ВВЕДЕНИЕ

Металлорежущий станок является основным видом технологического оборудования для размерной обработки деталей Он представляет собой систему обеспечивающую относительные перемещения металлорежущего инструмента и обрабатываемого изделия для придания изделию требуемой согласно чертежу формы с заданными производительностью и точностью путем снятия стружки

За последние годы произошли существенные качественные изменения в области электроприводов с системами тиристорного управления а также в области автоматизации управления (сокращения полупроводниковых приборов и микросхем устройств программного управления) Значительно повысился объем задач решаемых системами электрического управления станками усложнился их характер что позволило расширить технологические возможности станков упростить управление ими что в конечном итоге привело к повышению производительности труда в основных и вспомогательных операциях

Внимание!

Работа № 3785. Это ОЗНАКОМИТЕЛЬНАЯ ВЕРСИЯ дипломной работы, цена оригинала 1000 рублей. Оформлен в программе Microsoft Word.

Оплата. Контакты.

В настоящее время заводами электропромышленности выполняется для тяжелых станков как правило комплектная поставка систем электроприводов и устройств автоматического управления станками не в виде разрозненных станций управления а в виде законченных комплексных устройств разрабатываемых организациями и заводами тяжелого станкостроения

В тяжелых металлорежущих станках в большинстве случаев механизмы выполняющие как основные так и вспомогательные движения имеют индивидуальные электродвигатели что существенно упрощает кинематику передачи и конструкцию станка Все электроприводы станков можно разделить на три категории главные приводы подачи и вспомогательных механизмов

До 19101916 гг привод станков в основном осуществлялся от крупных трансмиссий В дальнейшем началось дробление крупных трансмиссий на группы каждая из которых приводилась в действие своим электродвигателем Так возник групповой электропривод станков Последующее развитие станков характеризовалось переходом от групповых трансмиссий к одиночному приводу В этом случае каждый станок стал приводиться в действие от самостоятельного двигателя

Применение одиночного и многодвигательного приводов позволяет регулировать скорость отдельных механизмов изменением скорости двигателя При этом возникает необходимость в получении искусственных механических характеристик двигатель становится неотъемлемой частью машиныорудия Автоматизация одних процессов управления оказалась недостаточной поэтому появилась необходимость в автоматизации производства

К современным металлорежущим станкам предъявляются следующие основные требования

1 Возможно большая производительность при соблюдении достаточной точности и соблюдение размеров а также чистоты поверхности обрабатываемых на станке изделий

2 Простота и легкость обслуживания

3 Сравнительно низкая первоначальная стоимость и небольшие эксплуатационные расходы

4 Простота изготовления и сборки отдельных узлов станка и в том числе электрооборудования

5 Возможно малый вес и габариты

Возможность использования преимуществ электрического управления и стремление значительно упростить кинематику отдельных звеньев станка привели к современному многодвигательному приводу в котором различные движения на станке выполняются от отдельных электродвигателей

1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

11 Анализ объекта модернизации

Модернизации системы управления токарного станка HOESCH D1000 предназначена для повышения качества механической обработки деталей с цилиндрической поверхностью конусных поверхностей нарезание резьб и других деталей обработка которых ранее была невозможна изза недостаточной точности Станок оснащен системой ЧПУ фирмы SIEMENS модель SINUMERIC 520К На данный момент эта система является морально и физически устаревшей блоки этой системы часто выходят из строя а ремонт осложняется невозможностью найти детали для замены силовая цепь нуждается в полной замене датчики очень устарели и не удовлетворяют показателям точности и быстродействия однако механика станка в хорошем состоянии Технические характеристики и высокая жесткость станка позволяют применять инструмент из быстрорежущих сталей и твердых сплавов и вести обработку в режиме скоростного точения Безлюфтовые кинематические цепи подач обеспечивают точность и плавность перемещений исполнительных органов станка но также нуждаются в замене так как при длительной эксплуатации имеются выработки Исполнительные органы станка перемещаются от индивидуальных приводов с электродвигателями постоянного тока с бесступенчатым регулированием что позволяет выбирать наиболее рациональные режимы обработки Привод подачи шпинделя приводится в движение от двигателя через коробку скоростей обеспечивающую различные частоты вращения Технические характеристики станка приведены в таблице 11

Таблица 11 Основные технические характеристики станка HOESCH D1000

Наименование параметра Числовое значение

Максимальное расстояние между центрами при отведенной назад пиноли задней бабки мм 6

Максимальный диаметр точения над суппортом мм 1000

Минимальный диаметр точения мм 10

Высота центров над станиной мм 700

Максимальный вес заготовки без поддерживания люнетом кг 25000

Максимальный вес заготовки при закреплении в планшайбу шпиндельной бабки и один люнет кг 25000

Шпиндельная бабка

Диаметр планшайбы шпиндельной бабки мм 900

Максимальный диаметр зажима мм 600

Минимальный диаметр зажима мм 200

Угол конуса центра градусов 75

Числа оборотов планшайбы об/мин 1200

Максимальный крутящий момент на планшайбе кг 6000

Характеристическое число оборотов (число оборотов при максимальной мощности и максимальном крутящем моменте) об/мин 9

Суппорт

Максимальная главная составляющая усилия резания кг 15000

Ход поперечных салазок мм 370

Ход перемещения резцедержателя 01000

Диапазон скоростей подачи суппорта в продольном и поперечном направлениях м/мин 012

Скорость ускоренного хода м/мин 12

Масса узлов станка

Станина комплектно с консолью двигателя кг 16400

Шпиндельная бабка кг 12800

Главный двигатель кг 1050

Верхний суппорт кг 1300

Продольные салазки кг 2800

Рабочая площадка комплектно кг 400

Система ЧПУ SINUMERIC 520 K кг 300

Задняя бабка кг 3900

1 люнет кг 1250

Внешний вид станка HOESCH D1000 приведен на рисунке 11

Точность зависит практически от всех компонентов системы управления

– зазоров и сил трения в кинематических звеньях

– места установки статических и динамических погрешностей датчиков

– упругих отклонений инструмента и детали в статических и динамических режимах воздействия внешних возмущений

Задача повышения точности должна решаться путем тщательного анализа механизмов формирования погрешностей и последующей разработки комплексных мероприятий направленных на следующие мероприятия

– сокращение длины кинематической цепи между рабочим органом и датчиком положения

– введение программной или аппаратной компенсации нелинейностей звеньев цифрового электропривода Один из показателей производительности обеспечивается заменой обыкновенных приводов современными высокоскоростными приводами Надежность оборудования характеризуется коэффициентом технического использования Наиболее эффективными средствами повышения надежности являются выбор элементов которые имеют наименьшую вероятность отказа проектирование средств защиты от аварий разработка развитой системы диагностики

В настоящее время токарный станок модели HOESCH D1000 1975г выпуска имеет недостаточные показатели точности и быстродействия система автоматического управления устарела морально и физически что обуславливает частые сбои и простои станка Повышение надежности работы оборудования позволяет сократить потери времени на ремонт оборудования а также уменьшить материальные расходы так как срок службы современных систем управления значительно дольше

Рисунок 11 Расположение основных органов и органов управления (вид сверху)

12 Анализ существующей системы управления привода подачи

Привод продольной подачи смонтированный на корпусе салазок состоит из двигателя редуктора и шариковой пары винт которой закреплен на станине и сообщает возвратнопоступательное перемещение в продольном направлении координата «Z»

Привод поперечной подачи смонтирован в консоли винт шариковой пары жестко соединен с салазками и перемещает их в поперечном направлении координата «X»

Данная система привода подачи работоспособна но имеет большую по современным критериям качества погрешность изза выработок в процессе длительного использования и нуждается в замене

Все электродвигатели подач имеют бесступенчатое изменение скорости вращения в широких диапазонах но так как срок службы их практически пришел к концу то частые сбои и неполадки на значительно время останавливают процесс работы станка

Ограничения крайних положений подвижных узлов станка осуществляется блоками путевых конечных выключателей которые служат также для контроля установки подвижных органов в исходное положение На современных системах управления используются абсолютные линейные датчики высокой точности в которых используется абсолютная система измерения и система управления в реальном времени отслеживает положение режущего инструмента таким образом значительно повышая точность и быстродействие

Кинематическая схема станка представлена на рисунке 12

Базовый вариант токарного станка оснащен автоматической системой управление SINUMERIC 520К представленной на рисунке 13

SINUMERIK 520К представляет собою двухкоординатную систему числового контурного управления токарными операциями с линейной и круговой интерполяцией Считывание с перфоленты со скоростью 150 знаков в секунду бобина диаметром 7 1/2 дюймов

Программирование может осуществляться с абсолютным и относительным отсчетом размеров При программировании с абсолютным отсчетом размеров программируется диаметр Дискретность ввода 0001 мм дискретность вывода 0002 мм Информация вводится в систему с помощью восьмидорожечной перфоленты по выбору в коде ISO (DIN 66024) или в коде EIA Номера кадров путевые условия путевая информация и значения подачи поступают в буферные накопители

Данная система не удовлетворяет современным требованиям надежности точности и быстродействия изза неудобства задания программного кода и не высокой надежности перфоленты система часто выходит из строя и приводит к часты простоям станка

Диапазон перемещений составляет 4000 мм В пределах одного кадра интерполируются перемещения по прямой или по дуге окружности величиной до 2000 мм С помощью дополнительного датчика импульсов на главном шпинделе могут нарезаться резьбы шагом от 002 мм до 40 мм Подача вводится непосредственно от 001 до 4000 мм/мин или как подача за время оборота от 001∙103 до 2 мм/об эти параметры удовлетворяют современным требованиям диапазона регулирования

Установленная скорость ускоренного хода предусматривается в пределах от 02 до 12 мм/мин

Различные крепления изделий могут учитываться путем устанавливаемого сдвига нуля

С помощью программирования постоянной скорости резания по адресу S возможно достигнуть постоянной мощности расходуемой на резание При этом принимаются во внимание до 5 ступеней коробки передач

Результирующее число оборотов шпинделя может быть ограничено на 50 60 70 80 90% максимально достигаемой величины

Через переключатель коррекции числа оборотов возможно непосредственно программировать число оборотов шпинделя и постоянную скорость резания Число оборотов шпинделя может быть подвергнуто 10%му ступенчатому изменению в области от 50 до 100%

В системе используется абсолютная измерительная система с сельсинами или индуктосинами в качестве измерительных датчиков Контур управления положением построен на базе тиристорных преобразователей для сервоприводов постоянного тока Применение тиристорных преобразователей ограничивает динамические характеристики привода и является причиной значительного рассеивания мощности при переходных процессах

Проведенный анализ действующей системы управления позволил выявить недостатки системы влияющие на точность обработки деталей и быстродействие В связи с этим поставлена задача полной замены системы автоматического управления SINUMERIK 520K

Рисунок 13 – Шкаф ЧПУ SINUMERIK 520K

13 Анализ современных систем автоматического управления

Задачи автоматического управления определяют спецификацию функций которые должна выполнять система управления

В общем случае перечень этих функций может представлять сотни позиций однако большинство функций формируется как бы автоматически согласно сформированным представлениям и опыту проектирования систем ЧПУ по сравнительно небольшому перечню основных требований

Положительной стороной новейших автоматических систем является тот факт что имеется контроль использования станка во внутри цеховой системе а соответственно намного проще контролировать загрузку всего оборудования которое расположено не только в одном цехе но и на всем заводе

В машиностроении представлено множество систем ЧПУ Ниже представлены некоторые фирмы которые предоставляют системы для автоматического управления

1 NUM Высокая вычислительная мощность систем NUM обеспечивает широкий набор их функциональных возможностей В них предусмотрены сплайновый и полиномиальный (до пятого порядка) алгоритмы интерполяции пятидевятикоординатная интерполяция пятикоординатная коррекция инструмента одновременная работа по двум разным управляющим программам 3Dграфика и другое

2 AllenBradley специализированный промышленный компьютер с Windows NT операционной системой и возможностью разрабатывать пользовательские приложения на Visual Basic PCIодноплатный ЧПУкомпьютер который выполняет все функции ядра в том числе программнореализованного контроллера электроавтоматики

3 ANDRON Система содержит в себе следующие модули

модуль терминального компьютера

модуль ЧПУкомпьютера

панель оператора и монитор

модули удаленных входоввыходов программируемого контроллера

одну или несколько групп цифровых (SERCOS) поводов подачи и главного привода

4 BoschRexroth Терминальный компьютер имеет операционную систему Windows NT а ЧПУкомпьютер – операционную систему UNIX Связь операционных сред осуществляется с помощью протоколов TCP/IP что допускает изъятое размещение терминала и работу нескольких терминалов с одним ЧПУкомпьютером В свою очередь ЧПУкомпьютер допускает многоканальную работу более чем с одной управляющей программой

5 DeltaTau разработала двухкомпьютерный вариант PCNC в котором ЧПУкомпьютер выполнен в виде отдельной платы РМАС (Programmable MultiAxes Controller) устанавливаемой на ISA или РСIшине терминального персонального компьютера

6 Beckhoff дает пример однокомпьютерной архитектуры PCNC в рамках которой все задачи управления (геометрическая логическая терминальная) решаются только программным путем без какойлибо дополнительной аппаратной поддержки

7 Siemens Полный спектр предложений департамента «Промышленная автоматизация» составляют не только стандартные продукты но и системные решения для энергетики и технологий автоматизации используемые в производстве и технологическом процессе Являясь лидером на рынке промышленного программного обеспечения департамент постоянно совершенствует весь производственный процесс компанийпроизводителей – от идеи дизайна продукта и её разработки до производства сбыта и сервисного обслуживания

Основными показателями эксплуатационных качеств станка являются точность и производительность обработки деталей На сегодняшний день критерии качества изготовления деталей для токарных станков очень высоки и повышаются каждый день и поэтому многие станки устарели и не удовлетворяют точностным параметрам При постоянно растущей рыночной конкуренции не малую роль играет и производительность потому что при увеличении производительности снижаются затраты на изготовлении продукции и соответственно детали выполненные на таких станках становятся более конкурентоспособными

Точность обработки определяется относительными перемещениями заготовки и инструмента а также другими факторами влияющими на требуемые размеры и формы а также относительного расположения обрабатываемых поверхностей

