Автоматическая система покраски кузова автомобиля

Содержание

Введение
Глава 1. Технологический раздел
1.1. Технология окраски кузовов автомобилей
1.2. Обзор аналогов
1.3. Выбор и анализ прототипа
1.4. Формулирование требований к системе
1.5. Механический расчет приспособления
1.6. Пневматический расчет приспособления
Глава 2. Конструкторский раздел
2.1. Разработка системы пневматического питания
2.2. Автоматизация приспособления
2.3. Разработка блока управления
Глава 3. Эксплуатационный раздел
3.1. Разработка алгоритма управления системой
3.2. Адаптация системы для различных моделей
3.3. Определение эксплуатационных показателей
Глава 4. Раздел БЖД
4.1. Анализ опасных и вредных производственных факторов
4.2. Расчеты освещения и вентиляции на участке
Глава 5. Экономический раздел
5.1. Определение стоимости разработкисистемы
5.2. Определение себестоимости внедрения системы
5.3. Определение экономической эффективности от внедрения системы автоматизации
Заключение
Библиографический список

Автоматическая система покраски кузова автомобиля

Выбираем восьмиразрядный АЦП TLC549 производителя Texas Instruments с последовательным выходом.
Для согласования 4-х измерительных преобразователей с микропроцессором будем использовать регистры, управление измерительными преобразователями, регистрами и загрузкой портов процессора реализуем на счетчиках- делителях. После каждого датчика устанавливаем 8- разрядный универсальный регистр ИР8, который будет использоваться в режиме последовательной загрузки и параллельного выхода. Для управления каждым регистром необходимо 18 тактов опорной частоты («сброс»- «загрузка- сдвиг» (по 8 раз, для каждого разряда) – «выгрузка»), что легко реализуется на счетчиках- делителях ИЕ17 с использованием дополнительных логических элементов для синхронизации четырех измерительных преобразователей. Управление загрузкой параллельного порта Р1 будем производить через параллельный порт Р2, подавая на него сигналы сброса счетчиков, разрешения загрузки и опорной частоты с помощью дополнительного делителя.
Глава 3. Эксплуатационный раздел
3.1. Разработка алгоритма управления системой
Генерация управляющих сигналов происходит в АЛУ микропроцессора в результате обработки программой информации от датчиков и измерительных преобразователей. Управляющие сигналы в проектируемой системе призваны регулировать движение механических элементов системы, а также подачу давления воздуха в распылителм, что производится при помощи электромеханических вентилей Alco TCLE 400 SW WL.
Принцип действия вентилей следующий: на сигнальный вход подается уровень напряжения, пропорциональный требуемому коэффициенту пропускания вентиля. Тип вентилей- «нормально закрытый». Питание подводится отдельно, напряжение питания- бытовое, 220 В/50 Гц. Предел изменения уровня управляющего сигнала- 0.. +10 В, ток не более 0.03А. Таким образом, 100%- му пропусканию вентилей соответствует напряжение 0В, а 0%- му, соответственно, +10В.
Для реализации схемы управления необходимо предусмотреть генерацию управляющего сигнала микропроцессором (программа на основе составленного алгоритма управления), а также приведение параметров сигнала в соответствие с параметрами сигнальных входов вентилей.
Наиболее рациональным представляется использование прецезионных высоковольтных ЦАП, выходные параметры которых согласуются с требованиями исполнительных механизмов. При использовании выбранных вентилей необходимость в следящей обратной связи отпадает, поскольку и выходной сигнал управляющего устройства, и непосредственно регулирование, производятся от одной относительной величины (100%- ного пропускания воздуха), дополнительная калибровка не требуется, а динамическая погрешность и инерционность системы в целом должна быть учтена при составлении алгоритма управления, написании программы и пусконаладочных работах.
В качестве управляющих преобразователей будем использовать интегральные высокоточные ЦАП с самокалибровкой и высоковольтным выходом, что позволит исключить погрешности работы регуляторов с изменением температуры окружающей среды и усложнение схемы, связанное с введением в нее операционных усилителей. Такими ЦАП являются AD558, основным функциональным достоинством данной ИМС является наличие 4-х параллельных каналов преобразования, в результате чего существенно упрощается элементная база устройства и исключается необходимость коммутации четырех устройств управления на один исходящий параллельный порт. Выходные характеристики ЦАП следующие:
- частота преобразования не менее 100 кГц;
- выходное напряжение 0.. +15 В;
- погрешность преобразования не более 0.05%.
