Модернизированная система управления станка мерной резки
АННОТАЦИЯ
Модернизированная система управления станка мерной резки. –: Кафедра автоматики, ЮУрГУ, ЭТФ. – 99 с. 35 ил.
Библиография литературы – 28 наименований. 4 листа плакатов ф.А3.
В дипломном проекте разрабатывается система управления, предназначенная для управления станком мерной резки медной трубки Система управления станком мерной резки (именуемая в дальнейшем СУ СМР) управляет работой станка в трех режимах: «Автомат», «Один цикл» и «Наладка».
Также в данном дипломном проекте осуществлена разработка структурной и электрической схемы данной системы управления, а также составлен алгоритм и написана программа работы контроллера. Произведен и обоснован выбор элементной базы, кроме того, выполнен расчет надежности, рассмотрена безопасность жизнедеятельности и подсчитаны основные финансово-экономические показатели.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ……………………………………………………………………………………….. 8
1. Анализ технического задания …………………………………………………….. 11
2. Краткое описание станка мерной резки медной трубки ………………. 12
3. Проектно-расчетная часть ………………………………………………………….. 12
3.1 Преобразователь углового перемещения (датчик)………………….. 13
3.2 Счетное устройство ……………………………………………………………… 15
3.2.1 Технические характеристики ………………………………………. 15
3.2.2 Устройство и принцип действия прибора…………………….. 16
3.3 Малогабаритный программируемый контроллер…………………… 24
3.3.1 Свойства модуля CPU ЖКИ-типа ……………………………….. 26
3.3.2 Технические характеристики 27
3.3.3 Входные характеристики 28
3.3.4 Характеристики выходов модуля ЦПУ и модуля расширения………………………………………………………………….30
3.3.5 Выбор блока питания ………………………………………………….. 30
3.4 Частотный преобразователь …………………………………………………. 31
3.4.1 Управление инвертором …………………………………………….. 31
3.4.2. Включение/отключение привода ……………………………….. 34
3.4.3. Установка времени разгона и времени торможения …… 38
3.4.4 Выбор режима работы в случае ограничения выходного напряжения………………………………………………. 39
3.4.5 Обнаружение вращающего момента двигателя……………. 39
3.5 Выбор датчика верхнего положения кулачкового вала …………. 40
3.6 Разработка схемы формирования импульсов счета (схема ФИС) ……………………………………………………………………….40
3.6.1 Проектирование источника питания …………………………… 41
3.7 Выбор силовых элементов………………………………………. 42
3.7.1 Выбор реле ……………………………………………….. 42
3.7.2 Выбор пускателей ………………………………………… 43
3.7.3 Выбор устройств защиты ………………………………… 43
3.8 Программирование контроллера ZEN …………………………. 45
3.8.1 Алгоритм работы программы …………………………… 45
3.8.2 Описание алгоритма работы программы ………………. 45
3.8.3 Программа работы модуля ZEN ………………………… 47
4. Расчет надёжности СУ СМР ……………………………………….. 48
4.1 Цели расчета……………………………………………………… 50
4.2 Исходные данные ………………………………………………… 50
4.2.1 Требования к надёжности ………………………………… 50
4.2.2 Блок – схема устройства …………………………………… 51
4.3 Определение полного перечня первичных элементов…………. 52
4.4 Формулировка понятия отказа ………………………………….. 53
4.5 Разработка логической схемы …………………………………… 54
4.6 Определение значений интенсивности отказов первичных элементов ……………………………………………54
4.7 Определение значений интенсивности отказов с учетом эксплуатационных воздействий ………………………57
4.8 Определение вероятности безотказной работы модуля ………. 59
4.9 Выводы …………………………………………………………… 60
4.9.1. Результат проведенных вычислений …………………….. 60
4.9.2 Анализ наиболее ненадежных элементов ………………… 60
5. Экономическая часть ………………………………………………… 61
5.1 Расчет проектно-конструкторских затрат ……………………… 61
5.1.1 Материалы и ПКИ …………………………………………. 61
5.1.2 Расходы на оплату труда …………………………………. 61
5.1.3 Отчисления на социальные нужды ………………………… 63
5.1.4 Командировочные расходы ………………………………… 64
5.1.5 Накладные расходы ………………………………………… 64
5.1.6 Затраты по работам, выполняемым сторонними организациями и предприятиями………………………….65
5.1.7 Структура цены …………………………..………………… 65
5.2 Расчет затрат на производство экспериментального образца … 66
5.3 Расчет экономического эффекта от внедрения…………………. 69
6. Безопасность жизнедеятельности …………………………………… 70
6.1 Анализ вредных факторов ………………………………………. 70
6.2 Микроклимат рабочей зоны …………………………………….. 71
6.3 Влияние освещения на условия деятельности человека ………. 73
6.3.1 Системы и виды производственного освещения ………… 73
6.3.2 Нормирование производственного освещения …………… 74
6.3.3 Источники света ……………………………………………. 76
6.4. Допустимые уровни звукового давления ……………………… 75
6.5. Электробезопасность …………………………………………… 79
6.5.1. Действие электрического тока на организм человека 79
6.5.2 Классификация электроустановок и помещений по электробезопасности …………………………………82
6.5.3 Обеспечение электробезопасности ……………………… 82
6.6 Пожарная безопасность ………………………………………… 84
6.6.1 Меры пожарной и взрывозащиты ……………………… 85
6.6.2 Способы и средства тушения пожаров ………………… 86
Заключение ……………………………………………………………… 88
Список литературы ……………………………………………………… 89
Приложение А ………………………………………………………….. 91
Приложение Б ………………………………………………………….. 97
Внимание!
Диплом № 3294. Это ОЗНАКОМИТЕЛЬНАЯ ВЕРСИЯ дипломной работы, цена оригинала 1000 рублей. Оформлен в программе Microsoft Word.
Оплата. Контакты.
Введение
Элементы управления и аппаратная часть машин находятся в работе продолжительное время. Восстановление работоспособности оборудования путем установки недорогих запчастей и простых вариантов перехода на другие решения не дает оптимального результата, а модернизация становится безопаснее и надёжней. Так, компания Stellex Monitor Aerospace Inc. завершила 5 из 10 проектов Модификации системы ЧПУ на фрезерных станках, использующихся в производстве титановых и алюминиевых комплектующих для аэрокосмической отрасли, созданных в 1978 году. Так как новые станки с ЧПУ стоили бы 100 000 $ и более, компания занялась модификацией старых станков. В итоге уменьшилось время установки, улучшено качество поверхности готовых деталей, сокращено количество отделочных операций, значительно увеличена общая производительность, а экономия превысила 30 000 $ на единицу. Также, по словам президента Micro Processing Technology Inc., модификация для полупроводниковой промышленности дает возможность получить полностью обновленное оборудование за 10% от стоимости нового. [10]
С учётом выше изложенного можно сказать, что модернизация оборудования является недорогим и экономически выгодным способом повысить качество производимой продукции и, следовательно, получить новые рынки сбыта.
В настоящее время большая часть производственных мощностей завода «Урал» морально и физически устарела, а обновление оборудования производилось в недостаточных количествах, поэтому без его модернизации невозможно обеспечить требуемой точности в производстве продукции, что отражается на качестве изделий и расходе материалов. Сейчас ведутся активные работы в области модернизации оборудования. В этом году планируется провести модернизацию и капитальный ремонт систем управления 16-ти единиц только сложного металлообрабатывающего оборудования (обрабатывающих центров, станков фрезерной, токарной группы, лазерного комплекса).
При выполнении анализа производственной деятельности участка трубопроводов, была выявлена проблема, связанная с технологией изготовления мерных трубок небольшой длины. Эта проблема заключается в том, что при использовании имеющегося на участке оборудования для мерной резки медной трубки диаметром 5-6 мм, возникает большое количество отходов.
Для изготовления изделий из медной трубки диаметром 5-6 мм необходимой длины на участке используются два станка мерной резки, изготовленные ОГКСам ПО «УралАЗ», год выпуска 1973 и 1985, предназначенные для изготовления трубок длиной от 200 до 7000 мм. Станки исправны и находятся в удовлетворительном техническом состоянии, но не обеспечивают требуемой точности.
Устройство и принцип действия станков во многом идентичны. Станки состоят из:
• механизма выравнивания и правки трубки;
• механизма подачи (протяжки) трубки;
• механизма отрезки отмеренной трубки;
• механизма управления, который согласует и управляет работой всех узлов станка.
В качестве системы управления оборудованием используется электрическая релейно-контактная схема.
Анализируя используемую для изготовления трубок технологию, а также техническое состояние и технологические возможности оборудования, на котором ведется обработка трубки, было установлено, что разброс длин получаемых готовых изделий составляет:
• для станка выпуска 1985 года: 7…15мм;
• для станка выпуска 1973 года: 50…70мм;
причем величина этого параметра не зависит от длины отрезаемого изделия. Это связано с конструктивными решениями, примененными при разработке механизма управления станком. В первом случае для контроля над длиной изготовляемой трубки используется конечный выключатель, на который воздействует торец трубки, что вызывает срабатывание выключателя и подачу сигнала об остановке механизма подачи и запуск механизма отрезки отмеренной трубки. Точность срабатывания указанного датчика, с учетом износа его механизма, составляет порядка 5…10 мм. Во втором случае для контроля над длиной изготовляемой трубки используется архаичная механико-пневматическая система. Применение таких решений не позволяет получить требуемую точность размера изделия, составляющую 1…3 мм.
Указанные причины не позволяют изготавливать на этих станках изделия небольшой длины 160…500 мм. Поэтому, изготавливаются трубки большой длины (порядка 3000мм), а затем на ручном резаке эти заготовки повторно нарезаются на трубки необходимой длины. В результате, от каждой заготовки остается остаток трубки длиной около 150 мм, который и идет в отходы. Такое решение проблемы увеличивает трудоемкость изготовления деталей, а также ведет к появлению большого количества отходов. К тому же, в настоящее время есть потребность нарезки трубки длиной 60мм.
По информации специалистов ДРПС, изучавших эту проблему, ежемесячный чистый убыток предприятия только на отходах медной трубки на этом участке составляют 46 300 рублей.
Проанализировав причины возникновения описанной выше ситуации, был сделан вывод: используя имеющиеся на станках системы управления, невозможно добиться требуемой точности изготавливаемых изделий. В результате, принято решение о необходимости улучшить динамические параметры механизма подачи трубки с целью обеспечения меньшего времени остановки механизма после выдачи команды о достижении изделием необходимой длины и добиться большей стабильности работы системы управления станком в целом.
Решить эти проблемы с незначительными затратами позволит модернизация старой системы управления этих станков на более современную, с использованием малогабаритного программируемого контроллера.
1. Анализ технического задания
Согласно заданию на дипломный проект, требуется выполнить модернизацию системы управления станка мерной резки медной трубки (СУ СМР), обладающего в настоящее время следующими техническими данными:
• принцип получения мерных изделий – нарезка из бунта;
• диаметр обрабатываемой медной трубки – 5…6 мм;
• длина получаемых мерных изделий – 200 … 7000 мм;
• скорость движения трубки – до 6м/мин;
• точность получаемых мерных изделий – 50…70 мм;
Разрабатываемая система управления должна отвечать следующим требованиям:
• обеспечить выпуск мерных изделий длиной 160…7000 мм, с последующей возможностью расширения этого диапазона до
50…7000 мм;
• обеспечить точность выпускаемых мерных изделий в пределах 1…3 мм;
• предусмотреть возможность увеличения производительности станка до 10 м/мин без необходимости изменения кинематической схемы или замены электродвигателя;
• для размещения модернизированной системы управления использовать исключительно имеющийся шкаф электроуправления;
• модернизированная система управления должна обеспечить быструю переналадку станка на размер выпускаемого изделия силами оператора установки низкой квалификации;
• необходимо предусмотреть возможность оперативного контроля над количеством произведенной продукции дистанционным методом (с использованием локальной вычислительной сети).
2. Краткое описание станка мерной резки медной трубки
Станок 3047ПС предназначен для нарезки из бунта медной трубки диаметром 5-6 мм различной длины, величина которой задается оператором. Медная трубка из бунты подается в станок, где она выравнивается, протягивается до необходимой длины и, затем, отрезается.
В станке используются 3 асинхронных двигателя переменного тока. Двигатель М1, осуществляющий подачу трубки, управляется через преобразователь частоты Varispeed F7 модулем программируемых реле ZEN – представляющий собой малогабаритный программируемый контроллер. Необходимый размер трубки определяется путем подсчета импульсов с фотоимпульсного датчика счетчиком SI8 (на высокой скорости подачи) и, далее, при переходе на медленную скорость, модулем ZEN до полной остановки. Двигатели М2 и М3, предназначенные для подачи и вращении фрезы соответственно, управляются модулем ZEN через реле и пускатели.
3. Проектно – расчетная часть
Разработанная система управления станком выполнена по принципу управления с незамкнутым контуром обратной связи по положению, с использованием следующих компонентов (Рис.3.1):
Рис.3.1 Структурная схема системы управления
Хотя на схеме, представленной на рисунке 3.1, контур обратной связи между двигателем и инвертором отсутствует, инвертор контролирует все параметры напряжения, подаваемого на двигатель, а также протекающих в обмотках двигателя токов. Затем, на основании данных математической модели асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, в преобразователе делаются выводы о поведении двигателя, рассчитываются необходимые параметры (скольжение, момент, фаза и пр.). На основании измерений и результатов расчетов, изменяются напряжения, подаваемые на двигатель.
Рассмотрим более подробно блоки структурной схемы:
3.1 Преобразователь углового перемещения (датчик)
В качестве устройства, вырабатывающего сигнал пропорционально перемещению исполнительного органа, был применен фотоимпульсный датчик типа ВЕ178А5-1000 (Рис.3.2), который закреплен в приспособлении, находящемся на выходе механизма подачи трубки. Указанный датчик выдает 1000 импульсов за один оборот вала. Это решение позволяет осуществлять контроль над длиной отмеряемой заготовки с высокой точностью и стабильностью.
Рис.3.2
Преобразователь ВЕ178А5 предназначен для использования в системах автоматического регулирования станков и информационной связи по положению между исполнительными механизмами станка с ЧПУ. Преобразователь может быть применен и в других областях техники. [21]
Действие преобразователя основано на прохождении светового потока через два растровых элемента: вращающийся диск и неподвижный сектор. При вращении вала преобразователя растровое сопряжение изменяет поступающий на фотодиоды световой поток, а фотодиоды преобразуют его в электрический сигнал с квазисинусоидальной формой.
Преобразователь состоит из трех основных частей: механической, оптической и электронной. Механическая часть обеспечивает точное вращение растрового диска, установку конденсорной линзы, крепление электронного узла, точное присоединение преобразователя к контролируемому объекту, защиту от внешних воздействий. Оптическая часть содержит светодиод, растровый диск и линзу.