Производительность определяется принятым технологическим процессом степенью его автоматизации особенностями конструкции станка и характеристиками его динамической системы

Требуемые качества станка могут быть обеспечены только при учете динамических процессов происходящих во время работы учете упругости и других динамических характеристик

Достижение самых высоких параметров точности и быстродействия возможно только при использовании современных систем автоматического управления которые имеют высокое быстродействие надежность способны работать в жестких условиях эксплуатации очень просты в монтаже и программировании

При обработке тел вращения различают следующие виды погрешностей

1 Геометрические погрешности узлов самого станка

отклонение от прямолинейности направляющих станины

отклонение от параллельности оси центров и направляющих станины

2 Пружинные деформации

деформации суппорта и станины

деформации заготовки которые вызываются переменным припуском в продольном разрезе

деформации заготовки которые вызваны изменением положения режущего инструмента

изменение силы резания которая обусловлена неоднородностью физикомеханических особенностей обрабатываемого материала в продольном разрезе

3 Тепловые деформации

тепловые деформации станины при неоднородном температурном поле

тепловые деформации элементов суппорта и режущего инструмента при переходном процессе (разогрев инструмента после врезания в заготовку)

4 Износ инструмента

В поперечном разрезе на точность формы влияют следующие факторы

1 Геометрические ошибки

биение шпинделя

биение заднего центра

2 Гибкие деформации

гибкие деформации суппорта и станины которые вызваны припуском поперечном разрезе

гибкие деформации заготовки которые вызваны неоднородным припуском в поперечном разрезе

Все перечисленные виды погрешностей обусловлены большим количеством причин многие из которых не поддаются учету и контролю Современные автоматические системы имеют огромное множество преимуществ которые помогают управлять технологическими процессами учитывая влияние практически всех погрешностей и подстраиваться в режиме реального времени Перед использованием новой программы обработки имеется возможность выполнить симуляцию и выявить ошибки которые могут привести к браку изготовления деталей а соответственно практически исключается вероятность того что предприятие понесет убытки изза испорченных заготовок

Проанализировав систему управления конструкцию и принцип работы станка HOESCH D1000 выявлены следующие недостатки

недостаточная точность обработки деталей

несоответствие систему управления современным требованиям

измерительная система не удовлетворяет параметрам точности и быстродействия

плохая динамика изза сложности управления приводами подач

упругие деформации заготовки по длине

нагрев узлов станка

деформации деталей и узлов станка при чрезмерном поджиме заготовки задней бабкой

14 Обоснование вариантов решения задачи модернизации

В процессе анализа привода подачи выявлены следующие недостатки электропривода подач имеют износ до 85% ремонту не подлежат по причине и снятия с производства станок снабжен устаревшей системой ЧПУ которая практически не работоспособна по причине износа и отсутствия запчастей вследствие снятия с производства Кроме того обнаружены многочисленные обрывы электрических кабелей вследствие старения и потери гибкости Производимый плановый ремонт не устраняет всех недостатков станка так как система нуждается в полной замене а частые поломки приносят большие материальные затраты

Чтобы устранить указанные недостатки и повысить технические параметры станка по нормам точности необходимо произвести капремонт и модернизацию электрооборудования станка Для сокращения сроков модернизации упрощения послеремонтного обслуживания модернизированной СУ целесообразно применение современного оборудования и программного обеспечения поставляемого на НКМЗ фирмой SIEMENS (Германия)

В данном процессе модернизации целесообразно применить оборудование которое имеет комплектную поставку и легко монтируется на объект модернизации менее квалифицированным персоналом Таким образом остановим свой выбор на системе SINUMERIK которая имеет в комплекте все необходимые элементы для системы автоматического управления В комплект входят плата MCI вместе с PCU образующие аппаратную базу для SINUMERIK Главным звеном системы управления выступает контроллер В качестве главного контроллера используется контроллер серии SIMATIC S7300 или SIMATIC S7400 которые представлены в очень широком ассортиментом В системе управления используется процессор Для дистанционного управления следует использовать ручные устройства программирования выполненные в разном сочетании для удобства управления Станочные пульты также представлены очень разнообразно что позволяет выбрать наиболее подходящий для модернизации Также широко представлены панели оператора SINUMERIK В комплекте поставки имеются широкий ряд двигателей для привода подачи Для модернизации токарного станка наилучшим образом подходят синхронные двигателя серии 1FT6 Двигатели 1FT6 работают от приводов SIMODRIVE Полностью цифровое управление приводами SIMODRIVE со встроенными датчиками в двигателях 1FT6 отвечают самым высоким требованиям по динамике скорости точности вращения и позиционирования

Таким образом при комплектной поставке упрощается процесс комплектного заказа и поставки При использовании всех комплектующих одной фирмы сокращаются сроки модернизации а следовательно и затраты на проведение работ Высокое качество современного оборудования увеличивает фонд рабочего времени и сокращает время простоя что значительно повышает экономический эффект от использования станка с таким оборудованием С повышением точности значительно повышается качество обработки с получистовой до чистовой Итогом этого является уменьшение затрат на изготовление а также рост рыночной стоимости готовой продукции на данном оборудовании

15 Постановка задачи на проектирование

Целью работы является повышение надежности и производительности объекта Для этого необходимо улучшение качества оперативной оценки технического состояния механических узлов путем совершенствования традиционных методов диагностики Также необходимо совершенствование системы управления в соответствии с современными требованиями

Учитывая современные требования к системе управления встают вопросы о необходимости замены устаревшего оборудования системы управления на современное с использованием ЧПУ SINUMERIK 840D

Для реализации цели сформулированы следующие задачи проектирования

1 Произвести расчет и выбор ЭД приводов подачи

2 Произвести расчет выбор и замену устаревших датчиков

3 Заменить устаревшее управление на современное ЧПУ

4 Выполнить моделирование двигателя на надежность

4 Разработать микропроцессорный модуль управления технологическим процессом удовлетворяющий требованиям системы

5 Разработать программное обеспечение для автоматического управления приводом подачи

6 Рассчитать экономическую эффективность предложений по модернизации и сделать заключение о ее практической ценности

7 Разработать мероприятия по обеспечению безопасных условий труда на данном оборудовании обслуживающим персоналом

2 РАСЧЕТНОКОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

21 Расчет требуемой мощности и выбор ЭД подач

Для выбора мощности ЭД необходимо рассчитать силы которые действуют на заготовку и режущий инструмент На рисунке 21 представлен схематический процесс обработки с размещением сил резания

Рисунок 21 – Схематический процесс обработки

Воспользуемся методикой расчета которая применяется на НКМЗ при конструировании ЭП подач станков расчет предложен фирмой SIEMENS

Произведем расчеты для выбора синхронного двигателя привода подачи по координате Z для нахождения момента сопротивления на валу двигателя и требуемой мощности

Фактическая мощность ЭД определяется по формуле

(21)

где nном номинальная частота вращения ЭД мин1

Мv суммарный момент сопротивления перемещению приведенный к валу двигателя Нм

Величина момента Мz рассчитывается по формуле

(22)

где Fv тяговая сила необходимая для преодоления сил полезного сопротивления Н

hs шаг винта принимаем hs=002м

КПД редуктора передаточное число редуктора тк редуктор убирается из модернизированного станка то принимаем

Сила Fv определяется по формуле

(23)

где Kп коэффициент учитывающий влияние опрокидывающего момента который возникает вследствие несимметричного приложения силы подачи для суппортов горизонтально – расточных станков принимаем Кп=11

Pz составляющая сила резания действующая в направлении подачи Н

Fc сила трения в направляющих определяется по формулам рекомендуемым нормалью станкостроения Н4861

(24)

где Qc вес суппорта

(25)

=1300·984=127кН

f=001 приведенный коэффициент трения

Py Pz составляющие силы резания Н определяются по предложенным режимам резания базового ТП

Рассчитаем силы резания по формуле

(26)

где t глубина резания t=002м

s подача s=2мм/об

Cp x y n постоянные коэффициенты и показатели степени для расчетных условий которые соответственно равны 339 05 055 05

Kp поправочный коэффициент учитывающий фактические условия обработки Kp=11

v Скорость резания v=15м/мин

Осевая сила резания составляет

Тангенциальную Pz и радиальную Py составляющие силы резания определяем из соотношения

Px Py Pz= 1 04 025 (27)

отсюда Pх=116 кН Py= 0725 кН

Таким образом необходимая тяговая сила составляет

Момент сопротивления приведенный к валу двигателя

Рассчитанное значение момента используем для определения серии ЭД

Расчетное значение требуемой мощности ЭД

кВт

Так как двигатели которые установлены на базовом станке практически не удовлетворяют точностным и динамическим параметрам а современные требования к качеству обработки очень велики то целесообразно использовать двигателя фирмы SIEMENS которые полностью удовлетворяют требованиям надежности точности и быстродействия

Определив момент сопротивления на валу двигателя требуемую мощность привода подач с номинальным вращающим моментом Мн=105 Нм частотой nн=3000 об/мин и расчетным значением мощности выбираем следующие синхронные ЭД подачи фирмы SIEMENS серии 1FT61366АС7 Исходные данные представлены в таблице 21

Двигатели 1FT6 это синхронные электродвигатели с возбуждением постоянными магнитами в компактном исполнении

Синхронный ЭД выбран в качестве приводного по следующим причинам

1 В роторе как правило находится постоянный магнит коллектор отсутствует и скорость вращения ротора может быть значительно выше

2 Позволяет регулировать скорость в широком диапазоне при постоянном моменте что требуется для электропривода подач

3 Обмотки находятся только в статоре что значительно облегчает отвод тепла

4 Перегрузочная способность мало чувствительна к понижению напряжения сети что относится к числу его основных достоинств

5 Благодаря отсутствию скользящих контактов щетки коллектор уменьшаются потери

Рисунок 22 – ЭД подачи SIEMENS 1FT6

Двигатели 1FT6 работают на линейки приводов SIMODRIVE 611 digital/universal HR Полностью цифровое управление приводами SIMODRIVE 611 а встроенные датчики в двигателях 1FT6 отвечают самым высоким требованиям по динамике скорости точности вращения и позиционирования

Двигатели рассчитаны для работы без принудительного охлаждения а возникающие температурные скачки устраняются путем отведения тепла через корпус без применения других методов охлаждения Избыточное тепло возникает в обмотке двигателя и в статоре отводятся напрямую через хорошее термическое соединение с корпусом двигателя Здесь особенно хорошо проявляются преимущества бесщеточного синхронного электродвигателя с возбуждением постоянными магнитами

Преимущества

ысокое качество деталей благодаря высокой точности обработки

подключение силовых и сигнальных штекерных соединений для использовании при сильном загрязнении

небольшое время обработки благодаря высокой динамике

простой монтаж благодаря небольшим затратам на проводку кабелей

высокое поглощение поперечного усилия

Таблица 21 Технические данные ЭД подачи фирмы SIEMENS серии 1FT60848SF711AG1

Nn мин−1 3000

H мм 80

Pn кВт при ∆T=100 K 69

Mo Нм при ∆T=100 K 26

K перегрузочная способность 5

Mn Нм при ∆T=100 K 22

In A при ∆T=100 K 17

Количество пар полюсов 4

Момент инерции ротора (без тормоза) J 10−4 кгм2 48

Вес кг 25

Важной особенностью электродвигателей является возможность фиксации положения его ротора путем подключения обмоток фаз статора к источнику постоянного напряжения Путем переключения обмоток можно с высокой точностью задавать дискретные перемещения ротора соответствующие определенному числу шагов Таким образом в шаговом режиме СД способен отрабатывать перемещения задаваемые числом электрических импульсов коммутирующих токи статора в требуемой последовательности Жесткая связь между числом шагов перемещения ротора и числом электрических импульсов является замечательным свойством этого двигателя широко используемым в практике дискретного ЭП с цифровым управлением

Выбор нового СД позволяет исключить из кинематической схемы редуктор Тем самым исключив погрешность кинематических звеньев увеличив точность станка и быстродействие Окончательной стадией модернизации кинематики привода станка является замена передачи винтгайка качения Из предложенных передач фирмой HaydonKerk Motion Solutions произведен выбор винта с такими же параметрами как и на исходной модели станка Технические параметры винта подача за время оборота от 001∙103 до 2 мм/об Данная передача имеет безлюфтовое соединение и минимальное сопротивление трения Параметры винта приведены в таблице 22

Таблица 22 – Параметры передачи винтгайка качения

Диаметр винта Dв мм Диаметр шарика d мм Шаг винта Sв мм Общее количество витков в двух гайках Грузоподъемность кН Осевая податливость

еx 9м/Н

статическая Qст динамическая Qд

80 6 20 6 135 47 0523

Фирма SIEMENS предусмотрела большое количество датчиков для контроля и проверки работы привода В приводе используется инкрементальный метод измерения

Инкрементальные датчики передают на вращение определенное количество электрических импульсов которые и является длиной пройденного пути или угла Инкрементальные датчики работают по принципу оптоэлектронной развязки разделяющих импульсов при прохождении света

Напряжение питания датчиков 5В DC или с выбором от 10В до 30В DC

Выбираем круговой инкрементальный датчик так как он вмонтирован в синхронный двигатель типа 1FT6

В качестве выходного интерфейса имеем

1 RS 422 дифференциальные сигналы (TTL) у датчиков RS 422 (TTL) благодаря обработки фронта разрешение может быть увеличено в 4 раза

2 Аналоговые сигналы sin/cos с уровнем 1 Vpp Для получения еще более высокого разрешения синусоидальный сигнал этих датчиков интерполируется (умножается) в СЧПУ или цифровом приводе

3 HTL (High Voltage Transistor Logic) Датчики с интерфейсом HTL предназначен для приложений с цифровыми входами с уровнем 24 В

23 Расчет и выбор датчика линейного перемещения

231 Расчет датчика линейного перемещения

При определении разрядности кода положения рабочего органа необходимо знать цену дискреты

Цена дискреты – это точность позиционирования инструмента относительно детали Обычно она выбирается в диапазоне мм

Разрешающая способность датчика положения – это количество импульсов на выходе датчика на один шаг измерительной системы Для соответствия линейному перемещению на шаг винта следует что для измерения линейного перемещения требуется датчик с разрешающей способностью [1]

имп/об (28)

Необходимая емкость счетчика пути по координате зависит от длины винта и рассчитывается по соотношению