3.2. Адаптация системы для различных моделей
Возможность работы приспособления с различными моделями и модификациями кузовов обеспечивается тремя способами:
- при незначительных отличиях кузовов от базового- с помощью информации, получаемой контроллером от установленных в системе датчиков и измерительных преобразователей;
- при существенных различиях- путем использования специально адаптированного программного алгоритма управления, который записывается во внутреннюю память контроллера управления;
- при принципиальных отличиях- при помощи переналадки захватного устройства, с использованием дополнительной технологической оснастки, при одновременном использовании другой программы управления системой.
3.3. Определение эксплуатационных показателей
Оценку эксплуатационной надежности систем автоматизации осуществляют с помощью количественных показателей, основу которых составляет понятие «отказ», т.е. неисправность, без устранения которой система не может выполнять полностью или частично свои функции.
Отказы подразделяют на внезапные и постепенные. Внезапные отказы являются следствием производственного брака, недостатков конструкции, дефектов монтажа, а также изменений рабочих условий (температуры, давления, вибраций, засорений и т.д.). Постепенные отказы возникают вследствие износа отдельных элементов, старения деталей. Поэтому такие отказы считаются неизбежными, появление их можно спрогнозировать и в значительной степени предотвратить проведением профилактических и ремонтных работ.
В процессе эксплуатации в первое время преобладают внезапные отказы. После доводки и приработки узлов и приборов количество внезапных отказов уменьшается и возрастает удельный вес постепенных отказов.
С точки зрения надежности, проектируемая установка оборудована двумя видами автоматических устройств: непрерывно работающих (регуляторы и схемы управления) и работающих по мере надобности (приборы и схемы автоматической защиты). Для устройств, непрерывно работающих, характерна средняя наработка на отказ Т, которая равна среднему времени нормальной работы системы между двумя соседними отказами. Величину λ, обратную Т, называют интенсивностью отказов.
Для устройств, работающих по мере надобности, характерна средняя частота отказов λ, которая равна частному от деления среднего числа отказов на время нормальной эксплуатации. Обратную величину Т = 1/λ называют средней наработкой на отказ.
Основным количественным показателем надежности некоторого элемента является вероятность безотказной работы Pi, которую можно вычислить, если задать закон ее распределения (нормальный или экспоненциальный). В большинстве случаев вероятность безотказной работы элемента можно вычислить с достаточной точностью по экспоненциальному закону, математическое выражение которого имеет вид
где тр – заданная продолжительность нормальной работы системы.
Из формулы следует, что Pi < 1, так как тр > 0 и Т > 0. Вероятность безотказной работы уменьшается с ростом тр и увеличивается с ростом Т.
Система автоматизации состоит из ряда отдельных элементов, которые можно соединить между собой последовательно или параллельно. Если вероятность безотказной работы отдельных элементов равна Pi, то вероятность безотказной работы всей системы при последовательном соединении вычисляют по формуле
а при параллельном соединении-
Сравнивая различные результаты, находят, что при последовательном соединении элементов Р0 < Pi, а при параллельном Р0 > Pi.
Как видно из рассмотренных формул, имеется несколько путей повышения надежности. Прежде всего следует применять элементы с высокой надежностью Pi. Эта величина возрастает с увеличением средней наработки на отказ Т. В свою очередь, Т зависит от совершенства конструкции, стойкости материалов, качества изготовления и правильного использования данного элемента. Вероятность безотказной работы элемента можно повысить, уменьшая тр, т.е. чаще производить профилактические, ремонтные и другие работы, полностью или частично восстанавливающие утрачиваемые качества.
По возможности необходимо уменьшать число последовательно соединенных элементов, входящих в систему. Это особенно относится к рациональному составлению электрических схем, в которых необходимо устранять все лишние контакты, реле, ключи управления и т.д.