Растровый оптикомеханический преобразователь создает три сигнала: sin γ, cos γ и сигнал отсчета (один наоборот). Последний образуется путем сопряжения кодовых масок.
Электронный узел, встроенный в преобразователь, обеспечивает цифровой вид цифровых сигналов в форме прямоугольных импульсов с их инвертированием. При этом узел характеризуется формированием сигналов от фотоприемников с электронной компенсационной регулировкой.
Преобразователь ВЕ178А5-1 дополнительно снабжен механизмом точной фиксации положения выходного вала преобразователя. Преобразователь крепится к станку при помощи полуколец, скоб или винтов. Присоединение вала преобразователя осуществляется при помощи компенсационной муфты.
По сравнению с аналогичными образцами, преобразователь ВЕ178А5 обладает более высокой надежностью, быстродействием, меньшим габаритом, а преобразователь модели ВЕ178А5-1 также и удобством в эксплуатации.
Таблица 3.1
Основные параметры преобразователя ВЕ178А5
Количество выходных сигналов 6
Форма выходных сигналов прямоугольная
Количество периодов выходных сигналов за один оборот вала 1000
Диапазон частот формирования импульсов, кГц до 130
Погрешность, угл. мин до 4
Напряжение питания, В 5
Габариты (диаметр / высота), мм 55 / 77
Масса, г. 330
3.2 Счетное устройство
В качестве счетного устройства, принимающего решение о достижении нужного размера, используется многофункциональный электронный счетчик типа «СИ-8», производства фирмы «Овен», Москва (рис.3.3).
Рис.3.3 Счетчик СИ-8
Универсальный программируемый восьмиразрядный счетчик импульсов предназначен для подсчета:
• количества поступающих на его входы импульсов (как в прямом, так и в обратном направлении) и перевода его в физическую величину (путем умножения на заданный множитель);
• частоты и длительности подаваемых на его входы импульсов;
• времени наработки оборудования;
• среднего и суммарного расхода жидкости (совместно с импульсными или частотными датчиками).
Прибор имеет два встроенных выходных устройства ключевого типа для включения/выключения внешнего технологического оборудования при достижении заданных установок. [13]
3.2.1 Технические характеристики
Технические характеристики счетчика приведены в таблице 3.2.
Таблица 3.2
Наименование Значение
Напряжение питания
– переменное
– постоянное
Потребляемая мощность не более 4 ВА
130… 265 В
180… 310 В
Входы
Количество входов управления
Напряжение низкого (активного) уровня на входах
Напряжение высокого уровня на входах
3
от 0 до 0,8 В
от 2,4 до 30 В
Характеристики счетчика импульсов
Количество счетных разрядов
Максимальная частота входных импульсов
Минимальная длительность входных импульсов
Диапазон значений предделителя
Диапазон значений множителя
Постоянная времени входного фильтра
3.2.2 Устройство и принцип действия прибора
Функциональная схема прибора приведена на рис.3.4. Прибор имеет три входа для подключения внешних управляющих сигналов, которые через семистор входов подаются на входы блока обработки данных.
Рис.3.4 Функциональная схема счетчика СИ-8
Блок обработки данных содержит реверсивный счетчик импульсов с предварительным делителем на входе и умножителем на выходе, счетчик времени и вычислитель среднего расхода, а также два логических устройства, которые в соответствии с заданным пользователем алгоритмом формируют сигналы управления выходными устройствами.
Прибор имеет три входа для подключения внешних управляющих сигналов. К входам могут быть подключены:
• контакты кнопок, выключателей, герконов, реле и т.п. (Рис.3.5а);
• активные датчики, имеющие на выходе транзистор n–p–n типа с открытым коллекторным выходом. Для питания таких датчиков на клеммник прибора выведено напряжение +24…+30 В (максимальный ток нагрузки 100 мА) (Рис.3.5б);
• другие типы датчиков с выходным напряжением высокого уровня от 2,4 до +30 В и низкого уровня от 0 до 0,8 В (Рис.3.5в). Входной ток при напряжении низкого уровня не превышает 15 мА.
Рис.3.5 Подключение внешних управляющих сигналов
Рассмотрим более подробно функциональную схему, представленную на рисунке 3.4:
«Счетчик импульсов» служит для подсчета подаваемых на его входы импульсов. Счетчик имеет три входа с активным низким уровнем. Каждый импульс, поступающий на вход «Счет +», увеличивает, а на вход «Счет -» уменьшает состояние счетчика на единицу. При одновременном поступлении импульсов на оба входа, состояние счетчика остается неизменным (Рис.3.6).
Рис.3.6
Вход «Сброс» предназначен для приведения счетчика в исходное состояние. При сбросе счетчика импульсов происходит его загрузка значением, заданным в параметре Strt (Рис.3.7). Если отсчет должен выполняться с нуля, то в параметр Strt необходимо записать ноль.
Рис.3.7
Параметры Fin.L и Fin.H задают нижнюю и верхнюю границы счета, при достижении которых происходит автоматическая перезагрузка счетчика числом, записанным в параметре Strt (Рис.3.8). Значение параметра Fin.L должно быть меньше, а значение параметра Fin.H больше значения параметра Strt.
Рис.3.8
Предварительный делитель на входе счетчика импульсов служит для деления частоты входных импульсов на величину, заданную в параметре Р. Деление производится путем «прореживания» поступающих на вход предделителя импульсов. Т.е., импульс на выходе предварительного делителя формируется только после того, как на его вход поступит заданное в параметре Р количество импульсов. Параметр Р может принимать только целые значения в диапазоне от 1 до 9999. Если входные импульсы поступают на оба входа предделителя, то импульс на соответствующем выходе предделителя формируется в тот момент, когда разность между количеством импульсов на входе «+» и входе «–» достигнет числа Р. Низкий уровень на входе «Сброс» обнуляет предделитель.
Умножитель на выходе «счетчика импульсов» предназначен для преобразования накопленного в счетчике числа в значение физической величины (метры, литры и т. п.) путем умножения на заданный в параметре F коэффициент. Значение F задается пользователем в диапазоне от 0,000001 до 9999999. Положение запятой при выводе физической величины на индикатор определяется положением, заданным в параметре F.
«Счетчик времени» служит для отсчета интервалов времени и может работать в одном из двух режимов, задаваемом в параметре Ftt:
• режим секундомера, позволяющий измерять интервалы времени от 0,01 с до 9 ч 59 мин 59,99 с при Ftt=0;
• режим счетчика наработки, позволяющий измерять суммарное время наработки оборудования до 99999 час 59 минут при Ftt=1.
Коммутацию входов прибора на входы блока обработки данных, а также предварительное преобразование сигналов выполняет входной коммутатор, режим работы которого определяется параметром inP.
Для защиты входов прибора от дребезга механических контактов и других помех, длительность которых меньше длительности импульсов полезного сигнала, служит входной фильтр, постоянная времени которого задается в параметре tc с дискретностью 0,1 мс. Минимальная длительность воспринимаемых прибором импульсов устанавливается в пределах от 0,1 до 999,9 мс (Рис.3.9).
Рис.3.9
Прямой счет импульсов, с возможностью блокировки и сброса по отдельным входам, задается при значениях inP=2. Обратный счет импульсов, с возможностью блокировки и сброса по отдельным входам, задается при значениях inP=1 (Рис.3.10).
Рис.3.10
Прямой счет с блокировкой и сбросом счетчиков импульсов и времени задается при значениях inP=6. Это единственный режим, в котором имеется возможность внешнего управления работой счетчика времени. Вход 1 соединяется с входами «Сброс» счетчика времени и счетчика импульсов одновременно, а
Вход 2 соединяется с входами «Блокировка». Импульсы, поступающие на Вход 3 прибора, подаются на вход «+» блока обработки данных (Рис.3.11).
Рис.3.11
Контроллер питания предназначен для формирования сигнала, по которому счетчики сохраняют информацию о своем текущем состоянии в энергонезависимой памяти. Благодаря этому, при восстановлении питания, возможно продолжать прерванный технологический процесс без потери информации. Восстановление значения счетчика импульсов можно отключить, установив значение параметра init = 1. Тогда, при восстановлении питания, счетчик импульсов установится в исходное состояние.
Логические устройства (ЛУ) предназначены для сравнения текущего значения контролируемой величины с заданными уставками и формирования сигналов управления выходными устройствами в соответствии с заданным алгоритмом. Прибор имеет два логических устройства, на вход каждого из которых может быть подано:
• либо текущее значение физической величины,
• либо состояние расходомера,
• либо состояние счетчика времени.
Источник определяется в параметре SEL1 и SEL2 соответственно:
«1» – значение физической величины,
«2» – состояние расходомера,
«3» – состояние счетчика времени.
Алгоритм, по которому ЛУ управляет закрепленным за ним выходным устройством, задается в параметре SEt1 и SEt2, соответственно. Возможны следующие варианты:
«1» – включено при значениях меньше уставки U1 (U3)
«2» – включено при значениях больше уставки U1(U3)
«3» – включено между уставками U1 и U2 (U3 и U4)
«4» – выключено между уставками U1 и U2 (U3 и U4)
«5» – при достижении уставки U1 (U3) включается на время t1(t2);
«6» – при числе кратном уставке U1 (U3) включается на заданное время t1(t2);
«7» – при числе кратном уставке U1 (U3) изменяет состояние на противоположное.
Кроме того, в параметрах dir1 и dir2 задается направление изменения контролируемой величины, при котором ЛУ должно проверять выполнение условий, заданных в параметрах SEL1 и SEL2:
«1» – проверять только при увеличении текущего значения
«2» – проверять только при уменьшении текущего значения
«3» – проверять всегда.
Типы выходных устройств. Выходные устройства управления, подключенные к логическим устройствам, могут быть выполнены в виде реле, транзисторной оптопары или оптосимистора. Они используются для управления (включения/выключения) нагрузкой либо непосредственно, либо через более мощные управляющие элементы, такие, как пускатели, твердотельные реле, тиристоры или симисторы. Все выходные устройства имеют гальваническую развязку от схемы прибора.
Транзисторная оптопара применяется, как правило, для управления низковольтным реле (до 50 В). Схема подключения приведена на рис.3.12.
Рис.3.12
Во избежание выхода из строя транзистора из–за большого тока самоиндукции, параллельно обмотке реле необходимо устанавливать диод VD1 (типа КД103 или аналогичный).
Оптосимистор включается в цепь управления мощного симистора через ограничивающий резистор R1 по схеме, представленной на рис.3.13. Величина резистора определяет ток управления симистора.
Рис.3.13
Оптосимистор может также управлять парой встречно–параллельно включенных тиристоров (Рис.3.14).
Рис.3.14
Для предотвращения пробоя тиристоров или симисторов из–за высоковольтных скачков напряжения в сети, к их выводам рекомендуется подключать фильтрующую RC цепочку.
Второй канал прибора имеет дублирующий выход – транзисторную оптопару для управления другими подобными приборами (например, такими же счетчиками, таймерами и т.д.) (рис.3.15).
Рис.3.15
Режимы работы индикации. Восьмиразрядный цифровой индикатор постоянно отображает по выбору пользователя одно из следующих значений:
– состояние счетчика импульсов;
– состояние расходомера;
– состояние счетчика времени;
– значение U1;
– значение U3.
Интерфейс связи RS – 485 предназначен для контроля показаний прибора на компьютере. Адрес прибора задается в параметре Adr, а его разрядность в параметре A.LEn. При A.LEn = 8–bit адрес восьмиразрядный, и его значение лежит в пределах от 0 до 256. При A.LEn = 11–bit адрес одиннадцатиразрядный, и его значение лежит в пределах от 0 до 2047.
Скорость обмена (из стандартной сетки) выбирается в параметре SPd и может принимать значения от 2400 до 57600 бит/с.
Применение счетчика Си-8 позволит обеспечивать мгновенную реакцию электронной системы управления на сигналы с датчика, быстро (с клавиатуры устройства) осуществлять переналадку станка. В перспективе возможно подключение системы управления в заводскую компьютерную сеть с целью оперативной диспетчеризации процесса производства.
3.3 Малогабаритный программируемый контроллер
В качестве системы управления используется интеллектуальное реле серии «ZEN», производства фирмы «Omron», Япония (Рис.3.16). Это решение позволит увеличить гибкость работы системы управления, т.е. обеспечить простую и быструю переналадку станка для резки трубок различных размеров.
Рис.3.16 Интеллектуальное реле серии «ZEN»
Модуль программируемых реле ZEN представляет собой малогабаритный программируемый контроллер. Он имеет 10 программируемых входов/выходов
(6 входов и 4 выхода) и позволяет без особых материальных затрат решать задачи автоматизации малого масштаба. Впоследствии, систему можно нарастить до
18 входов и 16 выходов, подключив до 3-х моделей расширения Вх/Вых (Рис.3.17). Когда питание на ZEN не поступает, программа и системные настройки хранятся в EEPROM. Для сохранения значений рабочих битов, таймеров удержания, счетчиков, а также даты и времени, используется батареечный модуль. [14]
Хранение и копирование программ легко выполнять с помощью дополнительного модуля памяти.
Ввод LAD-программы можно выполнять непосредственно на модуле CPU ЖКИ-типа. С помощью ПО поддержки ZEN можно создавать, редактировать, сохранять и распечатывать программы.
Выходные контакты интеллектуального реле ZEN способны переключать токи до 8А (250В AC). Все контакты взаимонезависимы.
Рис.3.17 Возможности модуля ZEN
3.3.1 Свойства модуля CPU ЖКИ-типа:
• Простое программирование с помощью кнопок.
• ЖКИ повышенной видимости с подсветкой.
• Регулируемое время автоматического отключения подсветки.
• Регулируемая контрастность ЖК-дисплея.
• Отображение на 6-ти языках.
• Функция отображения сообщений пользователя (4 строки х 12 символов), времени, показаний таймера, счетчика или аналогового значения.
• Кнопочные переключатели позволяют использовать кнопки управления для ввода информации.
• Встроенные недельные и календарные таймеры позволяют реализовать управление, зависящее от сезона или времени.
• Выпускаются модели на напряжение питания 100-240В AC и 24В DC.
• Настройка входного фильтра для предотвращения ошибок, вызываемых помехами, как в модулях CPU, так и в модулях расширения Вх/Вых.
• Резервное хранение программы и настроек во встроенной EEPROM.
• Программирование с помощью контактно-релейных схем (LAD).
• Функция пароля для защиты программ.