дискрет (29)

Для представления кода положения его разрядность определяется с помощью выражения

разрядов (210)

Зная диапазон регулирования скорости можно определить число импульсов/оборот которое должен иметь датчик чтобы на минимальной скорости за период дискретности на его выходе был минимум 1 импульс

(211)

где В – максимальная скорость вращения винта с1 период дискретности диапазон регулирования скорости

(212)

где шаг винта м/c максимальная скорость резания

(с) (213)

где величина скоростной ошибки допускаемым ускорением

При необходимо применить датчик с разрешающей способностью

имп/об (214)

232 Выбор датчика линейного перемещения

Для определения длинны пройденной суппортом при поперечном перемещении используется датчик который снимается значение с шарикового винта через пару зубчатых колес Точность отсчета ΔL зависит от пройденного пути L и вычисляется при снимании с шарикового винта по формуле

ΔL=±(003+000003 L) мм

Датчики соединены электрически через коннекторы с индикационными установками На них непосредственно производится отсчет пройденного пути Эта система не удовлетворяет требованиям точности Поэтому в процессе модернизации необходимо поставить современные линейные датчики одной из ведущих фирм Линейные датчики фирмы HEIDENHAIN удовлетворяют требованиям системы по точности и качеству измерений Они применяются на станках и установках с регулируемыми линейными осями таких как фрезерные токарные и шлифовальные и горизонтальнорасточные станки Хорошие динамические свойства датчиков линейных перемещений их высокие скорости перемещения и ускорения позволяют применять их на осях с высокой динамикой

Преимущества датчиков линейных перемещений Датчики линейных перемещений определяют положение линейной оси без дополнительных механических передаточных элементов Если определение положения производится при помощи датчика линейного перемещения то контур регулирования охватывает механику приводов Таким образом датчиком линейного перемещения определяется ошибка передачи механики оси и компенсируется в управляющей электронике Данный способ помогает исключить целый ряд источников погрешностей

1 Ошибка позиционирования вызванная нагревом шариковинтовой пары

2 Ошибка вызванная наличием зазоров в ШВП

3 Кинематическая ошибка вызванная позиционной ошибкой ШВП

Для станков с высокими требованиями к точности позиционирования и к скорости обработки использование линейных датчиков является необходимым

Термические свойства

Термические свойства линейного датчика должны соответствовать свойствам заготовки или свойствам измеряемого объекта При изменениях температуры датчик должен определенным образом растягиваться или сжиматься причем эти изменения должны быть воспроизводимы Датчики линейных перемещений фирмы HEIDENHAIN рассчитаны на это

Носители шкалы у линейных датчиков HEIDENHAIN имеют определенные термические коэффициенты расширения по длине В зависимости от термических параметров для каждого задания может быть подобран подходящий датчик линейных перемещений

Линейные датчики HEIDENHAIN отличаются хорошей жесткостью в направлении измерения – одно из главных условий высокой точности станка Также небольшая масса подвижных частей датчика обеспечивает его хорошие динамические свойства

Линейные перемещения станка достигают значительных величин – около 10000 км за несколько лет Поэтому применение прочных датчиков с долговременной стабильностью особенно важно тк повышается коэффициент использования станка Благодаря особой конструкции и качественным деталям линейные датчики фирмы HEIDENHAIN работают безупречно даже после продолжительной эксплуатации Отсутствие контакта между шкалой и считывающим элементом при фотоэлектрическом методе считывания гарантирует высокую продолжительность жизни датчика Кожух специальный метод считывания и при необходимости возможность подключения сжатого воздуха делают датчик хорошо защищенным от загрязнения Экранирование помогает защитить сигнал от помех Внешний вид измерительной линейки HEIDENHAIN LC183 представлен на рисунке 23

Рисунок 23 Внешний вид измерительной линейки HEIDENHAIN LC183

Измерительные датчики HEIDENHAIN основанные на оптическом методе считывания имеют шкалу с равномерной текстурой – так называемые штрихи рисунок 24 В качестве носителей для штрихов служит стекло или сталь В линейных датчиках больших длин в качестве носителя шкалы служит стальная лента Высокоточные штрихи наносятся на носитель различными фотолитографическими методами Шкалы изготовляются например из следующих материалов

1 Штрихи из хрома на носителе из стекла

2 Вытравленные матовые штрихи на позолоченной стальной ленте

3 Трехмерные структурные решетки на стекле или стали

Рисунок 24 – Штриховка на шкале измерительного датчика

Разработанные фирмой HEIDENHAIN фотолитографические методы нанесения штрихов позволяют достичь периода сигнала от 40 мкм до 4 мкм Помимо очень точного периода шкала изготовленная такими методами имеет профиль с очень четкими и ровными краями В сочетании с фотоэлектрическим методом считывания эти шкалы позволяют получать высококачественный выходной сигнал Фирма HEIDENHAIN изготавливает эталоны на высокопрецизионных станках на собственном производстве

При модернизации используются датчики с инкрементным методом измерения При инкрементальном методе измерения шкала состоит только из ряда равномерных штрихов Данные о положении получаются путем подсчета отдельных инкрементов относительно выбранной нулевой точки Для определения положения используется абсолютная точка отсчета в качестве которой на шкале используется отдельный ряд штрихов (рисунок 25)

Рисунок 25 – Шкала линейного датчика с инкрементным измерением

В данном проекте произведена замена старого датчика линейного положения на современный датчик фирмы HEIDENHAIN LC183 Характеристики датчика приведены ниже в таблице 23

Таблица 23 – Характеристика датчика линейного перемещения HEIDENHAIN LC183

Наименование параметров Значения

Шкала Шкала типа ДИАДУР на носителе из стекла с кодированной и инкрементальной дорожками

Длина измерения 4040mm

Инкременты сигнала ~ 1Vss

Период шкалы 20 мкм

Частота среза ≥150 кГц

Напряжение питания от 36 до 525 В/< 300 мA

Скорость перемещения ≤180 м/мин

Сила подачи ≤4 Н

Класс точности ±5

Рекомендуемый шаг измерения 10 до 01

Масса 37 кг/м

Отсчетная метка C кодированным расстоянием

Прецизионные шкалы выполненные методом ДИАДУР изготовляются путем нанесения очень тонкого слоя хрома на носитель в большинстве случаев это стекло или стеклокерамика причем точность делений гарантирует минимум микрометр и лучше

24 Моделирование привода подачи

241 Обоснование метода моделирования

Математическое моделирование обладает более широкими возможностями Под этим видом моделирования понимают способ исследования различных процессов путем изучения явлений имеющих различное физическое содержание но описываемых одинаковыми математическими моделями Математическое моделирование – это совокупность математических объектов (символов чисел множеств переменных векторов графов) и отношений и связей между ними адекватно отображающих некоторые существенные стороны объектов важнейшие для проектировщика свойства проектируемого технического объекта Данный вид моделирования процессов и явлений в различных областях науки и техники является одним из основных способов получения новых знаний и технологических решений

К математическим моделям можно отнести алгоритмы и программы составленные для ЭВМ которые в условных знаках отражают определенные процессы описанные дифференциальными уравнениями положенными в основу алгоритмов На основании математических моделей выполняется анализ исследуемых объектов

Математическая модель в общем случае представляет собой систему математического описания отражающую сущность явлений протекающих в объекте моделирования которая с помощью определенного алгоритма позволяет прогнозировать поведение объекта при изменении входных и управляющих параметров Блочноиерархическое представление объектов проектирования на каждом уровне использует свои математические модели

Моделирование является одной из важнейших задач анализа систем автоматического управления позволяющей имитировать поведение реального электропривода в различных условиях эксплуатации предусмотреть аварийные ситуации или повышение нагрузки Моделирование заменяет экспериментирование с реальными системами которые в рабочих условиях должны функционировать устройство надежно и безопасно Основные преимущества моделирования

можно исследовать поведение системы при самых разных условиях в том числе запредельных

по данным модельных испытаний можно оценить поведение проектируемой но еще не существующей системы

разнообразные испытания можно выполнить за сравнительно короткий промежуток времени

моделирование часто является единственным экологически безопасным и экономически приемлемым методом анализа поведения систем

Наиболее часто производится имитационное моделирование на цифровых вычислительных машинах

Данный метод получил широкое распространение благодаря наглядному графическому представлению о взаимосвязи управляемых и входных переменных кроме того проектировщик может легко обнаружить необходимость введения в существующую структурную схему дополнительных блоков с целью улучшения характеристик системы

242 Системы управления электроприводом

Расчет синхронного двигателя привода подачи токарного станка [5]

Рассмотрим параметры канала регулирования скорости

1 Передаточная функция датчика тока по оси Z

номинальный сигнал задания РТ

индуктивность ротора

(215)

где X2=028

ндуктивность статора

(216)

где X1=031

коэффициент рассеивания магнитных полей статора и ротора

число пар полюсов

(217)

взаимная индуктивность между статором и ротором

(218)

номинальная частота вращения ротора

(219)

номинальный момент

коэффициент трансформации

(220)

номинальное потокосцепление

(221)

проекция номинального тока на ось Z

(222)

перегрузочная способность

коэффициент датчика тока

(223)

2 Передаточная функция регулятора тока

статический коэффициент передачи ЧП

(224)

некомпенсированная постоянная времени

(225)

где R1=018 статорное сопротивление R2=032 роторное активное сопротивление

постоянная времени статора

(226)

коэффициент передачи пропорциональной части ПИрегулятора

(227)

постоянная времени регулятора

(228)

3 Передаточная функция частотного преобразователя

постоянная времени ЧП

3 Передаточная функция электрической части СД по каналу регулирования тока

постоянная времени ПФ электрической части СД

(229)

4 Передаточная функция механической части двигателя

маховый момент ротора двигателя

(231)

5 Передаточная функция ПИрегулятора скорости

коэффициент обратной связи по скорости

коэффициент передачи регулятора скорости

(230)

постоянная времени интегрирующей части ПИрегулятора

(231)

6 Передаточная функция датчика скорости

коэффициент обратной связи по скорости

Канал регулирования потокосцепления Ψ2

7 Передаточная функция канала ОС по току I1x

постоянная времени ротора

(232)

(233)

коэффициент передачи звена

8 Передаточная функция ПИрегулятора тока I1x

коэффициент передачи пропорциональной части ПИрегулятора

(234)

постоянная времени интегрирующей части ПИрегулятора с

(235)

9 Передаточная функция цепи обратной связи по потокосцеплению

коэффициент передачи звена

10 Передаточная функция регулятора потокосцепления

постоянная времени регулятора

коэффициент передачи пропорциональной части ПИрегулятора

(236)

постоянная времени ПИрегулятора потокосцепления

(237)

11 Передаточная функция электрической части двигателя по каналу регулирования тока i1x

коэффициент передачи звена

243 Математическая модель САУ

Структурная схема условное графическое изображение дифференциального уравнения На основании принципиальной схемы было произведено разделение электромеханической системы на звенья направленного действия Эти звенья – электродвигатель получающий энергию от преобразователя регуляторы тока и скорости и цепи обратных связей с соответствующими коэффициентами передач

После определения структурных схем отдельных звеньев составляем структурную схему полной электромеханической системы дающую наглядное представление об отдельных звеньях и процессах проходящих внутри – внутренних переменных что позволяет достичь наилучшего решения при оптимизации параметров На рисунке 27 приведена схема математической модели

244 Математическая модель электропривода в среде моделирования Simulink пакета Matlab

Оценка статических и динамических свойств системы регулирования скорости производится при пуске набросе сбросе нагрузки и торможении для номинального минимального и максимального задания скорости во всех зонах регулирования

На рисунке 28 приведены полученные графики изменения скорости  момента М потокосцепления Ψ2 при пуске набросе нагрузки сбросе нагрузки и торможении электропривода при номинальном сигнале задания скорости

Рисунок 27 Математическая модель синхронного двигателя среде Simulink пакета Matlab

Рисунок 28 Осциллограммы переходных процессов

3 СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

РАЗРАБОТКА ПОДСИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДОМ ПОДАЧИ СТАНКА HOESCH D1000

31 Назначение системы управления электроприводом станка

Основным заданием управления для СУ ЕП подач для токарного станка HOESCH D1000 являются обеспечение высокой точности системы оптимизация режимов работы электрооборудования Также СУ предназначенная для выполнения функции системы согласования ЭВМ с объектом управления силовых исполнительных устройств непосредственно на объект управления

Система соединения которая представляет собой цифровой следящий электропривод что используется для введения в ЭВМ информации о стане объекта для связи с системами контроля и устройствами представления информации оператору а также может употребиться как промежуточные средства связи ЭВМ с исполнительными органами станка

Главной задачей системы числового управления станка является измерение и регулирования величины перемещений

Для корректной работы проектируемая система управления должна обеспечивать восприятие сигналов от установленных датчиков переключателей команды оператора регулировать технологический процесс а также обеспечить своевременную работу сигнализации и блокировок

Чтобы выполнить задачу необходимо соответствующим образом запрограммировать микроконтроллер Для создания микропроцессорной СУ поводом подачи станку необходимо знать количество и уровни входных и исходных сигналов требования к точности и быстродействию алгоритм выполнения операций Следует также выбрать средства и методы реализации микропроцессорного модулю

На основании общих требований следует проанализировать входные и выходные сигналы проектированного привода Дискретные входные сигналы управления поступают из панели оператора при выборе режима работы при остановке технологического процесса из пульта управления и тд Выходные дискретные сигналы управления сигнал для задачи скорости двигателя привода подачи и сигнал для включения/выключение привода стола

Основные функциональные задачи которые должна обеспечивать система управления

1 Регулирование скорости двигателя привода подачи

2 Восприятие информации которая поступает из датчиков и переключателей

3 Восприятие информации которая поступает из клавиатуры и ее соответствующая обработка

4 Оперативное оповещение аварийной ситуации

Входные дискретные сигналы поступают на блоки ввода дискретных сигналов а аналоговые на блоки ввода аналоговых сигналов

Для исходящих дискретных и аналоговых сигналов применяются соответственно дискретные и аналоговые блоки вывода Значит микропроцессорный модуль должен содержать количество дискретных входов количество исходных сигналов для управления электроавтоматикой