Наконец, в необходимых случаях можно применять резервные элементы, так как при увеличении числа параллельных элементов, выполняющих одну и ту же функцию, надежность системы увеличивается.
Количественные показатели надежности получают экспериментальным путем. Испытания, цель которых состоит в нахождении количественных показателей, называют определительными. Их проводят по специальным программам, составленным с таким расчетом, чтобы количество испытываемых образцов и продолжительность испытаний с достаточной достоверностью позволяли определить показатели надежности.
В процессе производства осуществляют контрольные испытания, цель которых состоит в подтверждении количественных показателей надежности. Как правило, эти испытания меньше по объему, их проводят на меньшем количестве образцов и в течение более короткого времени.
Определим показатели надежности для разрабатываемого устройства. На основе значений коэффициентов надежности, заявляемых производителями электронных компонентов (см. табл. 3), вычислим необходимые значения интенсивности отказов и показателей надежности.
Таблица 3. Значения коэффициентов надежности
Обозначение на схеме
о*10(-6) 1/час
Кн
а1
а2
i*10(-6) 1/час
DA1 – DA4
1,5
0,5
0,3
1
1= 0,22
DD1 – DD4
3
0,6
0,8
1
2= 2,4
DD5 – DD7
0,1
0,5
0,8
2
3= 2,16
DD8
2
0,5
0,7
2
4= 2,2
DA5
1
0,6
0,8
1
5= 1,93
Таким образом, средняя интенсивность отказов  составит:
 = (0,22*4 + 2,4*4 + 2,16*3 + 2,2 + 1,93)*10(-6)  38,4*10(-6) 1/час.

Вероятность безотказной работы Р(t) и вероятность отказов Q(t) в течение времени t следует определять с помощью систем уравнений, характеризующих различные законы распределения. Для расчета на надежность первичных элементов, из которых состоит данная схема, будем использовать экспоненциальный закон распределения отказов, при котором:
P(t) = e(-t)
Q(t) = 1 – e(-t)
Тср = 1/ ,
Вычисляем:
Тср = 1/41,9*10-6 =23866 часов
P(5000) = 0,7796
Q(5000) = 1 - 0,7796= 0,23
Глава 4. Раздел БЖД
4.1. Анализ опасных и вредных производственных факторов
Потенциально опасные и вредные производственные факторы в окрасочном цеху следующие:
Запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны;
Наличие инфракрасных излучений;
Неудовлетворительная освещенность рабочих мест или повышенная яркость;
Неудовлетворительные метеорологические условия в рабочей зоне;
Наличие в воздухе рабочей зоны опасных концентраций эмалей, лаков и растворителей;
Возможное поражение электрическим током;
Психофизиологические перегрузки.
Находясь в запыленной атмосфере с высококонцентрированными вредными веществами, рабочие подвергаются воздействию пыли и паров. Вредные вещества оседают на кожном покрове, попадают на слизистые оболочки полости рта, глаз, верхних дыхательных путей, заглатываются в пищеварительный тракт, вдыхаются в лёгкие.
Для предотвращения острых заболеваний и профессиональных заболеваний содержание вредных веществ, растворенных в воздухе, не должно превышать предельно допустимых концентраций. Биологическое действие и предельно допустимые концентрации компонентов входящих в состав используемых материалов приведены в таблице 4.
Таблица 4. Биологическое действие, класс опасности и ПКД в воздухе рабочей зоны исходных компонентов эмалей и лаков
Компонент
Характер токсичности и действие
Класс опасности
ПКД в воздухе рабочей зоны
Сернистый ангидрид
Поражение бронхов, вызывает профилактивно- креточную реакцию в легких. При длительном воздействии возможен пневмокониоз.
3
10мг\
Петролейный эфир
При отравлении наблюдается поражение нервной системы, крови, желудочно- кишечного тракта, сердечно- сосудистой системы, половой системы, нарушение течения беременности.
1
0.01мг\
Бутилацетат
Подобно действию других растворителей, вызывает угнетение активности ферментов, оказывает эмбриотропное и гонадотропное действие.