3.3.2 Технические характеристики
Технические характеристики модуля программируемого реле можно представить в виде таблицы 3.2:
Таблица 3.2
Общие технические данные
Параметр Характеристики
ZEN-x0CxAR-A-V1 ZEN-x0CxDx-D-V1
Напряжение питания 100-240 В~ 24 В=
Номинальное напряжение питания 85-264 В~ 20,4-26,4 В=
Потребляемая мощность макс.30 ВА (при подключении 3 модулей расширения) макс.6,5 Вт (при подключении 3 модулей расширения)
Пусковой ток макс.40 А макс.10 А
Сопротивление изоляции Между внешними и входными клеммами источника питания переменного тока и выходными клеммами реле: мин.20Мом (при 500В=)
Помехозащищенность Соответствует требованиям IEC61000-4-4,2 кВ
(для линий питания)
Вибростойкость Соответствует требованиям JIS С0040, от 10 до 57 Гц с амплитудой 0,075 мм, от 57 до 1500 Гц, в течение 80 минут в направлениях X, Y, Z.
Ударопрочность Соответствует требованиям JIS С0041, 174 м/с2 три раза в направлениях X, Y, Z.
Рабочая температура от 0 до 60°С
Влажность воздуха от 10% до 90% (без конденсации)
Требования к окружающей среде Отсутствие газов, вызывающих коррозию
Метод управления С помощью программы, хранящейся в памяти
Окончание таблицы 3.2
Параметр Характеристики
Метод контроля
входов / выходов Циклическое сканирование
Язык программирования Многоступенчатая диаграмма
Размер программы 96 строк (описание 3 условий для входов и 1 выхода на одной строке)
Макс. число контрольных точек входов / выходов Модуль ЦПУ с 44 точками: 12 входов и 8 выходов. Модули расширения 4 входа и 4выхода в каждом, макс. 3 модуля.
ЖК-дисплей 4 строки по 12 символов с задней подсветкой
Клавиши управления 8 (4 кнопки перемещения курсора и 4 кнопки управления)
Резервная память Внутренний модуль ЭППЗУ (или дополнительная карта памяти)
• программы пользователя;
• значения параметров.
Внутренний модуль ОЗУ с питанием от конденсатора или дополнительного аккумулятора.
• фиксируемые биты;
• значения фиксируемого таймера и счетчика
Конденсатор или дополнительный аккумулятор.
• календарь и часы
Время хранения данных в памяти, питаемой от конденсатора мин. 2 дня (при температуре 25°С)
Срок службы аккумулятора мин. 10 лет (при температуре 25°С)
Функция времени (RTC) ZEN-x0C1хх-х; точность 1-2 минуты в месяц
Блок выводов Блок контактов для одножильных проводов
Вес макс. 300г.
3.3.3 Входные характеристики
Модуль ЦПУ.
Таблица 3.4
Входы постоянного тока
Параметр Технические данные
Входное напряжение 24 В=, +10%, -15%
Входное сопротивление 5 кОм
Входной ток 5 мА (номинал)
Напряжение включения (ON) мин. 16,0 В=
Напряжение выключения (OFF) макс. 5,0 В=
Время срабатывания при включении (ON) 15 мс или 50 мс
Время срабатывания при выключении (OFF)
Рис.3.18 Вход постоянного тока
Модули расширения.
Таблица 3.5
Входы постоянного тока изолированные с помощью оптрона
Параметр Технические данные
Входное напряжение 24 В=, +10%, -15%
Входное сопротивление 4,7 кОм
Входной ток 5 мА (номинал)
Напряжение включения (ON) мин. 16,0 В=
Напряжение выключения (OFF) макс. 5,0 В=
Время срабатывания при включении (ON) 15 мс или 50 мс
Время срабатывания при выключении (OFF)
Рис.3.19 Вход постоянного тока изолированный оптроном
3.3.4 Характеристики выходов модуля ЦПУ и модуля расширения
Таблица 3.6
Релейный выход модуля ЦПУ и модуля расширения
Параметр Технические данные
Максимальная коммутационная способность 250 В~, 8А (резистивная нагрузка: соs φ=1)
24 В=, 2А (резистивная нагрузка)
Минимальная коммутационная способность 5 В=, 10 мА (резистивная нагрузка)
Срок службы реле Электрическая часть Резистивная нагрузка: 50000 переключений (соs φ=1)
Индуктивная нагрузка: 50000 переключений (соs φ=0,4)
Механическая часть 10 миллионов переключений
Время срабатывания при включении (ON) макс. 15 мс
Время срабатывания при выключении (OFF) макс. 5 мс
Рис.3.20 Релейный выход
3.3.5 Выбор блока питания
Согласно документации, для питания используемого блока интеллектуальных реле ZEN необходим источник питания типа S82K-05024 с выходным напряжением +24 В и мощностью 6,5 Вт.
3.4 Частотный преобразователь
Для управления двигателем подачи трубки используется частотный преобразователь (инвертор) Varispeed F7, производства фирмы «Omron» (Рис.3.21).
Рис.3.21 Частотный преобразователь Varispeed F7
Инвертор Varispeed F7 идеально подходит для применения в приводах вентиляторов, воздуходувок и насосов, а также в приводах конвейеров, толкателей, металлообрабатывающих станков и т.п. [15]
С применением частотного преобразователя стало возможным изменять скорость подачи трубки, например, замедление скорости при приближении к заданному размеру или при использовании наладочного режима, а также позволило получить максимальную скорость вращения двигателя, на 50% превышающую паспортный параметр двигателя при сохранении номинального момента на валу.
3.4.1 Управление инвертором
Для управления инвертором используются входы S1…S7 (см. рис.3.22). На рисунке показаны заводские установки назначений входов и выходов. В разработанной системе управления назначения используемых входов и
выходов (см. схему электрическую принципиальную в Приложении) перепрограммированы следующим образом:
• вход S1 используется для сигнала разрешения на действие;
• вход S5 используется для сигнала на включение высокой скорости подачи трубки;
• вход S7 используется для сигнала на включение низкой скорости подачи трубки;
• выход МА используется для сигнализации ошибки привода;
• выход М3 используется для сигнала остановки двигателя;
• выход М5 используется для сигнализации превышения момента двигателя.
Рис.3.22 Подключения к клеммам схемы управления инвертора
Управление инвертором по трём проводам.
Если параметр b1-02 установлен равным 1, управлять инвертором можно, используя входы схемы управления.
Все действия инвертора происходят лишь в том случае, если на входе S1 схемы управления установлен уровень ON (сигнал разрешения на действие). Если одновременно на входах S1 и S5 схемы управления установлен уровень ON, то выполняется вращение на высокой скорости, а если на любом из этих входов устанавливается уровень OFF (рис.3.23), то инвертор останавливается. Аналогичным образом, если одновременно на входах S1 и S7 схемы управления установлен уровень ON, то вращение выполняется на низкой скорости, а если на любом из этих входов устанавливается уровень OFF – инвертор останавливается.
Рис.3.23 Подключение инвертора при управлении по трём проводам
Для обеспечения низкой скорости подачи трубки используется функция FJOG, которая инициирует работу инвертора с частотой толчкового хода. Функцию можно активизировать, переключая состояния соответствующего входа (ВКЛ./ВЫКЛ.). Для использования этой функции, один из параметров H1-01 — H1-05 (выбор функций дискретных входов S3 — S7) должен быть установлен равным 12 (команда FJOG). Поэтому, при настройке инвертора устанавливаем параметр H1-05 равным 12.
Выбор и установка метода регулирования.
Особенности каждого режима регулирования приведены в таблице 3.7.
Таблица 3.7
Примечание: В случае векторного управления с разомкнутым или замкнутым контуром обратной связи, двигатель должен быть подключен к инвертору напрямую, с единичным коэффициентом передачи. Мощность двигателя, при которой возможно устойчивое регулирование, находится в пределах от 50% до 100% мощности инвертора.
Исходя из поставленной задачи на проектирование, из таблицы 3.7 выбираем метод регулирования «Векторное управления с разомкнутым контуром». Параметр А1-02 оставляем равным 2, т.к. является установкой по умолчанию.
3.4.2. Включение/отключение привода
Если дискретный вход запрограммирован для этой функции, привод можно включать или отключать, переключая состояния дискретного входа ВКЛ./ВЫКЛ. (ВКЛ. – привод включен).
Если вход выключается в момент действия команды RUN (Ход), то инвертор останавливается с использованием метода остановки, указанного в b1-03.
Имеется четыре метода остановки инвертора:
• торможение до полной остановки;
• остановка с вращением по инерции;
• остановка с торможением постоянным током;
• остановка с вращением по инерции с таймером.
Для выбора метода остановки инвертора, необходимо настроить параметр b1-03. В случае векторного управления с замкнутым контуром, торможение с подпиткой постоянным током (b1-03=2) и остановку с вращением по инерции по таймеру (b1-03=3) выбрать нельзя.
Торможение до полной остановки (b1-03=0).
В случае поступления команды «Стоп» (т.е. сброса команды «Ход»), если b1-03 установлен на 0, торможение двигателя до полной остановки выполняется в соответствии с заданным временем торможения. Если выходная частота в процессе торможения падает ниже b2-01, то применяется торможение с подпиткой постоянным током (Рис.3.24). Уровень постоянного тока определяется параметром b2-02, а длительность торможения – параметром b2-04.
Рис.3.24 Торможение до полной остановки.
Если выбрано векторное управление с замкнутым контуром, то процесс остановки двигателя зависит от настройки b1-05.
Остановка с вращением по инерции (b1-03=1).
Если b1-03 установлен равным 1, сброс (Выкл.) команды Ход (Рис.3.25) приводит к мгновенному отключению выхода инвертора, после чего двигатель вращается по инерции до полной остановки. Время полной остановки двигателя зависит от инерционности и состояния нагрузки. После поступления команды «Стоп», команды «Ход» игнорируются, пока не истечет время (L2-03) – минимальное время блокировки выхода.
Рис.3.25 Остановка с вращением по инерции.
Остановка с торможением постоянным током (b1-03=2).
После команды «Стоп» и истечения минимального времени блокировки выхода (L2-03), производится подпитка двигателя постоянным током. Уровень тока подпитки можно задать параметром b2-02. Время торможения с подпиткой постоянным током зависит от значения параметра b2-04, а также от выходной частоты в момент поступления команды «Стоп». Если выходная частота превышает более чем на 10% максимальную выходную частоту (E1-04), то длительность торможения с подпиткой постоянным током увеличивается, согласно рис.3.26.
Рис.3.26. Торможение с подпиткой постоянным током до остановки.
Торможение с подпиткой постоянным током можно использовать для остановки вращающегося по инерции двигателя перед его повторным запуском, либо для его удержания в конце торможения, в случае высокой инерционности нагрузки. Чтобы применить подпитку постоянным током до начала разгона, необходимо настроить соответствующим образом параметр b2-03. Чтобы применить торможение с подпиткой постоянным током при остановке двигателя, необходимо задать параметр b2-04. Установка параметров b2-03/04, равная 0, отключает торможение с подпиткой постоянным током при запуске/остановке. Ток подпитки для торможения постоянным током задается параметром b2-02.
Остановка с вращением по инерции с таймером (b1-03=3).
В случае поступления команды «Стоп» (т.е. сброса команды «Ход») (Рис.3.27), когда b1-03 установлен на 3, выход инвертора отключается таким
образом, как если бы двигатель вращался по инерции до полной остановки. После поступления команды «Стоп», команды «Ход» игнорируются, пока не истечет время Т. Время Т зависит от выходной частоты в момент поступления команды «Стоп», а также от времени торможения.
Рис.3.27 Остановка с вращением по инерции с таймером.
Применение аварийной остановки.
Для аварийной остановки двигателя необходимо установить один из параметров (H1-хх), равным 15 или 17 (аварийная остановка), чтобы торможение до остановки выполнялось с использованием времени торможения, соответствующего режиму аварийной остановки (параметр С1-09). Если команда аварийной остановки подается с помощью нормально-разомкнутого контакта, для многофункционального входа (H1-хх) следует выбрать значение 15, а если используется нормально-замкнутый контакт, то для многофункционального входа (H1-хх) следует выбрать значение 17. После подачи команды аварийной остановки возобновление работы невозможно, пока инвертор не остановится полностью. Для отмены аварийной остановки необходимо сбросить команду «Ход» и «Аварийная остановка».
Подключение тормозного резистора.
Тормозной резистор, установленный с задней стороны инвертора, используется с инверторами классов 200 В и 400 В с выходной мощностью от 0,4 до 11 кВт. Если используется такой резистор, то может быть включена внутренняя защита от перегрева тормозного резистора (см. таблицу 3.7).
Таблица 3.7
Параметр Значение
L8-01 (Выбор защиты внутреннего DB резистора) 1 (Включить защиту от перегрева)
L3-04 (выбор защиты от опрокидывания ротора в процессе торможения)
(Выбрать одно из указанных значений) 0 (Отключить функцию защиты от опрокидывания ротора)
3 (Включить функцию защиты от опрокидывания ротора с тормозным резистором)
Так как для наиболее эффективного торможения в разработке используется блок тормозных резисторов, то параметр L3-04 устанавливаем равным 3.
Подключение тормозного резистора к инвертору показано на рис.3.28.
Рис.3.28 Подключение тормозного резистора
Для наиболее точного вывода фрезы на заданный размер трубки необходима максимально быстрая остановка двигателя подачи, поэтому из всех перечисленных методов выберем метод до полной остановки двигателя с применением тормозного резистора, который поглощает энергию регенерации двигателя для уменьшения времени торможения.
В документации указано, что при использовании инвертора класса 400В, с максимальной мощностью 4 кВт и мощности применяемого двигателя 3,7кВт, необходимо использовать тормозной резистор типа 3G3lV-PERF150WJ201, мощностью 150 Вт и сопротивлением 400 Ом.
3.4.3. Установка времени разгона и времени торможения
Время разгона – это время, в течение которого выходная частота возрастает от 0% до 100% значения максимальной выходной частоты . Время торможения – это время, в течение которого выходная частота снижается от 100% до 0%. Шаг (единица измерения) времени разгона/торможения задается параметром C1-10. По умолчанию (заводская настройка), принимается значение 1.
Так как целью разработки является точной отрезки трубки по заданному размеру, то необходимо быстро останавливать двигатель подачи трубки. Исходя из этого в разработанной системе управления, при программировании инвертора, настройки параметров времени разгона и времени торможения установлены следующим образом:
• время разгона (С1-01) = 2 секунды;
• время торможения (С1-02) = 1 секунда.