Исходя из требований для микропроцессорной СУ обеспечивая количество входных и исходных сигналов возможность блокирования и защиту используется микропроцессорный модуль SIMATIC S7300 с процессором CPU 3172DP Это модульный программируемый контроллер предназначенный для построения систем автоматизации низкой и средней степени сложности

Модульная конструкция работа с внешним встроенным охлаждением возможность применения структур локального и распределенного вводавывода широкие коммуникационные возможности множество функций поддерживаемых на уровне операционной системы удобство эксплуатации и обслуживание обеспечивают возможность получения рентабельных решений для построения систем автоматического управления в разных областях промышленного производства С помощью модулей ввода дискретных сигналов к контроллеру подключаются дискретные датчики поводы

Модули вывода дискретных сигналов выполняют преобразование внутренних логических сигналов контроллера в его исходящие дискретные сигналы С помощью модулей вывода дискретных сигналов к контроллеру SIMATIC S7300 подключаются вентили контакторы небольшие двигатели лампы разного рода преобразователи

32 Конфигурирование системы управления станка

При модернизации системы управления используется программа NCDKonfigurator рисунок 31 которая формирует заказ всех необходимых модулей и составных частей для комплектной поставки[3]

Рисунок 31 – Структура формирования заказа

В данной программе имеется возможность полностью сконфигурированы заказ на следующие модули

1 Система управления SINUMERIK

2 Панель оператора

3 Пульт дистанционного управления

4 Контроллер SIMATIC S7300

5 Двигателя

6 SIMODRIVE 611D

321 Выбор системы управления SINUMERIK

С технологической точки зрения область применения SINUMERIK 840D очень распространена в машиностроении На сегодняшний день заводы использующие продукцию фирмы SIEMENS пытаются обновить оборудование на техники автоматического управления SINUMERIK 840D имеет множество преимуществ для использования огромной базы систем

можно сконцентрироваться на основных технологических проблемах не упуская из виду всей производственной сферы

уменьшение затрат на логистику для РСтехники (получение квалификация)

открытость позволяет осуществлять внедрение технологии с минимумом дополнительных собственных инженерных затрат (время расходы)

преимущества известности и распространенности техники Siemens

Обладая такими преимуществами которые очень важны для современных систем автоматизации целесообразно использовать систему SINUMERIK 840D для модернизации токарного станка HOESCH D1000 рисунок 33 В комплекте используется интегрированный процессор CPU 3172 DP так он удовлетворяет поставленным задачам модернизации и полностью совместим с SINUMERIK 840D

Аппаратной базой для SINUMERIK 840D является промышленный РС SIEMENS вместе с одной из разработанных Siemens плат PCI тн платой MCI (Motion Control Interface) представленной на рисунке 32 В зависимости от варианта используемого промышленного РС может быть установлено различное количество плат ОЕМРС (PCI или ISA) Через PROFIBUSDP с функциональностью MotionControl (тактсинхронная или эквидистантная) модули привода и периферия I/O могут подключаться к SINUMERIK 840D как централизованно так и децентрализовано

Программной базой является стандартная операционная система WINDOWS NT 40 Разработанный Siemens программный метод позволяет параллельно с WINDOWS NT использовать ПО ЧПУ в режиме реального времени В системное ПО интегрировано ПО NC и PLC а также ввод в эксплуатацию и управление

Плата MCI вместе с PCU образуют аппаратную базу для SINUMERIK 840D В плату MCI интегрированы следующие важные компоненты

PLC SIMATIC S7300

память SRAM для остаточных данных NC и PLC

MPIинтерфейс (MultiPointInterface) (15Мбод)

PROFIBUSDPинтерфейс (12Мбод электрический)

интерфейс MCIBoardExtension

Рисунок 32 – Плата MCI

Через PROFIBUSDPинтерфейс платы MCI SINUMERIK 840D соединяется с приводами и периферией I/O (Системы приводов)

В качестве приводной системы для цифровых приводов имеется модульная линейка приводов SIMODRIVE 611 (Периферия I/O)

В качестве периферии I/O имеется спектр модулей SIMATIC S7300 Через интерфейс MPI платы MCI SINUMERIK 840D может быть соединен с опционными компонентами

станочный пульт

программатор (к примеру PG 740)

кнопочная панель PP 031MC

Ручной терминал (Handheld Terminal) HT6

Скорость передачи данных на шине MPI у SINUMERIK 840D стандартно установлена на 15 Мбод Интерфейс MPI выполнен как 9ти полюсное гнездо SUB D

Современные программируемые контроллеры способны решать задачи автоматического регулирования позиционирования скоростного счета и логического управления

С этой целью созданы интеллектуальные модули ввода – вывода Эти модули снабжены встроенным микропроцессором и способны выполнять критичные быстродействию задачи поддерживать связь с процессором с помощью собственных входов – выходов

Рисунок 33 – Выбор системы управления SINUMERIK 840D и NCU

NCU 5615 подходит для формирования простых задач позиционирования Две оси могут выполнять простые задачи позиционирования или обработки максимум в двух каналах обработки и в двух группах режимов работы Система управления приводом подачи токарного станка требует 2х осевого позиционирования В базовой версии ЧПУ память пользователя составляет 3 Мб и может быть расширена до 6 Мб NCU 5615 имеет большой жизненный цикл даже при эксплуатации в очень жестких условиях

перепадах температуры от 20˚С до +60˚С

влажностью < 95% за 1 ч среднегодовой < 65%

В NCU 5615 имеется процессор Celeron с тактовой частотой 400 МГц который полностью справляется с анализом системы

Выбор данного аппаратного модуля обусловлен простотой выполнения токарных операций и только 2х осевой задачей управления приводом подачи таким образом система автоматизации имеет не значительную дороговизну по сравнения с много осевыми сложными системами управления

322 Выбор панели оператора кнопочной панели и ручного пульта

Через интерфейс PCU для дисплеев TFT и STN могут подключаться новые опционные панели операторов представленные на рисунке 34

а) панель оператора SINUMERIK OP 010S

б) панель оператора SINUMERIK OP 010

в) панель оператора SINUMERIK OP 012

г) панель оператора SINUMERIK OP 015

д) панель оператора SINUMERIK OP 015А

е) Панель оператора SINUMERIK OP 015AT

Рисунок 34 – Панели оператора SINUMERIK

Рассмотрим особенности панелей оператора

SINUMERIK OP 010S содержит компактные органы управления и наблюдения эргономическое и надежное управление благодаря клавиатуре KB 310C полной клавиатуре ЧПУ

SINUMERIK OP 010 содержит недорогие органы управления и наблюдения благодаря дисплею 10″ с оптимизированной клавиатурой

SINUMERIK OP 012 содержит очень хорошее наблюдение и управление благодаря дисплею 12″ простое управление через встроенную клавиатуру и мышь

SINUMERIK OP 015 содержит очень хорошее наблюдение и управление благодаря дисплею 15″ эргономичное и надежное управление благодаря дополнительной клавиатуре KB 483C полной клавиатуре ЧПУ

SINUMERIK OP 015A содержит очень хорошее наблюдение и управление благодаря дисплею 15″ простое управление через встроенную клавиатуру и мышь

SINUMERIK OP 015AT содержит плоская панель оператора благодаря небольшой монтажной глубине и низкой мощности рассеяния Эффективная работа больших станков с использованием макс 4 дополнительных распределенных панелей оператора

Для системы управления оптимально подойдет панель оператора SINUMERIK OP 015А тк полностью удовлетворяет требованиям к заданию сигнала управления представлена на рисунке 35

Рисунок 35 – Выбор панели оператора ручного пульта и кнопочной панели

В качестве управления доступны следующие компоненты

кнопочная панель SINUMERIK MPP 483

кнопочная панель PP 012H

кнопочная панель MPP 483A

Interface MPI (интерфейс для клиентских станочных пультов)

На рисунке 36 и 37 изображены кнопочные панели SINUMERIK

кнопочная панель MPP 483 кнопочная панель PP 012H

Рисунок 36 – Кнопочные панели SINUMERIK

кнопочная панель MPP 483A

Рисунок 37 – Кнопочные панели SINUMERIK

Рассмотрим особенности станочных пультов

Кнопочная панель SINUMERIK MPP 483 оформленная в новом дизайне позволяет удобно управлять функциями станка Он подходит для непосредственного управления токарными станками Имеется согласование все клавиш сменные колпачки на клавиши На колпачки с помощью лазера могут наноситься любые надписи Крепеж станочного пульта осуществляется с задней стороны с помощью специальных крепежных элементов

Кнопочная панель PP 012H позволяет осуществлять удобное и обзорное управление функциями станка Он подходит для непосредственного управления токарными станками Согласованы 6 горячих клавиш имеются сменные колпачки на клавиши Крепеж станочного пульта осуществляется винтами

Кнопочная панель MPP 483A выступает как расширение станков с управлением SINUMERIK и SPS позволяет осуществлять удобное и простое управление благодаря модульности и эргономично расположенным элементам управления Крепеж с помощью натяжного устройства упрощает монтаж

Подключение станочного пульта к SINUMERIK 840D осуществляется через интерфейс MPI платы MCI В комплекте поставки станочный пульт MPP 483 полностью удовлетворяющий требованиям для задания сигнала управления рисунок 35 Подключение ручного пульта управления и программирования к SINUMERIK 840D осуществляется через интерфейс MPI платы MCI В качестве опций здесь доступны следующие компоненты

ручной пульт программирования BHG тип BMPI

ручной пульт Handheld Terminal HT6

ручной мини пульт управления

На рисунке 38 39 и 310 представлены ручные устройства управления

Рисунок 38 Ручной пульт Handheld Terminal SINUMERIK HT6

Рисунок 39 Ручной пульт управления BHGMPI

Рисунок 310 ручной мини пульт управления

Рассмотрим особенности ручных пультов управления

Handheld Terminal SINUMERIK HT6 объединяет функции панели оператора и станочного пульта в одном устройстве Таким образом он предлагает возможность управлять всеми функциями станка наблюдать и через Teachen и программирование создавать программы пользователя

РПУ типа BHGMPI подходит для ручного управления к примеру движениями подачи осей станков Всем клавишам могут присваиваться любые функции и на клавиатуру могут наноситься надписи

Концепция управления благодаря простой и удобной градации грубой средней и точной подачи обеспечивает быстрое точное по инкрементам позиционирование Сигналы направляются на ЧПУ параллельно (без MPI)

Для дистанционного управления будет использовано ручное устройство программирования BHG тип BMPI тк наиболее оптимально подходит для дистанционного управления станком HOESCH D1000

323 Выбор SINUMERIK PCU

Новые мощные SINUMERIK PCU имеют встроенный интерфейс для коммуникации (Ethernet и PROFIBUSDP/MPI) свободные встроенные гнезда могут использоваться для других задач Интерфейс USB расположенный на задней стороне обеспечивает концепцию «hot Plug & Play» посредством стандартной клавиатуры ПК и мышки SINUMERIK PCU оснащен операционной системой Windows NT и программным обеспечением сохранения данных Ghost 6 для дублирования/восстановления данных

Для систем с низкой и средней степенью сложности подходит SINUMERIK PCU50 имеющие следующие свойства процессор Intel Pentium III 566 МГц оперативная память 256 МБт SDRAM сменный жесткий диск со средствами защиты при транспортировке 10 ГБт (1 ГБт для данных пользователя) максимальное расширение памяти 512 МБт операционная система Windows XP Pro EmbSys дублирование/восстановление данных посредством программного обеспечения Ghost 6 Выбор конфигурации PCU представлен на рисунке 311

Рисунок 311 SINUMERIK PCU

324 Описание контроллера SIMATIC S7

При проектировании структурной схемы системы управления которая должны обеспечиваться требования приведенные ниже Обеспечения установленной работы системы управления снижение вероятности поломки упрощение программирования а также повышение показателей качества проектированной МПСУ необходимо придерживаться требований к минимальной и достаточной конфигурации системы и единому внутреннему интерфейсу связи с информационными каналами

Минимальная конфигурация системы сводится к наличию информационных каналов центрального процессора памяти команд и памяти данных Центральный процессор должен удовлетворять требованию быстродействия разрядности данных и адреса

Для простоты проектирования системы управления в программе представлено подключение панели оператора станочного пульта контроллера SIMATIC S7300 и стойки SINUMERIK 840D На рисунке 312 приведены реальные размеры всех блоков необходимых для управления приводами подач

Рисунок 312 – Подключение модулей управления

Внутренний интерфейс системы должен быть построен таким образом чтобы связь с информационными каналами не требовал применения схем преобразования интерфейса Это позволит упростить структуру системы а значит повысить ее надежность облегчить программирование и снизить затраты на разработку конструктивных плат и элементную базу

Главным звеном системы управления выступает контроллер В качестве главного контроллера используется контроллер SIMATIC S7300 фирмы SIEMENS В системе управления используется процессор CPU 3172DP центральный процессор для построения модульных систем автоматизации с высокой скоростью обработки данных до 32 модулей на систему

Модульная конструкция контроллера работающая с принудительным охлаждением возможностью применения локального структурного и распределенного ввода/вывода широкие коммуникационные возможности удобство эксплуатации и обслуживание обеспечивают возможность получения рентабельных решений для построения систем автоматического управления поводом подачи Данный контроллер объединяет в себе высокую мощность благодаря большому количеству вмонтированных функций

Конструкция контроллера SIMATIC S7300

1 В зависимости от степени сложности решаемой задачи в контроллерах могут быть использованы различные типы центральных процессоров отличающихся производительностью быстродействием объемом загружаемой памяти емкостью до 8 Мб наличием или отсутствием встроенных входоввыходов и специальных функций количеством и видом встроенных коммуникационных интерфейсов

2 Модули блоков питания (PS) которые обеспечивают возможность питания контроллера от сети переменного тока напряжением 120 В или от источника постоянного тока напряжением 24/60/110 В

3 Сигнальные модули (SM) которые предназначены для ввода/вывода дискретных и аналоговых сигналов с разнообразными электрическими и временными параметрами

4 Функциональные модули (FM) которые способны самостоятельно решать задачи автоматического регулирования позиционирование обработки сигналов Функциональные модули оснащенные вмонтированным микропроцессором и способны выполнять положенные на них функции даже при отказе центрального процессора