__
__
4.2. Расчеты освещения и вентиляции на участке
Годовой расход электроэнергии на освещение (кВт·ч) определяется по формуле
,
где - коэффициент спроса осветительных нагрузок;
- годовое число часов использования осветительной нагрузки, определяется в зависимости от географической широты местности, числа рабочих смен и рода осветительной нагрузки;
- суммарная номинальная (нагрузка) мощность осветительных приборов, определяется исходя из того, что должны быть обеспечены достаточная освещенность рабочего места и деталей, постоянство освещенности, отсутствие резкой разницы в яркости освещения отдельных участков рабочего места, отсутствие резких теней. Чем мельче детали и чем меньше они пропускают света, тем больше должно быть освещение.
Различают установки общего освещения, предназначенные для освещения как рабочих мест так и всего цеха, и установки местного освещения для непосредственного освещения деталей, собираемых узлов и т.п., располагаемые в непосредственной близости от этих объектов.
Кроме общего и местного освещения, предусматривается освещение безопасности, установки которого должны получать питание независимо от светильников общего и местного освещения.
В установках общего освещения, применяемых в разборочно-сборочных цехах, а также на участках окраски, светильники располагаются равномерными рядами. При освещении линии светильники желательно располагать с ориентировкой на рабочие места. Местное освещение в комбинации с общим освещением рекомендуется применять в отделениях дефектовки, где приходится пользоваться измерительным инструментом, у стационарных постов, у слесарных верстаков, на металлорежущих станках и т.п.
Определяем количество ламп на каждом посту по следующей формуле
,
где - нормативная средняя освещенность данного поста, ЛК;
- площадь поста, м2;
- коэффициент использования светового потока, определяемый в зависимости показателя , учитывающего форму помещения;
- световой поток одной лампы;
- коэффициент запаса освещения.
,
где - высота подвеса светильника, м;
a и b - ширина и длина помещения, м.
Для зоны окрасочных работ:
Общее количество ламп в цехе:
Техническая характеристика ламп ЛД- 40:
=35 ЛК;
=2500 ЛМ;
N=40 Вт;
Вт.
Вт.
Годовой расход электроэнергии Wг потребителями (электродвигатели, трансформаторы, электронагревательные устройства и др.) определяется по формуле
,
где - действительный годовой фонд времени оборудования в одну смену, ч;
- коэффициент сменности;
- суммарная активная мощность потребителей, кВт.
кВт
Ориентировочно площадь окон (остекления), обеспечивающая нормальную освещенность, определяем по формуле:
,
где - площадь пола, м2;
- коэффициент естественной освещенности;
- коэффициент, учитывающий потери света от загрязнения остекления, принимаемое для авторемонтных предприятий равным 0,6.
м2.
Определяем число окон в помещении:
,
м2.
Число окон в производственных помещениях принимаем равным 34.
Вентиляционные устройства в помещениях производственного предприятия предназначены для улучшения условий труда, уменьшения запыленности и задымленности воздуха, повышение сохранности оборудования.
Чаще всего вентиляция бывает приточно- вытяжной. В зависимости от перемещения воздуха вентиляция подразделяется на естественную и механическую. В данном проекте принята механическая вентиляция. В цехах и участках установлены вытяжные вентиляционные установки, которые удаляют воздух непосредственно от мест образования или выхода вредных выделений. Данные по потребности в вентиляции участкам цеха сведем в таблицу 5.
 
Таблица 5. Распределение воздухообмена по участкам
Наименование участка
Объем участка, м3
Часовая кратность воздухообмена, м3/ч
Объем удаляемого воздуха, м3
Конвейерный участок
720
5
3600
Агрегатный участок
2160
3
6480
Малярный участок
1440
5
7200
Настроечный участок
1440
2
2880
Сварочный участок
1360
2
1720
Участок электрооборудования
1360
2
1720
Участок остекления
2320
2
4640
Участок ОТК
4320
2
8640
Определив по приведенным данным объем удаляемого воздуха, можно подобрать вентилятор. Мощность (кВт) расходуемая вентилятором подсчитывается по формуле:
,
где L - объем воздуха перемещаемого вентилятором, м3/ч;
H - давление, развиваемое вентилятором, Па;
- коэффициент полезного действия вентилятора.
Принимаем вентиляторы высокого давления, которые развивают давление до 4905 Па- модель А10-10, электродвигатель модель А02-72-4.