3.4.4 Выбор режима работы в случае ограничения выходного напряжения
В общем случае на выходе инвертора нельзя получить напряжение, превышающее входное напряжение. Если выходное опорное напряжение для двигателя (контролируемый параметр U1-06) превышает входное напряжение в диапазоне высоких скоростей, наступает ограничение (насыщение) выходного напряжения и инвертор не может отрабатывать изменения скорости или нагрузки. Данная функция автоматически снижает выходное напряжение, чтобы предотвратить насыщение выхода напряжения. Таким образом, точность регулирования скорости можно сохранять даже при высоких скоростях (выше номинальной скорости двигателя). При пониженном напряжении значение тока может быть выше на 10%, по сравнению с током при работе без ограничения напряжения.
3.4.5 Обнаружение вращающего момента двигателя
В случае появления заданной нагрузки на механическую систему (крутящий момент), либо внезапного снижения нагрузки (пониженный момент), на одну из выходных клемм M1-M2, M3-M4 или M5-M6 может быть подан сигнал предупреждения.
Чтобы использовать функцию обнаружения пониженного/повышенного момента, для одного из параметров H2-01 — H2-03 (выбор функций дискретных выходов M1-M2, M3-M4 или M5-M6) необходимо выбрать значение В, 17, 18, 19 (обнаружение повышенного/пониженного момента, нормально-разомкнутый/нормально-замкнутый контакт). Повышенный/пониженный вращающий момент обнаруживается путем контроля опорного момента в случае векторного управления с разомкнутым и замкнутым контуром (номинальный момент двигателя соответствует 100%).
В нашем случае, устанавливаем параметр Н2-03 равным В, для включения функции контроля превышения момента на выходной клемме М5.
3.5 Выбор датчика верхнего положения кулачкового вала
Для определения верхнего положения кулачкового вала было принято решение использовать бесконтактный индуктивный датчик типа ВБИ-М18-769-1112Л, производства фирмы «Сенсор». Технические характеристики датчика приведены в таблице 3.8.
Таблица 3.8
Гарантированный интервал срабатывания 0 – 5 мм
Диапазон номинальных напряжений питания 12–24 В
Номинальный ток 5 мА
Индикация срабатывания есть
Температура окружающей среды -45…+80°С
Материал корпуса латунь
Максимальная масса изделия 0,09 кг
Применение этого датчика обеспечит длительное время безотказной работы за счет отсутствия механических контактов, ток сигнала срабатывания соответствует уровню входных токов ZEN, а диапазон напряжений питания позволит легко его подключить в схему управления, так как в схеме уже имеется источник питания +24В. Также, индикация срабатывания упрощает обслуживание системы. [27]
3.6 Разработка схемы формирования импульсов счета (схема ФИС)
Так как наиважнейшей функцией системы является точная резка трубки заданного размера, то самым лучшим вариантом работы механизма подачи будет двухскоростной режим. В начале, большую часть необходимого размера, подача трубки происходит на высокой скорости, а при подходе к заданному значению, скорость снижается до низкой, что обеспечит более быстрый останов двигателя, чем при подаче с одной скоростью.
Для использования двухскоростного режима понадобятся два сигнала: первый – о достижении места переключения на медленную скорость, а второй – о достижении необходимого размера. Счетчик СИ-8 может выдать только один сигнал о достижении размера, в нем запрограммированного. Поэтому было принято решение, использовать сигнал с СИ-8 для перехода на медленную скорость, а дальнейший счет и сигнал о достижении необходимого размера производить модулем ZEN.
Однако характеристики входов модуля ZEN не позволяют напрямую обрабатывать сигнал с датчика U1 (ВЕ 178А5), который выдает 1000 импульсов за один оборот своего вала, напряжением 5 В. Для устранения этой проблемы используется делитель импульсов, поступаемых с U1, выполненный с использованием счетчика DD2. Для предотвращения счета обратных импульсов в схеме использован синхронный D-триггер (DD1). [8] Выбор коэффициента деления (2, 4, 8) определяется положением перемычек S1 и S2. Далее сигнал поступает на транзистор VT2, который работает в ключевом режиме. Этот транзистор, совместно с оптроном U4, формирует импульсы с меньшей частотой (по умолчанию положение перемычек выставлено таким образом, что происходит деление на 8) и большей амплитудой (24В), которые необходимы для восприятия сигнала модулем ZEN. Транзистор VT1 работает в ключевом режиме и обеспечивает необходимый уровень сигнала для счетчика СИ-8.
Исходя из параметров входных и выходных сигналов, а также находящихся в наличии, были выбраны следующие элементы, используемые в схеме ФИС:
• DD1 – К555ТМ2; [7]
• DD2 – КР1533ИЕ7; [7]
• VT1,VT2 – КТ3102А; [6]
• U2 – АОТ110А; [22]
3.6.1 Проектирование источника питания
В последние годы широкое распространение получили интегральные стабилизаторы напряжения. Источники питания на их основе отличаются малым числом дополнительных деталей, невысокой стоимостью и хорошими техническими характеристиками. Появилась возможность снабдить каждую плату сложного устройства собственным стабилизатором напряжения, а значит, использовать для его питания общий нестабилизированный источник. Это значительно повысило надежность таких устройств и во многом сняло проблему борьбы с наводками на длинные провода питания и импульсными помехами, порожденными переходными процессами в этих цепях. В настоящее время промышленность выпускает широкий ассортимент микросхем серий 142, К142 и КР142. В их состав входят стабилизаторы с регулирующим транзистором, включенным в плюсовой провод выходной цепи, и регулируемым выходным напряжением (142ЕН1—142ЕН4, КР142ЕН1 — КР142ЕН4), то же, но с фиксированным выходным напряжением (142EH5, 142ЕН8, 142ЕН9, К142ЕН8, К142ЕН9, КР142ЕН5, КР142ЕН8, КР142ЕН9).
Исходя из выше описанного, для питания схемы формирования импульсов счета и датчика ВЕ-178А5 используем стабилизатор напряжения на основе типовой схемы включения микросхемы КР142ЕН5. [25]
3.7 Выбор силовых элементов
Для обеспечения полной совместимости с контроллером (модулем ZEN), в качестве силовых элементов схемы выберем все устройства того же производителя, что и ZEN, а именно – фирмы OMRON.
3.7.1 Выбор реле
Так как выходы ZEN имеют уровень 24В, то используем реле, рассчитанное на управление этим напряжением, а именно типа MY2IN 24DC (S) (Рис.3.29). Это универсальные и многофункциональные миниатюрные силовые реле для программного управления и силовых коммутационных цепей. [19]
Рис.3.29 Реле MY2IN 24DC (S)
3.7.2 Выбор пускателей
Пуск двигателей М2 и М3 производится с помощью пускателей, сигнал на включение которых, подается через реле модулем ZEN. Исходя из параметров реле и мощности двигателей [11], выбираем пускатели типа J7KN-10-10 24D (Рис.3.30), дополнительным достоинством которых является защита от прямого контакта с токоведущими частями. [18]
Рис.3.30 Пускатель J7KN-10-10 24D
3.7.3 Выбор устройств защиты
Защита двигателя М1 осуществляется инвертором, поэтому выбор защиты от перегрузки произведем только для двигателей М2 и М3, исходя из их мощности, пусковых токов и типа используемых пускателей.
Термореле KF1 и KF2 выбираем типа J7TKN-A-4 (Рис.3.31). Это термореле перегрузки используется с данным типом пускателей и при пусковых токах в диапазоне 2,7…4 ампера. [20]
Рис.3.31 Термореле перегрузки J7TKN-A-4
Для защиты двигателей от короткого замыкания (КЗ), в разработанной системе управления используются автоматические выключатели. Исходя из мощности двигателей [11], выбираем следующие типы автоматических выключателей:
• QF1 – J7MN-25-25 (Рис.3.32);
• QF2…QF4 – J7MN-12-10 (Рис.3.32). [17]
Рис.3.32 Автоматический выключатель J7MN-25-25
Рис.3.33 Автоматический выключатель J7MN-12-10
Для защиты от КЗ блока питания схемы ФИС, а также других устройств, подключенных к цепям 110 и 220 вольт переменного тока, в схеме используются предохранители FU1…FU3. Предохранитель FU1 выбран типа ПК45-1А, а предохранители FU2, FU3 – типа пК45-3А.
3.8 Программирование контроллера ZEN
3.8.1 Алгоритм работы программы
Блок-схема алгоритма работы программы приведена в Приложении А.
3.8.2 Описание алгоритма работы программы
При включении СУ в программе включается задержка исполнения в 5 секунд. Это сделано для того, чтобы дать возможность приводу провести проверку своего состояния. По истечении 5 секунд на привод подается сигнал разрешения работы. Затем программа проверяет состояние тепловых реле и привода. Если какой-нибудь сигнал аварии присутствует, то он устанавливает триггер аварии в состояние «SET» (Включено). Одновременно с этим начинает мигать лампочка, сигнализируя об аварии. Кнопка «Стоп» сбрасывает триггер аварии, если причина аварии устранена.
Перед включением любого из трех двигателей производится проверка условия разрешения на включение, которое включает в себя проверку состояния триггера аварий, положение кнопки «Стоп» и счетчика деталей. Если разрешение получено, далее производится выбор из трех режимов работы:
• Автомат;
• Один цикл;
• Наладка.
Режим работы «Автомат»
Для выбора этого режима необходимо, чтобы переключатель SA1 находился в положении «Автомат», а переключатель SА2 находился в положении «Цикл». При нажатии кнопки «Пуск» проверяется промежуточное условие на включение подачи трубки на высокой скорости, которое состоит в следующем:
• кулачковый вал не должен быть включен;
• фреза вращается;
• СИ8 не выдал сигнал о переходе на медленную скорость.
После этого выдается сигнал на включение приводом высокой скорости подачи.
Как только счетчик СИ8 выдает сигнал о переходе на низкую скорость, высокая скорость подачи отключается и включается низкая скорость подачи трубки. Одновременно с этим начинается отсчет импульсов счетчиком модуля ZEN.
При формировании сигнала ZEN о том, что необходимый размер достигнут, двигатель подачи трубки останавливается, о чем на контроллер поступает сигнал с привода – «Скорость =0». По этим сигналам происходит следующее:
• сбрасываются счетчик ZEN и СИ8;
• проверяется разрешение на работу кулачкового вала;
При наличии разрешения на работу кулачкового вала начинается отрез трубки. Как только датчик кулачкового вала информирует о том, что головка вала вернулась в исходное положение, добавляется значение счетчика деталей, и разрешение на работу этого вала снимается через 0,5 секунды, тем самым, давая возможность уйти головке кулачкового вала из зоны действия датчика. После чего цикл повторяется снова до тех пор, пока счетчик деталей не достигнет установленного значения.
При остановке станка, при условии отсутствия сигнала аварии, включается лампочка HL1, сигнализируя оператору об окончании работы.
Режим работы «Один цикл» отличается от режима «Автомат» только тем, что дальнейшая работа станка прекращается до следующего нажатия кнопки «Пуск».
Режим работы «Наладка»
В этом режиме подача трубки и включение кулачкового вала выполняются до тех пор, пока удерживается соответствующая кнопка пульта управления. Вращение фрезы запускается по однократному нажатию соответствующей кнопки; остановка вращения происходит при нажатии кнопки «Стоп».
3.8.3 Программа работы модуля ZEN
Программа работы модуля ZEN в релейно-контактном виде представлена в Приложении Б.
4. Расчет надёжности СУ СМР
Оценка надежности является одним из наиболее важных разделов проектирования.
Эффективность функционирования систем автоматического управления (САУ) в значительной степени зависит от надежности как отдельных устройств, входящих в систему, так и аппаратуры, обеспечивающей взаимодействие между этими устройствами.
Основными причинами, определяющими повышенное внимание к проблемам надежности, являются:
• рост сложности аппаратуры;
• более медленный рост уровня надежности комплектующих элементов по сравнению с ростом числа элементов в аппаратуре;
• увеличение важности выполняемых аппаратурой функций и, как следствие этого, повышение требований к надежности аппаратуры;
• усложнение условий эксплуатации;
Основным понятием в теории надежности является понятие системы, под которым понимается совокупность совместно действующих объектов, предназначенных для выполнения заданных функций. Все системы, рассматриваемые в теории надежности, могут быть разделены на восстанавливаемые, в которых после появления отказа происходит замена отказавшего объекта, и невосстанавливаемые, в которых замена не производится.
Объекты, образующие системы, представляют собой элементы системы. В теории надежности под элементом понимают часть системы, которая имеет самостоятельную характеристику надежности, используемую при расчетах и выполняющую определенную частную функцию в интересах системы. Все элементы, используемые в САУ, можно разделить на первичные элементы и узлы, состоящие из первичных элементов.
Элементы и системы могут находиться в двух состояниях: работоспособном и неработоспособном. Работоспособность – это такое состояние системы или элемента, при котором они способны выполнить заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией.
Событие, заключающееся в нарушении работоспособности, называется отказом. По характеру возникновения отказы можно классифицировать следующим образом:
• внезапные отказы, характеризующиеся скачкообразным изменением параметров системы или элемента;
• постепенные, характеризующиеся постепенным изменением параметров системы или элемента;
Для систем автоматического управления большое значение имеют сбои. Сбой – событие, заключающееся в том, что в результате изменения параметров элементов под воздействием внутренних или внешних причин система (или элемент) в течение некоторого времени прекращает выполнение своих функций. Правильная работа аппаратуры в этом случае восстанавливается самопроизвольно, без вмешательства извне.
На основании использования понятий работоспособности и отказа можно сформулировать следующие понятия.
1. Безотказность – свойство системы или элемента непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки.
2. Сохраняемость – свойство системы или элемента непрерывно сохранять исправное, работоспособное состояние в течение всего времени хранения.
3. Ремонтопригодность – свойство системы или элемента, заключающееся в приспособлении к предупреждению и обнаружению причин возникновения их отказов, повреждений и устранению их последствий путем проведения ремонтов и технического обслуживания.
4. Надежность – свойство системы или элемента выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортировки.
Важнейшими показателями надежности систем являются:
1. Вероятность безотказной работы р(t) – вероятность того, что в заданном интервале времени t в системе или в элементе не возникает отказ.
2. Интенсивность отказов λ – представляет собой условную плотность распределения времени безотказной работы для момента времени t при условии, что до момента времени t отказ устройства не произошел.
4.1 Цели расчета
Целью расчета является определение количественных показателей надежности СУ СМР, разработанной в дипломном проекте, и их соответствия требованиям ТЗ на дипломное проектирование.
Расчет производится на основе информации о надежности комплектующих элементов, электрической схемы, конструктивного исполнения, рабочих режимов, внешних и внутренних факторов, влияющих на надежность.
4.2 Исходные данные
4.2.1 Требования к надёжности
В соответствии с ТЗ на дипломный проект, требуемым показателем надежности является вероятность безотказной работы (ВБР) СУ СМР:
P(t) ≥ 0,95 на интервале времени t = 5000 часов.