5 Интерфейсные модули (ІМ) которые обеспечивают возможность подключения к базовому блоку стоек расширение ввода/вывода Контроллер SIMATIC S7300 разрешает использовать в своем составе до 32 сигнальных и функциональных модулей а также коммуникационных процессоров

Конструкция контроллера отличается высокой гибкостью и удобством обслуживания Общие технические параметры контроллера SIMATIC S7300 представлены в таблицы 31

Таблица 31 Общие технические характеристики микроконтроллера SIMATIC S7300

Название характеристики Значение параметра

1 2

CPU 3172 DP

Загружаемая память (MMC) 64КБ – 8 МБ

Встроенные интерфейсы MPI/DP + DP

Колво активных коммуникационных соединений не более 32

Степень защиты ІР 20 в соответствии с ІЕС 529

Диапазон рабочих температур

при горизонтальном установлении

при вертикальном установлении

0…600 С

0…400 С

Диапазон температур при хранении и транспортировке 40… +700 С

Относительная влажность 595…95%без конденсата (RH уровень сложности 2)

Атмосферное давление 795…1080 ГПа

Изоляция

звена = 24 В

звена ≈ 230 В

Исследованное напряжение = 500 В

Исследованное напряжение ≈ 1460 В

Электромагнитное соединение

стойкость к шумам

наводки

Согласно EN500822 исследованное за ІЕС 8012 ІЕС 8014

За ЕN 500812 исследование за ЕN 55011 класс А группа 1

Механические действия

вибрация

ударные нагрузки

ІЕС 68 часть 26 1058 Гц постоянная амплитуда 0075 мм 58150 Гц постоянное ускорение 1g

ІЕС 68 часть 227 синусоидальные ударные действия с ускорением 15g

325 Выбор преобразователя SIMODRIVE 611

SIMODRIVE 611D это гибко проектируемая система приводов отвечающая как экономически так и экологически техническим требованиям современных станков

Для управления приводом подачи необходимо использовать наиболее современные системы управления поэтому для управления двигателями используем SIMODRIVE 611D отвечающую наивысшим требованиям в динамике установленном диапазоне оборотов и точности управления

Регуляторы привода SIMODRIVE 611D могут использоваться универсально в качестве привода подачи или привода главного движения Они используются вместе с СЧПУ SINUMERIK 840D в комбинации с синхронными двигателями 1FT6 для приводов подачи или главного движения линейными двигателями 1FN для приводов подачи встраиваемыми шпинделями 1FE/2SP1 и асинхронными двигателями 1PM/1PH для приводов главного движения Обмен данными между приводом и ЧПУ осуществляется по цифровой шине

Централизованные системы приводов предлагают широкий выбор услуг в модульной технике С помощью различных модулей управления могут быть реализованы различные соединения приводов с вышестоящей СЧПУ 2х осевые модули позволяют осуществлять компактную установку модульной структуры

С помощью предложенной модульной системы могут быть реализованы любые конфигурации приводов Таким образом возможно проектирование для любой установки от компактного станка до комплексной установки

Следующие интерфейсные платы имеются на различных платах управления

1 Резольвер

2 Переключаемое разрешение 14 / 12 бит

3 Количество пар полюсов 1 до 6 рабочая частота fG макс до 108 Гц / 432 Гц 1)

4 Увеличение импульсов внутреннее 4096 / 16348 x количество пар полюсов

5 Инкрементальный датчик с сигналами sin/cos 1 Vpp до 65535 импульсов fG макс до 350 кГц увеличение импульсов внутренне 2048 x импульсов

6 Абсолютный датчик с интерфейсом EnDat идентично датчику sin/cos 1 Vpp плюс абсолютное положение через протокол EnDat

Функции которые используются для управления 1й осью

2 аналоговых входа (14 бит)/выхода (8 бит) ± 10 В

4 цифровых входа/выхода свободно параметрируемые

Переключаемый интерфейс датчика углового шага (WSG)

вывод

инкрементальные прямоугольные шаговые сигналы

имитация датчика двигателя через дифференциальные квадратурные сигналы A B R согласно RS 485 RS 422 (TTL)

у датчиков sin/cos1VPP импульсы = sin/cos

у резольвера 1024 / 4096 импульсов/пара полюсов

количество импульсов у резольвера и абсолютного датчика с EnDat

умножаемое число импульсов 21 11 12 14 18

ввод

инкрементальное шаговое заданное значение X зад

квадратурные сигналы дорожки A B до 25 МГц

импульсный сигнал/сигнал направления до 5 МГц

сигнал впередназад до 5 МГц

Прямая вторая измерительная система подключение у 2х осевого модуля для оси А через ось В (в этом случае модуль может эксплуатироваться только как 1о осевой модуль) Резольвер любое количество пар полюсов Инкрементальный датчик sin/cos 1 VPP 0 до 8388607 импульсов Абсолютный датчик с интерфейсом EnDat Интерфейс RS 232 / RS 485 (TTL) для подключения PC/PG для ввода в эксплуатацию с помощью вспомогательного ПО SimoCom U 4 Блока данных двигателя на ось с возможностью сохранения Все блоки могут вызываться и изменяться через опцию PROFIBUS DP На рисунке 313 изображен преобразователь SIMODRIVE 611D с реальными размерами В таблице 32 представлены технические параметры преобразователя SIMODRIVE 611D

Рисунок 313 Преобразователь SIMODRIVE 611D

Таблица 32 Технические параметры преобразователя SIMODRIVE 611D

Модули SIMODRIVE 611D Технические параметры

Вибрационная нагрузка по

EN 60068−2−6 (IEC 68−2−6) макс 981 м/с2

Ударная нагрузка по EN 60068−2−27 (IEC 68−часть 2−27) Ускорение 4905 м/с2 на11 мс

Класс защиты по DIN EN 60529

(IEC 60529) P20

Допуст внешняя температура

• хранение и транспортировка −40 +70 °C

• эксплуатация 0 +40 °C

• с уменьшением мощности до +55 °C

Класс влагостойкости согласно DIN EN 60721−3−3 Кл 3K5 Образование конденсата и Кл 3K5 Образование конденсата и льда недопустимы Мин температура воздуха 0 °C

Воздушные участки и пути скользящего заряда по EN 50178 рассчитано на степень загрязнения 2

Контрольное напряжение изоляции 25 кВ

Положение при эксплуатации вертикальное

Высота установки ≤ 2000 над уровнем моря

1000 м ухудшение характеристик

> 2000 м с базовой изоляцией через разделительный трансформатор

Через модуль питания системная структура SIMODRIVE 611D подключается к сети низкого напряжения с заземленной нейтралью (сеть TN)

Все модули системы приводов SIMODRIVE 611D имеют унифицированную конструкцию Интерфейсы для питания и коммуникации друг с другом а также стандартизированные интерфейсы между платами управления и силовыми модулями

Система приводов SIMODRIVE 611D состоит из функциональных модулей

сетевой фильтр

коммутирующие дроссели

модули питания

силовые модули

платы управления предназначенные для определенных типов двигателей

специальные модули и прочие принадлежности

Через модули питания структура приводов подключается к сети питания Из сетевого напряжения 480В 50Гц модули питания вырабатывают постоянное напряжение для промежуточного контура Дополнительно напряжения питания электроники ±24В ±15В +5В и тд подаются централизованно через шину устройств на модули приводов и расположенные в структуре системы SINUMERIK 840D Для проводки с экранированными силовыми кабелями соответствующей требованиям ЭМС имеются пластины для подключения экрана Модуль питания представлен на рисунке 314 Технические параметры модуля питания приведены в приложении Б

Рисунок 314 Модули питания преобразователя SIMODRIVE 611D

Функции сетевых модулей питания

1 Встроенная защита сети управляемая через входную клемму (24 В)

2 Через внешний блокирующий вход может прерываться подача энергии на катушку сетевого контактора таким образом через аппаратные контакты достигается гальваническое разделение силовых контактов сетевой защиты

3 Автоматическая предзагрузка промежуточного контура при подключении сети

4 Возможен режим отладки с двигателями 1FT6 в самотормозящих осях (условие напряжение промежуточного контура должно понижаться за счет уменьшения сетевого напряжения)

5 Сохранение питания электроники из промежуточного контура для управляемой остановки подключенных осей приводов при отключении питания (активация этой функции через соответствующую внешнюю проводку) Для возможности торможения в этом рабочем состоянии необходим модуль импульсного сопротивления

6 Централизованный контроль сетевого напряжения напряжения промежуточного контура и напряжений электроники ±24В ±15В +5В

При установке блока управления в силовой модуль получается модуль привода для использования в качестве привода подачи или привода главного движения

Приводные и силовые модули преобразователя SIMODRIVE 611D

При конструировании модулей преобразователей особые усилия были направлены на требования легкости управления простоты монтажа и проводки Здесь к примеру благодаря постоянной кратной ширине модулей в 50 мм и хорошо зарекомендовавшим себя на практике соединениям силовых сигнальных и шинных кабелей были реализованы подходящие решения при этом проводка кабеля проверена на электромагнитную совместимость (ЭМС)

ширина всех модулей в кратна 50 мм

высота всех модулей стандартно − 480 мм

глубина модулей без штекера и опционных модулей относительно монтажной поверхности составляет при внутреннем охлаждении или воздуховодным охлаждении стандартно 288 мм внешнем охлаждении стандартно 231 мм

Силовые модули подходят для работы с синхронными двигателями 1FT6 Широкий спектр силовых модулей с градацией по току и подразделенный на три различных вида теплоотвода поставляется в 1о и 2х осевом исполнении

Параметры тока относятся к серийной установке При более высоких частотах первичных вибраций или увеличенной тактовой частоте учитывать уменьшения В таблице 33 представлены технические параметры солового модуля преобразователя SIMODRIVE 611D

Цифровые платы управления SIMODRIVE 611D используются в комбинации с синхронными двигателями SIMODRIVE 1FT6 для приводов подачи и двигателями 1PM/1PH/1FE1 для приводов главного движения

Платы управления обрабатывают встроенный в двигатели 1FT6/1FK или 1PM/1PH датчик с sin/cos 1 VPP Таким образом может быть получено до 42 миллионов инкрементов/оборот двигателя в качестве разрешения контура измерения Сгенерированные сигналы для скорости и фактического значения положения обрабатываются через цифровую шину привода в сервообласти SINUMERIK У плат управления с функцией «Прямая регистрация положения» дополнительно может быть подключена прямая измерительная система (DMS)

Платы управления с цифровым интерфейсом заданного значения по аппаратным свойствам в комбинации с управлением Performance могут использоваться универсально как привод подачи или главного движения ПО с алгоритмами управления имеется в SINUMERIK 810D/840D/840C При включении СЧПУ и приводов ПО загружается в цифровые платы управления При вводе в эксплуатацию через конфигурацию привода определяется идет ли речь о приводе подачи или приводе главного движения

У плат управления с цифровым интерфейсом можно выбирать между стандартным и высокопроизводительным управлением Performance

Оба варианта используют идентичный интерфейс приводов и одно микропрограммное обеспечение с идентичными алгоритмами управления Технические параметры платы управления приводами подачи представлены в таблице 34

В зависимости от типа охлаждения выбираются дополнительные согласованные с системой блоки вентиляторов и компоненты воздуховодов

Благодаря модульной конструкции приводных модулей с помощью небольшого количества отдельных компонентов можно обеспечить решения широкого спектра задач пользователя

Для успешной и надежной работы системы приводов использовать только оригинальные компоненты системы SIMODRIVE в комбинации с оригинальными принадлежностями Siemens

Пользователь должен учитывать параметры проектирования

Силовые модули подходят для работы с синхронными электродвигателями 1FT6/1FK/1FN/1FW6/1FE1/2SP1

Широкий спектр силовых модулей имеет деление по току и деление на три различных типа охлаждения и поставляется в 1−о и 2−х осевом исполнении

Параметры тока относятся к серийной предустановке При более высоких тактовых частотах учитывать коэффициенты уменьшения тока Для монтажа экранированных силовых кабелей соответствующих требованиям ЭМС имеются пластины подключения экрана для монтажа на модуль

Кабель приборной шины (питание электроники) входит в объем поставки силового модуля Для системы ЧПУ SINUMERIK 840D powerline с цифровой шиной задания кабели приводной шины заказываются отдельно

Таблица 33 Технические параметры солового модуля преобразователя SIMODRIVE 611D

Входное напряжение DC 600/625/680 В

Выходное напряжение 3х фазное AC 0 430 В

Выходная частота макс 14 кГц

кпд η 098

Таблица 34 Технические параметры платы управления привода подачи преобразователя SIMODRIVE 611D

Входное напряжение DC 600/625/680 В

Выходное напряжение 3х фазное AC 0 430 В

Выходная частота макс 14 кГц

кпд η 098

Для питания SIMODRIVE 611D используется модуль питания 6SN11241AA000AA1 в одно осевом исполнении рисунок 315 с внутренним теплоотводом который полностью удовлетворяет требованиям управления приводом подачи токарного станка HOESCH D1000

Рисунок 315 – Модули питания для SIMODRIVE 611D

Структурная схема модернизированной системы управления представлена на рисунке 316

Структурная схема содержит в себе все функциональные части системы управления и взаимосвязь между ними

Рисунок 316 – Структурна схема системы управления приводами подач

326 Разработка интерфейса системы управления приводом подачи

Обмен данными между всеми элементами системы управления приводом подачи происходит через интерфейс PROFIBUSDP Сеть PROFIBUS может быть использована для организации обмена данными между интеллектуальными сетевыми устройствами Сеансы связи могут устанавливаться между двумя системами автоматизации системой автоматизации и компьютером и тд PROFIBUS – это мощная открытая сетевая система с коротким часом цикла который отвечает требованиям международных стандартов Для связи с полевым уровнем она разрешает использовать два протокола PROFIBUSDP и PROFIBUSPA Как пассивные устройства используются станции распределенного вводавывода SIMATIC ET 200 а также аппаратуры полевого уровня со встроенными интерфейсами PROFIBUSDP (датчики регуляторы преобразователе частоты пристрою плавного пуска коммутационные аппаратурам и тд) Кроме циклического (синхронного) обмена между активными и интеллектуальными пассивными устройствами поддерживается асинхронный обмен данными используемый для передачи параметров настраивания диагностической информации и т д

