходного процесса составляет 0.3 с – для контура скорости и 0.01 – с для контура тока, статическая ошибка в обоих контурах полностью отсутствует.

Далее я выбирал привод дверей лифта. Он расположен на крыше кабины в шахте лифта, где присутствует большое количество грязи и пыли. Из-за этого довольно часто происходит засорение и последующий выход из строя щёточно-коллекторного узла двигателя. В связи с этим, для дверей лифта я выбрал бесколлекторный двигатель постоянного тока (БДПТ), лишённый этого недостатка (лист 9). Я использовал следующую математическую модель (БДПТ) (лист 9), а также разработал его структурную схему (лист 9).

Затем мной производился совместный расчёт контуров тока (лист 10) и скорости (лист 10), результаты которого представлены ниже (лист 10). Полученные графики (лист 10) демонстрируют следующие показатели качества управления: 17.7 дБ запас по амплитуде и 61 градус по фазе, 0.01 с – время переходного процесса 3 % - величина перерегулирования.

Также был произведён расчёт контура положения привода дверей лифта (лист 11). Полученные графики (лист 11) демонстрируют следующие показатели качества управления: 27.7 дБ запас по амплитуде и 80,2 градуса по фазе, 0.08 с – время переходного процесса 3,5 % - величина перерегулирования.

Необходимость в решении задачи 4 «Разработать алгоритм фильтрации для управления приводом дверей лифта» возникла из экономических соображений. Так как для привода дверей лифта был использован недорогой энкодер с низким разрешением (10 импульсов на 1 оборот), потребовалась разработка уточнённой модели, учитывающей его работу. С этой целью я создал модель энкодера (лист 12) и исследовал типовые режимы работы датчика скорости:

1. Подсчёт числа импульсов, поступающих от энкодера за фиксированное время;

2. Подсчёт времени, за которое от энкодера будет получено определённое число импульсов.

Как видно из результатов моделирования (лист 12), учёт дискретности датчика существенно ухудшает качество управления двигателем. Для того, чтобы компенсировать его влияние, я принял решение о разработке алгоритма фильтрации. В качестве фильтра был выбран линейный фильтр Калмана (лист 12). Он позволил по ряду неточных и зашумлённых измерений, получаемых с энкодера, с учётом характеристик системы, оценивать значения скорости двигателя. В итоге по расширенной модели, учитывающей параметры двигателя, его режим нагружения и фильтрацию Калмана, были получены такие графики переходного процесса (лист 12):

• Синий – исходный профиль задания скорости;

• Зелёный – график скорости привода дверей после фильтрации Калмана;

• Красный – график скорости привода дверей после фильтрации Калмана и применения дополнительной усредняющей фильтрации.

Итоговый график красного цвета демонстрирует следующие показатели качества управления: 4% – величина перерегулирования, 0.1 с – время переходного процесса, статическая ошибка практически отсутствует.

Задача 5 «Разработать внутреннюю компоновку шкафа управления лифтом» являлась конструкторской. В ходе её выполнения я разработал габаритный чертёж шкафа управления лифтом (лист 13), позволяющий получить представление о его размерах, внешнем виде и рабочей зоне. Далее я проводил выбор и расчёт внутреннего оборудования шкафа управления лифтом для создания сборочного чертежа шкафа управления (лист 14 и 15).

Так как в состав шкафа управления входили сборочные единицы, для каждой из них также были выполнены сборочные чертежи и необходимые спецификации (лист 16).

При решении задачи 6 «Разработать технологию сборки шкафа управления лифтом», я разработал его технологическую схему сборки (лист 17) и алгоритм её контроля (лист 18).

В экологической части проекта мной изучены опасные и вредные факторы, воздействующие на инженера-наладчика лифтового оборудования согласно требованиям Санитарных Норм и Правил. Для машинного помещения, в которое установлен шкаф управления лифтом, я рассчитал освещение и систему общеобменной приточно-вытяжной вентиляции.

В организационно-экономической части проекта я рассчитал его трудоёмкость, составил сетевой (лист 19) и календарный (лист 19) графики выполнения проекта, а также проанализировал структуру себестоимости (лист 19).

Таким образом, в рамках проекта я решил следующие задачи:

• Разработал структуру и подобрал элементы СУ лифтом (лист 3);

• Построил модель системы управления лифтом (лист 4);

• Выполнил подбор и моделирование электроприводов (листы 5 – 11);

• Разработал алгоритм фильтрации для управления приводом дверей (лист 12);

• Разработал внутреннюю компоновку шкафа управления лифтом (листы 14, 15, 16);

• Разработал технологию сборки шкафа управления лифтом (листы 17 и 18)

Благодарю за внимание!

Разрешите перейти к демонстрационной части дипломного доклада.

3