Система управления предназначена для работы в следующих условиях эксплуатации:
температура окружающей среды от + 5 до + 60 С;
влажность от 40 до 90 % при температуре + 30 С;
давление от 84 до 107 кПа (630 – 800 мм. Рт. ст.).
4.2.2 Блок – схема устройства
Для составления логической схемы требуется разбить систему на отдельные функциональные блоки, а блоки, в свою очередь, разбивают на отдельные элементы. Далее следует проанализировать влияние каждого функционального блока на работоспособность системы. Блоки, неисправность которых способна вызвать отказ системы, вносят в логическую схему с последовательным соединением. Если отказ функционального блока не приводит к отказу системы, а лишь увеличивает вероятность отказа, то блок включается в логическую схему параллельно. В том случае, когда элемент никак не влияет на работоспособность системы, они не включаются в логическую схему. При этом дальнейший расчёт производится по принципу «от простого к сложному». Первым делом производится расчет для отдельных элементов функционального блока, а затем для самого блока в целом.
Исходя из электрической схемы СУ СМР, можно выделить следующие устройства, влияющие на её работоспособность:
− контроллер (ZEN);
− частотный преобразователь (ЧП);
− счетчик (СИ-8);
− датчик фотоэлектрический (датчик ФЭ);
− импульсное кольцо (ИК);
− схема формирования импульсов счета (схема ФИС);
− исполнительные устройства (реле);
− блок питания (БП).
Отказ любого из выше перечисленных блоков приведет к потере работоспособности СУ СМР, следовательно, логическая схема будет строиться в виде последовательного соединения блоков, как это представлено на рисунке 4.1.
Рисунок 4.1
4.3 Определение полного перечня первичных элементов
Расчет надежности начинается с разделения СУ СМР на блоки, подблоки и т.д. до уровня первичных элементов, на которые имеются или могут быть определены значения интенсивности отказа.
Деление системы заканчивается разработкой полного перечня первичных элементов.
Таблица 4.1
№ п.п. Наименование, тип,
марка элемента Обозначение
по эл.схеме Количество, шт.
1 Микросхема
КР142EH5А DА1 1
2 Микросхема
К555ТМ2 DD1 1
3 Микросхема
КР1533ИЕ7 DD2 1
4 Конденсатор
К50-35-220мкФ С1, С3 2
5 Конденсатор
КМ5-0.1мкФ C2, C4, C5 3
6 Резистор
3G3lV-PERF150WJ201 R1 1
7 Резисторы
МЛТ R2…R6 4
8 Предохранитель
ПК45 FU1…FU3 3
9 Перемычка контактная
PLD2x1 S1, S2 2
10 Трансформатор
ОСМ 1-1.0 T1 1
11 Трансформатор
ОСМ 1-0.4 T2 1
Окончание таблицы 4.1
№ п.п. Наименование, тип,
марка элемента Обозначение
по эл.схеме Количество, шт.
12 Диодный мост
КC405 VD1 1
13 Оптрон
АОТ110А U2 1
14 Диод
КД209 VD1…VD9 9
15 Транзистор
КТ3102А VT1,VT2 2
16 Реле
MY2IN 24DC (S) К1…К9 9
17 Тепловое реле
J7TKN-A-9 КK1, KK2 2
18 Пускатель
J7KN10-10 24D КM1…КM3 3
19 Выключатель автоматический
J7MN12-10 QF1…QF4 4
20 Датчик индуктивный
ВБИ-М18-76У-1112Л SQ1 1
21 Частот.преобразователь
CIMIR F7Z44P0 А5 1
22 Счетчик
СИ8-Н.Р.RS А1 1
23 Датчик фотоимпульсный
BE 178A5 U1 1
24 Интеллектуальное реле
ZEN20C1DR-D-V1 A2 1
25 Блок расширения
ZEN-8EDR A3 1
26 Блок питания
S82K-05024 A4 1
27 Разъем
РП12 X6, Х8, Х9 3
28 Разъем
РП8 Х5, X7 1
4.4 Формулировка понятия отказа
Прежде чем приступить к оценке надежности СУ СМР, следует определиться с чёткой формулировкой отказа для рассматриваемого изделия. От этого зависит построение логической схемы, по которой в дальнейшем будет вестись расчёт надёжности.
Так как основной функцией СУ СМР является управление процессом резки трубки заданного размера, то понятие отказа состоит в потере работоспособности и точности, проявляющейся в следующем:
• отклонение размера отрезанной трубки от заданного значения;
• отказ блока питания;
• неконтролируемое вращение двигателя.
4.5 Разработка логической схемы
После анализа всех блоков, представленных в логической схеме, изображенной на рисунке 4.1, можно отметить, что отказ любого элемента в рассматриваемых блоках приведет к отказу всей системы управления. Таким образом, логическую схему расчёта надёжности, можно представить, как последовательное соединение всех элементов, включённых в работу выше перечисленных блоков. Изображение такой схемы представлено на рисунке 4.2, где:
Эi – i-ый элемент логической схемы;
N – общее количество элементов включённых в логическую схему расчёта надёжности СУ СМР.
4.6 Определение значений интенсивности отказов первичных элементов
Определим значения интенсивности отказов первичных элементов в нормальных условиях эксплуатации, коэффициентов нагрузки и тепловых режимов элементов, а также поправочных коэффициентов — .
Таблица 4.2
№ п.п. Наименование, тип, марка элемента Обозначение по эл. схеме Кол-во, шт. λоi∙106 1/ч Кнi Т° ai
1 Микросхема DА1 1 0,52 1 60 0,1
КР142EH5
2 Микросхема DD1 1 0,37 1 60 0,1
К555ТМ2
3 Микросхема DD2 1 0,37 1 60 0,1
КР1533ИЕ7
4 Конденсатор С1, С3 2 0,1 0,5 60 1,1
К50-35-220мкФ
5 Конденсатор C2, C4, C5 3 0,07 0,2 60 0,1
КМ5-0.1мкФ
6 Резистор R1 1 0,02 0,1 60 0,1
3G3lV-PERF150WJ201
7 Резисторы R4…R6 4 0,01 0,1 60 0,1
МЛТ
8 Предохранитель FU1…FU3 3 0,03 1 60 0,2
ПК45
9 Перемычка контактная S1, S2 2 0,06 0,5 60 0,2
PLD2x1
10 Трансформатор T1 1 0,02 1 60 0
ОСМ 1-1.0
11 Трансформатор T2 1 0,02 1 60 0
ОСМ 1-0.4
12 Диодный мост VD1 1 0,08 0,3 60 0,1
КС405
13 Оптрон U2 1 0,1 1 60 0,1
АОТ110А
14 Диод VD1…VD9 9 0,08 0,3 60 0,1
КД209
15 Транзистор VT1,VT2 2 0,2 0,5 60 0,1
КТ3102А
16 Реле К1…К9 9 0,06 0,8 60 1,2
MY2IN 24DC (S)
17 Тепловое реле КK1, KK2 2 0,06 0,8 60 0,5
J7TKN-A-9
18 Пускатель КM1…КM3 3 0,3 0,8 60 1,2
J7KN10-10 24D
19 Выключатель автоматический QF1…QF4 4 0,1 0,5 60 0,6
J7MN12-10
Окончание таблицы 4.2
№ п.п. Наименование, тип, марка элемента Обозначение по эл. схеме Кол-во, шт. λоi∙106 1/ч Кнi Т° ai
20 Импульсное кольцо SQ1 1 0,03 0,2 60 0,1
ВБИ-М18-76У-1112Л
21 Част.преобразователь А5 1 0,43 2,9 60 1,6
CIMIR F7Z44P0
22 Счетчик А1 1 0,22 1,9 60 1,5
СИ8-Н.Р.RS
23 Датчик фотоимпульсный U1 1 0,1 1 60 0,1
BE 178A5
24 Интеллектуальное реле A2 1 0,31 1,9 60 1,6
ZEN20C1DR-D-V1
25 Блок расширения A3 1 0,07 0,9 60 1,4
ZEN-8EDR
26 Блок питания A4 1 0,2 0,8 60 0,3
S82K-05024
27 Разъем X6, Х8, Х9 3 0,06 1 60 0,1
РП12
28 Разъем Х5, X7 1 0,06 1 60 0
РП8
Значение интенсивности отказов элементов, их коэффициентов нагрузки — КН, температура окружающей среды — t°, и рабочая интенсивность отказов — , сведены в таблицу 4.2.
– номинальная интенсивность отказов i-го комплектующего элемента при нормальных условиях, справочная величина приводящаяся производителем в паспорте элемента;
Т° – температура с учетом перегрева;
– поправочный коэффициент, учитывающий влияние электрической и тепловой нагрузок элемента на интенсивность его отказов, является справочной величиной. [12]
Рабочая интенсивность отказов i-го комплектующего элемента:
. (4.1)
4.7 Определение значений интенсивности отказов с учетом эксплуатационных воздействий
Определение значений интенсивности отказов блоков СУ СМР производится с учетом механических воздействий, влажности, давления.
Величина – интенсивность отказов системы, которая определяется формулой:
,
где , , – поправочные коэффициенты, учитывающие влияние на интенсивность отказов соответственно механических воздействий, влажности и атмосферного давления;
Поправочные коэффициенты , , определяются по специальным таблицам в зависимости от условий эксплуатации. Они принимают значения: , , . [12]
– рабочая интенсивность отказов i-го комплектующего элемента.
Результаты сведены в таблицу 4.3.
Таблица 4.3
№ п.п. Наименование, тип, марка элемента Обозначение по эл. схеме Кол-во, шт. λpi∙106 1/ч ∑λpi∙106 1/ч КД КВЛ КМ λБлi∙106 1/ч
1 Микросхема DА1 1 0,0364 0,0364 1 2,5 1,07 0,09737
КР142EH5
2 Микросхема DD1 1 0,037 0,037 1 2,5 1,07 0,09898
К555ТМ2
3 Микросхема DD2 1 0,037 0,037 1 2,5 1,07 0,09898
КР1533ИЕ7
4 Конденсатор С1, С3 2 0,11 0,22 1 2,5 1,07 0,5885
К50-35-220мкФ
5 Конденсатор C2, C4, C5 3 0,007 0,021 1 2,5 1,07 0,05618
КМ5-0.1мкФ
6 Резистор R1 1 0,0018 0,0018 1 2,5 1,07 0,00482
3G3lV-PERF150WJ201
Продолжение таблицы 4.3
№ п.п. Наименование, тип, марка элемента Обозначение по эл. схеме Кол-во, шт. λpi∙106 1/ч ∑λpi∙106 1/ч КД КВЛ КМ λБлi∙106 1/ч
7 Резисторы R4…R6 4 0,0013 0,0052 1 2,5 1,07 0,01391
МЛТ
8 Предохранитель FU1…FU3 3 0,006 0,018 1 2,5 1,07 0,04815
ПК45
9 Перемычка контактная S1, S2 2 0,0102 0,0204 1 2,5 1,07 0,05457
PLD2x1
10 Трансформатор T1 1 0,0004 0,0004 1 2,5 1,07 0,00107
ОСМ 1-1.0
11 Трансформатор T2 1 0,0004 0,0004 1 2,5 1,07 0,00107
ОСМ 1-0.4
12 Диодный мост VD1 1 0,0056 0,0056 1 2,5 1,07 0,01498
КС405
13 Оптрон U2 1 0,01 0,01 1 2,5 1,07 0,02675
АОТ110А
14 Диод VD1…VD9 9 0,004 0,036 1 2,5 1,07 0,0963
КД209
15 Транзистор VT1,VT2 2 0,014 0,028 1 2,5 1,07 0,0749
КТ3102А
16 Реле К1…К9 9 0,0732 0,6588 1 2,5 1,07 1,76229
MY2IN 24DC (S)
17 Тепловое реле КK1, KK2 2 0,027 0,054 1 2,5 1,07 0,14445
J7TKN-A-9
18 Пускатель КM1…КM3 3 0,366 1,098 1 2,5 1,07 2,93715
J7KN10-10 24D
19 Выключатель автоматический QF1…QF4 4 0,06 0,24 1 2,5 1,07 0,642
J7MN12-10
20 Импульсное кольцо SQ1 1 0,0024 0,0024 1 2,5 1,07 0,00642
ВБИ-М18-76У-1112Л
21 Част.преобразователь А5 1 0,6665 0,6665 1 2,5 1,07 1,78289
CIMIR F7Z44P0
22 Счетчик А1 1 0,319 0,319 1 2,5 1,07 0,85333
СИ8-Н.Р.RS
23 Датчик фотоимпульсный U1 1 0,01 0,01 1 2,5 1,07 0,02675
BE 178A5
24 Интеллектуальное реле A2 1 0,496 0,496 1 2,5 1,07 1,3268
ZEN20C1DR-D-V1
Окончание таблицы 4.3
№ п.п. Наименование, тип, марка элемента Обозначение по эл. схеме Кол-во, шт. λpi∙106 1/ч ∑λpi∙106 1/ч КД КВЛ КМ λБлi∙106 1/ч
25 Блок расширения A3 1 0,0945 0,0945 1 2,5 1,07 0,25279
ZEN-8EDR
26 Блок питания A4 1 0,06 0,06 1 2,5 1,07 0,1605
S82K-05024
27 Разъем X6, Х8, Х9 3 0,0036 0,0108 1 2,5 1,07 0,02889
РП12
28 Разъем Х5, X7 1 0,0012 0,0012 1 2,5 1,07 0,00321
РП8
Итого 11,204
4.8 Определение вероятности безотказной работы модуля
На основании таблицы 2.3 определим интенсивность отказов системы:
(4.3)
где: m — количество блоков системы;
– интенсивность отказа i-го блока;
– интенсивность отказа все системы.
Суммарная интенсивность отказов системы составляет: 11,204.
Произведем оценку вероятности безотказной работы модуля в течение 5000 часов:
; (4.4)
.
Среднее время наработки на отказ СУ СМР будет определяться формулой:
; (4.5)
часа.
В результате расчета получили:
0,95;
11,204∙10-6 1/час;
89 254 часа.
4.9 Выводы
4.9.1. Результат проведенных вычислений
В результате проведённых вычислений, требования технического задания по расчёту надёжности выполнены полностью. Среднее время наработки на отказ составляет 89 254 часа.
Вероятность безотказной работы системы Pc(t)=0,95, что соответствует требованию ТЗ по надежности (Pc(t)≥0,95).
4.9.2 Анализ наиболее ненадежных элементов
Проведенный анализ показал наличие элементов, обладающих низкой надежностью. Эти элементы относятся к силовым функциям системы и содержат реле и пускатели (см. п. 16…18 таблицы 4.3). Рекомендации по повышению надежности сводятся к замене механических реле на оптореле, а пускателей на специальные полупроводниковые микросхемы – драйверы, которые имеют меньшие значения интенсивности отказов, по сравнению с механическими. Так, применение этих элементов позволит получить вероятность безотказной работы равной 0,97 против 0,95 у механических элементов.