Типы устройств PROFIBUSDP

1 Проводящие сетевые устройства класса 1 осуществляют управление циклическим обменом данными с ведомыми сетевыми устройствами Кроме скоростного циклического обмена данными проводящего устройства класса 1 способны поддерживать асинхронный обмен

Асинхронный обмен используется для передачи параметров настройки или результатов измерений ведомыми устройствами и имеет более низкий приоритет по сравнению с циклическим обменом Функции проводящих сетевых устройств класса 1 могут выполнять программируемые контроллеры SIMATIC S7300/S7400 системы автоматизации SIMATIC S7 промышленные компьютеры и тд

2 Проводящие сетевые устройства класса 2 (программаторы компьютеры и тд) употребятся для программирования конфигурирование настраивание параметров и диагностирование сетевых станций

Проводящие устройства этого класса способны считывать содержимое областей вводавывода диагностическую информацию параметры настраивания и другие данные сетевых станций Проводящие устройства класса 2 способны поддерживать циклический и асинхронный обмен данными с ведомыми устройствами

3 Ведомые устройства предназначенные для организации связи с объектом управления С их помощью вырабатывается сбор информации о текущем состоянии объекта управления а также формируются необходимые управляющие влияния

В каждом цикле обмена данными с проводящим сетевым устройством ведомые устройства способны передавать или принимать до 244 байт

33 Разработка программного обеспечения для управления приводом подач токарного станка HOESCH D1000

Проведя все необходимые расчеты и выбрав все базовые элементы необходимые для модернизации токарного станка следует произвести программирование которое наглядно продемонстрирует работоспособность системы управления приводом подачи Для тестирования и отладки работы программы используем приложение S7PLCSIM имитирующее работу реального программируемого логического контроллера (ПЛК) После запуска приложения загружаем программные блоки OB1 и FC1 в контроллер представленные на рисунке 317 затем используя таблицу символов (рисунок 318) и разделы объявления переменных в блоках создаем в PLCSIM необходимые для тестирования видимые объекты Окно программы S7PLCSIM представлено на рисунке 319 [8]

Рисунок 317 – Отображение командных блоков

Рисунок 318 – Таблица символьных переменных

Для контроля значений переменных которые используются в программе добавляем в окне S7PLCSIM дополнительные объекты которые предназначены для

IB 0 IB 1 – установка значений на входах адреса которых соответствуют номерам битов (0й бит – устанавливает значение входа I00 1й – I01и тд)

QB 4 – отображение состояния выходов с адресами Q40 Q41 и Q42 – сигналы Ready_load Ready_rem и Belt_mot1_on соответственно

C1 – отображение текущего значения положения линейного датчика Counter1 до остановки перемещения резца

Рисунок 319 – Окно программы S7PLCSIM

Для запуска контроллера устанавливаем в окне CPU флаг RUNP Для тестирования функции FC1 открываем ее в редакторе LAD/STL/FBD и устанавливаем режим Online В окне симулятора S7PLCSIM устанавливаем необходимые для работы программы значения входных сигналов Окно редактора LAD/STL/FBD в режиме Online представлено на рисунке 320

Рисунок 320 – Окно редактора LAD/STL/FBD в режиме Online

Рисунок 320 – Лист 2

Рисунок 320 – лист 3

34 Разработка алгоритмического проектирования задач управления приводом подач

341 Разработка алгоритма управления

Программное обеспечение станка является типичной задачей управления в масштабе реального времени Это требует правильного объединения аппаратных и программных ресурсов системы с внешними устройствами В общем случае управления оборудованием сводится к обмену информацией между управляющей системой и внешними устройствами которые входят в его состав

В разработанной микропроцессорной системе управления приводом подачи станка используется микроконтроллер фирмы SIEMENS серии SIMATIC S7300 Блоксхема разрабатывается для микроконтроллера который управляет работой электродвигателя привода подач

Специфика разрабатываемой системы управления состоит в повышенных требованиях к быстродействию программного обеспечения и в некоторых случаях в необходимости получения программы минимального размера

В задачу представленного микроконтроллера входят прием сигналов от датчика положения и анализ формирование и передача управляющих сигналов на исполнительные блоки и исполнительные механизмы

Блок схема главного модуля программы управления станком представлена на рисунке 321

Исполнительные механизмы считаются включенными если их значение в блоксхеме алгоритма равняют 1 если они равняют 0 то в этой ситуации данный исполнительный механизм отключен Если в блоке не указано положения исполнительного механизма (включен/отключен) это означает что положение данного механизма не имеет значения в данной ситуации

Блоксхема представляет собой ряд проверок действий который координируют роботу системы по автоматическому режиму (АВТОМ) и ручному управлению (РУЧНОЙ) В начале происходит инициализация системы управления При инициализации происходит подготовка силовой части приводов и електроавтоматики установление рабочих органов в исходное положение

Режим автоматической обработки начинается из подпрограммы ЗАГРУЗКА ПРОГРАММЫ которая разрешает вводить программу обработки по клавиатуре или считывать из готового диска Для преобразования входной программы во внутренний формат данных системы используется подпрограмма – ТРАНСЛЯТОР

Рисунок 321 – Алгоритм главной программы

После преобразования данных следует запрос на начало обработки СТАРТ В случае утвердительного ответа на данный запрос начинается циклическое выполнение программы обработки

После каждого кадра производиться проверка ВЫПОЛНИЕ которая проверяет наличие выполнения программы и ее окончание Во время выполнения управляющей программы производиться считывание кадра подпрограммой ЧТЕНИЕ КАДРА и его анализ Перед обрабатыванием кадра выполняется анализ состояния станка на наличие аварийных ситуаций – ТЕСТ СТАНКА и выводиться результат теста блоком проверки РЕЗУЛЛЬТАТ В случае наличия аварийной ситуации выполняется анализ неисправности и анализируется возможность ее устранения которое выполняет подпрограмма АНАЛИЗ в случае успешного завершения которой управление передается подпрограмме выполнения кадра управляющей программы СЛЕДУЮЩИЙ КАДР Данная подпрограмма включает у себя программы интерполяции (линейной и круговой) программы считывания и вычисление положения и скорости исполнительных органов программы регуляторов и другие программы нижнего уровня

Ручной режим начинается из подпрограммы ВВОД ПРОГРАММЫ которая выполняет необходимая отладка параметров системы Дальше следует сам рабочий цикл который начинается считыванием состояния пульта оператора – СОСТОЯНИЕ ПУЛЬТА Тестирование состояния выполняется подпрограммой ТЕСТ СТАНКА которая выполняет проверку на наличие аварийной ситуации Следующий этап чтение кадра программы ЧТЕНИЕ КАДРА и проверка окончания введенной программы

342 Разработка алгоритма функционирования системы управления приводом подачи станка

Программа управления приводом подачи в автоматическом режиме должна выполнять функции которые перечислены ниже

1 Прием информации от датчика положения

2 Вычисление скорости методом числового дифференцирования

3 Цифровое регулирование скорости и положение суппорта

4 Интерполяционные расчеты

Блок схема процедуры управления приводом подачи представлено на рисунке 322

Процедура СЛЕДУЮЩИЙ КАДР является подпрограммой главного модуля программы управления станком Процедура начинается обнулением счетчика и записью начальных значений скорости и сигнала управления которые необходимые для процедуры регулирования скорости

Отслеживание положения рабочего органа выполняется путем сравнения текущего значения положения и установленным значением в кадре управляющей программы Если N1 < N3 те необходимое положение еще не достигнуто то в действие вступает подпрограмма интерполяционных расчетов РАСЧЕТ

Если N1 > N3 те произошел переход рабочего органа на конечное положение подается сигнал реверса на двигатель и выполняются процедуры интерполяции и регулирование скорости после завершения которых определяется состояние счетчика Если время которое прошло с момента начала цикла меньший за период дискретности Т0 то реализуется цикл ожидания пока t<Т0

Блок схема процедуры обмена данными с информационной системой представлена на рисунке 323 Для приема информации о перемещении по двум координатами организованно цикл который начинается анализом состояния Одиночное состояние разряда СЧИТЫВАНИЕ разрешает считывание перемещения в ЦПВМ Процедура СКОРОСТЬ выполняет вычисление значения скорости вращения двигателя методом числового дифференцирования и представлена на рисунке 324

Рисунок 322 – Блок схема алгоритма управления приводом подачи

Рисунок 323 – Блок схема алгоритма обмена данными с информационной системой

Рисунок 324 – Блок схема алгоритма вычисления скорости вращения двигателя

При выполнении специальной части было спроектировано программное обеспечение для управления приводом подачи в автоматическом режиме что повысит производительность системы а также сведет аварии до минимума

4 ТЕХНИКОЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ

41 Сущность и актуальность проведения модернизации токарного станка

Модернизация станка HOESCH D1000 состоит в том что будет полностью заменена устаревшая система управления SINUMERIK 520K на современную высокопроизводительную систему SINUMERIK 840D Привод подачи станка будут заменены приводами фирмы SIEMENS Замена системы управления станка вызванная необходимостью повышение точности производительности и обеспечения более качественной обработки детали

Исходные данные к экономической части дипломного проекта приведены в таблице 41

При технологической подготовке производства одним из важных моментов обеспечивающих надежность работы станка является испытание его в искусственно созданных условиях близких к условиям эксплуатации

Применение модернизированной системы управления токарного станка модели HOESCH D1000 дает ряд преимуществ

1 Станок позволяет оперативно перенастраиваться на различные режимы работ

2 Система управления позволяет управлять системой обработки в автоматическом режиме создать ряд программных блокировок и защит а также следить за параметрами датчиков и системой станка в целом предупреждая аварийные ситуаций и блокируя работу приводов в случае их возникновения неполадок

3 Производительность станка HOESCH D1000 значительно возросла что объясняется снятием с человека функций управления процессом

4 Следствием повышения производительности является снижение себестоимости испытания единицы изделия

42 Анализ базовой и новой системы электропривода станка

Проектируемый электропривод в сравнении с базовым вариантом имеет следующие преимущества

двигатель устарел морально и физически и соединяется к механизму через редуктор

двигатель 1FT6 имеет мощность 69 кВт и используется без редуктора

система управления SINUMERIC 520K устарела и не удовлетворяет условиям точности и быстродействия кроме того давно снята с производства

современная система SINUMERIC 840D оптимально подходит для управления и полностью удовлетворяет критериям точности и быстродействия

возможно уменьшение разряда выполняемых работ

позволяет уменьшить затраты времени на осуществление основной операции на 003 ч

будут снижены затраты на ремонт эксплуатацию и обслуживание используемого оборудования с 205 до 167 нормоч (на 29%)

уменьшение времени на осуществление операции позволит рабочим получать премиальные надбавки (до 25%)

стоимость нового приобретенного оборудования увеличится однако будет окуплена до установленного нормативного срока

43 Исходные данные для экономических расчетов к дипломному проекту

Таблица 41 Исходные данные к экономической части дипломного проекта

44 Определение направлений и расчет экономии затрат от модернизации электропривода станка

Рассчитаем изменение затрат от модернизации электропривода станка в натуральном выражении [9]

Модернизация электропривода станка позволяет сократить затраты времени на выпуск годовой программы валов Для расчетов используем данные таблицы 41

Затраты времени на выпуск годовой программы по базовому варианту

Тбаз =Аг баз tбаз=3000∙2=6000 чел ч (41)

По новому варианту

Тнов =Аг нов tнов=3000∙197=5910 чел ч

Экономия по времени составит

Эвр =ТбазТнов=60005910=90чел ч(вследствие повышения качества резания)

Рассчитаем изменение затрат в стоимостном выражении Имеет место изменение затрат на зарплату

По базовому варианту затраты на зарплату станочникам составили

Збаз =Тбаз∙Счас баз∙Кд∙Кстрах=6000∙12∙13∙1375=128700 грн (42)

По новому варианту

Знов=Тнов∙Счас нов∙Кднов∙Кстрахнов∙Кпремнов=5910∙95∙13∙1375∙125=125400 грн

Экономия по зарплате станочников будет равна

Эзар =ЗбазЗнов =128700125400=13000 грн (43)

По базовому варианту затраты на зарплату ремонтников

Збаз рем=205∙8∙13∙1375∙155=4544 грн (44)

По новому варианту

Знов рем=167∙10∙115∙1375∙115∙125=3037 грн

Если учесть что в связи с модернизацией количество текущих ремонтов может быть уменьшено экономия по зарплате ремонтников составит

Эзар рем =Збаз ремЗнов рем=45443037=1507 грн (45)

Затраты на установку ремонт т обслуживание оборудования системы электропривода по базовому варианту составит

Рбаз =Ко баз+Ко базКабаз +Ко баз Кбрем=

=500400+500400∙0087+500400∙045=769100 грн (46)

По новому варианту

Рнов =Ко нов+Ко новКа нов +Ко новКбрем=

=495000+495000∙0087+495000∙045=760800 грн

Экономия по затратам на ремонт установку и обслуживания оборудования

Эрем =РбазРнов=769100760800=8300 грн (47)

Годовая экономия затрат в стоимостном выражении составит

Эгод =Эвр∙(Эзарп +Эзарп ремЭрем)=90∙(13000+15078300)=558600 грн (48)

Следовательно максимальное капитальное допустимое вложение в модернизацию системы электропривода станка составят

Кд макс =Эгод∙Тн=558600∙66=3687000 грн (49)

Эти затраты окупятся в результате более эффективной работы станка

Рассчитаем частные показатели характеризующие целесообразность осуществления модернизации станка

По базовому варианту

Фондоотдача

f о =А г/ К о=3000/500400=0006 шт/грн (410)

Фондоемкость

f о =К о/ А г=500400/3000=1668 грн/шт (411)

Трудоемкость

Т челч =Т / Квн=6000/1=6000 чел ч (412)

По новому варианту

Фондоотдача

f о =А г/ К о=3000/495000=00067 шт/грн

Фондоемкость

f о =К о/ А г=495000/3000=158 грн/шт

Трудоемкость

Т челч =Т / Квн=5910/115=5139 чел ч

Индекс фондоотдачи и фондоемкости соответственно будет ровняться

Ifо =f o/ f о=0006/00067=1117 (увеличение на 117%) (413)

Ifte=f e/ f e=158/1668=094 (снижение на 55%) (414)