Удаляемый из производственных помещений воздух должен компенсироваться поступлением такого же количества приточного свежего воздуха. Для подогрева входящего воздуха устанавливаются калориферы.
Количество тепла (Дж/с), необходимое для нагревания поступающего в помещение холодного воздуха, определяется по формуле
,
где L - объем проходящего через калорифер воздуха, м3/с;
v - удельная масса воздуха, кг/м3;
c - теплоемкость воздуха, ;
- температура воздуха, до которой должен быть нагрет поступающий воздух;
- температура поступающего в калорифер воздуха, г.
Дж/с
Зная количество тепла, необходимого для нагревания поступающего воздуха, можно определить необходимую поверхность (м2) калорифера
,
где W - количество тепла, необходимое для нагревания поступающего через калорифер холодного воздуха, Дж/с;
- коэффициент теплоотдачи калорифера, ;
- температура поступающей в калорифер воды, град;
- т6емпература выходящей из калорифера воды, град;
- коэффициент запаса калорифера.
м2.
Глава 5. Экономический раздел
5.1. Определение стоимости разработки системы
В состав группы разработчиков проектируемой системы входят следующие штатные единицы:
ведущий инженер (должностной оклад 16600 руб/мес);
инженер- конструктор 1-й категории (должностной оклад 14280 руб/мес);
инженер- конструктор 2-й категории (должностной оклад 12598 руб/мес);
техник (должностной оклад 10597 руб/мес).
Перечень основных этапов ОКР при разработке автоматизированной системы для покраски кузовов автомобилей.
1 этап:
подготовительный (разработка технического задания)- подбор и изучение технической литературы, патентов, аналогичных систем.
Результатом данного этапа должно быть сформулированное техническое задание и аналитический обзор существующих технологий и аналогов.
2 этап:
разработка и рассмотрение эскизного проекта (совокупности первичных технологических решений, которые должны содержать принципиальные конструктивные и технологические решения, дающие общие представления о системе и принципе ее работы)- разработка различных вариантов реализации системы, проведение проверочных экспериментов, уточнение требований, разработка рекомендаций к методике построения.
Результатом должен быть подробный эскизный проект.
3 этап:
разработка и рассмотрение технического проекта (совокупность технологических и технических описаний, которые должны содержать окончательные технические решения, дающие полное представление о разрабатываемой системе и исходные данные для разработки рабочей документации)- разработка алгоритмов работы, узлов, автоматики, расчеты потребных технических ресурсов.
Результат- комплект конструкторской документации.
4 этап:
разработка и рассмотрение рабочего проекта (совокупности рабочих документов, разработка полной и подробной технологии построения системы, инструкций о методах испытания, разработка проекта технических условий), разработка технологических процессов, инструкций по эксплуатации, составление и согласование технического задания на выполнение экспериментального полнофункционального модуля.
Результат- комплект технологической документации и утвержденное ТЗ на опытный полнофункциональный модуль.
5 этап:
написание и тестирование полнофункциональной системы, корректировка технической документации по результатам испытаний и тестирования в производственных условиях.
Результат- опытный образец системы и откорректированная документация.
6 этап:
составление технического отчета по теме и предоставление технической документации и полнофункционального комплекта РКД заказчику.
Результат- утверждение технического отчета по теме.
Таблица 6. Расчет трудозатрат по рабочему времени
Этап
Содержание работ
Кол- во исполни-телей
Должность
Продолжи-тельность, дней
Подго- товите- льный
Ознакомление с заданием на проектирование
4
Ведущий инженер, Инженер- конструктор 1к,
Инженер- конструктор 2к, техник
30
Изучение литературы
2
Ведущий инженер, Инженер- конструктор 1к
120
Изучение аналогов
2
Инженер- конструктор 2к, техник
110
Разработка ТЗ на проектирование
2
Ведущий инженер, Инженер- конструктор 2к
50
Эскиз- ный
Анализ и разработка функциональной схемы, алгоритмов функционирования системы
3
Инженер- конструктор 1к, Инженер- конструктор 2к, техник
60
Проработка системы в целом
2
Ведущий инженер, Инженер- конструктор 1к
20