5. Экономическая часть
Расчет структуры цены проводится методом прямого калькулирования с учетом законодательных актов в части ценообразования по состоянию на 15 апреля 2006 года. Система управления станком мерной резки разработана для внутреннего использования, поэтому расчет произведен по себестоимости проектно-конструкторских затрат и экспериментального образца.
5.1 Расчет проектно-конструкторских затрат
5.1.1 Материалы и ПКИ
Затраты по статье «Материалы и ПКИ» рассчитаны исходя из потребностей на сырье и материалы, покупные изделия и полуфабрикаты, вспомогательные материалы, комплектующие изделия, пакеты прикладных программ, дискеты, ватман и др. по цене приобретения без НДС.
Расчет затрат на материалы и ПКИ приведен в таблице 5.1.
Таблица 5.1
Расчет затрат на материалы и ПКИ
Наименование Единица Коли- Цена единицы, Сумма, Обосно-
материалов, ПКИ изме- чест- руб. руб. вание
и других рения во (без НДС)
материальных ресурсов
1 2 3 4 5 6
Ватман шт. 4 5,93 23,72 чертежи
СD шт. 2 11,00 22,00 прайс ─листы
Всего 45,73
5.1.2 Расходы на оплату труда
Расходы на оплату труда определены исходя из среднемесячного размера расходов на оплату труда одного работника и трудоемкости работ. С учетом премии и территориального коэффициента среднемесячный размер расходов на оплату труда одного работника (ЗП ср.) составит:
ЗП ср. = О∙Кпр∙Ктерр = 4950∙1,4∙1,15 = 7969,5 рублей, (5.1)
где: О — окладная часть (4950 рублей в месяц),
Кпр — премиальный коэффициент (1,4),
К терр — территориальный коэффициент (уральские -1,15).
Продолжительность и трудоемкость проводимых работ определяется в соответствии с календарным планом, приведенном в таблице 5.2.
Таблица 5.2
Календарный план проведения работ
№ Наименование работ Срок выполнения Трудоём-кость (чел/час)
пп начало окончание
1. Получение и анализ задания на разработку 01.02.2006 07.02.2006 40
2. Подбор, изучение научно-технической литературы, подготовка материалов и справочных данных 08.02.2006 16.02.2006 56
3. Разработка структурной схемы системы управления станком мерной резки трубки 17.02.2006 01.03.2006 64
4. Анализ структурной схемы и подбор элементов и блоков системы управления 02.03.2006 18.03.2006 96
5. Разработка схемы электрической принципиальной 19.03.2006 31.03.2006 72
6. Анализ алгоритмов программы и настройки параметров используемых блоков 01.04.2006 18.04.2006 96
7. Написание программы работы контроллера 19.04.2006 03.05.2006 80
8. Технико-экономическое обоснование стоимости разработки 04.05.2006 06.05.2006 24
9. Обоснование раздела «Безопасность жизнедеятельности» 10.05.2006 12.05.2006 24
10. Анализ разработки, выводы и оформление проекта 13.05.2006 30.05.2006 96
ИТОГО: 648
При среднем количестве часов в месяц в 2006 году — 165 часов в месяц продолжительность работ в месяцах будет составлять 3,9 месяца (648/165).
Полные расходы на оплату труда приведены в таблице 5.3.
Таблица 5.3
Расчет расходов на оплату труда
№ Сроки Категория работающих
этапа ИТР и служащие
работ Начало Окончание Продол Кол-во Трудоем- Среднемесяч-ный размер Расходы
по житель участ- кость расходов на
теме ность ников (чел/мес) на оплату труда одного оплату
(мес.) (чел.) человека в месяц труда
1 01.02.2006 30.05.2006 3,9 1 3,9 7969,50 31 081,05
5.1.3 Отчисления на социальные нужды
В соответствии с Налоговым кодексом РФ (часть вторая), установлен единый социальный налог по ставке 26% от расходов на оплату труда. [1]
При этом предприятие перечисляет:
• в Пенсионный фонд — 20% от начисленной суммы оплаты труда,
• в Фонд социального страхования – 2,9%,
• в Фонд обязательного медицинского страхования — 3,1%.
Кроме того, предприятие производит отчисления на обязательное социальное страхование от несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний (в размере страхового тарифа, указанного в страховом свидетельстве – для каждого предприятия индивидуально). [2]
Законодательно установлено 22 класса профессионального риска, каждому из которых присвоен определенный страховой тариф в размере от 0,2 % до 8,5%.
Для ОАО «Автомобильный завод «Урал» размер страхового тарифа, указанный в страховом свидетельстве равен 1,2.
Таким образом, суммарный тариф отчислений на социальные нужды составит для ОАО «Автомобильный завод «Урал» 26,0% + 1,2 % = 27,2% от суммы расходов на оплату труда.
Размер отчислений на социальные нужды составит:
31081,05 ∙ 0,272 = 8454,05 рублей.
5.1.4 Командировочные расходы
Нормы возмещения командировочных расходов:
• оплата найма жилого помещения — по фактическим расходам, подтвержденным соответствующими документами, но не более 550 руб. в сутки, а при отсутствии документов — в размере 12 руб. в сутки;
• оплата суточных — 100 руб. за каждый день нахождения в командировке;
• оплата проезда — по представленным проездным документам.
В нашем случае затраты отсутствуют.
5.1.5 Накладные расходы
Сюда относятся:
• расходы на содержание аппарата работников управления;
• содержание зданий, сооружений, инвентаря общехозяйственного назначения;
• затраты на подготовку и переподготовку кадров;
• конторские, типографские, почтово-телеграфные и телефонные расходы;
• плата (или содержание) за пожарную, военизированную и сторожевую охрану;
• плата за аренду в случае аренды отдельных объектов основных производственных фондов;
• оплата услуг связи, вычислительных центров, банков;
• оплата работ по сертификации продукции;
• затраты на обеспечение нормальных условий труда и техники безопасности;
• расходы на полное восстановление основных фондов;
• налоги, сборы, обязательные отчисления, которые включаются в состав себестоимости работ.
Накладные расходы (НР) определяются индивидуально по каждому предприятию и зависят от вида деятельности, и составляют 104 % от расходов на оплату труда.
НР = 31081,05 ∙ 1,104= 34313,48 рублей (5.2)
5.1.6 Затраты по работам, выполняемым сторонними организациями и предприятиями
Затраты сторонних организаций обосновываются расчетом договорных цен выполняемых ими работ и сопровождаются процессом согласования с учетом их отраслевых особенностей.
В нашем случае затраты отсутствуют.
5.1.7 Структура цены
Себестоимость собственных работ составляет сумму всех вышеперечисленных статей, за исключением статьи «Затраты по работам, выполняемым сторонними организациями».
Плановая прибыль определяется в размере 18 % от себестоимости собственных работ.
Плановая структура цены представлена в таблице 5.4.
Таблица 5.4
Плановая структура цены
№ п/п Наименование статей затрат Всего (руб.) Доля в полной себестоимости в %
1 Материалы и ПКИ 45,73 0,06
2 Расходы на оплату труда 31 081,05 43,23
3 Отчисления на социальные нужды(26%+1,2%=27,2%) от расходов на оплату труда 8 454,05 11,76
4 Прочие прямые расходы (расходы на служебные командировки) 0,00 0,00
5 Накладные расходы
(104% от расходов на оплату труда) 32 324,29 44,95
Итого себестоимость собственных работ 71 905,12
6 Затраты по работам, выполняемым сторонними организациями и предприятиями 0,00 0,00
Итого полная себестоимость 71 905,12 100,00
5.2 Расчет затрат на производство экспериментального образца
Материалы.
Затраты на сырье и материалы, покупные изделия и полуфабрикаты, вспомогательные материалы, комплектующие изделия, пакеты прикладных программ и др. по цене приобретения (без НДС) представлены в таблице 5.5.
Таблица 5.5
Наименование ед. изм Цена Колич. Сумма
(руб.) шт. (руб.)
Конденсаторы
К50-35-220мкФ Шт. 0,5 2 1
КМ5-0,1мкФ Шт. 0,5 3 1,5
Микросхемы
К555ТМ2 Шт. 15 1 15
КР142ЕН5 Шт. 6 1 6
КР1533ИЕ7 Шт. 23 1 23
Резисторы
МЛТ-0,125-10 кОм Шт. 0,4 1 0,4
МЛТ-0,125-1 кОм Шт. 0,4 2 0,8
МЛТ-0,125-100 кОм Шт. 0,4 1 0,4
МЛТ-0,25-680 Ом Шт. 0,4 1 0,4
3G3lV-PERF150WJ201 Шт. 645 1 645
Диоды
КС405 Шт. 10 1 10
КД209 Шт. 1,5 9 13,5
Оптрон
АОТ110А Шт. 24 1 24
Транзистор
КТ3102А Шт. 42 2 84
Реле
MY2IN 24DC (S) Шт. 193,2 9 1738,8
J7TKN-A-9 Шт. 811,44 2 1622,88
Пускатель
J7KN10-10 24D Шт. 737,52 3 2212,56
Трансформатор
ОСМ 1-1.0 Шт. 600 1 600
ОСМ 1-0.4 Шт. 80 1 80
Автоматический выключатель
J7MN12-10 Шт. 1733,2 4 6932,8
Устройства
CIMIR F7Z44P0 Шт. 29000 1 29000
СИ8-Н.Р.RS Шт. 1400 1 1400
BE 178A5 Шт. 3776 1 3776
S82K-05024 Шт. 3799,32 1 3799,32
ZEN20C1DR-D-V1 Шт. 7000 1 7000
ZEN-8EDR Шт. 2211,44 1 2211,44
Разъемы
Разъем РП8 Шт. 4,5 2 9
Разъем РП12 Шт. 4,5 3 13,5
Окончание таблицы 5.5
Наименование ед. изм Цена Колич. Сумма
(руб.) шт. (руб.)
Перемычка контактная
PLD2x1 Шт. 91,28 2 182,56
Аксессуары
Плата печатная Шт. 14 1 14
Припой Кг 23 0,1 2,3
Канифоль Кг 28 0,1 2,8
Итого 61422,96
Затраты на материальные ресурсы составили- 61422,96 руб.
Расходы на оплату труда.
В состав расходов на оплату труда включаются:
• заработная плата за фактически выполненную работу, исходя из сдельных расценок, тарифных ставок и должностных окладов в соответствии с приня¬тыми на предприятии формами и системами оплаты труда;
• стоимость продукции, выдаваемой в порядке натуральной оплаты работникам;
• выплаты стимулирующего характера по системным положениям: премии, (включая стоимость натуральных премий) за производственные результаты, в том числе вознаграждения по итогам работы за год, надбавки к тарифным став¬кам и окладам за профессиональное мастерство, высокие достижения в труде и т.д.;
• выплаты, обусловленные районным регулированием оплаты труда (уральские).
В нашем случае, расходы на оплату труда определены исходя из тарифа заработной платы привлекаемых к разработке работников предприятия — электромонтажников для изготовления и сборочно-монтажных работ печатных платы.
Расчет заработной платы электромонтажников на основании укрупненных нор¬мативов времени изготовления печатных плат (мелкосерийное и индивидуаль¬ное производство).
Сдельная расценка на iой операции вычисляется по формуле:
; (5.3)
где: Cri -часовая тарифная ставка на iой операции;
tштi — штучное время на iой операции.
Для электромонтажников предусмотрены следующие часовые тарифные ставки:
4 разряд — 20,00 руб./час.,
5 разряд – 26,00 руб./час.
Расчет расходов на оплату труда приведен в таблице 5.6
Таблица 5.6
Наименование операции Tштi (мин) Разряд Cri (руб.) Pi (руб.)
1. Нанесение рисунка 60 5 26,00 26,00
2. Травление печатной платы 240 4 20,00 80,00
3.Обезжиривание 10 4 20,00 3,33
4. Лужение 30 5 26,00 13,00
5.Формовка элементов 45 5 26,00 19,50
6.Пайка 120 5 26,00 52,00
7.Сборка 60 4 20,00 20,00
8.Контроль 50 5 26,00 21,67
9.Регулировка 20 5 26,00 8,67
Итого: 635 244,17
Коэффициент премиальный 1,4
Коэффициент территориальный 1,15
Расходы на оплату труда 393,10
Калькуляция на экспериментальный образец приведена в таблице 5.7.
Таблица 5.7
Наименование статей расходов Руб.
1 Материалы 61 422,96
2 Расходы на оплату труда 393,11
3 Отчисления на социальные нужды (26,3% от с.2) 103,39
4 Командировочные расходы 0,00
5 Накладные (прочие) расходы (104% от с.2) 408,83
6 Затраты по работам, выполняемым сторонними организациями 0,00
7 Себестоимость собственных работ 62 328,29
8 Себестоимость полная 62 328,29
Затраты на проектно-конструкторские работы составили 62 328,29 рублей.
Затраты на производство экспериментального образца системы управления станком мерной резки составили 61 422,96 рублей.
Общие затраты составили 62 328,29 + 61 422,96 = 123 751,25 рублей.
5.4 Расчет экономического эффекта от внедрения
При использовании старой системы управления станком мерной резки в отходы уходило в среднем 3615 кг медной трубки в год, которая сдавалась по цене лома. С использованием разработанной системы управления отходы медной трубки сократились до 16 кг в год.
Рассчитаем годовой экономический эффект от внедрения СУ СМР [3], используя следующую формулу:
(5.4)
руб./год.
где:
N1 – вес медных отходов до внедрения СУ СМР;
N2 – вес медных отходов после внедрения СУ СМР;
Sотх – стоимость лома меди;
Книокр – затраты на производство экспериментального образца.
6. Безопасность жизнедеятельности
Безопасность жизнедеятельности (БЖД) – область знаний, в которой изучаются опасности, угрожающие человеку, закономерности их проявлений и способы защиты от них.
БЖД решает три взаимосвязанные задачи:
• идентификация опасностей, т.е. их распознавание;
• защита от опасностей на основе сопоставления затрат и выгод;
• ликвидация возможного, остаточного, сверхдопустимого риска.
6.1 Анализ вредных факторов
Опасным производственным фактором является такой фактор производственного процесса, воздействие которого на работающего приводит к травме или резкому ухудшению здоровья.
Вредные производственные факторы — это неблагоприятные факторы трудового процесса или условий окружающей среды, которые могут оказать вредное воздействие на здоровье и работоспособность человека. Длительное воздействие на человека вредного производственного фактора приводит к заболеванию.