Из проведенных расчетов следует сделать вывод что частные показатели целесообразности осуществления модернизации имеют тенденцию к улучшению увеличение фондоотдачи на 117% и снижение фондоемкости на 55% Это говорит о том что станок будет функционировать эффективней

44 Расчет и сопоставление капитальных затрат

Рассчитаем капитальные затраты на электрооборудование базового варианта

К основному оборудованию относят двигатель 4ПБМ132LТ04 мощностью 8 кВт и стоимостью 50400 грн система SINUMERIK 520K стоимостью 450000 грн Общая сумма электрооборудования – Цоб =500400 Тогда затраты на строительномонтажные работы электрооборудования составят

Sсмр = Цоб∙01=500400∙01=50040 грн (415)

Зарплата строительномонтажных рабочих

Зсм=05∙(Цоб∙01)=05∙(255000∙01)=25020 грн (416)

Из них 10020 грн – зарплата монтажников при установке электродвигателя 15000 грн– при установке преобразователя

Итого по оборудованию имеем

Sоб = Цоб+Sсмр=500400 +50040=550440 грн (417)

Транспортные расходы по доставке оборудования

Sтр = Цоб∙004=500400∙004=20020 грн (418)

Заготовительноскладские расходы

Sзс = Цоб∙0012=500400∙0012=6005 грн (420)

Итого общая сумма капитальных затрат по базовому варианту

Кбаз =Sоб+Sрез+Sпл+Sтр+Sзс=550440+6005+20020=576500 грн (421)

Рассчитаем капитальные затраты на электрооборудование нового варианта

Двигатель 1FT60848SF7 мощностью 69 кВт имеет стоимость 60000 грн Система управления SINUMERIK 840D стоит 435000 грн

Общая сумма электрооборудования Цоб = 495000 грн

Затраты на строительномонтажные работы составят

Sсмр = Цоб∙01=495000∙01=49500 грн

Зарплата строительномонтажных рабочих

Зсм=05∙(Цоб∙01)=05∙49500=24750 грн

Из них 11750 грн – зарплата монтажников при установке электродвигателя 13000 грн – при установке преобразователя

Итого по оборудованию имеем

Sоб=Цоб+Sсмр=495000+49500=544500 грн

Транспортные расходы по доставке оборудования

Sтр=Цоб∙004=495000∙004=19800 грн

Заготовительноскладские расходы

Sзс=Цоб∙0012=495000∙0012=5940 грн

Итого общая сумма капитальных затрат по новому варианту

Кнов=Sоб+Sрез+Sпл+Sтр+Sзс=544500+5940+19800=570200 грн

Различие в суммах капитальных вложений объясняется разницей в стоимости оборудования Чтобы не усложнять расчеты производительность станка для обоих вариантов взята одинаковы

45 Расчет и сопоставление эксплуатационных затрат

Эксплуатационные расходы при применении той или иной системы электропривода определяются технологической себестоимостью состоящей из следующих статей

амортизационные отчисления Са

расходы на потребляемую электроэнергию Сэ

затраты на ремонт электрооборудования Ср

прочие расходы

Годовые амортизационные отчисления по каждому варианту определяются по формуле

Са=(Nа∙Цоб)/100 (422)

где Nа – норма амортизационных отчислений (берем 8% если рассматривается машиностроительный производственный объект)

Цоб – стоимость основного оборудования

Амортизационные отчисления по базовому варианту

Сабаз=8∙500400/100=40030 грн

по новому варианту

Санов=8∙495000/100=39600 грн

К амортизационным отчислениям на оборудование следует прибавить отчисления на площадь тогда получим полные амортизационные отчисления за год

По базовому варианту отчисления на площадь составят

Саплбаз=8∙2500/100=200 грн

по новому варианту

Саплнов=8∙2250/100=180 грн

Норма амортизации взята усредненная 8% для всех объектов

Полные амортизационные отчисления по базовому варианту

Сабаз=Сабаз+Саплбаз=40030+200=40230 грн

по новому варианту

Санов=Санов+Саплнов=39600+180=39780 грн

Рассчитаем расходы на потребляемую электроэнергию

Сэ=(Р/) Тэф Кв Км (423)

где Р номинальная мощность используемого в станке электродвигателя кВт

 коэффициент полезного действия электрооборудования доли

Тэф – эффективный фонд времени работы ч

Кв – коэффициент использования по времени

Км – коэффициент использования по мощности

Сэ – стоимость 1 кВт ч электроэнергии грн/кВт ч

Коэффициент полезного действия электрооборудования вычисляем как произведение коэффициентов полезного действия двигателя и преобразователя Для базового варианта коэффициент полезного действия равен 85% для нового варианта – 95%

Коэффициент использования по времени для обоих вариантов примем равным 08

Коэффициент использования по мощности по базовому варианту – 062

по новому – 097

Стоимость электроэнергии равна 045 грн/кВт ч

Эффективный фонд времени по обоим вариантам при работе цеха в одну смену за год составит

Тэф=8∙22∙12=2112 ч (424)

Подставим исходные данные в формулу 423 определим затраты на электроэнергию по обоим вариантам

по базовому варианту

Сэбаз=(8/085)∙2112∙08∙062∙045=4437 грн

по новому варианту

Сэнов=(69/095)∙2112∙08∙097∙045=4580 грн

Рассчитаем затраты на текущий ремонт

Текущий ремонт электрооборудования производится на месте его установки с отключением от сети и остановкой силами сменного ремонтного персонала обслуживающего данный агрегат (оборудование)

Затраты на текущий ремонт электрооборудования содержат следующие статьи

основная зарплата рабочих с начислениями Сзп

стоимость используемых материалов полуфабрикатов и комплектующих изделий См

цеховые и общезаводские расходы Собщ

Для определения зарплаты рабочихремонтников необходимо знать трудоемкость ремонтных работ и эффективный фонд времени одного рабочего

Трудоемкость ремонтных работ определяют из графика плановопредупредительных ремонтов

Из таблицы 41 имеем что трудоемкость ремонтных работ по базовому варианту составляет 205 челч по новому – 167 челч

Эффективный фонд времени одного рабочего состоит из дней оставшихся после вычитания из 365 календарных дней выходных и праздничных дней а также дней касающихся прочих невыходов на работу Занятость по времени – 096

Эффективный фонд времени равен

Т=8∙ (365104) ∙096=20045 ч (425)

Заработная плата определяется через трудоемкость ремонтов и тарифную часовую ставку электромонтера которая составляет 1 грн/ч

По базовому варианту тарифная зарплата

Стзпбаз=8∙205=1640 грн

по новому варианту

Стзпнов=8∙167=1336 грн

К начислениям зарплаты относят премии (20% от тарифной зарплаты) дополнительная зарплата (10% от тарифной зарплаты) другие доплаты (10% от тарифной зарплаты) В итоге начисления достигают 40% от тарифной зарплаты Чтобы определить полную сумму выплат по зарплате рабочим необходимо тарифную зарплату умножить на коэффициент 14

Таким образом сумма полных выплат по зарплате в базовом варианте

Сзпбаз=Стзпбаз∙14=205∙14=287 грн (426)

по новому варианту

Сзпнов=Стзпнов∙14=167∙14=2338 грн

Затраты на материал и комплектующие изделия составляют

при капитальном ремонте – 50% от тарифной зарплаты

при среднем ремонте – 35% от тарифной зарплаты

при текущем ремонте – 15% от тарифной зарплаты

Из таблицы 41 имеем что в базовом варианте предусмотрены один капитальный ремонт два средних семь текущих В новом варианте – такое же количество ремонтов каждого типа

Для базового варианта затраты на материалы и комплектующие будут равны

Смбаз=205∙(05+2∙035+5∙015)=39975 грн (426)

по новому варианту

Смнов=167∙(05+2∙035+5∙015)=32565 грн

Цеховые и общезаводские расходы достигают 80% от тарифной зарплаты

Их величина по базовому варианту

Собщбаз=205∙08=164 грн (427)

по новому варианту

Собщнов=167∙08=1336 грн

В смете годовых эксплуатационных расходов прочие расходы принимаются в размере 1% от суммы капитальных вложений

для базового варианта

Спрбаз=001∙Кбаз=001∙576500 =5765 грн (428)

для нового варианта

Спрнов=001∙570200 =5702грн

Для анализа эксплуатационных расходов полученные данные представим в таблице 42

Таблица 42 – Эксплуатационные расходы

Наименование расходов Базовый

вариант Новый

вариант

Амортизационные отчисления грн 40030 39600

Затраты на электроэнергию грн 4437 4580

Заработная плата грн (сумму полных выплат по зарплате умножаем на количество ремонтников) 4596 37402

Затраты на материалы грн 39975 32565

Цеховые и общезаводские затраты грн 164 1336

Прочие расходы грн 5765 5702

Итого эксплуатационных расходов грн 55390 54080

46 Расчет эффективности проектируемой системы

Так как величины капитальных вложений и эксплуатационных расходов при внедрении новой (усовершенствованной) системы электропривода станка стали меньше чем при базовой системе то для определения эффективности и целесообразности производимых изменений следует рассчитать сравнительные показатели

Относительная экономия капитальных вложений рассчитывается по формуле

к=((КбазКнов)/Кбаз)∙100%=((576500570200)/576500)∙100%=11% (429)

Для сравнения эксплуатационных затрат используем показатель относительной экономии (уменьшения) затрат

э=((ЭбазЭнов)/Эбаз)∙100%=((5539054080)/ 55390)∙100%=24% (430)

Приведенные затраты по базовому варианту составили

Зпрбаз=Эбаз+Ен∙Кбаз=55390+015∙576500=141900 грн (431)

по новому варианту

Зпрнов=Энов+Ен∙Кнов=54080+015∙570200=139600 грн

Срок окупаемости капитальных затрат на модернизацию электропривода станка составит

То=Кнов/Эг=570200/558600=1021 года (432)

Срок окупаемости ниже нормативного внедрение новой системы целесообразно

Коэффициент эффективности капитальных вложении Е=1/То=1/1021=0979 определяет экономию от снижения эксплуатационных затрат получаемую на каждую гривну капитальных вложений Расчетный коэффициент эффективности больше нормативного (ЕЕн 0979015) значит внедряемая система электропривода эффективна

Годовой экономический эффект

Эг=ЭЕн∙Кнов=558600 015∙570200=473100 грн (433)

Таким образом по результатам вычислений новая система электропривода внедряемая в станок эффективнее базовой с технической и экономической точек зрения

Техникоэкономические показатели проекта приведены в таблице 43

Таблица 43 Техникоэкономические показатели проекта

№ Наименование показателей обозначение размерность Варианты

Базовый Новый

1 Амортизационные отчисления грн 40030 39600

2 Заработная плата грн (сумму полных выплат по зарплате умножаем на количество ремонтников) 4596 37402

3 Затраты на материалы грн 39975 32565

4 Цеховые и общезаводские затраты грн 164 1336

5 Прочие расходы грн 5765 5702

6 Затраты на электроэнергию 4437 4580

7 Итого эксплуатационных расходов грн 55390 54080

8 Общая сумма капитальных затрат 576500 570200

9 Затраты на зарплату ремонтников 4544 3037

10 Тарифная зарплата 205 167

11 Приведенные затраты 141900 139300

12 Затраты на зарплату станочникам составят 128700 125400

13 Экономический эффект грн 473100

14 Срок окупаемости средств на модернизацию лет 1021

5 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

41 Вводная часть

В настоящем дипломном проекте производится модернизация системы управления фрезерного станка

С целью обеспечения высокопроизводительной работы и предотвращения несчастных случаев на производстве необходимо проводить мероприятия по улучшению условий труда и контроля над соблюдением правил техники безопасности

Обеспечение безопасности труда реализуется как при реконструкции производственных цехов так и в процессе их работы Главным направлением улучшения условий труда и снижения травматизма производства является техническое переоснащение предприятия новой безопасной техникой

При проектировании стоит задача создания оборудования не только высокопроизводительного и экономически эффективного но и безопасного в эксплуатации Особое внимание при проектировании новых видов оборудования обращается на соблюдение стандартов по безопасности труда правил техники безопасности санитарных норм и правил инструкций по охране труда

42 Анализ опасных и вредных факторов производства

Фрезерный станок установлен в инструментальном цехе Станок предназначен для механической обработки металлов и других материалов На станке производятся операции плоское ступенчатое и контурное фрезерование с нескольких сторон и под различными углами сверление растачивание развертывание нарезание резьбы и др

Основные используемые материалы и сырье для механической обработки  это конструкционные углеродистые стали например 5ХНМ Ст45 Ст3

При проведении технологических процессов обработки металлов резанием на рабочих могут воздействовать следующие опасные и вредные производственные факторы

– подвижные части производственного оборудования

– передвигающиеся заготовки и детали

– движущиеся механизмы

– острые кромки заусенцы и шероховатости на поверхности заготовок

– разрушение инструмента приспособлений

– падение инструмента приспособлений заготовок

– повышенное значение напряжения в электрической цепи

– металлизированная пыль

– повышенный уровень шума

– недостаток естественного света

– физические перегрузки

Основными источниками опасных и вредных производственных факторов являются

– производственное оборудование

– обрабатываемый материал

– применение смазочноохлаждающей жидкости

– электрооборудование станка

В проекте используются материалы и энергоресурсы

– конструкционные углеродистые стали например 5ХНМ Ст45 Ст3

– титановые сплавы

– электроэнергия

Напряжение  до 1000 В

Категория персонала  рабочая

Форма организации труда  индивидуальная

Форма организации производства  серийная мелкосерийная единичная

Условий труда по степени вредности и опасности относятся ко второй категории

43 Защитные мероприятия

Основные технические средства безопасности рабочего работающего на данном электрооборудовании подразделяют на средства коллективной и индивидуальной защиты Средства коллективной защиты включают оградительные тормозные устройства сигнализацию об опасности разрывы и габариты безопасности средства дистанционного управления и др

Оградительные устройства преграждают доступ к движущимся и токоведущим частям станка и механизмов защищают от летящей стружки и отходов распыления жидкостей

Тормозные устройства обеспечивают возможность быстрой остановки производственного оборудования или отдельных его элементов для предупреждения возможных аварий и несчастных случаев Например металлорежущие станки снабжены тормозным устройством позволяющим быстро остановить шпиндель станка