Вредный производственный фактор может стать опасным в зависимости от уровня и продолжительности воздействия на человека.
В соответствии со стандартом «ГОСТ 12.1.0.003-74 ССБТ. Опасные и вредные производственные факторы. Классификация.» опасные и вредные производственные факторы подразделяются по природе действия на следующие группы:
• физические;
• химические;
• биологические;
• психофизиологические.
При использовании разработанной СУ СМР рабочий может встретиться со следующими факторами:
• неблагоприятный микроклимат;
• недостаточность освещения;
• повышенный шум;
• поражение электрическим током.
6.2 Микроклимат рабочей зоны
Нормы производственного микроклимата установлены системой стандартов безопасности труда ГОСТ 12.1.005-88 «Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны» и СанПиН 2.24.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений». Они едины для всех производств и всех климатических зон с некоторыми незначительными отступлениями. [28]
В этих нормах отдельно нормируется каждый компонент микроклимата в рабочей зоне производственного помещения: температура, относительная влажность, скорость воздуха в зависимости от способности организма человека к акклиматизации в разное время года, характера одежды, интенсивности производимой работы и характера тепловыделений в рабочем помещении.
Для оценки характера одежды (теплоизоляции) и акклиматизации организма в разное время года введено понятие периода года. Различают теплый и холодный период года. Теплый период года характеризуется среднесуточной температурой наружного воздуха +10oС и выше, холодный – ниже +10oС.
При учете интенсивности труда все виды работ, исходя из общих энергозатрат организма, делятся на три категории: легкие, средней тяжести и тяжелые. Характеристику производственных помещений по категории выполняемых в них работ устанавливают по категории работ, выполняемых 50% и более работающих в соответствующем помещении.
Работа с использованием разработанной системы управления относится к легким работам (категории I). К этой категории относятся работы, выполняемые сидя или стоя, не требующие систематического физического напряжения (работа контролеров, в процессах точного приборостроения, конторские работы и др.).
Интенсивность теплового облучения работающих от нагретых поверхностей технологического оборудования, осветительных приборов на постоянных и непостоянных рабочих местах не должна превышать 35 Вт/м2 при облучении 50 % поверхности человека и более, 70 Вт/м2 — при облучении 25…50 % поверхности и 100 Вт/м2 — при облучении не более 25 % поверхности тела.
В рабочей зоне производственного помещения согласно ГОСТ 12.1.005-88 могут быть установлены оптимальные и допустимые микроклиматические условия.
Оптимальные микроклиматические условия — это такое сочетание параметров микроклимата, которое при длительном и систематическом воздействии на человека обеспечивает ощущение теплового комфорта и создает предпосылки для высокой работоспособности.
Допустимые микроклиматические условия — это такие сочетания параметров микроклимата, которые при длительном и систематическом воздействии на человека могут вызвать напряжение реакций терморегуляции и которые не выходят за пределы физиологических приспособительных возможностей. При этом не возникает нарушений в состоянии здоровья, не наблюдаются дискомфортные теплоощущения, ухудшающие самочувствие и понижение работоспособности. Оптимальные параметры микроклимата в производственных помещениях обеспечиваются системами кондиционирования воздуха, а допустимые параметры — обычными системами вентиляции и отопления.
В помещениях с избытком тепла необходимо предусматривать регулирование подачи теплоносителя для соблюдения нормативных параметров микроклимата. Для этого в помещении устанавливаются приточная и вытяжная вентиляции. В холодных помещениях устанавливаются обогреватели и производят подогрев воздуха в приточной вентиляции. Температура подаваемого воздуха должна быть не ниже 19oС. Микроклиматические условия на рабочих местах в производственных помещениях должны соответствовать требованиям, указанным в табл.6.1.
Таблица 6.1
Микроклимат производственных помещений
помещенийПериод года Температура воздуха, oС Скорость движения воздуха, м/с Относительная влажность воздуха, %
Холодный 22-24 до 0,1 40-60
Теплый 23-25 0,1-0,2 40-60
6.3 Влияние освещения на условия деятельности человека
Правильно спроектированное и рационально выполненное освещение производственных помещений оказывает положительное психофизиологическое воздействие на работающих, способствует повышению эффективности и безопасности труда, снижает утомление и травматизм, сохраняет высокую работоспособность.
Ощущение зрения происходит под воздействием видимого излучения (света), которое представляет собой электромагнитное излучение с длиной волны 0,38…0,76 мкм. Чувствительность зрения максимальна к электромагнитному излучению с длиной волны 0,555 мкм (желто-зеленый цвет) и уменьшается к границам видимого спектра.
6.3.1 Системы и виды производственного освещения
При освещении производственных помещений используют естественное освещение, создаваемое прямыми солнечными лучами и рассеянным светом небосвода и меняющемся в зависимости от географической широты, времени года и суток, степени облачности и прозрачности атмосферы; искусственное освещение, создаваемое электрическими источниками света, и совмещенное освещение, при котором недостаточное по нормам естественное освещение дополняют искусственным.
Конструктивно естественное освещение подразделяют на боковое (одно- и двухстороннее), осуществляемое через световые проемы в наружных стенах; верхнее — через аэрационные и зенитные фонари, проемы в кровле и перекрытиях; комбинированное — сочетание верхнего и бокового освещения.
Искусственное освещение по конструктивному исполнению может быть двух видов — общее и комбинированное. Систему общего освещения применяют в помещениях, где по всей площади выполняются однотипные работы (литейные, сварочные, гальванические цехи), а также в административных, конторских и складских помещениях. Различают общее равномерное освещение (световой поток распределяется равномерно по всей площади без учета расположения рабочих мест) и общее локализованное освещение (с учетом расположения рабочих мест).
При выполнении точных зрительных работ (например, слесарных, токарных, контрольных) в местах, где оборудование создает глубокие, резкие тени или рабочие поверхности расположены вертикально (штампы, гильотинные ножницы), наряду с общим освещением применяют местное. Совокупность местного и общего освещения называют комбинированным освещением. Применение одного местного освещения внутри производственных помещений не допускается, поскольку образуются резкие тени, зрение быстро утомляется и создается опасность производственного травматизма.
В случае использования разработанной СУ СМР необходимо применять комбинированное освещение в целях безопасной наладки и контроля работы станка.
6.3.2 Нормирование производственного освещения
Естественное и искусственное освещение в помещениях регламентируется нормами СНиП 23-05-95 в зависимости от характера зрительной работы, системы и вида освещения, фона, контраста объекта с фоном. Характеристика зрительной работы определяется наименьшим размером объекта различения (например, при работе с приборами – толщиной линии градуировки шкалы, при чертежных работах — толщиной самой тонкой линии). В зависимости от размера объекта различения все виды работ, связанные со зрительным напряжением, делятся на восемь разрядов, которые в свою очередь в зависимости от фона и контраста объекта с фоном делятся на четыре подразряда.
Искусственное освещение нормируется количественными (минимальной освещенностью Еmin) и качественными показателями (показателями ослепленности и дискомфорта, коэффициентом пульсации освещенности kE).
Принято раздельное нормирование искусственного освещения в зависимости от применяемых источников света и системы освещения. Нормативное значение освещенности для газоразрядных ламп при прочих равных условиях из-за их большей светоотдачи выше, чем для ламп накаливания. При комбинированном освещении доля общего освещения должна быть не менее 10 % нормируемой освещенности. Эта величина должна быть не менее 150 лк для газоразрядных ламп и 50 лк для ламп накаливания.
Для ограничения слепящего действия светильников общего освещения в производственных помещениях показатель ослепленности не должен превышать 20…80 единиц в зависимости от продолжительности и разряда зрительной работы. При освещении производственных помещений газоразрядными лампами, питаемыми переменным током промышленной частоты 50 Гц, глубина пульсации не должна превышать 10…20 % в зависимости от характера выполняемой работы.
При определении нормы освещенности следует учитывать также ряд условий, вызывающих необходимость повышения уровня освещенности, выбранного по характеристике зрительной работы. Увеличение освещенности следует предусматривать, например, при повышенной опасности травматизма или при выполнении напряженной зрительной работы I…IV разрядов в течение всего рабочего дня. В некоторых случаях следует снижать норму освещенности, например, при кратковременном пребывании людей в помещении.
Естественное освещение характеризуется тем, что создаваемая освещенность изменяется в зависимости от времени суток, года, метеорологических условий. Поэтому в качестве критерия оценки естественного освещения принята относительная величина — коэффициент естественной освещенности, не зависящий от вышеуказанных параметров.
Совмещенное освещение допускается для производственных помещений, в которых выполняются зрительные работы I и II разрядов; для производственных помещений, строящихся в северной климатической зоне страны; для помещений, в которых по условиям технологии требуется выдерживать стабильными параметры воздушной среды (участки прецизионных металлообрабатывающих станков, электропрецизионного оборудования). При этом общее искусственное освещение помещений должно обеспечиваться газоразрядными лампами, а нормы освещенности повышаются на одну ступень.
6.3.3 Источники света
Источники света, применяемые для искусственного освещения, делят на две группы — газоразрядные лампы и лампы накаливания. Лампы накаливания относятся к источникам света теплового излучения. Видимое излучение в них получается в результате нагрева электрическим током вольфрамовой нити. В газоразрядных лампах излучение оптического диапазона спектра возникает в результате электрического разряда в атмосфере инертных газов и паров металлов, а также за счет явлений люминесценции, которое невидимое ультрафиолетовое излучение преобразует в видимый свет.
При выборе и сравнении источников света друг с другом пользуются следующими параметрами: номинальное напряжение питания U(В), электрическая мощность лампы Р(Вт); световой поток, излучаемый лампой Ф(лм), или максимальная сила света J(кд); световая отдача ψ = Ф/Р(лм/Вт), т.е. отношение светового потока лампы к ее электрической мощности; срок службы лампы и спектральный состав света.
При выборе источников света для производственных помещений в качестве общего освещения необходимо отдавать предпочтение газоразрядным лампам как энергетически более экономичным и обладающим большим сроком службы. Для местного освещения наиболее подходящими являются галогеновые лампы, которые имеют большую световую отдачу и спектр излучения близок к естественному.
6.4. Допустимые уровни звукового давления
Акустические колебания. Физическое понятие об акустических колебаниях охватывает как слышимые, так и неслышимые колебания упругих сред. Акустические колебания в диапазоне 16 Гц…20 кГц, воспринимаемые человеком с нормальным слухом, называют звуковыми, с частотой менее 16 Гц — инфразвуковыми, выше 20 кГц — ультразвуковыми. Распространяясь в пространстве, звуковые колебания создают акустическое поле.
Самые низкие значения порогов слышимости лежат в диапазоне 1…5 кГц. Порог слуха молодого человека составляет 0 дБ на частоте 1000 Гц, на частоте 100 Гц порог слухового восприятия значительно выше, так как ухо менее чувствительно к звукам низких частот. Болевым порогом принято считать звук с уровнем 140 дБ, что соответствует звуковому давлению 200 Па и интенсивности 100 Вт/м2. Звуковые ощущения оцениваются по порогу дискомфорта (слабая боль в ухе, ощущение касания, щекотания).
Шум определяют как совокупность апериодических звуков различной интенсивности и частоты. По спектральному составу в зависимости от преобладания звуковой энергии в соответствующем диапазоне частот различают низко-, средне- и высокочастотные шумы, по временным характеристикам — постоянные и непостоянные, последние, в свою очередь, делятся на колеблющиеся, прерывистые и импульсные, по длительности действия – продолжительные и кратковременные. С гигиенических позиций придается большое значение амплитудно – временным, спектральным и вероятностным параметрам непостоянных шумов, наиболее характерных для современного производства.
Интенсивный шум на производстве способствует снижению внимания и увеличению числа ошибок при выполнении работы, исключительно сильное влияние оказывает шум на быстроту реакции, сбор информации и аналитические процессы, из-за шума снижается производительность труда и ухудшается качество работы. Шум затрудняет своевременную реакцию работающих на предупредительные сигналы внутрицехового транспорта (автопогрузчиков, мостовых кранов и т. п.), что способствует возникновению несчастных случаев на производстве.
Шум оказывает влияние на весь организм человека: угнетает центральную нервную систему, вызывает изменение скорости дыхания и пульса, способствует нарушению обмена веществ, возникновению сердечно-сосудистых заболеваний, гипертонической болезни, может приводить к профессиональным заболеваниям.
Шум с уровнем звукового давления до 30…35 дБ привычен для человека и не беспокоит его. Повышение этого уровня до 40…70 дБ в условиях среды обитания создает значительную нагрузку на нервную систему, вызывая ухудшение самочувствия, и при длительном действии может быть причиной неврозов. Воздействие шума уровнем свыше 75 дБ может привести к потере слуха — профессиональной тугоухости. При действии шума высоких уровней (более 140 дБ) возможен разрыв барабанных перепонок, контузия, а при еще более высоких (более 160 дБ) и смерть.
Нормируемые параметры шума на рабочих местах определены ГОСТ 12.1.003-83 и Санитарными нормами СН 2.2.4/2.1.8.562-46 «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки». Документы дают классификацию шумов по спектру на широкополосные и тональные, а по временным характеристикам – на постоянные и непостоянные. Для нормирования постоянных шумов применяют допустимые уровни звукового давления (УЗД) в девяти октавных полосах частот в зависимости от вида производственной деятельности.
Для снижения шума и вибрации в помещениях, оборудование необходимо устанавливать на специальные фундаменты и амортизирующие прокладки, предусмотренные нормативными документами.
Уровень шума на рабочих местах не должен превышать 50 дБА. Нормируемые уровни шума обеспечиваются путем использования малошумного оборудования, применением звукопоглощающих материалов (специальные перфорированные плиты, панели, минераловатные плиты), использованием специальных наушников. Кроме того, необходимо использовать подвесные акустические потолки.
6.5. Электробезопасность
6.5.1. Действие электрического тока на организм человека
Термическое воздействие заключается в нагреве тканей и биологических сред организма, что ведет к перегреву всего организма и, как следствие, нарушению обменных процессов и связанных с ним отклонений.
Электролитическое воздействие заключается в разложении крови, плазмы и прочих физиологических растворов организма, после чего они уже не могут выполнять свои функции.
Биологическое воздействие связано с раздражением и возбуждением нервных волокон и других органов.
Различают два основных вида поражений электрическим током: электрические травмы и удары.
К электротравмам относятся:
• электрический ожог — результат теплового воздействия электрического тока в месте контакта;
• электрический знак — специфическое поражение кожи, выражающееся в затвердевании и омертвении верхнего слоя;
• металлизация кожи — внедрение в кожу мельчайших частичек металла;
• электроофтальпия — воспаление наружных оболочек глаз из-за воздействия ультрафиолетового излучения дуги;
• механические повреждения, вызванные непроизвольными сокращениями мышц под действием тока.
Электрическим ударом называется поражение организма электрическим током, при котором возбуждение живых тканей сопровождается судорожным сокращением мышц
Тяжесть поражения электрическим током зависит от многих факторов:
• силы тока,
• электрического сопротивления тела человека,
• длительности протекания тока через тело,
• рода и частоты тока,
• индивидуальных свойств человека ,
• условий окружающей среды.
Основной фактор, обусловливающий ту или иную степень поражения человека, — сила тока. Для характеристики его воздействия на человека установлены три критерия (табл. 6.3):
• пороговый ощутимый ток — наименьшее значение тока, вызывающего ощутимые раздражения;
• пороговый неотпускающий ток — значение тока, вызывающее судорожные сокращения мышц, не позволяющие пораженному освободиться от источника поражения;
• пороговый фибрилляционный ток — значение тока, вызывающее фибрилляцию сердца.
Фибрилляцией называются хаотические и разновременные сокращения волокон сердечной мышцы, полностью нарушающие ее работу.
Таблица 6.3
Средние значения пороговых токов
Ток Значение тока
порогового ощутимого, мА порогового неотпускающего, мА порогового фибрилляционного, мА
Переменный частотой 50 Гц 0,5… 1,5 6… 10 50…100
Постоянный 5.0…20 50…80 300
На исход поражения сильно влияет сопротивление тела человека. Наибольшим сопротивлением (3…20 кОм) обладает верхний слой кожи (0,2 мм), состоящий из мертвых ороговевших клеток, тогда как сопротивление спинномозговой жидкости 0,5…0,6 Ом. Общее сопротивление тела за счет сопротивления верхнего слоя кожи достаточно велико, но как только этот слой повреждается — его значение резко снижается.
При расчетах, связанных с электробезопасностью, сопротивление тела человека принимают равным 1 кОм.
Длительность действия тока существенно влияет на исход поражения, так как с течением времени резко падает сопротивление кожи человека, более вероятным становится поражение сердца, и возникают другие отрицательные последствия.
Наиболее опасно прохождение тока через сердце, легкие и головной мозг.
Степень поражения зависит также от рода и частоты тока. Наиболее опасен переменный ток частотой 20…1000 Гц. Переменный ток опаснее постоянного при напряжениях до 300 В. При больших напряжениях — постоянный ток.
Поражение человека электрическим током может произойти в случаях:
• прикосновения неизолированного от земли человека к токоведущим частям электроустановок, находящихся под напряжением;
• приближения человека, неизолированного от земли, на опасное расстояние к токоведущим незащищенным изоляцией частям электроустановок, находящихся под напряжением;
• прикосновения неизолированного от земли человека к нетоковедущим металлическим частям (корпусам) электроустановок, оказавшимся под напряжением из-за замыкания на корпус;
• соприкосновения человека с двумя точками земли (пола), находящимися под разными потенциалами в поле растекания тока («шаговое напряжение»);
• удара молнии;
• действия электрической дуги;
• освобождения другого человека, находящегося под напряжением.
6.5.2 Классификация электроустановок и помещений по электробезопасности
Основные требования к устройству электроустановок изложены в действующих «Правилах устройства электроустановок». Под электроустановками понимается совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования (вместе с помещениями, в которых они установлены), предназначенных для производства, передачи, распределения и преобразования электрической энергии. Они делятся на электроустановки до 1000 В и свыше 1000 В, причем и те и другие могут эксплуатироваться в сетях с изолированной и заземленной нейтралями.
Разработанная система управления используется в станке с заземленной нейтралью и является электроустановкой до 1000 В.
6.5.3 Обеспечение электробезопасности
Средства и способы защиты человека от поражения электрическим током сводятся к следующему:
• уменьшению рабочего напряжения электроустановок;
• выравниванию потенциалов (заземление, зануление);
• электрическому разделению цепей высоких и низких напряжений;
• увеличению сопротивления изоляции токоведущих частей (рабочей, усиленной, дополнительной, двойной и т. п.);
• применению устройств защитного отключения и средств коллективной защиты (оградительных, блокировочных, сигнализирующих устройств, знаков безопасности и т. п.), а также изолирующих средств защиты.
Напряжение до 42 В переменного и 110 В постоянного тока не вызывает поражающих факторов при относительно непродолжительном воздействии. Поэтому везде, где это возможно, кроме случаев, специально оговоренных в правилах, следует применять электроустановки с рабочим напряжением, не превышающим приведенных значений, без дополнительных средств защиты.
Самыми экономичными считаются электроустановки с напряжением 220…380 В. Такие напряжения опасны для жизни человека, что вызывает необходимость применения дополнительных защитных средств (защитные заземление и зануление).
Для исключения опасности поражения электрическим током следует применять следующие защитные меры:
Защитное заземление – преднамеренное соединение металлических нетоковедущих частей электроустановки с землей. Электрическое сопротивление такого соединения должно быть минимальным (не более 4 Ом для сетей с напряжением до 1000 В и не более 10 Ом для остальных). При этом корпус электроустановки и обслуживающий ее персонал будут находиться под равными, близкими к нулю, потенциалами даже при пробое изоляции и замыкании фаз на корпус.
Контурное заземление состоит из нескольких соединенных заземлителей, размещенных по контуру площадки с защищаемым оборудованием. Такой тип заземления применяют в установках выше 1000 В.
Устройства защитного отключения – приборы, обеспечивающие автоматическое отключение электроустановок при возникновении опасности поражения током. Они состоят из датчиков, преобразователей и исполнительных органов. Разработаны устройства, реагирующие на напряжение корпуса относительно земли и на перекос фаз в аварийных ситуациях.
Изолирующие средства защиты предназначены для изоляции человека от частей электроустановок, находящихся под напряжением. Различают основные и дополнительные изолирующие средства.
Основными изолирующими средствами для обслуживания электроустановок напряжением до 1000В служат: изолирующие штанги, изолирующие и измерительные клещи, указатели напряжения, диэлектрические перчатки, слесарно-монтажный инструмент с изолирующими ручками, средства для ремонтных работ под напряжением (изолирующие лестницы, площадки и др.).
Дополнительными изолирующими средствами являются: диэлектрические галоши, коврики, изолирующие подставки.
Все изолирующие средства защиты, кроме штанг, предназначенных для наложения временных заземлений, ковриков и подставок, должны подвергаться электрическим испытаниям после изготовления и периодически в процессе эксплуатации.
6.6 Пожарная безопасность
Горением называется быстропротекающее химическое превращение веществ, сопровождающееся выделением большого количества теплоты и ярким свечением (пламенем).
В обычных условиях горение представляет собой процесс интенсивного окисления или соединения горючего вещества с кислородом воздуха. Водород и некоторые металлы могут гореть в атмосфере хлора, медь — в парах серы, магний — в диоксиде углерода и т. д. Сжатый ацетилен, хлористый азот, озон и некоторые другие могут взрываться и без кислорода.
Горение бывает полное и неполное. Полное — протекает при достаточном количестве кислорода и заканчивается образованием веществ, не способных к дальнейшему горению. Если кислорода недостаточно, то происходит неполное горение, сопровождающееся образованием горючих и токсических продуктов — окиси углерода, спиртов, альдегидов и пр.
Пожаром называется неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный ущерб. Он характеризуется: образованием открытого огня и искр; повышенной температурой воздуха, предметов и т. п., токсичных продуктов горения и дыма; пониженной концентрацией кислорода; повреждением зданий, сооружений и установок; возникновением взрывов. Все это относится к опасным и вредным факторам, воздействующим на людей.
6.6.1 Меры пожарной и взрывозащиты
Под системами пожарной защиты и взрывозащиты понимаются комплексы организационных мероприятий и технических средств, направленных на предотвращение воздействия на людей опасных и вредных факторов (пожаров и взрывов), а также ограничение материального ущерба.
Пожарная защита и взрывозащита производственных объектов достигаются:
• правильным выбором степени огнестойкости объекта и пределов огнестойкости отдельных элементов и конструкций;
• ограничением распространения огня в случае возникновения очага пожара;
• обваловкой и бункеровкой взрывоопасных участков производств или размещением их в защитных кабинах;
• применением систем активного подавления взрыва и противодымной защиты, легкосбрасываемых конструкций; средств пожарной сигнализации: извещения и пожаротушения;
• обеспечением безопасной эвакуации людей;
• организацией пожарной охраны объекта, газоспасательной и горноспасательной служб.
При пожаре большую опасность представляют собой продукты горения (дым), содержащие отравляющие, а иногда и взрывоопасные вещества. Для их удаления предусматриваются дымовые люки, которые обеспечивают направленное удаление дыма.
Для предотвращения воздействия на людей опасных факторов необходимо предусмотреть их эвакуацию. Устройство путей эвакуации должно обеспечивать возможность всем людям покинуть здание за так называемое расчетное время эвакуации.
Выходы считаются эвакуационными, если они ведут:
• из помещений первого этажа непосредственно наружу или через вестибюль, коридор и лестничную клетку;
• из помещений любого этажа в коридор, ведущий на лестничную клетку с выходом наружу;
• из помещения в соседние помещения с выходами, указанными выше.
Все работники предприятия должны знать, строго соблюдать и выполнять установленные правила по пожарной безопасности, не допускать действий, ко¬торые могут привести к загоранию и пожару.
Основные требования пожарной безопасности:
• курить разрешается только в отведенных для этого помещениях;
• проходы, выходы и коридоры не разрешается загромождать различными предметами;
• соблюдать правила по хранению и использованию легко воспламеняю-щихся материалов и жидкостей;
• электрические сети и электрооборудование должны отвечать требованиям “Правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей”.
Средствами предупреждения о пожаре являются: датчики, кнопки сигнализа¬ции, телефонная связь.
Для тушения пожара должна быть в наличии установка для подачи воды, пенные и углекислотные огнетушители.
6.6.2 Способы и средства тушения пожаров
Для прекращения горения необходимо: не допустить проникновения в зону горения окислителя (кислорода воздуха), а также горючего вещества; охладить эту зону ниже температуры воспламенения (самовоспламенения); разбавить горючие вещества негорючими; интенсивно тормозить скорость химических реакций в пламени (ингибированием); механически срывать (отрывать) пламя.
На этих принципиальных методах и основаны известные способы и приемы тушения пожаров.
Все виды пожарной техники подразделяются на следующие группы:
• пожарные машины (автомобили и мотопомпы);
• установки пожаротушения;
• огнетушители;
• средства пожарной сигнализации;
• пожарные спасательные устройства;
• пожарный ручной инструмент;
• пожарный инвентарь.
Первичные средства пожаротушения служат для ликвидации небольших загораний. К ним относятся: пожарные стволы, действующие от внутреннего пожарного трубопровода, огнетушители, сухой песок, асбестовые одеяла и др.
Места размещения пожарной техники должны быть обозначены указательными знаками. Подходы к огнетушителям и другому оборудованию пожаротушения должны быть удобны и не загромождены.
На производствах применяют стационарные установки пожаротушения, в которых все элементы смонтированы и постоянно находятся в готовности к действию. Они могут быть автоматическими или дистанционными (приводятся в действие людьми).
Огнетушители предназначены для тушения загораний и пожаров в начальной стадии их развития. Они подразделяются на воздушно-пенные, химические пенные, жидкостные, углекислотные, аэрозольные и порошковые.
Наиболее распространены химические пенные огнетушители ОХП-10, ОП-М и ОП-9ММ.
Для тушения различных веществ (кроме щелочных и щелочноземельных металлов) и электроустановок, находящихся под напряжением до 10 кВ, промышленность выпускает углекислотные огнетушители ОУ-2, ОУ-5, ОУ-8, ОУ-25, ОУ-80 и ОУ-400.
Заключение
Восстановление работоспособности оборудования путем установки недорогих запчастей и простых вариантов перехода на другие решения не дает оптимального результата, а модернизация становится безопаснее и надёжней. Можно сказать, что модернизация оборудования является недорогим и экономически выгодным способом повысить качество производимой продукции и, следовательно, получить новые рынки сбыта. В данном дипломном проекте предлагается вариант «Модернизированной системы управления станка мерной резки».
В ходе проделанной работы рассмотрен ряд вопросов. Изучены и выявлены наиболее приемлемые схемотехнические решения, разработана структурная и электрическая схемы данной системы управления, составлен алгоритм и написана программа работы контроллера. Произведен выбор элементной базы, кроме того, выполнен расчет надежности, рассмотрена безопасность жизнедеятельности и подсчитаны основные финансово-экономические показатели. Все требования технического задания выполнены в полном объёме.
Список литературы
1. Налоговый кодекс РФ, часть 2, от 05.08.2000. №117-ФЗ.
2. Федеральный закон «О страховых тарифах на обязательное социальное страхование от нечастных случаев на производстве и профзаболеваний на 2005 год» от 29.12.2004 № 207- ФЗ.
3. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов. Общие положения. (утверждены Минэкономики 20.06.1999
№ ВК –477).
4. Бухалков М.И. «Внутрифирменное планирование: Учебник.-2-ое издание., испр. и доп.- М.: ИНФРА-М, 2000.- 400с.
5. Прайс продукции OMRON, 2006.- 144с.
6. Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник.
Перельман. Б.Л. – М.: Радио и связь, 1981. – 656 с.
7. Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы (справочник). – Радио и Связь, Челябинск, 1988.- 253с.
8. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. — БХП-Петербург, Санкт- Петербург, 2004. – 320с.
9. Щербина А., Благий С. Микросхемные стабилизаторы серий 142, К142, КР142. — Радио, 1990, №8, с.89, 90; №9, с.73.
10. Control Engineering Russia, 2006 , №3, с.21.
11. Н.В.Гальперин «Практическая схемотехника в промышленной автоматике».- 427с.
12. Расчет надежности устройств автоматики и вычислительной техники. Методические указания к курсовому и дипломному проектированию, Челябинск, 1985.- 39с.
13. СИ8. Паспорт и руководство по эксплуатации. Р.№075.- 56с.
14. Модуль программируемых реле ZEN. Руководство по эксплуатации.-140с.
15. Varispeed F7. Преобразователь частоты для векторного управления. Руководство по эксплуатации. № YEG-TOR-S616-55.1-OY. – 367с.
16. Блок питания S82K. Паспорт. Cat. №. M048-E1-05B. – 25с.
17. Автомат защиты мотора J7MN. Паспорт. Cat. №. J508-RU2-02.-16с.
18. Моторный контактор J7KN. Паспорт. Cat. №. J505-RU2-02.- 32с.
19. Реле общего назначения MY. Паспорт. Cat. №. J111-RU1-02.- 12с.
20. Термореле перегрузки J7TKN. Паспорт. Cat. №. J509-RU2-02.- 12с.