Сигнальные устройства предупреждают о наступающей опасности световыми показывающими или звуковыми сигналами Эффективность действия сигнальных устройств зависит от внимания и оперативности действий рабочего что зависит от его знаний оборудования и условий эксплуатации К средствам сигнализации можно отнести подачу или снятие напряжения с лампочки или звукового устройства стрелочного прибора манометра уровнемера и т п

Средства индивидуальной защиты предназначены для защиты рабочего от опасных и вредных факторов внешней среды и выдаются рабочим бесплатно в соответствии с действующими нормами К ним относят защитные очки которые предохраняют от ранения глаз и лица разлетающейся стружкой и осколками инструмента средства защиты головы (каски) органов дыхания (респираторы)

Спецодежда также предохраняет тело рабочего от вредного воздействия внешней среды от ожогов и ранений Рукава спецодежды должны облегать руки и застегиваться на пуговицы Завязки на рукавах не допустимы так как их концы могут быть захвачены шпинделем станка или другими вращающимися деталями Работать следует в головных уборах с тем чтобы избежать захвата волос

Электрозащитные средства предназначены для защиты персонала работающего на электроустановках от поражения электрическим током воздействия электрической дуги и электромагнитного поля

Электрозащитные средства в электроустановках до 1000 В по назначению подразделяются на а) изолирующие б) ограждающие в) вспомогательные

Изолирующие служат для изоляции человека от токоведущих частей и в свою очередь подразделяются на основные и дополнительные

К основным изолирующим электрозащитным средствам для электроустановок напряжением до 1000 В относятся изолирующие штанги всех видов изолирующие клещи указатели напряжения электроизмерительные клещи диэлектрические перчатки ручной изолирующий инструмент

К дополнительным изолирующим электрозащитным средствам для электроустановок напряжением до 1000 В относятся диэлектрические галоши диэлектрические ковры и изолирующие подставки изолирующие колпаки покрытия и накладки лестницы приставные стремянки изолирующие стеклопластиковые

Персонал обслуживающий электроустановки снабжается всеми необходимыми защитными средствами обеспечивающими безопасность работы

В процессе труда в производственном помещении человек находится под влиянием определенных метеорологических условий или микроклимата

Под микроклиматом производственных помещений понимают климат внутренней среды этих помещений который определяется действующими на организм человека сочетанием температуры влажности и скорости движения воздуха а также температурой окружающих поверхностей К основным нормируемым показателям микроклимата воздуха рабочей зоны относятся температура окружающей среды относительная влажность воздуха скорость движения воздуха интенсивность теплового излучения различных нагретых поверхностей

Создание оптимального микроклимата на рабочем месте обуславливает производительность и качество выполняемой работы

Нормы производственного микроклимата едины для всех производств и всех климатических зон и устанавливаются системой стандартов безопасности труда ГОСТ 12100588 и САНПиН 22454896 В нормативных документах введены понятия оптимальных и допустимых параметров микроклимата

44 Расчет защитного заземления

Электробезопасность – это система организационных и технических мероприятий и средств обеспечивающих защиту людей от опасного и вредного воздействия на человека электрического тока электрической дуги электромагнитного поля и статического электричества

Инструментальный цех по опасности поражения электрическим током относится к категории помещений с особой опасностью Это можно утверждать так как имеется более двух признаков категории помещений с повышенной опасностью

Помещения с повышенной опасностью характеризуются наличием в них одного из следующих условий создающих повышенную опасность

наличие токопроводящих полов

в помещении имеется токопроводящая пыль

наличие возможности одновременного прикосновения человека к заземленным частям металлоконструкций зданий технологических аппаратов и механизмов  с одной стороны к металлическим корпусам электрооборудования  с другой

На электрооборудовании станка имеется опасное для жизни напряжение 380 В Конструкция станка такова что доступ к токоведущим частям находящимся под напряжением исключен

Производственный персонал имеет доступ только к органам управления расположенным на подвесном пульте управления станком и вводному автоматическому выключателю На всех электрошкафах и распределительных коробках установленных на станке нанесен знак электрического напряжения Положения вводного автоматического выключателя надежно фиксируются и имеют надписи соответствующие положениям «ВКЛЮЧЕНО» и «ОТКЛЮЧЕНО» Подвесной пульт и шкаф управления оборудованы кнопкой аварийного останова с грибовидным толкателем красного цвета «ОБЩИЙ СТОП» При нажатии на эту кнопку схема автоматически производит отключение вводного автоматического выключателя станка при этом все электрооборудование теряет питание Корпус станка шкафа управления электродвигателя и преобразователя частоты имеют надежное заземление согласно ГОСТ 12103081 «Защитное заземление и зануление» Путем болтового соединения обеспечивается электрический контакт с контуром заземления цеха

Заземление применяется для ограничения величины потенциала токоведущих частей установки относительно земли и для обеспечения правильного действия защиты в электросистеме В сетях напряжением до 1000 В питаемых через трансформаторы от сетей напряжением более 1000 В нейтраль или одна из фаз обмотки НН должна быть присоединена к заземлителю наглухо При пробое между обмотками высшего и низшего напряжения заземление нейтрали или фазы ограничивает потенциал относительно земли сети низшего напряжения В этих установках заземление нейтрали или фазы частично выполняет защитные функции

В условиях промышленного предприятия напряжение прикосновения может возникнуть не только между корпусом поврежденного электроприемника и землей но и между корпусами электроприемников между корпусом электроприемника и металлическими конструкциями здания между станиной станка и металлическими трубопроводами и тп Сеть заземления в цехе промышленного предприятия должна электрически связывать между собой металлические части электрооборудования которые могут оказаться под напряжением при пробое изоляции и присоединить их к металлическим частям технологического оборудования и здания с целью уравнять потенциалы тех и других если при порче изоляции какоголибо электроприемника такие разности потенциалов появятся Поскольку в цех всегда может быть заведен также и нулевой потенциал земли металлические части электрооборудования могущие при пробое изоляции оказаться под напряжением металлические части технологического оборудования и здания заземляем те присоединяем к заземлителю

К частям подлежащим заземлению относятся

корпуса электрических машин трансформаторов аппаратов светильников и тп

приводы электрических аппаратов

вторичные обмотки измерительных трансформаторов

каркасы распределительных щитов щитов управления щитков и шкафов

металлические конструкции распределительных устройств

металлические кабельные конструкции

металлические корпуса кабельных муфт

оболочки и броня контрольных и силовых кабелей

металлические оболочки проводов а также металлические трубы

электропроводки лотки короба тросы и металлические полосы на которых укреплены кабели и провода (кроме тросов и полос по которым проложены кабели с заземленными или занулеными оболочками)

другие металлические конструкции связанные с установкой электрооборудования и металлические корпуса передвижных и переносных электроприемников

Металлические оболочки и броня кабелей заземлены или занулены в начале и конце трассы Оборудование установленное на заземленных металлических конструкциях в том числе съемные или открывающиеся части на металлических заземленных каркасах и камерах распределительных устройств ограждений шкафов (например двери и тп) не заземляется отдельным проводником так как на опорных поверхностях предусмотрены незакрашенные и зачищенные места достаточные для обеспечения электрического контакта

Для защиты электроустановок различных назначений и различных напряжений территориально приближенных друг к другу применяется одно общее заземляющее устройство

Согласно ПУЭ допустимое сопротивление заземляющего устройства в установках до 1000 В составляет 4 Ом

Расчет заземления выполняем для суглинка с удельным сопротивлением

Исходные данные для расчета

допустимое сопротивление заземления

наименование грунта – суглинок

удельное сопротивление грунта

климатический коэффициент – 12

длина заземлителя – 3м

диаметр заземлителя либо длина уголка – 005м

глубина погружения электродов – 07м

ширина полосы соединяющей электроды – 01м

Результаты расчета сведены в таблицу 41

Таблица 41 – Расчет защитного заземления

Расположение электрода заземлителя на глубине у поверхности

Сопротивление одного электрода

262 279

Заземление выносное рядное

Длина полосы соединяющей электроды м 167 181

Расстояние между заземлителями а м 3 3

Требуемое количество заземлителей n 6 7

Заземление контурное или выносное замкнутое

Длина полосы соединяющей электроды м 273 288

Расстояние между заземлителями а м 3 3

Требуемое количество заземлителей n 9 9

Выбираем выносное рядное заземление с расположением заземлителей у поверхности и исполнением заземлителей в виде угольников

Конструктивные характеристики заземляющего устройства

длина полосы соединяющей электроды– 181м

расстояние между заземлителями – 3м

требуемое количество заземлителей – 7

Защитное заземление состоит в том что заземляемые металлические части соединяют электрическим проводником с заземлителем то есть с металлическим предметом находящимся в непосредственном соприкосновении с землей или с группой таких предметов В данном проекте — это стержни из угловой стали забитые в землю вертикально и соединенные между собой под землей приваренной к ним стальной полосой

Благодаря защитному заземлению напряжение под которое может попасть человек прикоснувшись к заземленной части значительно снижается

45 Безопасность в чрезвычайных ситуациях

Чрезвычайная ситуация – это внезапно возникшая внешне неожиданная ситуация характеризующаяся резким нарушением установившегося процесса или явления и оказывающая значительное негативное воздействие на окружающую среду жизнедеятельность населения и функционирование экономики

Пожарная безопасность Инструментальный цех в котором установлена проектируемая система управления фрезерным станком по категории пожарной опасности относится к категории «Д» согласно НПБ 10503 Здание по степени огнестойкости относится к категории III с пределом огнестойкости 45 час согласно СНиП 210197

В целях снижения пожарной опасности в цехе предусмотрено

инструкция о мерах пожарной безопасности размещена на видном месте

двери эвакуационных выходов свободно открываются в направлении выхода из здания

все поступающие на работу проходят инструктаж по пожарной безопасности а в цехе знакомятся с пожарным инвентарем и его местонахождением Курить в цехах и на территории предприятия категорически запрещается так как вблизи могут находиться легко воспламеняющиеся материалы Курить разрешается только в специально отведенных местах обозначенных надписью «Место для курения»

– для тушения пожара внутри здания – водопроводная сеть в виде стояков с внутренними пожарными кранами количество которых принимается из расчета полива любой точки помещения из двух соседних кранов при развернутых рукавах длиной 10 метров

– для тушения пожара с внешней стороны – наружная кольцевая сеть водопровода Для эвакуации людей при пожаре предусмотрены проезды и проходы по длине и ширине цеха

– цех обеспечивается пенными огнетушителями а отдельные производственные участки углекислотными огнетушителями В цехе расположены ящики с песком щиты с необходимым инструментом предусмотрена электрическая пожарная сигнализация

– при возникновении пожара в установленном месте указанном табличкой «МЕСТО СБОРА ЧЛЕНОВ ДПД ПРИ ПОЖАРЕ» собирается добровольная пожарная дружина возглавляемая заместителем начальника цеха Состав ДПД назначается приказом по цеху ДПД предназначена для проведения оперативных мероприятий по эвакуации людей и тушению пожара до прибытия пожарных расчетов и оказания посильной помощи пожарным

– телефонная связь с пожарной охраной по телефону 01 Табличка с надписью «ПРИ ПОЖАРЕ ЗВОНИТЬ 01» находится в каждом помещении где установлен телефон в непосредственной близости от него

– до всего персонала доведен порядок действий при возникновении пожара

все средства пожаротушения содержатся в надлежащем порядке Контроль за состоянием цеха в отношении пожарной безопасности осуществляется пожарной частью предприятия

На предприятиях организована пожарнотехническая комиссия возглавляемая главным инженером Эта комиссия разрабатывает мероприятия по обеспечению пожарной безопасности на объектах проводит профилактические работы по снижению пожарной опасности привлекая к ней рабочих служащих и ИТР предприятия

Выводы

Проектируемая система управления соответствует требованиям безопасности средства обучения и инструктажа выполнены в соответствии с нормативными требованиями безопасности к рабочему месту

Применение эффективных средств защиты обеспечивает полную нейтрализацию вредных воздействий на окружающую среду

Гарантированы оптимальные условия и безопасность производства

Все вредные факторы соответствуют ПДК и ПДН для второй категории условий труда

Для обеспечения оптимальных условий труда микроклимата производственного помещения предусмотрены вентиляция и отопление в холодное время года

Проведены расчеты защитного заземления Рассмотрены вопросы техники безопасности электробезопасности охраны окружающей среды чрезвычайных ситуаций

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

1 Сердюк А А Методическое указание к курсовому проектированию по дисциплине «Цифровые системы управления и обработки информации» Учеб пособие Краматорск ДДМА 200696 с

2 У Тbтце К Шенк «Полупроводниковая схемотехника» М «Мир» 1982 512 ст

3 Каталог Siemens/Simatic «Компоненты для комплексной автоматизации» 2006 р

4 Каталог Siemens Industrial Communication «Промышленная связь для систем автоматизации и поводов» ІК РІ 2005

5 Панкратов АИ Система управления электроприводом Учеб пособиеКраматорск ДГМА 2007225с

6 Безопасность производственных процессов Справочник / Под ред СВ Бєлова М «Машиностроение» 1985 448 ст

7 Кузнецов АА Поляков АЕ Глиняная НМ Юсіна АЛ Методическое указания для дипломного проектирования из дисциплины «Гражданская оборона» – Краматорск ДДМА 2002 16 с

8 «Руководство относительно программирования систем автоматизации» Simatic S7″ ( Часть 1) Редакция 01/2004

9 АН Ульянов Методические указания к самостоятельной работе экономическим разделам дипломных проектов для студентов специальностей всех форм обучения Краматорск ДДМА 2007 50 с

10 Каталог Siemens Industrial Communication «Промышленная связь для систем автоматизации и поводов» ІК РІ 2005

11 Техническая документация к токарному станку HOESCH D1000

ПРИЛОЖЕНИЕ A

Технические параметры модуля питания SIMODRIVE 611D

Модули питания SIMODRIVE 611D Технические параметры

Номинальная мощность 36 кВт

Длительная мощность обратного питания 36 кВт

Пиковая мощность обратного питания 70 кВт

Параметры подключения

 Напряжение 3 AC 480В

 Частота 50 60 ±10 % Гц

 Номинальный ток 605 А

 Пиковый ток 1175 А

Выходное напряжение 680В

Ширина модуля 200 мм

Положение при эксплуатации вертикальное

Внутренний теплоотвод встроенный внешний вентилятор